精子染色質濃縮和精蛋白化可能影響受精後之臨床結果

文/茂盛醫院生殖中心胚胎師謝鑀瑜、陳建宏

人工生殖已成為人類不孕的治療首選，過去十年，歐洲已有超過200萬名試管嬰兒誕生。雖然「單一精蟲顯微注射(intracytoplasmic sperm injection,ICSI)」是目前歐洲最常用的人工生殖技術，但它在「非」男性因素不孕症方面並無法提供顯著優勢。然而，有一半尋求醫療的不孕原因是男性因素，但以往涉及人工生殖的調查中多關注在女性因素。此外，過往已發表文獻顯示：傳統的精子參數（如：濃度、活動力和形態）可能與採用ICSI之後的受精率和胚胎質量並沒有直接關係，但尚不清楚其他變量，如「染色質缺陷」是否對胚胎發育和臨床結果有所影響？

最新人類生殖期刊論文指出:精子濃縮染色質的能力與囊胚率和胚胎發育具有相關性

在2022年12月Ribas-Maynou等人於Human Reproduction期刊發表的一篇論文，探討精子染色質精蛋白化(protamination)和濃縮(condensation)缺陷對ICSI臨床結果之影響。該研究為ㄧ篇回顧性研究，利用健康捐贈者的精子進行分組分析，包括精子、卵子均為得自捐贈者(DD組)，包括45名精液捐贈者用於55個ICSI週期，總共獲得491個胚胎，每顆胚胎則轉移給一對不孕夫婦用以胚胎移植；另一組為僅精子得自捐贈者(SD組)，由34名精液捐贈者用於41個ICSI週期，總共獲得378個胚胎用以移植。

在精子成熟過程中，為了保護父系基因在受精過程中免受侵害，其染色質中的組蛋白(histone)會被精蛋白(protamine)取代，這個過程稱之為「精蛋白化」。此時，精蛋白會通過氧化二硫鍵的連結將精子染色質穩定為環形結構，稱之為「染色質濃縮」(Fig. 1)。本研究針對此染色質結構變化特性進行試驗設計，洗滌過後的精子在第0小時以及培養後第4小時，進行其染色質的檢測與分析。


研究結果顯示，經過染色質相關數值的檢測得出精子染色質精蛋白化不佳，對於ICSI週期中的受精率會產生負面影響(Fig. 2)；再者利用縮時攝影(time-lapse monitoring, TLM)技術，觀察胚胎發育到達t2、t4、t6、t8、Morula或囊胚的時間(Fig. 3)，結果發現：在培養4小時後精子濃縮染色質體外的能力與囊胚率和胚胎發育具有相關性，而且這種關聯性與女性年齡是無關的；結果發現，在DD組別當中在解凍後4小時CMA3數值和胚胎發育至囊胚的時間呈正相關並具有統計上的差異，也就是說當精子染色質精蛋白化能力越差時發育至囊胚的所需時間也就越長；而DBB變異數值和胚胎發育至囊胚的時間呈正相關並具有統計上的差異，也就是說當精子染色時濃縮能力越差時，發育至囊胚的所需時間也就越長。然而這些相關數值和提供卵母細胞的女性年齡無相關性。最後利用邏輯式回歸分析相關參數，並綜合包括精子染色質精蛋白化和濃縮等相關因子，用以預測臨床結果。在DD組別中，預測臨床懷孕的AUC數值為0.747 (P = 0.01)，而預測活產的AUC數值為0.756(P <0.005)；在SD組別中，預測臨床懷孕的AUC數值為0.904 (P< 0.001)，而預測活產的AUC數值為0.864(P< 0.001)。這表示精子染色質精蛋白化和濃縮，與採用ICSI之後的懷孕率和成功活產是有相關性的(Fig. 4)。


本篇研究得以進行乃與西班牙的法律有關，該國法條表明：「冷凍胚胎」也被視為生命，依法不可被銷毀！並且，在2003年增訂新條文，准許生殖診所將多餘的冷凍胚胎，開放讓有需要的人認養。根據此研究結果可知：精子染色質精蛋白化和濃縮與ICSI後的懷孕率和成功活產有關，但當使用來自年長女性的卵母細胞時，女性年齡可能是除了精子染色質缺陷的重要原因，還有待後續研究進行分析。


參考文獻：

Jordi Ribas-Maynou, Sergi Novo, Albert Salas-Huetos, Sergi Rovira, Marta Antich,Marc Yeste. Condensation and protamination of sperm chromatin affect ICSI outcomes when gametes from healthy individuals are used. 2023. Hum Reprod1;38(3):371-386.