显微授精技术研究进展
作者：土增荣 李翘竹
单位：土增荣(山西医科大学第一医院 030001)；李翘竹(山西医科大学第一医院 030001)
关键词：
山西医药杂志000424 自1978年Stptoe和Edwards报道了世界第一例IVF-ET婴儿诞生以来，在以后的20多年里，人类助孕技术(assisted reproductive technology,ART)得到了飞速发展，在当今所有助孕技术中， 最引人瞩目的当数显微授精(micro-insemination)技术，主要包括透明带部分切除(partial zonal dissection,PZD)，透明带授精法(subzonal insemination,SUZI)及细胞质内单精子注射(intracytoplasmic sperm injection,ICSI)等。PZD授精率高于常规IVF，但需足够量的精子。SUZI易引起多精授精，其单精授率17.7%，与前两种方法相比，ICSI正常授精率高(60%～70%)，多精授精率低，授精率不受精子浓度形态的影响，无需发生顶体反应，无顶体的圆头精子也可使用。从而使妊娠率提高(30%～37%)。
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1992年Palermo等[1]首次将ICSI应用于人类并成功分娩健康婴儿，从此，人类对男性不育症的治疗翻开了新的一页。ICSI以它无比的优越性，给无数少精、弱精、阻塞性无精症患者带来了福音。1995年Tesarik等[2]应用卵细胞质内精子细胞注射，成功分娩健康婴儿，对非阻塞性无精症也有了突破性进展，从而使显微授精的应用前景更加广阔，除人类外，显微授精对家畜的育种和濒危动物的拯救也具有重要应用价值。现对其应用情况作一综述。
1 对少精、弱畸精症的治疗
ICSI授精结果不受精子浓度、活动度及形态的影响[3]，但有其适应证，通常认为男方至少有3次以上精液常规检查符合以下标准者[4]才可考虑ICSI：①严重少精症(severe oligospermia)一次射精的精子浓度小于2×106/mL。包括曾行精索静脉曲张结扎术及生精功能不全患者。②弱畸精症(astheno teratospermia)平均精子浓度大于2×106/mL，但精子活动度小于25%(Ⅱ级运动以上)或者小于40%(Ⅰ级运动以上)和(或)精子形态异常率大于25%而小于85%。③少弱畸精症(oligoasthenoteratospermia)平均精子浓度小于2×106/mL，同时精子活动度小于25%(Ⅱ级运动以上)，或者小于40%(Ⅰ级运动以上)和精子形态异常率大于85%。国外1992年Palerm等[1]首次将ICSI应用于人类并成功分娩，国内广州中山医科大学庄广伦教授[5]1996年首先在我国应用ICSI技术治疗严重男性不育及不明原因不育，以后山东、北京等地也相继报道成功。1999年10月山东省计划生育科研所李娟等[6]又报道圆头精子卵浆内显微注射妊娠成功。一般认为卵子激活是卵子授精及胚胎发育的关键。ICSI操作过程注射针穿破卵膜并来回抽吸细胞质的机械刺激和注入精子释放活化因子的生物刺激均可激活卵子[7]，引起Ca2+释放，已经证明Ca2+与精卵激活及受精作用有关，如增加细胞质内钙离子浓度、钙离子辅助激活、电击等均可提高其受精率[8]。在操作过程中要注意在注射前精子要完全制动，注射针刺入卵细胞质内要反复抽吸，随精子注入PVP要尽量少，在应用ICSI时要严格适应证的选择，能用常规IVF的决不用ICSI，因为ICSI绕过正常受孕途径中天然屏障的生理选择机制，尽管现在不能说明ICSI比IVF所产生的胚胎染色体异常发生率高，但在决定用ICSI前，也要进行遗传咨询及染色体分析。
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2 对阻塞性无精症的治疗
输精道不仅是精子的道路，而且具有使精子成熟和获得活动力的功能，输精道梗阻的原因有：先天性畸变、炎症、肿瘤、手术或非手术创伤。这些因素使得精子从曲细精管至射精管道路多处发生梗阻，引起输精管道梗阻性不育。在ICSI开展以前，人类对这些病是无能为力的，对这些患者在常用的取精方法有显微外科附睾精子抽取术(microsurgical epididymal sperm aspiration,MESA)、经皮穿刺附睾吸精子(percutaneous epididymal sperm aspiration,PESA)。如果这两种方法失败再试用睾丸内精子抽取术(testicular sperm extraction,TESE)国外1995年Craft I等[9]首先报道使用PESA+ICSI治疗阻塞性无精症患者并获得成功。国内中山医科大学1998年2月也开始报道，采用PESA+ICSI或TESA+ICSI对阻塞性无精症不育症进行治疗[10]，其妊娠率为30.0%(9/30)，1999年3月山东省计划生育科研所的孟祥阁等[11]报道采用PESA+ICSI治疗阻塞性无精症，妊娠率为62.5%(5/8)文献[12]报道附睾精子ICSI的妊娠率可高达58%，这可能是由于大多数男性不育患者其配偶通常具有正常的生育力，排卵功能与内膜对胚胎的接受性正常有关。精子在睾丸中产生，输送到附睾及其后面的生殖道过程中逐步成熟并获得受精能力，睾丸精子是最原始的生殖细胞，有受精卵卵裂时纺锤体形成所必需的父源性的中心粒[13]。但睾丸精子核浓缩不完全，头大小不等，密度不均，缺乏活动力或微弱活动，进入附睾后逐渐成熟，但大多数精子在到达附睾远端时才获得受精能力[14]，同时形态也渐成熟，当输精管阻塞时，精子在附睾中成熟的部位提前，具有受精能力的精子可以在附睾头部或输出小管[15]。由于在尾部的精子停留时间长，活力下降，因此PESA一般从附睾头部取精，据广州中山医科大学李满等[16]报道，比较使用睾丸精子、附睾精子及同期少弱精患者射出精子所作ICSI在受精率及妊娠率三者差异无显著性，在对阻塞性无精症患者的取精法中首选PESA，此法有操作方法简练，对阴囊皮肤及附睾损伤轻微，并发症小，可重复进行等优点。这里特别值得一提的是使用IESA+ICSI对男性绝育术后复育者的治疗作用，为这些患者解除后顾之忧。
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3 对非阻塞性无精症的治疗
对于少精症、弱畸精症、阻塞性无精症患者，ICSI是目前最理想的解决方法，但对于非阻塞性无精症的治疗，传统的ICSI是无能为力的，因而对非阻塞性无精症的治疗是目前生殖医学领域研究的热点之一。非阻塞性无精症的常见病因有精索静脉曲张、隐睾、生殖道感染、自身免疫等。近年来发展起来的技术球形精子细胞质内注射(round spermatid injections，ROSI)、球形精子细胞核细胞质内注射(round spermatid nuclear injections,ROSNI)。这些技术现已应用于人类但其受精率、妊娠率很低，有很多问题需要解决。
自青春期开始，在脑垂体促性腺激素的作用下，生精细胞开始增生、分化，在曲细精管上皮基部至腔面依次是精原细胞、初级精母细胞、次级精母细胞、精子细胞和精子，在理论上，精子细胞是精子发生过程中两次减数分裂的终细胞，细胞核内含单倍的染色体，因而精子细胞有可能使正常卵细胞受精、分裂。文献[17]报道，69%的非阻塞性无精症患者的精液中有球形精子细胞，且具数量与患者血清FSH水平无关，FSH水平明显升高睾丸局部也有精子发生[18]。1993年Ogura等[19]把仓鼠球形精子细胞核注入成熟的卵母细胞中，有75%的受精卵能卵裂成细胞，1994年Sofikitis等[20]首次将兔球形精子细胞核注射到兔卵浆内，取得妊娠，1995年Hannay[21]首次使用人球形精子细胞质内注射并获得妊娠，于早期流产。同年Tesarik等[22]使用射出精液中的球形精子细胞质内注射成功分娩健康婴儿。同年Fishel[23]使用睾丸长形精子细胞胞浆内注射也成功并分娩健康婴儿，随后各地的生殖中心在这方面有很多报道，也积累了一定的经验。一般认为球形精子细胞与长形精子细胞二者的受精率差异无显著性，都低于正常精子[24]。1989年Bernabeu等[25]报道，从睾丸活检到的精子细胞与射出精液中的球形精子细胞受精能力相似。在注射前对精子细胞进行培养24 h，可提高受精率。由于无精症患者生精细胞停滞于第一次减数分裂之前的比率很高[26]，为解决这个问题，很容易想到体外培养初级精母细胞到成熟精子，但难度极大。人们曾尝试使用各个时期的精细胞作细胞质内注射，通过电融合来达到受精的目的。如1995年Kimura等[27]将小鼠次级精母细胞注入卵细胞质内得到正常胚胎，并移植得到试管小鼠。不远将来在这方面定会有突破性进展。现阶段精子细胞的生物条件和应用的临床并发症还没有充分了解，细胞质内精子细胞注射对不育症的治疗有许多争议，有许多问题有待于进一步的研究。尽管如此，但此方法对于非阻塞性无精症患者无疑是现在唯一的选择。
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4 对于多次IVF-ET周期失败的不明原因性不育症的治疗
ICSI主要适用于男性不育症，但对于非男性不育症的多次IVF-ET周期失败的患者ICSI也是有效的，从目前的研究看ICSI受精率高的主要原因是当卵子在体外培养时透明带结构发生变化，使精子穿越透明带困难，另一原因是由于精子本身功能异常，但使用常规精液检查方法不能查出，如精子顶体功能异常，致使IVF失败，文献[28]报道，在同样的条件下ICSI的受精率明显高于IVF(前者60%后者约50%)。当然，在ICSI过程中，细胞质的回吸可能对卵子的激活也是有帮助的。国内1999年上海的杨建华[29]对IVF后未受精卵再行ICSI，发现其受精率为12.7%，并培养成4细胞胚和8细胞胚。
5 显微授精与优生
据调查表明，由男性因素所致的不育症占总不育症夫妇的30%～40%，显微授精技术为这些患者的大部分解决了问题，但从显微授精的一开始，人们就关注此技术是否会带来一些消极影响。虽然目前还没有资料表明ICSI会引起明显高的致畸率，但不能否定不存在男性不育的遗传问题，无精症的父亲会不会再生一个无精症的儿子?现在比较一致的观点认为如果患者的不育是由于外界因素造成的，则其后代不会出现生育缺陷，如果患者的不育是由于遗传缺陷所致，则后代将要继续不育，所以严重不育患者，在单精子注射或精子细胞注射前应该进行染色体和遗传方面的检查，特别是有怀疑的病人要开展移植前基因诊断(PGD)。
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显微授精作为一项新的体外受精技术在短短的10 a时间里得到了快速发展和推广。其用处十分广泛，除生殖方面的应用外，它还有助于转基因动物、细胞核移植、克隆动物、生物反应器等技术。除应用于人类外，还可应用于家畜的育种，动物资源和建立动物药物工作等方面，现在全世界的胚胎学家正在致力于如何能使用显微授精通过基因修补或改造等技术来改善后代素质，促进生殖健康方面的研究。在不远的将来，显微授精技术会更加完善，使用范围也会越来越广。
作者简介：土增荣，男，1969年9月生，硕士研究生，山西医科大学第一医院，030001
参考文献
1，Palermo G,Jor′s H,Devroey R,et al.Pregnancies after intracytoplasmic injection of a single spermatozoa into an oocyte.Lancet,1992,340:17
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25，Bernabeu R,Cremades N,Takahashi K,et al.Successful pregnancy after spermatid injection.Hum Reprod,1998,13(7):1898
26，小仓淳郎，铃木治.精子细胞の受精卵构筑能.组织培养，1995，21(8)：288
27，Kimura Y,Yanagimachi R.Mouse oocytes injected with testicular spermatozoa and round spermatids can develop into normal offspring.Development,1995,121:2397
28，Oehninger S.Intracytoplasmic sperm injection:results from Nocfoflk,USA.Hum Reprod,1996,11(suppl 1):73
29，杨建华.体外受精后未受精卵再行卵细胞胞浆内单精子注射初探.中国男科学杂志，1999，13(3)：172-173
收稿日期：2000-03-31, 百拇医药
单位：土增荣(山西医科大学第一医院 030001)；李翘竹(山西医科大学第一医院 030001)
关键词：
山西医药杂志000424 自1978年Stptoe和Edwards报道了世界第一例IVF-ET婴儿诞生以来，在以后的20多年里，人类助孕技术(assisted reproductive technology,ART)得到了飞速发展，在当今所有助孕技术中， 最引人瞩目的当数显微授精(micro-insemination)技术，主要包括透明带部分切除(partial zonal dissection,PZD)，透明带授精法(subzonal insemination,SUZI)及细胞质内单精子注射(intracytoplasmic sperm injection,ICSI)等。PZD授精率高于常规IVF，但需足够量的精子。SUZI易引起多精授精，其单精授率17.7%，与前两种方法相比，ICSI正常授精率高(60%～70%)，多精授精率低，授精率不受精子浓度形态的影响，无需发生顶体反应，无顶体的圆头精子也可使用。从而使妊娠率提高(30%～37%)。
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1992年Palermo等[1]首次将ICSI应用于人类并成功分娩健康婴儿，从此，人类对男性不育症的治疗翻开了新的一页。ICSI以它无比的优越性，给无数少精、弱精、阻塞性无精症患者带来了福音。1995年Tesarik等[2]应用卵细胞质内精子细胞注射，成功分娩健康婴儿，对非阻塞性无精症也有了突破性进展，从而使显微授精的应用前景更加广阔，除人类外，显微授精对家畜的育种和濒危动物的拯救也具有重要应用价值。现对其应用情况作一综述。
1 对少精、弱畸精症的治疗
ICSI授精结果不受精子浓度、活动度及形态的影响[3]，但有其适应证，通常认为男方至少有3次以上精液常规检查符合以下标准者[4]才可考虑ICSI：①严重少精症(severe oligospermia)一次射精的精子浓度小于2×106/mL。包括曾行精索静脉曲张结扎术及生精功能不全患者。②弱畸精症(astheno teratospermia)平均精子浓度大于2×106/mL，但精子活动度小于25%(Ⅱ级运动以上)或者小于40%(Ⅰ级运动以上)和(或)精子形态异常率大于25%而小于85%。③少弱畸精症(oligoasthenoteratospermia)平均精子浓度小于2×106/mL，同时精子活动度小于25%(Ⅱ级运动以上)，或者小于40%(Ⅰ级运动以上)和精子形态异常率大于85%。国外1992年Palerm等[1]首次将ICSI应用于人类并成功分娩，国内广州中山医科大学庄广伦教授[5]1996年首先在我国应用ICSI技术治疗严重男性不育及不明原因不育，以后山东、北京等地也相继报道成功。1999年10月山东省计划生育科研所李娟等[6]又报道圆头精子卵浆内显微注射妊娠成功。一般认为卵子激活是卵子授精及胚胎发育的关键。ICSI操作过程注射针穿破卵膜并来回抽吸细胞质的机械刺激和注入精子释放活化因子的生物刺激均可激活卵子[7]，引起Ca2+释放，已经证明Ca2+与精卵激活及受精作用有关，如增加细胞质内钙离子浓度、钙离子辅助激活、电击等均可提高其受精率[8]。在操作过程中要注意在注射前精子要完全制动，注射针刺入卵细胞质内要反复抽吸，随精子注入PVP要尽量少，在应用ICSI时要严格适应证的选择，能用常规IVF的决不用ICSI，因为ICSI绕过正常受孕途径中天然屏障的生理选择机制，尽管现在不能说明ICSI比IVF所产生的胚胎染色体异常发生率高，但在决定用ICSI前，也要进行遗传咨询及染色体分析。
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2 对阻塞性无精症的治疗
输精道不仅是精子的道路，而且具有使精子成熟和获得活动力的功能，输精道梗阻的原因有：先天性畸变、炎症、肿瘤、手术或非手术创伤。这些因素使得精子从曲细精管至射精管道路多处发生梗阻，引起输精管道梗阻性不育。在ICSI开展以前，人类对这些病是无能为力的，对这些患者在常用的取精方法有显微外科附睾精子抽取术(microsurgical epididymal sperm aspiration,MESA)、经皮穿刺附睾吸精子(percutaneous epididymal sperm aspiration,PESA)。如果这两种方法失败再试用睾丸内精子抽取术(testicular sperm extraction,TESE)国外1995年Craft I等[9]首先报道使用PESA+ICSI治疗阻塞性无精症患者并获得成功。国内中山医科大学1998年2月也开始报道，采用PESA+ICSI或TESA+ICSI对阻塞性无精症不育症进行治疗[10]，其妊娠率为30.0%(9/30)，1999年3月山东省计划生育科研所的孟祥阁等[11]报道采用PESA+ICSI治疗阻塞性无精症，妊娠率为62.5%(5/8)文献[12]报道附睾精子ICSI的妊娠率可高达58%，这可能是由于大多数男性不育患者其配偶通常具有正常的生育力，排卵功能与内膜对胚胎的接受性正常有关。精子在睾丸中产生，输送到附睾及其后面的生殖道过程中逐步成熟并获得受精能力，睾丸精子是最原始的生殖细胞，有受精卵卵裂时纺锤体形成所必需的父源性的中心粒[13]。但睾丸精子核浓缩不完全，头大小不等，密度不均，缺乏活动力或微弱活动，进入附睾后逐渐成熟，但大多数精子在到达附睾远端时才获得受精能力[14]，同时形态也渐成熟，当输精管阻塞时，精子在附睾中成熟的部位提前，具有受精能力的精子可以在附睾头部或输出小管[15]。由于在尾部的精子停留时间长，活力下降，因此PESA一般从附睾头部取精，据广州中山医科大学李满等[16]报道，比较使用睾丸精子、附睾精子及同期少弱精患者射出精子所作ICSI在受精率及妊娠率三者差异无显著性，在对阻塞性无精症患者的取精法中首选PESA，此法有操作方法简练，对阴囊皮肤及附睾损伤轻微，并发症小，可重复进行等优点。这里特别值得一提的是使用IESA+ICSI对男性绝育术后复育者的治疗作用，为这些患者解除后顾之忧。
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3 对非阻塞性无精症的治疗
对于少精症、弱畸精症、阻塞性无精症患者，ICSI是目前最理想的解决方法，但对于非阻塞性无精症的治疗，传统的ICSI是无能为力的，因而对非阻塞性无精症的治疗是目前生殖医学领域研究的热点之一。非阻塞性无精症的常见病因有精索静脉曲张、隐睾、生殖道感染、自身免疫等。近年来发展起来的技术球形精子细胞质内注射(round spermatid injections，ROSI)、球形精子细胞核细胞质内注射(round spermatid nuclear injections,ROSNI)。这些技术现已应用于人类但其受精率、妊娠率很低，有很多问题需要解决。
自青春期开始，在脑垂体促性腺激素的作用下，生精细胞开始增生、分化，在曲细精管上皮基部至腔面依次是精原细胞、初级精母细胞、次级精母细胞、精子细胞和精子，在理论上，精子细胞是精子发生过程中两次减数分裂的终细胞，细胞核内含单倍的染色体，因而精子细胞有可能使正常卵细胞受精、分裂。文献[17]报道，69%的非阻塞性无精症患者的精液中有球形精子细胞，且具数量与患者血清FSH水平无关，FSH水平明显升高睾丸局部也有精子发生[18]。1993年Ogura等[19]把仓鼠球形精子细胞核注入成熟的卵母细胞中，有75%的受精卵能卵裂成细胞，1994年Sofikitis等[20]首次将兔球形精子细胞核注射到兔卵浆内，取得妊娠，1995年Hannay[21]首次使用人球形精子细胞质内注射并获得妊娠，于早期流产。同年Tesarik等[22]使用射出精液中的球形精子细胞质内注射成功分娩健康婴儿。同年Fishel[23]使用睾丸长形精子细胞胞浆内注射也成功并分娩健康婴儿，随后各地的生殖中心在这方面有很多报道，也积累了一定的经验。一般认为球形精子细胞与长形精子细胞二者的受精率差异无显著性，都低于正常精子[24]。1989年Bernabeu等[25]报道，从睾丸活检到的精子细胞与射出精液中的球形精子细胞受精能力相似。在注射前对精子细胞进行培养24 h，可提高受精率。由于无精症患者生精细胞停滞于第一次减数分裂之前的比率很高[26]，为解决这个问题，很容易想到体外培养初级精母细胞到成熟精子，但难度极大。人们曾尝试使用各个时期的精细胞作细胞质内注射，通过电融合来达到受精的目的。如1995年Kimura等[27]将小鼠次级精母细胞注入卵细胞质内得到正常胚胎，并移植得到试管小鼠。不远将来在这方面定会有突破性进展。现阶段精子细胞的生物条件和应用的临床并发症还没有充分了解，细胞质内精子细胞注射对不育症的治疗有许多争议，有许多问题有待于进一步的研究。尽管如此，但此方法对于非阻塞性无精症患者无疑是现在唯一的选择。
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4 对于多次IVF-ET周期失败的不明原因性不育症的治疗
ICSI主要适用于男性不育症，但对于非男性不育症的多次IVF-ET周期失败的患者ICSI也是有效的，从目前的研究看ICSI受精率高的主要原因是当卵子在体外培养时透明带结构发生变化，使精子穿越透明带困难，另一原因是由于精子本身功能异常，但使用常规精液检查方法不能查出，如精子顶体功能异常，致使IVF失败，文献[28]报道，在同样的条件下ICSI的受精率明显高于IVF(前者60%后者约50%)。当然，在ICSI过程中，细胞质的回吸可能对卵子的激活也是有帮助的。国内1999年上海的杨建华[29]对IVF后未受精卵再行ICSI，发现其受精率为12.7%，并培养成4细胞胚和8细胞胚。
5 显微授精与优生
据调查表明，由男性因素所致的不育症占总不育症夫妇的30%～40%，显微授精技术为这些患者的大部分解决了问题，但从显微授精的一开始，人们就关注此技术是否会带来一些消极影响。虽然目前还没有资料表明ICSI会引起明显高的致畸率，但不能否定不存在男性不育的遗传问题，无精症的父亲会不会再生一个无精症的儿子?现在比较一致的观点认为如果患者的不育是由于外界因素造成的，则其后代不会出现生育缺陷，如果患者的不育是由于遗传缺陷所致，则后代将要继续不育，所以严重不育患者，在单精子注射或精子细胞注射前应该进行染色体和遗传方面的检查，特别是有怀疑的病人要开展移植前基因诊断(PGD)。
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显微授精作为一项新的体外受精技术在短短的10 a时间里得到了快速发展和推广。其用处十分广泛，除生殖方面的应用外，它还有助于转基因动物、细胞核移植、克隆动物、生物反应器等技术。除应用于人类外，还可应用于家畜的育种，动物资源和建立动物药物工作等方面，现在全世界的胚胎学家正在致力于如何能使用显微授精通过基因修补或改造等技术来改善后代素质，促进生殖健康方面的研究。在不远的将来，显微授精技术会更加完善，使用范围也会越来越广。
作者简介：土增荣，男，1969年9月生，硕士研究生，山西医科大学第一医院，030001
参考文献
1，Palermo G,Jor′s H,Devroey R,et al.Pregnancies after intracytoplasmic injection of a single spermatozoa into an oocyte.Lancet,1992,340:17
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2，Tesarik J,Mendoza C,Testart J.Viable embryos from injection of round spermatids into oocytes.N Engl J Med,1995,333:525
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收稿日期：2000-03-31, 百拇医药