端粒長度與自然流產(chǎn)病因相關(guān)性研究現(xiàn)狀

白樂樂，趙曉曦

自然流產(chǎn)是婦產(chǎn)科的一種常見病，胚胎著床后31%發(fā)生自然流產(chǎn)，其中80%為早期流產(chǎn)（妊娠12周前）[1]，可由胚胎、母體、父親及環(huán)境等多種因素引發(fā)，胚胎因素是早期流產(chǎn)的常見原因。端粒是人類基因組中轉(zhuǎn)錄不活躍的區(qū)域，存在于真核細(xì)胞染色體末端，由一段10～15 kb 長的特殊的TTAGGG 重復(fù)序列和結(jié)合蛋白組成的特殊結(jié)構(gòu)[2]，參與維持基因組的完整性。人類細(xì)胞可以經(jīng)歷有限次數(shù)的細(xì)胞分裂，最終達(dá)到一種復(fù)制衰老的不可分割狀態(tài)，因?yàn)槊總€(gè)細(xì)胞分裂中的端粒都會(huì)變短，一旦端粒長度極低，細(xì)胞就停止分裂，進(jìn)入凋亡狀態(tài)。因此，端粒被認(rèn)為在控制細(xì)胞分裂和死亡中起重要作用[3]。此外，端粒功能障礙與染色體重排、基因組不穩(wěn)定、腫瘤發(fā)生和細(xì)胞衰老有關(guān)[4-6]。近年端粒長度在人類胚胎、胎兒發(fā)育中的作用引起了關(guān)注?，F(xiàn)就端粒長度與自然流產(chǎn)病因的相關(guān)性研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 胚胎因素

1.1 配子及各期胚胎染色體端粒長度檢測端粒長度與自然流產(chǎn)相關(guān)胚胎因素的研究，主要集中在對卵母細(xì)胞、精子及各期胚胎的研究。卵母細(xì)胞及胚胎染色體端粒長度檢測始于2010 年，Turner 等[7]通過定量熒光原位雜交技術(shù)（Q-FISH）測量了人類胚泡卵母細(xì)胞和植入前胚胎的端粒長度，顯示了不同發(fā)育階段卵母細(xì)胞、卵裂期胚胎和囊胚之間的差異，為端粒長度作為胚胎質(zhì)量標(biāo)志的假設(shè)提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，該研究提示卵裂期胚胎的平均端粒長度明顯短于囊胚或卵母細(xì)胞的端粒長度，而人類胚胎干細(xì)胞無限期增殖的能力與其較長的端粒有關(guān)。2013 年Turner 等[8]首次量化了男性和女性對初始胚胎端粒負(fù)荷的相對貢獻(xiàn)，研究提示成熟卵母細(xì)胞和雌性原核的端粒長度顯著長于單個(gè)精子和雄性原核，未成熟卵母細(xì)胞的端粒長度明顯長于成熟卵母細(xì)胞，但精子或卵母細(xì)胞的端粒長度與臨床參數(shù)或治療結(jié)果均無明顯相關(guān)性，因?yàn)槭芫蟮呐咛ザ肆ｉL度發(fā)生了重置，人類卵母細(xì)胞端粒在成熟過程中縮短，直到囊胚階段端粒酶增加。在新形成的人類胚胎中，短小或功能失調(diào)的端?？赡軐?dǎo)致遺傳的不穩(wěn)定性。為了繁殖成功，胚胎必須在遺傳不穩(wěn)定的情況下存活下來，直到囊胚階段端粒酶產(chǎn)生。卵母細(xì)胞的較長端粒可能有助于不穩(wěn)定的較短端粒精子通過姐妹染色單體交換端粒而變得穩(wěn)定[8]。因此，端粒較短的配子和胚胎發(fā)生自然流產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)會(huì)加大，未來有望通過篩選較長端粒的配子、胚胎達(dá)到優(yōu)生優(yōu)育的目的。

1.2 端粒長度與胚胎非整倍體發(fā)育的相關(guān)性研究端粒對維持染色體完整性、細(xì)胞分裂和細(xì)胞存活具有重要作用，端粒長度在細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)中起著重要作用。2011 年Treff 等[9]首次證明端粒長度與人類非整倍體的發(fā)育有關(guān)，非整倍體胚胎的端粒明顯短于整倍體胚胎。端粒較短的卵母細(xì)胞在減數(shù)分裂過程中易發(fā)生染色體配對錯(cuò)誤，形成非整倍體。非整倍體胚胎在卵裂期比整倍體胚胎的端粒更短，而在囊胚期則無顯著差異。胚泡期缺乏顯著差異的原因是卵裂期和囊胚期的端粒正?；?，而不是端粒較短的胚胎發(fā)育停滯所致。Huleyuk 等[10]研究支持以上論點(diǎn)，該研究共對80 個(gè)自然流產(chǎn)胚胎和25 個(gè)人工流產(chǎn)胚胎的相對端粒長度進(jìn)行檢測，結(jié)果提示自然流產(chǎn)以絨毛組織端粒縮短為特征，尤其是在非整倍體胚胎中。然而，2019 年Turner 等[11]進(jìn)一步推翻了前人理論，他們進(jìn)行了迄今為止評(píng)估卵裂期胚胎中相對端粒長度最大樣本量的研究，共評(píng)估了86 例卵裂期胚胎及82例卵裂期胚胎極體，結(jié)果顯示非整倍體和整倍體第一極體和卵裂球的相對端粒長度沒有差異。但是該研究也存在一定局限性，研究中抽樣的母親的年齡范圍較窄，大多數(shù)樣本來自30 多歲的女性，參與該研究的女性都在接受不孕癥的治療，因此可能無法代表正常人群?；趥惱碓瓌t，該研究不可能從健康、可生育的女性獲得雌性配子，但研究中可能包括一部分女性正在接受男性因素不孕癥的相關(guān)治療，因此可以被認(rèn)為是健康和有生育能力的。因?yàn)闆]有收集有關(guān)不孕癥原因的數(shù)據(jù)，所以不能做出對比分析。因此，端粒在人類胚胎非整倍體發(fā)育中的作用還有待更多的臨床研究證實(shí)，希望未來可以通過端粒選擇具有生殖能力的卵母細(xì)胞、胚胎，進(jìn)而為生殖相關(guān)治療提供機(jī)會(huì)。

2 母體因素

自然流產(chǎn)病因中，母體因素主要包括全身性疾病、生殖器異常、內(nèi)分泌異常、強(qiáng)烈應(yīng)激與不良習(xí)慣及免疫功能異常[1]。端粒長度被認(rèn)為是生物體生物學(xué)年齡的指標(biāo)，一項(xiàng)回顧性研究發(fā)現(xiàn)，母親端粒長度較短與復(fù)發(fā)性流產(chǎn)有關(guān)[12]，與端粒結(jié)合蛋白[端粒重復(fù)序列結(jié)合蛋白1（TRF1）和TRF2]表達(dá)下調(diào)有關(guān)[13]。

2.1 與母體年齡、卵巢功能相關(guān)性研究女性生育能力的一個(gè)重要因素是卵巢儲(chǔ)備，其受年齡影響很大。生殖衰老的端粒理論認(rèn)為女性與年齡相關(guān)的卵母細(xì)胞功能障礙是由于端粒逐漸縮短所致，年輕女性捐贈(zèng)的卵子完全消除了生殖衰老的影響，這突出了卵母細(xì)胞在生殖衰老中的中心作用，由此提出端粒損耗可以用來解釋衰老對卵母細(xì)胞功能的不同影響[14]。端粒內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)對生育能力和受孕潛力有著重要的影響。端粒縮短與特發(fā)性卵巢功能早衰相關(guān)[15]，端粒長度可作為生殖能力判斷及卵巢功能評(píng)定的敏感指標(biāo)[16]。有研究顯示，母體卵巢顆粒細(xì)胞的端粒長度與卵泡成熟度之間存在明顯相關(guān)性，端粒長度與女性年齡呈負(fù)相關(guān)，且不同年齡組卵巢顆粒細(xì)胞凋亡率也有顯著差異[17]。因此，年輕的母親和卵巢功能較好的母親，其卵泡成熟度高，卵母細(xì)胞更容易擁有較長的端粒，妊娠后自然流產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)會(huì)降低。

2.2 與女性內(nèi)分泌異常相關(guān)性研究多囊卵巢綜合征（PCOS）是常見的女性內(nèi)分泌疾病，對女性的卵母細(xì)胞質(zhì)量和生育能力有眾多負(fù)面影響。有關(guān)PCOS患者顆粒細(xì)胞端粒長度的研究結(jié)果不一，Wei 等[18]發(fā)現(xiàn)PCOS 患者顆粒細(xì)胞的端粒延長，Li 等[19]則發(fā)現(xiàn)在該病患者中端粒較短。Pedroso 等[20]的研究結(jié)果則顯示PCOS 患者生殖細(xì)胞（包括未成熟卵母細(xì)胞、成熟卵母細(xì)胞、生發(fā)期卵泡和第2 次減數(shù)分裂中期卵母細(xì)胞）的端粒長度沒有改變，只有在接受控制性超促排卵治療的PCOS 患者白細(xì)胞中端粒長度增加。這些研究提示了端粒穩(wěn)態(tài)在疾病中作用的不確定性，可能是由于研究之間的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)差異或該疾病復(fù)雜的病因所致。

2.3 與子宮環(huán)境相關(guān)性研究子宮環(huán)境對個(gè)體出生時(shí)的染色體端粒長度有重要影響，可能會(huì)影響個(gè)體出生后的疾病易感性。子宮環(huán)境因素包括母體的營養(yǎng)狀況和生活習(xí)慣等。研究表明母體體質(zhì)量指數(shù)（BMI）、體脂率和維生素B12與胎盤端粒長度呈正相關(guān)，而25-羥基膽鈣素與胎盤端粒長度呈負(fù)相關(guān)，未觀察到上述因素與臍帶血端粒長度有關(guān)，所以胎盤相對端粒長度比臍帶血相對端粒長度更易受母體營養(yǎng)變化的影響[21]。這與比利時(shí)Martens 等[22]的研究結(jié)一致，但該研究還發(fā)現(xiàn)，臍帶血端粒的縮短與妊娠前BMI 有關(guān)，并且妊娠前較高的BMI 與新生兒端粒長度（在臍帶血和胎盤組織中測量）的縮短有關(guān)，表明母體體質(zhì)量可能影響孩子未來的壽命。臍帶血端粒長度平均比母血延長30%左右，胎盤是一個(gè)臨時(shí)器官，相對端粒長度最短，約為臍帶血端粒長度的60%[23]，并且胎盤相對端粒長度隨孕周的增加而降低[24]。

端?？s短作為促進(jìn)細(xì)胞衰老和分娩的一種機(jī)制，胎盤、胎膜端粒長度的正常縮短是分娩的促進(jìn)因素，如果端粒過早磨損會(huì)降低復(fù)制能力、增加氧化應(yīng)激、改變胎盤血流量以及損害胎膜的完整性，從而增加妊娠并發(fā)癥的風(fēng)險(xiǎn)。與活產(chǎn)胎盤組織相比，來源于不明原因死產(chǎn)的胎盤端粒長度顯著縮短，死產(chǎn)和未足月胎膜早破中的端粒長度無顯著差異，端粒在胎膜中的異?？s短會(huì)損害胎兒正常發(fā)育，并且與胎兒生長受限有關(guān)[25]。妊娠早期暴露于煙霧與胎兒肺組織相對端粒長度的縮短密切相關(guān)，提示吸煙暴露對未來疾病的有害影響可能始于妊娠早期[26]。也有研究發(fā)現(xiàn)妊娠前母親吸煙與后代端粒長度較短有關(guān)[27]。母親體內(nèi)的葉酸濃度高與新生兒端粒長度的增加有關(guān)[28]。所以，妊娠期良好的生活環(huán)境、充足的營養(yǎng)，可能會(huì)促進(jìn)后代擁有更長的端粒，對后代的健康有重要作用。

3 父親因素

3.1 與男性年齡、精液分析相關(guān)性研究精子的染色體異?？蓪?dǎo)致自然流產(chǎn)，但臨床上精子畸形率異常增高與自然流產(chǎn)的關(guān)系尚無明確的證據(jù)[1]。男性生育能力的評(píng)估主要是基于精液分析的初步評(píng)估。少精子癥、弱精子癥、畸形精子癥和無精子癥被認(rèn)為是影響男性生育的主要原因。有學(xué)者在2018 年提出，基于精液參數(shù)評(píng)估的標(biāo)準(zhǔn)診斷程序通常不足以解釋男性不育的原因，端粒長度可能成為一種新的精子檢測指標(biāo)用于評(píng)估男性的生殖年齡[29]。男性的體細(xì)胞端粒隨年齡增長而縮短，而精子端粒隨著男性年齡的增長而延長。端粒長度的維持在生殖生物學(xué)中起重要作用，精子端粒的亞理想狀態(tài)可能會(huì)損害男性的生育能力。端粒的磨損（主要與氧化應(yīng)激條件有關(guān)）可對生育潛力產(chǎn)生有害影響、使DNA 不穩(wěn)定性增加。一項(xiàng)橫向研究發(fā)現(xiàn)，按年齡分組后，與健康對照者相比，不育男性的精子端粒顯著縮短[30]。2020 年的一項(xiàng)研究顯示，與可育男性相比，不育男性的白細(xì)胞和精子端粒長度均明顯縮短，提示端粒長度與精子濃度、DNA 片段化和脂質(zhì)過氧化顯著相關(guān)[31]。幸運(yùn)的是，常規(guī)的精液制備方法可以選擇端粒較長的精子。另有研究顯示男性精子亞群具有不同端粒長度，年長的父親擁有相對較長的精子端粒，所生育的后代有更長的體細(xì)胞端粒，精子端粒長度與精子DNA碎片化、精液參數(shù)及治療結(jié)果無明顯相關(guān)性，該研究中每份精子樣本的平均端粒長度比正常精子、捐精者的精子端粒長度要短，考慮可能因?yàn)樵撗芯堪ㄒ恍┎挥行裕麄兊木痈嗟氖欠钦扼w[12]。Thilagavathi 等[32]的研究顯示少精子癥患者的精子端粒較短，但精子端粒長度與精液量、精子形態(tài)和活動(dòng)率之間無相關(guān)性。目前，缺乏強(qiáng)有力的證據(jù)支持關(guān)于短端粒與精子生成缺陷之間關(guān)系的理論，期待更多精子端粒相關(guān)性的科研結(jié)果。

3.2 與體外受精率、胚胎質(zhì)量相關(guān)性研究該類研究結(jié)果較統(tǒng)一，2020 年一項(xiàng)研究對因女方因素接受輔助生殖助孕治療的66 例正常男性進(jìn)行精子端粒長度檢測，發(fā)現(xiàn)精子端粒長度與體外受精率呈正相關(guān)[33]。另有研究表明體外受精中精子端粒長度與胚胎質(zhì)量呈正相關(guān)[34]，該研究收集418 份因女性輸卵管因素行第一周期常規(guī)體外受精-胚胎移植治療的男性的精液，用熒光實(shí)時(shí)定量聚合酶鏈反應(yīng)檢測精液中精子的平均端粒長度，發(fā)現(xiàn)精子端粒長度與優(yōu)胚率、可移植胚胎率呈正相關(guān)。因此，精子端粒長度可能成為預(yù)測胚胎質(zhì)量的一個(gè)標(biāo)志。

3.3 與男性生活方式相關(guān)性研究在體細(xì)胞中，端?？s短的速率受許多生活方式因素的影響，例如吸煙、飲食和職業(yè)。然而，關(guān)于生活方式因素如何影響精子端粒長度和隨后的生殖結(jié)果知之甚少。既往研究顯示，男性體質(zhì)量與精子端粒長度呈負(fù)相關(guān)[35]。Mishra 等[36]研究提示，溫和的氧化應(yīng)激有利于精子端粒長度的維持。但也有不同結(jié)論，Berneau 等[33]研究表明精子端粒長度與生活方式因素?zé)o關(guān)。

4 環(huán)境因素

過多接觸放射線和砷、鉛、甲醛、苯、氯丁二烯、氧化乙烯等化學(xué)物質(zhì)，均可能引起流產(chǎn)[1]。大氣污染會(huì)導(dǎo)致成年人端粒長度縮短[37]，環(huán)境中多環(huán)芳烴的暴露可引起生殖毒性，與男性精子端粒長度呈負(fù)相關(guān)[38]。而2017 年有研究表明，在高污染環(huán)境暴露地區(qū)的男性居民的精子端粒長度顯著增加，提示人類精液是環(huán)境暴露的一個(gè)生物標(biāo)志[39]。所以目前環(huán)境因素對精子端粒長度及男性生育能力的影響仍存在爭議，有待更多臨床試驗(yàn)的開展來證實(shí)。與此同時(shí)，人們對有毒化學(xué)物質(zhì)對早期生命端粒的影響也知之甚少。2019 年Herlin 等[23]第一次在孕婦和新生兒中評(píng)估多種有毒金屬與端粒長度的關(guān)系，評(píng)估了多種有毒金屬對母體血液、臍帶血和胎盤中相對端粒長度的潛在影響，以及促氧化劑的潛在修飾效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)妊娠期接觸硼和銻的母親相對端粒長度較短，妊娠期接觸鋰的母體相對端粒長度較長；胎盤中砷濃度與血、尿和胎盤相對端粒長度呈正相關(guān)；在臍帶血中只有鉛濃度與相對端粒長度呈負(fù)相關(guān)，尤其是在男孩中，按新生兒性別劃分，在男孩中的相關(guān)性是女孩的10 倍。由此推測，硼、鋰、砷和銻暴露量的增加與母體或新生兒的組織特異性相對端粒長度有關(guān)。這項(xiàng)研究為妊娠期接觸有毒金屬可能改變端粒長度提供了證據(jù)。既往有一些證據(jù)支持目前的發(fā)現(xiàn)，端粒長度是受產(chǎn)前暴露影響的終生疾病風(fēng)險(xiǎn)的潛在生物標(biāo)志，男性胎兒尤其容易受到母親對新生兒端粒長度的影響[40]。鋰元素對端粒長度具有保護(hù)作用[41]。期待未來有更多研究進(jìn)一步闡明環(huán)境因素對生殖健康相關(guān)端粒長度的潛在影響。

綜上所述，目前研究從胚胎、母體、父親及環(huán)境等多種因素探討了端粒長度與自然流產(chǎn)病因的相關(guān)性，越來越多的證據(jù)表明端粒在人類生殖過程中起著重要作用，并有望成為生殖醫(yī)學(xué)中重要的生物學(xué)標(biāo)志物，為自然流產(chǎn)的防治提供理論依據(jù)與指導(dǎo)方向。但目前絕大多數(shù)研究都是在不孕癥患者或自然流產(chǎn)夫婦中開展的，不能代表普通人群，希望未來有更多關(guān)于端粒長度的研究，增加更多正常人群的樣本量作為對照，進(jìn)一步明確端粒在生殖過程中的作用，有望開展配子、胚胎植入前端粒長度的檢測，選擇優(yōu)質(zhì)胚胎進(jìn)行移植，降低自然流產(chǎn)率。