氧气浓度降低对活产率影响的评估

在描述培养中胚胎发育的最佳环境方面取得了重大进展。 这些努力的前提是临床胚胎培养应模拟体内环境。 为此，研究人员竭尽全力重建早期胚胎所处自然环境的各个方面。 这种专注的方法导致现代体外受精 (IVF) 实验室中的胚胎培养系统发生重大变化，并最终提高了妊娠率。

一个受到严格审查的领域是孵化器氧气浓度与早期胚胎发育之间的关系。 氧气在胚胎代谢中起着核心作用。 控制其利用的机制取决于胚胎发育阶段。 在发育的前 3 天，氧气通过被动扩散到达胚胎，其浓度梯度受氧化磷酸化过程中耗氧量的调节。 这一过程中的低效率——由于线粒体内膜的完整性受损或底物可用性的改变——可能导致有害活性氧的过量产生，这可能对细胞机器造成重大损害并最终导致胚胎停滞。

培养胚胎所接触的氧气浓度也会影响这个微妙平衡的系统，并改变胚胎的代谢健康。 从历史上看，大气中的氧气浓度（大约 20%）专门用于人类 IVF 实验室的胚胎培养。 然而，随后的多项调查发现，女性生殖道内的生理氧气浓度远低于大气水平，一直测量为 <10%。 这些观察结果导致进行了多项试验，将大气中的氧气浓度与胚胎培养中的 5% 氧气进行了比较。 这些研究表明，在大气氧气中培养的胚胎中，基因表达、蛋白质分泌以及氨基酸和碳水化合物的次优利用存在显着扰动。 在临床 IVF 研究中进行了相同的比较，并证明在 5% 氧气中培养的胚胎始终导致临床妊娠率和活产率增加。 对该主题的荟萃分析表明，在 5% O2 条件下培养胚胎时，基线活产率为 30% 的诊所有望提高 13%。

由于这些令人信服的数据，大多数现代 IVF 程序现在只在 5% 的氧气浓度下培养胚胎。 然而，有人提出胚胎在发育第 3 天后所接触的氧气浓度实际上低于 5%。 这些数据源于胚胎在体内发育第 3 天穿过子宫-输卵管交界处的想法。 多项研究表明，子宫中的氧气浓度实际上低于输卵管中的氧气浓度，约为 2%。 因此，最生理的胚胎培养系统会在第 3 天之前在 5% 的氧气中培养胚胎，然后将氧气浓度降低到 2%，直到第 5 天或第 6 天进行转移或冷冻保存。

第 3 天胚胎最佳氧浓度的变化将符合胚胎在这个发育阶段所见的代谢需求的普遍变化。 胚胎基因组的激活发生在第 3 天，这促使生物合成活性显着增加。 在此期间，胚胎的代谢行为也发生了显着变化。 胚胎以有氧糖酵解和柠檬酸循环的形式将其代谢策略从氧化磷酸化改变为基于葡萄糖的代谢。 在此过程中，称为压实，胚胎表现出大大增加的耗氧量。

女性生殖道的生理环境往往反映发育中的植入前胚胎的代谢需求。 随着胚胎在压实后和进入子宫后改变其代谢策略，子宫内氧气浓度的降低肯定有可能最好地支持胚胎发育这一阶段的能量产生机制。 在培养中重现这种环境可能会促进胚胎发育和 IVF 妊娠的长期健康。

这一理论在最近的两项试点研究中得到了证实。 第一项研究最近在 2016 年美国生殖医学学会科学会议上获得了论文奖，该研究将发育第 3 天后捐赠给研究的胚胎随机分配到 2% 或 5% 的氧气浓度，结果发现胚胎形成囊胚的可能性是如果它们在 2% 氧气浓度下培养。 然而，在这项调查中研究的胚胎在捐赠给研究后的第 3 天要么异常受精，要么因冷冻保存而变暖。 没有一个是为临床使用而设计的。

考虑到这些局限性，我们小组最近完成了一项利用旨在用于临床的胚胎的研究（哥白尼 IRB：RMA-2016-02）。 在这项研究中，我们招募了 60 名患者，并在发育的第 3 天将所有正在进行的胚胎分开，在 2% 或 5% 的氧气中培养，直到胚泡阶段。 结果尚未公布，但在第 3 天后在 2% 的氧气中培养比在 5% 的氧气中培养产生更多的囊胚。 总共有 30 名患者在 2% 的氧气中有更多的胚胎到达囊胚，而只有 17 名患者在 5% 的氧气中有更多的胚胎到达囊胚。 10 名患者在两种情况下的人数相同（3 名退出研究）。 这种差异达到了统计学显着性。

这项初步研究旨在专门评估胚胎在这两种情况下的发育表现。 然而，也有一些来自那些已经开始移植这些胚胎的患者的怀孕数据。 在这项初步研究中，培养条件对移植哪个胚胎的决定没有影响。 这对胚胎学家和患者是不知情的，并且只使用了典型的形态学标准。 同样，在进行了胚胎移植的患者中，在 2% 氧气中培养的胚胎比仅在 5% 氧气中培养的胚胎表现更好（88.9% [16/18] 对 62.5% [15/24]

然而，这项初步研究并不是为了专门测试在扩展培养中 2% 与 5% 的氧气是否会产生更好的妊娠结局这一问题。 患者未随机分配至 2% 或 5% 的氧气。 因此，目前的怀孕数据容易出现一些偏差，需要进行更好的对照研究来评估培养中氧浓度降低对最重要结果的影响：活产率。

拟议研究的目的 本研究旨在比较压实后在 2% 氧气浓度和 5% 氧气浓度下培养的胚胎的临床结果。 正在研究的主要结果将是活产率。 次要结果将包括流产率、分娩时胎龄、分娩时出生体重、胚胎囊胚率、胚胎倍性状态（非整倍体或整倍体）和形态学参数（膨胀、内细胞质量等级、滋养外胚层等级）。 还将收集和分析源自研究刺激周期的所有胚胎的累积活产率。 这将从理论上揭示当在 2% 的氧气下进行扩展培养时，可用于转移的胚泡数量的任何优势是否会转化为更高的繁殖效率。