胚胎多核化：检测，可能的起源和治疗的意义

2025-07-23

文章标题：

Embryo multinucleation: detection, possible origins, and

implications for treatment

作者：

Giovanni Coticchio 1,�, Cristina Lagalla 2

, Marilena Taggi 3

, Danilo Cimadomo 3

, and Laura Rienzi 3,4

IVIRMA Global Research Alliance, IVIRMA ITALIA, Rome, Italy 2

IVIRMA Global Research Alliance, 9.baby, Bologna, Italy 3

IVIRMA Global Research Alliance, Genera, Clinica Valle Giulia, Rome, Italy 4

Department of Biomolecular Sciences, University of Urbino “Carlo Bo”, Urbino, Italy

发表杂志：Human reproduction

发表日期：2024年8月

杂志评分：6

abstract

摘要

ABSTRACT

Cell cycle regulation is crucial to assure expansion of a cell population, while preserving genome integrity. This notion is especially

relevant to fertilization and early embryo development, a time when the cell cycle transforms from meiotic into mitotic cycles.

Zygote-to-embryo transition is acutely error-prone, causing major developmental perturbations, including cleavage delays, tri- and

multi-chotomous cleavages, and cell fragmentation. Another such alteration is bi- and multinucleation, consisting of the simultaneous formation of two or more nuclei at interphase. Indeed, multinucleation affects a large proportion of early human embryos,

typically at the two-cell stage. Mechanistically, several factors, including spindle dysfunction, failed cleavage, and cell fusion, may

generate this cell anomaly. In assisted reproduction treatment, multinucleation is associated with reduced developmental rates and

lower implantation rates in Days 2–3 embryo transfers. However, many multinucleated embryos can develop to the blastocyst stage.

In blastocyst transfers, the current evidence does not suggest a major impact of a previous history of multinucleation on the odds of

euploidy or successful treatment outcomes. Human embryo multinucleation remains a not-fully-understood but developmentally

relevant and intriguing phenomenon which requires further research of its generative mechanisms and clinical implications.

摘要：

细胞周期调控是保证细胞群体扩增和保持基因组完整性的关键，这一概念与受精和早期胚胎发育（细胞周期从减数分裂向有丝分裂转变的时期）尤其相关。

受精卵到胚胎的转变是非常容易出错的，导致主要的发育扰动，包括卵裂延迟，三裂和多裂卵裂，以及细胞碎裂。另一个这样的改变是双核和多核，包括在间期同时形成两个或更多个核。事实上，多核影响了大部分早期人类胚胎，通常在两细胞阶段。从机制上讲，几个因素，包括纺锤体功能障碍、卵裂失败和细胞融合，可能导致这种细胞异常。在辅助生殖治疗中，多核与发育率降低和第2-3天胚胎移植的植入率降低有关。然而，许多多核胚胎可以发育到囊胚期。

在囊胚移植中，目前的证据并不表明以前的多核化史对整倍体或成功治疗结局的几率有重大影响，人类胚胎多核化仍然是一个不完全理解的，但发育相关的和有趣的现象，需要进一步研究其生成机制和临床意义。

前言

真核细胞被划分为不同的亚细胞器。这使得在空间和时间上对主要代谢和调节模式的控制增加。因此，染色体和相关的大分子被限制在核隔室中。核不是永久性的结构，但在细胞分裂期间周期性地分解以促进染色体分离，然后在间期重新组装。绝大多数真核细胞是单核的。然而，多核化（MN），即同时存在一个以上的细胞核，是少数细胞类型的特征，是关键过程的基础。例如，MN在参与肌肉组织收缩、损伤后骨髓再生、骨重塑和免疫细胞组成调节的细胞中起作用MN还有助于特定物种或阶段的发育机制，例如早期果蝇胚胎的形成（McCartney和Dudin，2023）或哺乳动物胎盘合体滋养层的功能

•哺乳动物植入前胚胎的卵裂球通常是单核的。然而，在人类胚胎中，在最初的2-3个细胞周期中经常观察到双核或MN卵裂球，在标准免染色显微镜观察的限制范围内。按照单核化的规则，卵裂球MN被认为是胚胎存活的负面预后因素。事实上，最初的证据与这一假设是一致的，然而，随着时间推移技术（TLT）和植入前非整倍体遗传筛查（PGT-A）的进展，进一步的研究扩大了这一观点;特别是，新的证据表明，MN可能表示以前未知的水平的复杂性和胚胎细胞分裂周期的变化。

研究方法

使用PubMed在MEDLINE数据库中搜索与手稿主题相关的同行评审英语文章。主要术语“多核化或多核化”、“受精”、“受精卵”、“胚胎”、“卵裂球”、“囊胚”以多种组合进行搜索。结果仅限于人类辅助生殖，排除关注滋养外胚层和胎盘MN的研究。单独筛选得到的（N 1/4 130）参考文献，并选择最相关和/或数值显著的研究进行讨论和引用（表1）

核形态

在人类两细胞胚胎中，通过传统的透射光显微镜，细胞核看起来是一个由明显的边缘限定的明确的圆形结构。它包含精细的颗粒状物质和几个核仁样聚集体。TLT揭示了对这个细胞器的进一步见解：在双细胞胚胎中，细胞核在第一次卵裂后立即形成，逐渐扩大，直径达到约18 µm，并持续到第二次分裂周期前不久（阿吉拉尔等人，2016）。当存在多个细胞核（2至4个）时，尽管较小且相对大小不同，但显示相同的特征和形态动力学。单个或多个细胞核在四细胞阶段不太明显，几乎不可能被发现。

通过静态观察和TLT评估检测和出现概率

•发表于1900年左右，基于静态观察，一项初步分析报告说，特别是在早期阶段，在超过1800个胚胎中D2观察：2，3和4细胞出现有MN的有15%（Balakier和Cadesky，1997）。同样的研究表明，大约一半的这种胚胎在2细胞阶段，2个细胞均有MN，然而，另一项较早的研究描述了在1214个第2天和第3天胚胎的总体群体中，具有至少一个MN卵裂球的胚胎的频率为11%（N 1/4 144）。（Alikani等，2000）。几年后，进一步的调查显示，在包括超过10000个第2天和第3天胚胎的群体中，总体MN率为33（Royen et al，2003）。与Alikani et al（2000）和Balakier和Cadesky（1997）相比，本研究的MN率较高，无法用不同的方法解释，因为方法相似，因此可能反映了患者人群的差异。 •由于以15-30分钟的间隔重复观察，TLT显著增强了监测胚胎MN的能力，可以更有效地检测持续数小时的形态动力学现象，例如MN。一项小型但解释性的研究（Ergin et al，2014）描述了145个胚胎（占研究的18.9%）为MN；但其中只有45个是在伊斯坦布尔共识指出的窗口期观察到。其他研究指出，静态观察只能观察到所有MN (35.3%, 381/1080)胚胎的7% (7%, 76/1080) 。另一项超过2000枚胚胎的MN静态和时差对比的研究中，分别观察到5%和25%。TLT监测也提示了MN是一种动态状态的重要概念：单独的调查报告称，MN胚胎在2细胞期的比率为37-42%，而在4细胞期仅为11- 16（阿吉拉尔等人，2016年;因此，无论不同研究中报告的绝对频率如何，仅通过静态观察可以检测到所有真正MN胚胎的20-25%，而在两细胞和四细胞阶段之间的过渡中，受影响的胚胎的比例减少了4- 5倍。

可能的机制

•多核性可以由不同的机制或现象引起：单核细胞的融合，染色体复制后不发生细胞分裂，胞质分裂时纺锤体功能的紊乱，或有缺陷的核膜形成。 •1 反向卵裂。引人注目的是，RC可以在第一次细胞分裂时就发生，在不同形态学类别的胚胎中，发生率为1%至5%（Ezoe等，2022） •2.卵裂球融合或卵裂失败。细胞机制仍完全未知，精子-卵母细胞融合是由一系列复杂的融合蛋白介导的，这些融合蛋白包括CD 9，SOF 1，FIMP，DCST 1/DCST 2 SPACA 6（Siu et al，2021），并且可能还有IZUMO 1（Brukman et al，2023）。这可能表明，偶尔地并且由于目前未知的原因，由这些蛋白质赋予的卵母细胞融合能力被不合法地传递到在前2-3个细胞周期中产生的子卵裂 •3.可能更常见的机制是有丝分裂纺锤体引起的卵裂球双核化（BN）和MN。

可对胚胎发育的影响

卵裂胚

在21世纪初，一项对1395个IVF/ICSI周期的相对较大的系统研究说明了MN胚胎的几个方面： •（i）在33.6%的卵裂期胚胎中观察到MN，第2天更常见于（27.4%）第3天 •（ii）表型还与第2天和第3天的胚胎碎片增加和卵裂球数目减少相关; •（iii）在双胚胎移植中，包括没有，一个或两个受影响的，着床率与MN呈负相关（分别为24.6%、12%和5.7%）(Van Royen et al., 2003).

另一项研究报道了MN与胚胎碎裂或早期卵裂率降低之间的关联（Hesters等人，2008年）。与卵裂期胚胎相关的进一步研究表明，（Meriano等人，2004年）和MN（Moriwaki等人，2004; Bar-Yoseph等人，2011; Fauque等人，2013;阿吉拉尔et al，2016）与胚胎质量和植入率，一项基于2769例卵裂-分期新鲜胚胎移植也表明第2天MN与活产率降低之间存在正相关性（Sayed等人，2022）

囊胚

•囊胚培养技术和PGT-A技术的发展以及TLT技术的发展，极大地丰富和加强了MN胚胎发育能力的证据，对近6000个胚胎的初步观察表明，与正常对照相比，具有一个或多个MN卵裂球的胚胎的囊胚形成率显著缩短（分别为11.4%、6.5%和51.0%）（Yakin等人，2005年）。另一个更大的研究包括大约30000个胚胎（Egashira et al，2015）报告了MN对囊胚形成率的显著但小得多的影响（在有和没有MN的胚胎中分别为50.8%对73.3%）。此外，相同的研究表明，在用冷冻保存的第2天胚胎而不是囊胚进行的移植中，与MN相关的临床妊娠率较低。相反，在包括约300个囊胚的小型分析中观察到MN和囊胚着床率之间的负相关性（Goodman et al，2016）。

•在关注胚胎发育和临床结局因素的分析中，胚胎MN还与卵巢刺激激动剂方案的使用、男性因素不育、精子DNA片段化、回收卵母细胞的数量和植入率降低相关（De Cassia？Savio Figueira et al，2010; Setti et al，2021）。MN也与卵巢储备功能低下呈正相关。（Younis等人，2016; Alexopoulou et al，2019）。在大型和小型分析中，对第2-3天移植胚胎的精细TLT监测表明，处于两细胞阶段的MN，特别是如果影响两个卵裂球，可以减少2-3倍的活产机会（Desch et al，2017; Barberet et al，2019）。在一项病例对照研究中，在移植136个冷冻保存的卵裂期MN胚胎后，也报告了较低的活产率，尽管围产期结局相似（Seikkula et al）

染色体分析

•1.在早期染色体分析研究中，与正常对照相比，MN裂解期胚胎具有更高的非整倍性风险，但分析材料的性质（来自第3天胚胎的单个卵裂球）和染色体分析技术（荧光原位杂交）质疑这些发现的稳健性（Ambrogggio et al，2011; Yilmaz et al，2014）。 •2.许多年后，最初的PGT-A研究中，用阵列CGH筛选囊胚，未发现胚胎MN与整倍体的几率相关（Hashimoto等人，2016; Desai et al，2018）。相比之下，在一项通过TLT监测超过1000个第5-6天囊胚并用阵列CGH筛选的分析中，二细胞期和四细胞期的MN分别为2倍和6倍，更容易发生在非整倍体胚胎中（Tvrdonova等，2021）。随后的荟萃分析研究了形态动力学特征对胚泡非整倍性的可能影响;在两细胞期观察到的MN并没有增加风险，但提示MN在四细胞期持续存在有一定的预后潜力。（Bamford等，2022）。还假设受平衡和不平衡易位影响的胚胎中MN率可能增加（Lammers et al，2019）。 •因此，目前，全面的染色体检测数据不足以可靠地表明MN与胚泡非整倍性之间可能存在关联。

总结

•我们现在知道MN可以由至少三种不同的机制引起：卵裂球融合、卵裂球裂解失败和主要有丝分裂纺锤体功能障碍。 •高达约40%的卵裂期胚胎可能受到影响，但在两细胞和四细胞阶段检测到的相对频率表明MN可能是一种可逆现象。MN与卵裂期胚胎移植中较差的胚胎形态、卵裂异常、发育延迟和临床结局降低有关。大部分的MN胚胎仍然可以发育成囊胚，目前的数据并没有明确表明具有MN病史的囊胚的整倍性或植入能力受到影响。 •在二细胞阶段的双核可能反映了基于双纺锤体分离的合子的独特有丝分裂机制，并且与二倍体和正常发育潜力相容。关于MN的集体临床证据进一步支持扩大培养作为关键实验室策略的概念。利用TLT和PGT的全部潜力-A将允许定义MN作为影响胚泡发育和植入能力的独立因素的精确影响。 •具体而言，双核和多核之间的区别可能有助于揭示核状态对发育能力的真正影响。