利用單細(xì)胞雙組學(xué)技術(shù)揭示嵌合胚胎試管嬰兒體內(nèi)非整倍體細(xì)胞清除機(jī)制

近年來(lái)，隨著高通量測(cè)序技術(shù)應(yīng)用于體外受精胚胎的植入前遺傳學(xué)診斷，有關(guān)胚胎嵌合現(xiàn)象的報(bào)道越來(lái)越多。研究表明，人類(lèi)著床前胚胎的嵌合比例很高，滋養(yǎng)外胚層（TE）活檢的嵌合診斷率從3%到26%不等[1]。胚胎嵌合是指同一個(gè)胚胎中既有正常的二倍體細(xì)胞、也有異常的非整倍體細(xì)胞的現(xiàn)象。這通常是在胚胎發(fā)育早期，部分胚胎細(xì)胞在有絲分裂過(guò)程中發(fā)生染色體分離錯(cuò)誤導(dǎo)致的。

體外受精胚胎中，部分細(xì)胞發(fā)生染色體異常對(duì)胚胎發(fā)育潛力的影響還不完全清楚。據(jù)報(bào)道，嵌合胚胎在植入后，可能植入失敗，或者植入后發(fā)生流產(chǎn)，也可能發(fā)育至活產(chǎn)，甚至誕生正常嬰兒。嵌合胚胎移植回孕婦體內(nèi)后的妊娠率和活產(chǎn)率從16%到47%不等 [1-3]。了解胚胎嵌合的后果對(duì)于體外受精胚胎和自然受精胚胎都很重要，但目前對(duì)移植的嵌合胚胎的產(chǎn)后評(píng)估是不夠的。目前的評(píng)估主要集中在妊娠率和出生率上，而單細(xì)胞分辨率的產(chǎn)后染色體檢測(cè)數(shù)據(jù)仍然缺乏。Capalbo等人 [4]進(jìn)行了一項(xiàng)前瞻性研究，他們發(fā)現(xiàn)滋養(yǎng)外胚層活檢時(shí)判斷為嵌合的胚胎與判斷為正常整倍體的胚胎具有相似的發(fā)育潛力。他們對(duì)部分嵌合胚胎移植出生的新生兒，采集其唾液樣本，使用單核苷酸多態(tài)性陣列（SNP array）技術(shù)進(jìn)行大量細(xì)胞混合樣品分析，確認(rèn)新生兒在外胚層衍生的細(xì)胞譜系中沒(méi)有高比例的核型異常。

該研究對(duì)7名嵌合囊胚移植后出生的試管嬰兒進(jìn)行了后續(xù)追蹤，采集他們的外周血單核細(xì)胞進(jìn)行了單細(xì)胞雙組學(xué)測(cè)序，對(duì)單個(gè)細(xì)胞的類(lèi)型和染色體拷貝數(shù)進(jìn)行了檢測(cè)，在單細(xì)胞分辨率下探索嵌合胚胎移植后出生的試管嬰兒外周血單核細(xì)胞的染色體拷貝數(shù)狀態(tài)，評(píng)估了這些健康出生的嬰兒體內(nèi)是否還存在與胚胎早期相同的染色體拷貝數(shù)異常（CNA），以及是否出現(xiàn)了新的染色體拷貝數(shù)異常

1、來(lái)自嵌合胚胎的試管嬰兒外周血單核細(xì)胞中已經(jīng)檢測(cè)不到胚胎早期發(fā)生的染色體拷貝數(shù)異常。該研究對(duì)7名來(lái)自嵌合胚胎的試管嬰兒、以及3名來(lái)自正常整倍體胚胎的試管嬰兒（作為對(duì)照）的總共1616個(gè)細(xì)胞進(jìn)行了單細(xì)胞雙組學(xué)測(cè)序，每個(gè)嬰兒平均測(cè)序了100-300個(gè)單細(xì)胞。該研究重點(diǎn)關(guān)注了嵌合胚胎在滋養(yǎng)外胚層活檢時(shí)發(fā)生拷貝數(shù)異常的染色體區(qū)域。結(jié)果表明，這些試管嬰兒的外周血單核細(xì)胞在這些對(duì)應(yīng)的染色體區(qū)域的拷貝數(shù)都正常（圖2）。一個(gè)似乎是例外的情況來(lái)自5號(hào)病例的一個(gè)外周血單核細(xì)胞，它在基因組檢測(cè)中顯示在滋養(yǎng)外胚層活檢異常的染色體區(qū)域有拷貝數(shù)缺失。然而，其缺失的染色體區(qū)域長(zhǎng)度比滋養(yǎng)外胚層活檢時(shí)異常的染色體區(qū)域短得多，且拷貝數(shù)變化與在滋養(yǎng)外胚層活檢的拷貝數(shù)變化方向相反（滋養(yǎng)外胚層活檢時(shí)是6號(hào)染色體長(zhǎng)臂一個(gè)大片段的拷貝數(shù)增加，而在試管嬰兒外周血單核細(xì)胞檢測(cè)時(shí)是6號(hào)染色體長(zhǎng)臂一個(gè)小片段的拷貝數(shù)減少）。因此該研究發(fā)現(xiàn)，來(lái)自嵌合胚胎的試管嬰兒外周血單核細(xì)胞中已經(jīng)檢測(cè)不到胚胎早期發(fā)生的染色體拷貝數(shù)異常

2、來(lái)自嵌合胚胎的試管嬰兒外周血單核細(xì)胞中一小部分細(xì)胞發(fā)生了其他染色體區(qū)域的拷貝數(shù)異常。來(lái)自嵌合胚胎的試管嬰兒和來(lái)自整倍體胚胎的對(duì)照組試管嬰兒的外周血單核細(xì)胞中，一部分細(xì)胞仍然發(fā)生了染色體拷貝數(shù)異常（拷貝數(shù)異常的染色體區(qū)域長(zhǎng)度在10Mb以上的)，平均發(fā)生頻率為1.2%（從0%到2.5%）。這些外周血單核細(xì)胞中發(fā)生異常的染色體區(qū)域表現(xiàn)出相對(duì)隨機(jī)的模式。與此同時(shí)，對(duì)應(yīng)的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組信息也顯示這些染色體拷貝數(shù)異常的細(xì)胞，存在于外周血單核細(xì)胞的各種細(xì)胞類(lèi)型中。黃巖誼實(shí)驗(yàn)室和王建斌實(shí)驗(yàn)室報(bào)道了在健康人群的外周血單核細(xì)胞中普遍存在染色體拷貝數(shù)異常，染色體拷貝數(shù)異常細(xì)胞在外周血單核細(xì)胞中的比例在7.5%左右[5]。與成年人相比，這些1-3歲嬰兒的染色體拷貝數(shù)異常細(xì)胞的比例似乎略低。

以上結(jié)果表明，試管嬰兒的胚胎染色體嵌合問(wèn)題通過(guò)某些細(xì)胞機(jī)制得到了糾正。這可能是通過(guò)以下兩個(gè)途徑：異常的非整倍體胚胎細(xì)胞相比于正常整倍體細(xì)胞分裂增殖更緩慢，或者異常的非整倍體胚胎細(xì)胞更容易發(fā)生凋亡，在嵌合胚胎中，異常的非整倍體細(xì)胞被選擇性消除了。研究表明，小鼠囊胚內(nèi)細(xì)胞團(tuán)譜系的非整倍體細(xì)胞會(huì)通過(guò)凋亡被選擇性消除，非整倍體細(xì)胞比例從囊胚期開(kāi)始逐漸減少[6]。另一項(xiàng)研究表明，早期胚胎中整倍體和非整倍體細(xì)胞的增殖和死亡動(dòng)力學(xué)是不同的，非整倍體細(xì)胞增殖較慢并且容易發(fā)生凋亡，而整倍體細(xì)胞增殖快并且很少發(fā)生凋亡[7]。這些問(wèn)題非常值得未來(lái)更深入探索。

綜上所述，該研究在單細(xì)胞分辨率，從多組學(xué)的角度對(duì)來(lái)自嵌合胚胎的試管嬰兒進(jìn)行了深入評(píng)估，表明這些嵌合胚胎常常也可以成功發(fā)育成健康嬰兒，胚胎期染色體嵌合問(wèn)題得到了完全糾正。這為滋養(yǎng)外胚層活檢診斷出的嵌合胚胎提供了新的見(jiàn)解。在沒(méi)有正常整倍體胚胎可用的情況下，可以考慮移植嵌合胚胎。這為卵巢儲(chǔ)備較差、促排卵后胚胎數(shù)量有限或僅有嵌合胚胎和染色體全部異常的胚胎的患者提供了新的希望。