端粒长度与自然流产病因相关性研究现状

白乐乐，赵晓曦

自然流产是妇产科的一种常见病，胚胎着床后31%发生自然流产，其中80%为早期流产（妊娠12周前）[1]，可由胚胎、母体、父亲及环境等多种因素引发，胚胎因素是早期流产的常见原因。端粒是人类基因组中转录不活跃的区域，存在于真核细胞染色体末端，由一段10～15 kb 长的特殊的TTAGGG 重复序列和结合蛋白组成的特殊结构[2]，参与维持基因组的完整性。人类细胞可以经历有限次数的细胞分裂，最终达到一种复制衰老的不可分割状态，因为每个细胞分裂中的端粒都会变短，一旦端粒长度极低，细胞就停止分裂，进入凋亡状态。因此，端粒被认为在控制细胞分裂和死亡中起重要作用[3]。此外，端粒功能障碍与染色体重排、基因组不稳定、肿瘤发生和细胞衰老有关[4-6]。近年端粒长度在人类胚胎、胎儿发育中的作用引起了关注。现就端粒长度与自然流产病因的相关性研究进展进行综述。

1 胚胎因素

1.1 配子及各期胚胎染色体端粒长度检测端粒长度与自然流产相关胚胎因素的研究，主要集中在对卵母细胞、精子及各期胚胎的研究。卵母细胞及胚胎染色体端粒长度检测始于2010 年，Turner 等[7]通过定量荧光原位杂交技术（Q-FISH）测量了人类胚泡卵母细胞和植入前胚胎的端粒长度，显示了不同发育阶段卵母细胞、卵裂期胚胎和囊胚之间的差异，为端粒长度作为胚胎质量标志的假设提供了基础数据，该研究提示卵裂期胚胎的平均端粒长度明显短于囊胚或卵母细胞的端粒长度，而人类胚胎干细胞无限期增殖的能力与其较长的端粒有关。2013 年Turner 等[8]首次量化了男性和女性对初始胚胎端粒负荷的相对贡献，研究提示成熟卵母细胞和雌性原核的端粒长度显著长于单个精子和雄性原核，未成熟卵母细胞的端粒长度明显长于成熟卵母细胞，但精子或卵母细胞的端粒长度与临床参数或治疗结果均无明显相关性，因为受精后的胚胎端粒长度发生了重置，人类卵母细胞端粒在成熟过程中缩短，直到囊胚阶段端粒酶增加。在新形成的人类胚胎中，短小或功能失调的端粒可能导致遗传的不稳定性。为了繁殖成功，胚胎必须在遗传不稳定的情况下存活下来，直到囊胚阶段端粒酶产生。卵母细胞的较长端粒可能有助于不稳定的较短端粒精子通过姐妹染色单体交换端粒而变得稳定[8]。因此，端粒较短的配子和胚胎发生自然流产的风险会加大，未来有望通过筛选较长端粒的配子、胚胎达到优生优育的目的。

1.2 端粒长度与胚胎非整倍体发育的相关性研究端粒对维持染色体完整性、细胞分裂和细胞存活具有重要作用，端粒长度在细胞内稳态中起着重要作用。2011 年Treff 等[9]首次证明端粒长度与人类非整倍体的发育有关，非整倍体胚胎的端粒明显短于整倍体胚胎。端粒较短的卵母细胞在减数分裂过程中易发生染色体配对错误，形成非整倍体。非整倍体胚胎在卵裂期比整倍体胚胎的端粒更短，而在囊胚期则无显著差异。胚泡期缺乏显著差异的原因是卵裂期和囊胚期的端粒正常化，而不是端粒较短的胚胎发育停滞所致。Huleyuk 等[10]研究支持以上论点，该研究共对80 个自然流产胚胎和25 个人工流产胚胎的相对端粒长度进行检测，结果提示自然流产以绒毛组织端粒缩短为特征，尤其是在非整倍体胚胎中。然而，2019 年Turner 等[11]进一步推翻了前人理论，他们进行了迄今为止评估卵裂期胚胎中相对端粒长度最大样本量的研究，共评估了86 例卵裂期胚胎及82例卵裂期胚胎极体，结果显示非整倍体和整倍体第一极体和卵裂球的相对端粒长度没有差异。但是该研究也存在一定局限性，研究中抽样的母亲的年龄范围较窄，大多数样本来自30 多岁的女性，参与该研究的女性都在接受不孕症的治疗，因此可能无法代表正常人群。基于伦理原则，该研究不可能从健康、可生育的女性获得雌性配子，但研究中可能包括一部分女性正在接受男性因素不孕症的相关治疗，因此可以被认为是健康和有生育能力的。因为没有收集有关不孕症原因的数据，所以不能做出对比分析。因此，端粒在人类胚胎非整倍体发育中的作用还有待更多的临床研究证实，希望未来可以通过端粒选择具有生殖能力的卵母细胞、胚胎，进而为生殖相关治疗提供机会。

2 母体因素

自然流产病因中，母体因素主要包括全身性疾病、生殖器异常、内分泌异常、强烈应激与不良习惯及免疫功能异常[1]。端粒长度被认为是生物体生物学年龄的指标，一项回顾性研究发现，母亲端粒长度较短与复发性流产有关[12]，与端粒结合蛋白[端粒重复序列结合蛋白1（TRF1）和TRF2]表达下调有关[13]。

2.1 与母体年龄、卵巢功能相关性研究女性生育能力的一个重要因素是卵巢储备，其受年龄影响很大。生殖衰老的端粒理论认为女性与年龄相关的卵母细胞功能障碍是由于端粒逐渐缩短所致，年轻女性捐赠的卵子完全消除了生殖衰老的影响，这突出了卵母细胞在生殖衰老中的中心作用，由此提出端粒损耗可以用来解释衰老对卵母细胞功能的不同影响[14]。端粒内环境的稳态对生育能力和受孕潜力有着重要的影响。端粒缩短与特发性卵巢功能早衰相关[15]，端粒长度可作为生殖能力判断及卵巢功能评定的敏感指标[16]。有研究显示，母体卵巢颗粒细胞的端粒长度与卵泡成熟度之间存在明显相关性，端粒长度与女性年龄呈负相关，且不同年龄组卵巢颗粒细胞凋亡率也有显著差异[17]。因此，年轻的母亲和卵巢功能较好的母亲，其卵泡成熟度高，卵母细胞更容易拥有较长的端粒，妊娠后自然流产的风险会降低。

2.2 与女性内分泌异常相关性研究多囊卵巢综合征（PCOS）是常见的女性内分泌疾病，对女性的卵母细胞质量和生育能力有众多负面影响。有关PCOS患者颗粒细胞端粒长度的研究结果不一，Wei 等[18]发现PCOS 患者颗粒细胞的端粒延长，Li 等[19]则发现在该病患者中端粒较短。Pedroso 等[20]的研究结果则显示PCOS 患者生殖细胞（包括未成熟卵母细胞、成熟卵母细胞、生发期卵泡和第2 次减数分裂中期卵母细胞）的端粒长度没有改变，只有在接受控制性超促排卵治疗的PCOS 患者白细胞中端粒长度增加。这些研究提示了端粒稳态在疾病中作用的不确定性，可能是由于研究之间的实验设计差异或该疾病复杂的病因所致。

2.3 与子宫环境相关性研究子宫环境对个体出生时的染色体端粒长度有重要影响，可能会影响个体出生后的疾病易感性。子宫环境因素包括母体的营养状况和生活习惯等。研究表明母体体质量指数（BMI）、体脂率和维生素B12与胎盘端粒长度呈正相关，而25-羟基胆钙素与胎盘端粒长度呈负相关，未观察到上述因素与脐带血端粒长度有关，所以胎盘相对端粒长度比脐带血相对端粒长度更易受母体营养变化的影响[21]。这与比利时Martens 等[22]的研究结一致，但该研究还发现，脐带血端粒的缩短与妊娠前BMI 有关，并且妊娠前较高的BMI 与新生儿端粒长度（在脐带血和胎盘组织中测量）的缩短有关，表明母体体质量可能影响孩子未来的寿命。脐带血端粒长度平均比母血延长30%左右，胎盘是一个临时器官，相对端粒长度最短，约为脐带血端粒长度的60%[23]，并且胎盘相对端粒长度随孕周的增加而降低[24]。

端粒缩短作为促进细胞衰老和分娩的一种机制，胎盘、胎膜端粒长度的正常缩短是分娩的促进因素，如果端粒过早磨损会降低复制能力、增加氧化应激、改变胎盘血流量以及损害胎膜的完整性，从而增加妊娠并发症的风险。与活产胎盘组织相比，来源于不明原因死产的胎盘端粒长度显著缩短，死产和未足月胎膜早破中的端粒长度无显著差异，端粒在胎膜中的异常缩短会损害胎儿正常发育，并且与胎儿生长受限有关[25]。妊娠早期暴露于烟雾与胎儿肺组织相对端粒长度的缩短密切相关，提示吸烟暴露对未来疾病的有害影响可能始于妊娠早期[26]。也有研究发现妊娠前母亲吸烟与后代端粒长度较短有关[27]。母亲体内的叶酸浓度高与新生儿端粒长度的增加有关[28]。所以，妊娠期良好的生活环境、充足的营养，可能会促进后代拥有更长的端粒，对后代的健康有重要作用。

3 父亲因素

3.1 与男性年龄、精液分析相关性研究精子的染色体异常可导致自然流产，但临床上精子畸形率异常增高与自然流产的关系尚无明确的证据[1]。男性生育能力的评估主要是基于精液分析的初步评估。少精子症、弱精子症、畸形精子症和无精子症被认为是影响男性生育的主要原因。有学者在2018 年提出，基于精液参数评估的标准诊断程序通常不足以解释男性不育的原因，端粒长度可能成为一种新的精子检测指标用于评估男性的生殖年龄[29]。男性的体细胞端粒随年龄增长而缩短，而精子端粒随着男性年龄的增长而延长。端粒长度的维持在生殖生物学中起重要作用，精子端粒的亚理想状态可能会损害男性的生育能力。端粒的磨损（主要与氧化应激条件有关）可对生育潜力产生有害影响、使DNA 不稳定性增加。一项横向研究发现，按年龄分组后，与健康对照者相比，不育男性的精子端粒显著缩短[30]。2020 年的一项研究显示，与可育男性相比，不育男性的白细胞和精子端粒长度均明显缩短，提示端粒长度与精子浓度、DNA 片段化和脂质过氧化显著相关[31]。幸运的是，常规的精液制备方法可以选择端粒较长的精子。另有研究显示男性精子亚群具有不同端粒长度，年长的父亲拥有相对较长的精子端粒，所生育的后代有更长的体细胞端粒，精子端粒长度与精子DNA碎片化、精液参数及治疗结果无明显相关性，该研究中每份精子样本的平均端粒长度比正常精子、捐精者的精子端粒长度要短，考虑可能因为该研究包括一些不育男性，他们的精子更多的是非整倍体[12]。Thilagavathi 等[32]的研究显示少精子症患者的精子端粒较短，但精子端粒长度与精液量、精子形态和活动率之间无相关性。目前，缺乏强有力的证据支持关于短端粒与精子生成缺陷之间关系的理论，期待更多精子端粒相关性的科研结果。

3.2 与体外受精率、胚胎质量相关性研究该类研究结果较统一，2020 年一项研究对因女方因素接受辅助生殖助孕治疗的66 例正常男性进行精子端粒长度检测，发现精子端粒长度与体外受精率呈正相关[33]。另有研究表明体外受精中精子端粒长度与胚胎质量呈正相关[34]，该研究收集418 份因女性输卵管因素行第一周期常规体外受精-胚胎移植治疗的男性的精液，用荧光实时定量聚合酶链反应检测精液中精子的平均端粒长度，发现精子端粒长度与优胚率、可移植胚胎率呈正相关。因此，精子端粒长度可能成为预测胚胎质量的一个标志。

3.3 与男性生活方式相关性研究在体细胞中，端粒缩短的速率受许多生活方式因素的影响，例如吸烟、饮食和职业。然而，关于生活方式因素如何影响精子端粒长度和随后的生殖结果知之甚少。既往研究显示，男性体质量与精子端粒长度呈负相关[35]。Mishra 等[36]研究提示，温和的氧化应激有利于精子端粒长度的维持。但也有不同结论，Berneau 等[33]研究表明精子端粒长度与生活方式因素无关。

4 环境因素

过多接触放射线和砷、铅、甲醛、苯、氯丁二烯、氧化乙烯等化学物质，均可能引起流产[1]。大气污染会导致成年人端粒长度缩短[37]，环境中多环芳烃的暴露可引起生殖毒性，与男性精子端粒长度呈负相关[38]。而2017 年有研究表明，在高污染环境暴露地区的男性居民的精子端粒长度显著增加，提示人类精液是环境暴露的一个生物标志[39]。所以目前环境因素对精子端粒长度及男性生育能力的影响仍存在争议，有待更多临床试验的开展来证实。与此同时，人们对有毒化学物质对早期生命端粒的影响也知之甚少。2019 年Herlin 等[23]第一次在孕妇和新生儿中评估多种有毒金属与端粒长度的关系，评估了多种有毒金属对母体血液、脐带血和胎盘中相对端粒长度的潜在影响，以及促氧化剂的潜在修饰效应，发现妊娠期接触硼和锑的母亲相对端粒长度较短，妊娠期接触锂的母体相对端粒长度较长；胎盘中砷浓度与血、尿和胎盘相对端粒长度呈正相关；在脐带血中只有铅浓度与相对端粒长度呈负相关，尤其是在男孩中，按新生儿性别划分，在男孩中的相关性是女孩的10 倍。由此推测，硼、锂、砷和锑暴露量的增加与母体或新生儿的组织特异性相对端粒长度有关。这项研究为妊娠期接触有毒金属可能改变端粒长度提供了证据。既往有一些证据支持目前的发现，端粒长度是受产前暴露影响的终生疾病风险的潜在生物标志，男性胎儿尤其容易受到母亲对新生儿端粒长度的影响[40]。锂元素对端粒长度具有保护作用[41]。期待未来有更多研究进一步阐明环境因素对生殖健康相关端粒长度的潜在影响。

综上所述，目前研究从胚胎、母体、父亲及环境等多种因素探讨了端粒长度与自然流产病因的相关性，越来越多的证据表明端粒在人类生殖过程中起着重要作用，并有望成为生殖医学中重要的生物学标志物，为自然流产的防治提供理论依据与指导方向。但目前绝大多数研究都是在不孕症患者或自然流产夫妇中开展的，不能代表普通人群，希望未来有更多关于端粒长度的研究，增加更多正常人群的样本量作为对照，进一步明确端粒在生殖过程中的作用，有望开展配子、胚胎植入前端粒长度的检测，选择优质胚胎进行移植，降低自然流产率。