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人类的体外受精和胚胎移植

1 体外受精和胚胎移植研究概况

用人工方法取出精子和卵细胞，在人体外受精和发育，到胚卵时，将其移植到母体子宫内继续发育直到诞生，这种形式的体外发生称作体外受精-胚胎移植(IVF-ET)。由于体外受精和早期卵裂是在试管中进行的，所以人们又把由此产生的婴儿俗称“试管婴儿”。

早在1878年申克(Schenk)就对家兔和豚鼠进行体外受精试验。1944年罗克(Rock)和门金(Menkin)等从人卵巢中取出卵子，培养24h再加入精液，经过45h培养，133个卵子中有4个卵受精，并卵裂到2～3细胞时期。1951年奥斯汀(Austin)推测精子似乎需要在雌性生殖道度过一段时间，才能穿入卵细胞的透明带后，于1952年进一步明确提出精子获能理论，即精子在具备穿入卵细胞的能力之前，必定要经过某种形式的变化，或形态上改变，或生理性改变。这一理论的提出推动了体外受精试验。1954年蒂博((Thibault)首先使家兔体外受精获得成功，受精卵分裂了。1955年，Shettles从人卵巢取出卵子与精液一起培养，在培养液中加入输卵管液后，有一些受精卵发育到桑椹胚期。至此，哺乳动物和人的体外受精初步成功。1959年，美籍华人张民觉第一个将体外受精的36只兔胚移植到6只假孕兔的输卵管中，娩出了15只健康仔兔。人的体外受精-胚胎移植试验更复杂，要求条件更高。Edward和Steptoe从60年代起就密切合作，克服种种困难，反复探索，经过近20年的努力，终于获得成功。他们将经体外受精后发育到8个细胞时期的人胚卵，移植到母亲子宫腔内，任其生长发育，在1978年7月26日诞生了第一例“试管婴儿”──路易斯·布朗。此后，人的体外受精和胚胎移植技术得到了进一步的发展和广泛应用。1985年4月，我国台湾省诞生了第一例试管婴儿，1988年8月我国北京医科大学也报道了试管婴儿的诞生。

2 体外受精和胚胎移植的过程

体外受精-胚胎移植是一个复杂的过程。目前，整个体外受精-胚胎移植过程包括准备实验器材、配制培养液、选择应试者、人工诱发超排卵、采集卵细胞、精子获能、体外受精和体外培养、胚胎移植以及早期妊娠诊断等步骤，其中最为关键的是人工诱发超排卵，采集卵细胞、体外受精和体外培养，以及胚胎移植。

人工诱发超排卵

成熟卵泡排出卵子和它周围的一些细胞称为排卵。正常情况下，女性从青春期起，卵巢每月有一些卵泡发育，但通常只有一个卵泡成熟并排出，而其他的一些生长卵泡退化成闭锁卵泡。这种自然排卵每个周期只能获得一个卵细胞，而且难以预测、控制排卵期，给采集卵细胞带来困难。人工使用药物诱发超排卵，能掌握并随意控制排卵时间，可以保证在使用特定药物后若干小时内，一定能采集到排卵前的成熟卵子。人工诱发超排卵的常用药物有氯菧酚胺枸橼酸盐，又加克罗米芬(CC)、人绝经期促性腺激素(hMG)和人绒毛膜促性腺激素(hCG)。CC或hMG可激发卵泡生长，而hCG则能激发卵母细胞继续进行减数分裂。

在月经周期的第3～9天，使用CC或者hMG，激发卵泡生长，常规B超监测卵泡，在三个平面上，当卵泡直径大于16mm以上、血液中雌二醇浓度为300pg/ml，或尿中雌二醇值达80～100μg/d，单次给予hCG，32～36h时可进行取卵，一次可以获得多个成熟卵细胞。自然排卵一般每人每次平均只能获得0.86个卵细胞，而人工诱发超排卵，每人每次平均可获3.7个卵细胞，这为体外受精和胚胎移植提供了足够的卵。

采集卵细胞

早期用小型开腹取卵；70年代末改用腹腔镜下取卵；80年代后采用在超声波监视下，直接由腹面皮肤穿入腹腔，经膀胱到达卵巢取卵。目前已开始使用将超声装置和穿刺针结合为一体的阴道探头取卵。将阴道探头放入阴道，探头超声扫描，当探测到卵巢合适卵泡后，把穿刺针刺入卵泡，负压吸取2～3 ml卵泡液。吸出的卵泡液当即在显微解剖镜下检查有无卵细胞，并对所取出的卵细胞成熟度作出评估。采集到的卵细胞在进行体外受精之前，一般需培养3～6h。若所得卵细胞还未完全成熟，则培养时间更长，视卵细胞成熟情况而定，从5～8 h到几十小时不等。

体外受精和体外培养

在获得卵子后，从供精者取得精液，室温20℃，20～30min后精液液化进行常规检查。然后对精液进行一系列处理：清洗精子；去掉精浆；增强精子活力，培养液50min孵育，使精子具有在体外与卵子结合的能力(精子获能)和发生顶体反应。精子顶体部位有类似胰蛋白酶的蛋白分解酶，能溶解透明带而受精。

将含有经处理的精子混悬液2～3滴(含活动精子5万～10万个)滴入具有成熟卵细胞的试管内或特制的培养盒中，进行受精。精子迅速游向卵-冠-丘复合体，并将其包围。精子通过顶体作用穿过透明带与卵细胞结合。此时，卵细胞完成染色体的减数分裂，并阻止其他精子受精。精卵结合后，精原核及卵原核发育，进行DNA复制，而后原核膜破裂，精卵染色体凝集。染色体凝集标志着受精过程的完成，受精过程一完成，受精卵的第一次卵裂即开始。

整个受精过程在37 ℃培养中进行，在适宜培养条件下，受精卵进一步发育。受精卵的第一次卵裂过程较长，随后较快。在体外受精后30 h左右，第一次卵裂为2细胞胚卵；在40 h左右，第二次卵裂成4细胞胚卵；到48 h后，胚卵一般处于4～8细胞阶段。胚卵发育到16细胞阶段约需85 h，到早期胚囊约需120 h。

胚胎移植

在正常人体生理条件下，受精卵一般在发育到8～16个细胞阶段前，就从输卵管到达子宫，然后经附着植入。体外受精后的胚胎移植也模仿这一自然现象，在采卵受精48h后，选择约8细胞阶段的胚卵进行胚胎移植。

胚胎移植时，先将移植导管牢固地接到注射针筒上，洗涤后吸入含有胚胎的移植液。应试者取卧位，在超声波引导下插入导管于宫腔中，注入胚胎移植液，静置60s后慢慢拔出导管。应试者卧床24h，限制活动3～4天，同时接受黄体酮等孕激素助孕，于10天后进行早期妊娠检查与诊断。

由于应用药物诱发超排卵，比自然排卵得到更多的卵细胞，体外受精和体外培养后就会得到多个胚胎。研究发现，胚胎移植后妊娠率与所移植的胚胎数目有关。单胚移植妊娠成功率为10.7％，2个胚胎移植的成功率为32％，4个胚胎移植的成功率为37.8％，而移植5个胚胎的成功率却反而下降，仅为13％。目前认为，移植2～4个胚胎较为合适。多个胚胎移植可提高妊娠的成功率，然而人们也注意到，多个胚胎移植有助长双胎、多胎发生的倾向。

资料表明，体外受精的成功率已达90％，卵裂率(体外培养成功率)为70％，而经胚胎移植后的妊娠率只有25％～30％，胎儿娩出成活率仅为10％～15％，所以体外受精-胚胎移植失败的主要原因是早胚的丢失率高，其中胚胎移植是妊娠成败的关键，因此，提高胚胎移植成功率已成为研究人员的主要目标。

3 体外受精-胚胎移植的应用

人胚早期发育，尤其是受精、卵裂等是在体内输卵管中进行，难以间接或直接观察而缺乏研究，过去往往以哺乳动物或灵长类动物的早期发育情况，来解释人胚的早期发育，体外受精-胚胎移植技术的成功，不仅使人们能够在显微镜下直接观察、研究人类精卵受精和受精卵卵裂等早胚发育过程，促进和充实了人类发育生物学的研究，在研究人类生殖生理、遗传优生等方面具有重大意义，而且在医学上治疗不孕症、计划生育和优生等方面具有很高的应用价值。

3.1 治疗不孕症

体外受精-胚胎移植最早用于不可恢复的输卵管损伤如输卵管切除或阻塞等而不孕的妇女，随着体外受精-胚胎移植技术的成熟，近年来也已广泛用于其他疾病所致不孕症，这些疾病有子宫颈炎症、子宫内膜异位症、无排卵性月经及黄体化卵泡未破裂综合症、少精症等。此外，这项技术也还常用于女性原发不孕、由于免疫因素所致特发性不孕症、夫妇双方中一方生殖细胞完全缺如所致不孕症和由于子宫缺如所致不孕症。

3.2 有助于计划生育

体外受精-胚胎移植技术给已绝育妇女提供了重新生育的新途径，减轻了育龄妇女对做绝育手术的“后顾之忧”，绝育的概念相对淡化。由于有体外受精-胚胎移植技术提供“生殖保险”，近年来施行绝育手术的妇女人数增加。

3.3 选择性优生

利用精子分离方法，分离X型精子和Y型精子，将分离所得特定精子在体外与卵细胞受精，通过胚胎移植，得到预期性别胎儿，避免了伴性遗传病患儿出生。另外，对体外受精后进行体外培养的早期胚卵细胞，进行核型分析和性别鉴定，选出有缺陷的胚胎并能测知胎儿性别，可控制相应的遗传病。对因遗传疾病不适宜生育的夫妇，用健康者的精子或卵进行体外受精后胚胎移植，使他们也能够得到健康的子女。

自1978年第一个“试管婴儿”诞生至今，全世界已有数万名“试管婴儿”出生。人类的体外受精-胚胎移植技术发展十分迅速，目前已能用微量注射器直接把经选择的健壮精子显微注入卵细胞，进行人工受精，不仅提高了受精成功率，而且也极大地提高了受精卵的质量及其遗传素质。同时，有人将体外受精发育而来的早期胚卵劈裂开，进而从一个受精卵得到多个早期胚胎，结合胚胎冷冻技术，勿需重新采集卵细胞，便可重复多次进行胚胎移植，大大简化了体外受精-胚胎移植技术，也提高了妊娠成功率。如将剩余健康优质胚胎冷冻贮藏备用，还可应付各种意外时的需要。