近幾十年來(lái)，輔助生殖技術(shù)（ART）已廣泛用于治療人類不孕癥。然而，只有大約30％的體外受精（IVF）和卵胞漿內(nèi)單精子注射（ICSI）能夠成功懷孕。經(jīng)典的精液質(zhì)量參數(shù)，如精子密度、形態(tài)和運(yùn)動(dòng)性，不足以有效評(píng)估精子的生育能力。

因此，非常需要一種用于從具有正常精液參數(shù)的樣品中區(qū)分高質(zhì)量精子樣品的方法。

2019年4月9日，Nature 旗下期刊 Cell Discovery 雜志在線發(fā)表了來(lái)自中科院上海生科院、復(fù)旦大學(xué)附屬婦產(chǎn)科醫(yī)院、上海市計(jì)劃生育研究所合作的一項(xiàng)最新研究成果。

該研究發(fā)現(xiàn)小非編碼RNA（sncRNA）與精子質(zhì)量顯著相關(guān)，并首次使用sncRNA作為評(píng)估體外受精的精子質(zhì)量生物標(biāo)志物，為改善體外受精的成功率提供了有用的生物標(biāo)志物。

論文標(biāo)題：Identification of small non-coding RNAs as sperm quality biomarkers for in vitro fertilization。鑒定小非編碼RNA作為體外受精時(shí)精子質(zhì)量的標(biāo)志物。

通訊作者：吳立剛（中科院上海生科院生化細(xì)胞研究所）、施慧娟（上海市計(jì)劃生育研究所）、陳國(guó)武（復(fù)旦大學(xué)附屬婦產(chǎn)科醫(yī)院）。

哺乳動(dòng)物雄性生殖細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)了許多類型的小非編碼RNA（sncRNA），包括miRNA、piRNA、tsRNA和rsRNA等。，這些小非編碼RNA在精子發(fā)生中發(fā)揮重要的調(diào)節(jié)作用。鑒定負(fù)責(zé)精子生育能力的精子sncRNA亞群是非常有研究和應(yīng)用前景的。

在這項(xiàng)研究中，研究人員從接受體外受精治療的夫婦中收集了87個(gè)人類精子樣本。通過(guò)Diff-Quik染色對(duì)離體精子進(jìn)行顯微鏡分析，結(jié)果顯示精子形態(tài)正常，純度高，適合RNA提取和深度測(cè)序。

根據(jù)優(yōu)質(zhì)胚胎的比例將這87個(gè)精子樣本分為兩組：高優(yōu)質(zhì)胚胎率組（H-GQE，GQE≥75％，n=23），低優(yōu)質(zhì)胚胎率組（L-GQE，GQE ≤25％，n=64）。

盡可能排除母體影響，年齡、獲得的卵母細(xì)胞數(shù)量或MII期卵母細(xì)胞沒(méi)有顯著差異。通過(guò)精液參數(shù)評(píng)估（包括精子密度、形態(tài)、活力和運(yùn)動(dòng)能力等），這些將精子樣本都屬于正常精子樣本。

作者從87個(gè)人類精子樣本中提取了總RNA，并通過(guò)深度測(cè)序分析了sncRNA的表達(dá)情況。發(fā)現(xiàn)樣本中的tsRNA、rsRNA、miRNA和piRNA非常豐富，這與先前在小鼠中的報(bào)道一致。

平均而言，約56％的sncRNA為tsRNA，18％為rsRNA，6％為miRNA，4％為piRNA。兩組中每種樣品中這些sncRNA的長(zhǎng)度分布相似。tsRNA、rsRNA和miRNA長(zhǎng)度的峰值分別為29-34nt、17-40nt和20-23nt。

tsRNA作為標(biāo)志物

以前的研究表明，5'-tsRNA可以通過(guò)不同的機(jī)制調(diào)控翻譯，例如干擾翻譯起始和RNA修飾，或通過(guò)類似miRNA的機(jī)制抑制翻譯。此外，精子tsRNA能夠介導(dǎo)父系性狀向后代的傳播，并影響小鼠胚胎基因的表達(dá)，表明tsRNA可能在精子成熟以及早期胚胎發(fā)育中發(fā)揮重要作用。

為了進(jìn)一步研究tsRNA與精子質(zhì)量之間的關(guān)系，作者在兩組精子之間鑒定了10個(gè)差異表達(dá)的tsRNA。在這些tsRNA中，五種tsRNA，包括GlyGCC-30-1（第一個(gè)數(shù)字表示tsRNA的長(zhǎng)度，第二個(gè)數(shù)字表示具有相同長(zhǎng)度的tsRNA的同種型），GlyGCC-30-2，ThrTGT-38，ThrTGT- 39和GluTTC-23在低優(yōu)質(zhì)胚胎率組中表達(dá)下調(diào)。另外五種tsRNA，包括ProAGG-32，ProTGG-32，ProAGG-31，AsnATT-20和ArgCCG-33在低優(yōu)質(zhì)胚胎率組中表達(dá)上調(diào)。

接下來(lái)作者使用數(shù)據(jù)分析和預(yù)測(cè)模型，根據(jù)這10個(gè)tsRNA區(qū)分高優(yōu)質(zhì)胚胎率組和低優(yōu)質(zhì)胚胎率組，結(jié)果顯示通過(guò)這10種tsRNA進(jìn)行的分類可靠性非常高。這些結(jié)果表明，這10種tsRNA具有良好的預(yù)測(cè)價(jià)值，可作為評(píng)估體外受精精子質(zhì)量的潛在生物標(biāo)志物。

rsRNA作為標(biāo)志物

rsRNA是一種在成熟精子中大量表達(dá)的rRNA來(lái)源的sncRNA。之前的研究表明，它們對(duì)環(huán)境敏感，并且在白細(xì)胞精子癥患者的精子中表達(dá)降低。值得注意的是，該研究發(fā)現(xiàn)rsRNA在人類精子中高表達(dá)，尤其是來(lái)自28S rRNA的rsRNA。

為了探索rsRNA與精子質(zhì)量之間的關(guān)聯(lián)，作者分析了rsRNA的表達(dá)并鑒定了7種差異表達(dá)的rsRNA：28S-58、28S-34、28S-23、28S-20、28S-25、18S-37、28S-19 （破折號(hào)后面的數(shù)字表示rsRNA的長(zhǎng)度）。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，只有28S-58在低優(yōu)質(zhì)胚胎率組中表達(dá)上調(diào)，其余6個(gè)rsRNA都是下調(diào)。

通過(guò)這7種rsRNA也可以有效區(qū)分高優(yōu)質(zhì)胚胎率組和低優(yōu)質(zhì)胚胎率組，表明這些rsRNA具有與tsRNA相當(dāng)?shù)念A(yù)測(cè)能力，可作為評(píng)估體外受精精子質(zhì)量的潛在生物標(biāo)志物。

miRNA作為標(biāo)志物

在87個(gè)精子樣品中檢測(cè)到了467個(gè)已知的miRNA，前100種miRNA中，幾乎一半在低優(yōu)質(zhì)胚胎率組精子中表達(dá)上調(diào)，另外一半表達(dá)下調(diào)，表明這些精子樣本中的miRNA表達(dá)在精子成熟過(guò)程中失調(diào)。

為了探索miRNA與精子質(zhì)量之間的關(guān)聯(lián)，作者分析并鑒定了5種差異miRNA，其中miR-132-3p、miR-191-3p、miR-520a-5p在低優(yōu)質(zhì)胚胎率組精子中表達(dá)下調(diào)，miR-101-3p、miR-29a-3p表達(dá)上調(diào)。

通過(guò)這5種miRNA也可以區(qū)分高優(yōu)質(zhì)胚胎率組和低優(yōu)質(zhì)胚胎率組，但準(zhǔn)確率低于rsRNA和tsRNA。

總的來(lái)說(shuō)，這篇論文研究了人類精子中差異表達(dá)的sncRNA作為評(píng)估體外受精精子質(zhì)量的候選標(biāo)記物。該研究證實(shí)差異表達(dá)的tsRNA、rsRNA、miRNA與胚胎質(zhì)量和精子質(zhì)量相關(guān)，即使這些精子樣本都被傳統(tǒng)的精液參數(shù)評(píng)估認(rèn)為是正常的。

因此，sncRNAs，尤其是tsRNA和rsRNA，可能是評(píng)估體外受精精子質(zhì)量的潛在臨床生物標(biāo)志物。

參考內(nèi)容：

https://www./articles/s41421-019-0087-9