胚胎发育中的表观转录组修饰：ART诱导机制与健康影响的新见解

《Human Reproduction Update》：Epitranscriptomic modifications in embryonic development: insights into natural and ART-induced mechanisms and implications

本综述聚焦辅助生殖技术(ART)对胚胎表观转录组的影响，重点探讨RNA修饰（如m6A）在配子发生和早期胚胎发育中的调控作用。研究发现ART相关应激源（如氧化应激、激素刺激和冷冻保存）可通过调节m6A的写入器（METTL3/METTL14）、擦除器（FTO/ALKBH5）和读取器（YTHDF2/YTHDC1）表达，破坏RNA甲基化状态，进而影响胚胎发育潜能和子代健康。该研究为优化ART实践提供了新的生物标志物和机制靶点。

　　

随着全球不孕不育率的上升，辅助生殖技术(ART)已成为解决生育难题的重要途径。目前全球已有近1300万婴儿通过ART技术诞生，仅2021年欧洲就进行了110万例ART治疗周期。然而，越来越多的证据表明，ART子代在围产期和出生后出现并发症的风险略有增加，包括先天性心脏病等先天异常风险升高。这些不良结局是否源于ART操作本身，还是与不孕人群特征相关，一直是学界争论的焦点。

传统研究多关注ART对DNA甲基化等表观遗传标记的影响，但近年来科学家发现，RNA水平的调控机制——表观转录组学，可能在胚胎发育过程中发挥着更为精细的调控作用。其中，N6-甲基腺苷(m⁶A)作为信使RNA中最常见的内部化学修饰，通过动态可逆的调控机制，在哺乳动物配子发生、母源-合子转换(MZT)和早期胚胎发育中扮演着关键角色。

为系统揭示ART对胚胎表观转录组的影响，研究人员对PubMed和Scopus数据库中近10年的相关文献进行了全面检索和分析。研究重点关注m⁶A及其调控蛋白（写入器、读取器、擦除器）在配子发生、早期胚胎发育过程中的作用机制，以及ART操作（如体外培养、冷冻保存、激素刺激）如何通过改变这些RNA修饰影响胚胎发育潜能和子代健康。

在雌性生殖方面，研究表明m⁶A修饰对卵母细胞成熟和卵泡发育至关重要。小鼠模型中，Mettl3基因敲除导致卵母细胞成熟障碍和DNA损伤积累，而YTHDC1缺失则引起选择性多聚腺苷化和剪接缺陷。在人类卵巢衰老过程中，颗粒细胞显示m⁶A修饰基因数量增加，这与FTO表达下降和METTL16表达上升相关。值得注意的是，卵泡液中m⁶A水平降低与卵巢储备功能减退患者的胚胎质量下降显著相关。

在雄性生殖系统中，m⁶A调控机制同样关键。小鼠生殖细胞中Mettl3或Mettl14的缺失会消除m⁶A标记并耗尽精原干细胞，而YTHDC2功能障碍则导致减数分裂进程异常。临床研究发现，人类弱精症患者精子中m⁶A含量显著升高，提示m⁶A失调可能是男性不育的重要因素。

早期胚胎发育阶段的表观转录组调控尤为复杂。研究发现，从小鼠合子到二细胞期的转变过程中，约50%的基因获得或失去m⁶A修饰，这一动态变化与合子基因组激活(ZGA)过程高度吻合。m⁶A还通过X染色体失活(XCI)机制参与剂量补偿效应，其中XIST长链非编码RNA的m⁶A修饰由METTL3/METTL14复合物催化，并被YTHDC1识别，这对维持X染色体沉默至关重要。

ART相关应激源对表观转录组的影响机制主要包括：氧化应激通过改变m⁶A水平影响mRNA翻译；冷冻保存通过诱导渗透压休克和氧化应激，改变猪精子中METTL3、METTL14、ALKBH5和YTHDF2的表达模式；雌激素暴露则通过RXRA/YTHDC1/RPL37信号通路上调人胎盘组织中m⁶A读取器表达。这些改变最终影响胚胎发育潜能，表现为囊胚形成率下降、滋养层细胞数量减少以及胎盘功能异常。

在技术方法方面，研究采用了多种先进的表观转录组检测技术。抗体依赖性方法包括m⁶A-seq、MeRIP-seq和CLIP-based技术，能够实现转录组范围内的m⁶A定位。抗体非依赖性方法如eTAM-seq和MAZTER-seq则提供单核苷酸分辨率的定量信息。特别值得一提的是picoMeRIP-seq技术，仅需100pgRNA即可完成单细胞水平的m⁶A分析，为研究珍贵临床样本（如人类卵母细胞和早期胚胎）提供了可能。同时，纳米孔直接RNA测序技术能够直接读取RNA修饰信息，为表观转录组研究开辟了新途径。

研究结果揭示了ART对表观转录组的多层次影响。在配子发生过程中，ART操作通过改变m⁶A调控网络影响配子质量。在胚胎发育阶段，体外培养条件会特异性下调m⁶A相关因子表达，其中雄性胚胎表现出更明显的转录组改变。临床样本分析发现，反复种植失败(RIF)患者子宫内膜组织中存在1443个m⁶A修饰上调的长链非编码RNA，这些RNA富集于p53信号通路和氨基酸代谢通路，可能通过调控LIF表达影响胚胎着床。

表观转录组生物标志物的开发为ART优化提供了新思路。m⁶A相关因子的表达水平与胚胎发育潜能密切相关，METTL3缺失导致小鼠胚胎着床失败，YTHDF2缺陷引起神经发育异常。在人类中，绒毛组织FTO下调与流产风险增加相关，而m⁶A水平则可能成为预测卵巢反应和胚胎质量的新型生物标志物。

跨物种比较研究揭示了表观转录组调控的保守性和物种特异性。虽然小鼠和人类在合子基因组激活阶段都依赖m⁶A介导的母源RNA清除机制，但m⁶A修饰模式存在显著差异：人类特异性基因在八细胞期m⁶A占有率较低(35%)，而小鼠特异性基因在二细胞期保持较高水平(65%)。这些差异可能与物种特有的发育时序和调控网络有关。

该研究的结论部分强调，表观转录组修饰（特别是m⁶A）是ART影响胚胎发育质量的关键分子层面。ART操作通过改变RNA修饰的动态平衡，间接影响基因表达模式和胚胎发育轨迹，这些改变可能与子代长期健康风险存在关联。未来研究应重点关注m⁶A调控因子的非经典功能、开发靶向表观转录组的干预策略，以及建立多组学整合分析平台。这些研究方向不仅有助于优化ART安全性，也将推动生殖医学向个性化、精准化方向发展。

值得注意的是，表观转录组改变可能作为环境暴露的分子记忆，在胚胎发育过程中留下持久印记。因此，在ART临床实践中，监测和优化表观转录组状态可能成为提高成功率和保障子代健康的新策略。同时，研究者呼吁加强ART子代的长期随访研究，以期更全面评估表观转录组改变的临床意义。