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2023年8月,空军军医大学唐都医院王晓红教授团队在Human Reproduction Open(IF=8.3)杂志发表了题为”Dynamic peripheral blood microRNA expression landscape during the peri-implantation stage in women with successful pregnancy achieved by single frozen-thawed blastocyst transfer”的研究论文。该研究首次在胚胎围植入期的多个时间点,包括D0(排卵日)、D3、D5、D7和D9采集外周血样本,结合miRNA测序,找到多种具有不同表达轨迹miRNAs集合,这些miRNAs不仅与子宫内膜厚度、孕激素等临床指标具有重要联系,还参与了胚胎植入的重要调控过程,是决定胚胎移植成功与否的重要的调控因素。该研究是辅助生殖领域首篇详细描述了外周血miRNAs在胚胎植入前后动态变化的文章,具有重要的临床参考价值和科研价值。

服务临床,勇于创新

之前的许多研究表明,子宫内膜相关的miRNAs与胚胎植入之间存在密切联系,但由于组织活检会导致子宫微环境改变,影响患者当周期的植入结局,因此难以在胚胎移植周期去获取子宫内膜组织去研究miRNAs在植入窗口期(WOI)对胚胎植入的调控作用。王晓红教授带领团队为了突破这一困境,通过收集患者在胚胎移植周期内的外周血样本代替传统的子宫内膜组织进行miRNAs检测,如此可在不影响胚胎移植的同时分析外周血miRNAs在WOI期的动态变化,相比以往单个时间点样本的研究更加详细和精准。结合miRNA测序,以接受冷冻胚胎移植(FET)并成功妊娠的不孕妇女为研究对象,研究团队描绘了胚胎植入过程中连续时间点的外周血miRNAs表达图谱,揭示了母体循环miRNAs与胚胎植入之间的潜在关系。

瞄准要点、步步深入

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外周血miRNAs与子宫内膜miRNAs特征密切相关

王晓红教授团队首先分析了测试集34名妇女植入期5个时间点的170份外周血样本,并基于GEO数据集对外周血和子宫内膜以及宫腔液之间的miRNAs表达特征进行了组织相似性比较。结果表明:外周血miRNAs与子宫内膜miRNAs表达特征接近,提示外周血miRNAs可能反映子宫内膜细胞的功能状态。

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轨迹分析结合配对分析描绘miRNAs特征表达趋势

与以往两两对比的差异分析不同,王晓红教授团队采取轨迹分析结合配对分析方法,通过全局统计检测,发现从D0到D9,有26个差异miRNAs在植入期表现出整体上调。根据生长速度的差异,将这些差异miRNAs分为三个亚组,包括LG (linear growth )、AG (accelerated growth )和DG (decelerated growth )。发现AG和DG的拐点出现在囊胚移植日的附近,这意味着外周血的某些miRNAs可能在囊胚移植日前后发生波动。此外,通过配对比较,研究人员发现在至少两个采样时间点之间还有20个差异miRNAs。同样,这20个 miRNA也可分为6种变化模式,包括AR (accelerated recession)、LR (linear recession)、CR (convex recession)、LG、AG和CG (concave growth)(图1)。

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图1. 外周血miRNAs在胚胎围植入期动态轨迹差异表达概述

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靶基因功能富集探索miRNA的作用机制

为了准确找到靶基因,研究人员通过在三个不同的miRNA数据库(TargetScan、mirTarBase和miRDB)中搜索,预测到不同群组中19个差异miRNAs的403个潜在靶向基因,其中有多个与妊娠建立相关的基因,包括SERP、HSP0B1、G6PD和IL-6R。此外,为了进一步了解预测的靶基因是否与胚胎植入或蜕膜化有关,研究人员在数据库GeneCards database中进行了共性分析,并发现19个miRNAs预测的51个基因同时参与了胚胎植入和蜕膜化。同时研究团队还观察到,不同miRNA簇中的重叠基因各不相同,这表明miRNAs可能与参与WOI期间胚胎着床或子宫内膜受孕过程的不同靶分子相结合(图2)。

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图2. 差异miRNAs潜在靶基因与胚胎植入及蜕膜化相关基因的共性分析结果

为进一步研究这些miRNAs在WOI期间的调控作用,研究者对miRNAs的预测靶基因进行富集分析。富集分析显示,血管内皮生长因子(VEGF)和Wnt信号转导富集在所有的四个簇中。miRNA预测显示,10个miRNA可能参与了血管内皮生长因子和Wnt信号转导。此外,还发现其他的生物过程和信号通路如子宫内膜胚胎发育、胰岛素信号通路等信号通路也被富集到。此结果表明,WOI期间检测到的外周血miRNAs可能通过协调一些与蜕膜化和着床相关的关键基因,参与胚胎着床过程(图3)。

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图3. miRNAs靶基因的功能富集信号通路

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验证集的补充提高了研究结果普适性和说服力

为检验测试集miRNA测序结果的稳定性,随后研究者又利用验证集的23例移植成功和19例移植失败的患者进行验证,进一步增强说服力,表明找到的部分miRNAs可能在胚胎移植成功中具有重要参与作用。此外,作者为进一步了解差异miRNAs在生长发育过程中的作用,将差异miRNA与临床指征(如子宫内膜厚度,孕激素水平等)联系起来,进一步说明了外周血miRNA与植入结局的相关性。

王晓红教授团队的研究揭示了在胚胎成功着床患者的WOI期间外周血miRNAs表达谱的动态变化,这些miRNAs表达模式的不断改变反映了女性妊娠中的重要分子事件,包括蜕膜化和胚胎着床等。这项研究证明了外周血循环miRNA在胚胎移植过程中的重要性,为了解胚胎着床妇女早孕期的生理变化和胚胎个性化移植提供了重要的理论依据。

参考文献:

Dong, Jie et al. “Dynamic peripheral blood microRNA expression landscape during the peri-implantation stage in women with successful pregnancy achieved by single frozen-thawed blastocyst transfer.” Human reproduction open vol. 2023,4 hoad034. 29 Aug. 2023, doi:10.1093/hropen/hoad034

责编|探索君

排版|探索君

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