近幾十年來，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)和運動性，不足以有效評估精子的生育能力。

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、上海市計劃生育研究所合作的一項最新研究成果。

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作為評估體外受精的精子質(zhì)量生物標志物，為改善體外受精的成功率提供了有用的生物標志物。

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

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

哺乳動物雄性生殖細胞中發(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。鑒定負責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個人類精子樣本。通過Diff-Quik染色對離體精子進行顯微鏡分析，結(jié)果顯示精子形態(tài)正常，純度高，適合RNA提取和深度測序。

根據(jù)優(yōu)質(zhì)胚胎的比例將這87個精子樣本分為兩組：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、獲得的卵母細胞數(shù)量或MII期卵母細胞沒有顯著差異。通過精液參數(shù)評估（包括精子密度、形態(tài)、活力和運動能力等），這些將精子樣本都屬于正常精子樣本。

作者從87個人類精子樣本中提取了總RNA，并通過深度測序分析了sncRNA的表達情況。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的長度分布相似。tsRNA、rsRNA和miRNA長度的峰值分別為29-34nt、17-40nt和20-23nt。

tsRNA作為標志物

以前的研究表明，5'-tsRNA可以通過不同的機制調(diào)控翻譯，例如干擾翻譯起始和RNA修飾，或通過類似miRNA的機制抑制翻譯。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，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個差異表達的tsRNA。在這些tsRNA中，五種tsRNA，包括GlyGCC-30-1（第一個數(shù)字表示tsRNA的長度，第二個數(shù)字表示具有相同長度的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)胚胎率組中表達上調(diào)。

接下來作者使用數(shù)據(jù)分析和預(yù)測模型，根據(jù)這10個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)果顯示通過這10種tsRNA進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)測價值，可作為評估體外受精精子質(zhì)量的潛在生物標志物。

rsRNA作為標志物

rsRNA是一種在成熟精子中大量表達的rRNA來源的sncRNA。之前的研究表明，它們對環(huán)境敏感，并且在白細胞精子癥患者的精子中表達降低。值得注意的是，該研究發(fā)現(xiàn)rsRNA在人類精子中高表達，尤其是來自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的表達并鑒定了7種差異表達的rsRNA：28S-58、28S-34、28S-23、28S-20、28S-25、18S-37、28S-19 （破折號后面的數(shù)字表示rsRNA的長度）。實驗數(shù)據(jù)表明，只有28S-58在低優(yōu)質(zhì)胚胎率組中表達上調(diào)，其余6個rsRNA都是下調(diào)。

通過這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?shù)念A(yù)測能力，可作為評估體外受精精子質(zhì)量的潛在生物標志物。

miRNA作為標志物

在87個精子樣品中檢測到了467個已知的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上調(diào)，另外一半表達下調(diào)，表明這些精子樣本中的miRNA表達在精子成熟過程中失調(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下調(diào)，miR-101-3p、miR-29a-3p表達上調(diào)。

通過這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，但準確率低于rsRNA和tsRNA。

總的來說，這篇論文研究了人類精子中差異表達的sncRNA作為評估體外受精精子質(zhì)量的候選標記物。該研究證實差異表達的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)評估認為是正常的。

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

參考內(nèi)容：

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