CNSH. Nguyễn Như Quỳnh – IVF Vạn Hạnh

          1. Giới thiệu
          Phân mảnh ở phôi đặc trưng bởi sự xuất hiện của tế bào chất ngoại bào được bao bọc bởi màng tế bào bên trong khoang PVS. Hiện tượng phân mảnh ở phôi thụ tinh trong ống nghiệm được báo cáo từ những năm 1980. Phân mảnh cũng xảy ra ở các phôi thụ tinh in vivo. Quan điểm ghi nhận từ những nghiên cứu gần đây đã cho thấy tính không đồng nhất về mặt tế bào và phân tử của hiện tượng phân mảnh bên trong phôi. Chúng có thể đa dạng về kích thước, động học, thành phần các bào quan và phân tử. Bên cạnh các yếu tố khác như số lượng phôi bào, kích thước phôi vào và tính đối xứng thì phân mảnh và “rác” từ tế bào cũng được xem là yếu tố dự đoán cho chất lượng phôi nuôi cấy. Trong phạm vi của bài nghiên cứu này, sự hiện diện của các mảnh vỡ tế bào chất là tiên lượng cho chất lượng phôi kém và hiệu quả điều trị thụ tinh trong ống nghiệm không cao. Một số ý kiến đề xuất loại bỏ những cấu trúc phân mảnh này ra khỏi phôi trước khi thực hiện chuyển phôi. Gần đây, nhờ sự phát triển của kĩ thuật time-lapse, quá trình tống xuất hoặc tái sáp nhập các cấu trúc phân mảnh vào phôi bào đã được ghi nhận lại.
 
          Ảnh hưởng của hiện tượng phân mảnh đến sự phát triển toàn vẹn của phôi vẫn chưa được chứng minh rõ ràng. Tuy nhiên, những thông tin cập nhật mới nhất về chủ đề này cho thấy phân mảnh có thể xuất phát từ nhiều nguồn gốc khác nhau với một phạm vi ảnh hưởng đến sự phát triển của phôi. Trong bài báo này, nhóm tác giả sẽ đối chiếu lại các tài liệu liên quan đến sự phân mảnh tế bào chất ở từng bước khác nhau trong quá trình phát triển của phôi tiền làm tổ. Ngoài ra, bài báo cũng đề cập các lí thuyết khác về nguồn gốc của phân mảnh, đồng thời cũng hướng tới các mục tiêu sau: i) mô tả sự khác nhau về mặt hình thái, thành phần phân tử và chức năng giữa các cấu trúc phân mảnh và ii) trình bày các giả thuyết liên quan đến hiện tượng phân mảnh đã đề xuất trong những năm qua.
 
          2. Kết quả
          2.1. Các cấu trúc phân mảnh khác nhau: đặc điểm, thời gian hình thành và thành phần bên trong

• Kích thước phân mảnh

Các cấu trúc phân mảnh ở phôi có kích thước không đồng nhất, có thể có kích thước tương đương như một phôi bào bình thường hoặc chỉ là những mảnh vụn tế bào đơn giản. Ngoài ra, phôi cũng có thể giải phóng các túi ngoại bào – dựa trên nguồn gốc, kích thước và cơ chế giải phóng – có thể được phân loại thành các exosomes (đường kính 30 – 150 nm), microvesicles (50 – 1.000 nm) và các thể tự thực (50 nm – 5 mm).
 

• Thời gian hình thành phân mảnh ở tế bào chất

Phân mảnh có thể xuất hiện từ lần phân bào đầu tiên ở phôi tiền làm tổ khi phôi còn được điều hoà bằng bộ gen mẹ. Hiện tượng phân mảnh sẽ ít phổ biến hơn khi bộ gen phôi được hoạt hoá. Ở một số phôi, phân mảnh hình thành ở phôi giai đoạn tiền nhân hoặc phôi phân chia giai đoạn sớm và ở các giai đoạn sau, phân mảnh có thể không còn được ghi nhận nữa. Trong trường hợp khác, phân mảnh có thể hình thành trong lần phân chia đầu tiên, và xuất hiện kéo dài trong phôi bào ở những lần phân chia tiếp theo. Những bằng chứng trực tiếp về bản chất “năng động” của quá trình này đã được báo cáo. Handarson và cộng sự đã mô tả bằng chuỗi các hình ảnh theo trình tự xuất hiện và tái sáp nhập của các cấu trúc phân mảnh vào các phôi bào lân cận, trong khi những cấu trúc phân mảnh khác lại biến mất, chỉ để lại những mảnh vụn. Gần đây có ý kiến cho rằng phôi có khả năng loại bỏ những phôi bào không cần thiết hoặc những cấu trúc phân mảnh trong giai đoạn phát triển từ phôi dâu sang phôi nang. Quá trình loại bỏ hoàn toàn cấu trúc phân mảnh hoặc toàn bộ phôi bào không mong muốn có thể được quan sát ở giai đoạn phôi nén (phôi compacted), phôi dâu hoặc phôi nang. Thông thường, những cấu trúc phân mảnh này sẽ không tham gia vào quá trình hình thành phôi nang. Hiện tượng này không thường được nhìn thấy khi khoang phôi ở phôi nang tăng thể tích, gây mỏng màng ZP. Một số tế bào, cấu trúc phân mảnh và mảnh vụn tế bào được quan sát thấy ở khoang quanh noãn khi phôi nang bị xẹp hoặc co lại.
 

• Thành phần bên trong cấu trúc phân mảnh

Cấu trúc phân mảnh có thể chứa acid nucleic, protein, lipid, nhiễm sắc thể và toàn bộ bào quan. Các bào quan như không bào, ti thể lớn, phức hợp túi nang và lysosome có thể được cô lập vào trong cấu trúc phân mảnh. Toàn bộ hoặc một phần nhiễm sắc thể được cô lập trong quá trình hình thành phân mảnh, có thể có nguồn gốc từ bố hoặc từ mẹ. Bằng chứng cho thấy khả năng cô lập của các nhiễm sắc thể cụ thể nào đó rất khó xảy ra. Kích thước của nhiễm sắc thể phân mảnh vào khoảng 6 đến 85 Mb.
 
Các giả thiết khác nhau về nguồn gốc của các cấu trúc phân mảnh
a) Phôi bào bị tống xuất ra ngoài
Hiện tượng tống xuất phôi bào ra ngoài được quan sát ở phôi giai đoạn phôi dâu hoặc phôi nang ở một vài loài động vật hữu nhũ. Phôi bào có thể được loại bỏ ở giai đoạn đầu của quá trình nén phôi. Tác giả Lagalla đánh giá hồi cứu 791 phôi từ 145 chu kì thụ tinh trong ống nghiệm bằng phân tích động học có kết hợp time-lapse. Phân tích array-CGH trên tế bào lá nuôi và tế bào bị loại bỏ khỏi phôi dâu đang nén cho thấy những tế bào bị loại bỏ ra ngoài có tỉ lệ dị bội cao hơn. Những tế bào bị loại bỏ này không có khả năng làm phẳng và hình thành tiếp xúc nội bào chặt chẽ. Một vài yếu tố có liên quan đến sự thất bại của quá trình phôi nén: sự bất thường trong hình thành các liên kết chặt và mất khả năng biểu hiện các protein tham gia quá trình gắn kết tế bào.
 
b) Vi nhân có chứa nhiễm sắc thể
Ban đầu, cấu trúc phân mảnh được xem là không nhân, tuy nhiên về sau, sự hiện diện của các DNA đã được ghi nhận. Bằng phân tích miễn dịch huỳnh quang sử dụng kháng thể kháng protein CENP-A và chất đánh dấu vỏ hạt nhân LAMIN-B1, Chavez và cộng sự đã chứng minh được sự tồn tại của các vi nhân ở phôi phân chia, qua đó đề xuất rằng sự hình thành vi nhân có thể là cơ chế của phôi nhằm cô lập các nhiễm sắc thể bị đứt gãy. Vi nhân là thể ngoài nhân có chứa các phân mảnh nhiễm sắc thể bị tổn thương hoặc toàn bộ những nhiễm sắc thể không tham gia vào quá trình phân chia tế bào. Cấu trúc phân mảnh chứa vi nhân có thể được sáp nhập lại bởi phôi vào các phôi bào. Điều này có thể giúp sửa chữa những sai sót trong trường hợp phôi bào đó bị dị bội hoặc ngược lại, phôi bào nguyên bội đó – do sự sáp nhập của những phân mảnh này – mà trở nên dị bội.
 
c) Các thành phần chết theo chương trình
Từ những năm 1980, đã có nhiều quan điểm về vai trò của hiện tượng chết theo chương trình của tế bào. Báo cáo đầu tiên năm 1982 chứng minh sự hiện diện của những đặc điểm vi cấu trúc liên quan đến tế bào thoái hoá và với hoạt động “micro-pinocytotic” trong khối tế bào bên trong (inner cell mass – ICM) của phôi nang hoặc phôi đã thoát màng. Báo cáo này cũng đồng tình với các kết quả nghiên cứu trên mô hình linh trưởng về vai trò sinh lí của quá trình chết tế bào đối với sự phát triển của ICM. Ngoài ra, những nhà nghiên cứu tiên phong trong lĩnh vực hỗ trợ sinh sản ghi nhận rằng ở cả phôi đang có tiềm năng phát triển và phôi ngưng phát triển đều có thể chứa một tỉ lệ phân mảnh tế bào chất đang chết theo chương trình. Đặc trưng của quá trình apoptosis là sự hình thành các túi gắn màng có chứa tế bào chất, bào quan, nhân bị phân mảnh và chúng được giải phóng vào không gian ngoại bào. Sau đó, các cấu trúc này bị thực bào và phân huỷ hay tiêu hoá bởi các tế bào thực bào chuyên nghiệp (như đại thực bào) hoặc các tế bào thực bào không chuyên nghiệp (như tế bào biểu mô).
 
d) Các thể cực “bền”
Thể cực (polar body – PB) là sản phẩm phụ của quá trình giảm phân hình thành noãn. Chúng là những túi tế bào chất nhỏ chứa vật chất di truyền đơn bội và một ít bào quan trong tế bào chất. Thông thường, những thể cực này sẽ đi vào quá trình apoptosis sau khi hình thành khoảng 17 – 24 giờ. Đã có bằng chứng cho thấy PB tồn tại trong phôi đến giai đoạn phôi nang làm tăng phân mảnh tế bào ở vùng dưới màng zona.
 
e) Túi ngoại bào (extracellular vesicles – EVs)
Năm 2019, Vyas và cộng sự chứng minh rằng EVs có ở các giai đoạn phôi tiền làm tổ gồm giai đoạn hợp tử 1 tế bào, phôi phân chia (2 tế bào, 4 tế bào, 8 – 10 tế bào), phôi dâu và phôi nang. EVs cũng được tìm thấy ở mặt trong và mặt ngoài của màng ZP, cho thấy khả năng đi xuyên màng của những túi nang này. Cũng trong năm này, Battaglia và cộng sự báo cáo sự xuất hiện của EVs trong khoang phôi nang người. Một vài nghiên cứu cũng xác nhận sự xuất hiện của EVs nguồn gốc từ phôi trong môi trường nuôi cấy với đường kính từ 50 – 200 nm, tương đương với kích thước của exosome và vi nang. Sự hiện diện của các phân tử đặc trưng (yếu tố phiên mã OCT 4 và NANOG, protein HLG-A) cho thấy EVs là thành phần điều hoà hoạt động tương tác giữa các tế bào bằng cách đóng gói và vận chuyển các phân tử cần thiết từ tế bào này sang tế bào khác.
 
f) Các nguồn gốc khác
Ti thể
Phôi phân mảnh có sự khác biệt về sự phân bố ti thể so với phôi bình thường khác: ti thể phân bố với mật độ cao ở vị trí trung tâm so với vùng ngoại vi ở các phôi bào. Kiểu phân bố này có thể liên quan đến hiện tượng giảm adenosine triphosphate (ATP) và giảm tiềm năng phát triển phôi, từ đó ảnh hưởng cấu trúc màng phôi, chức năng bơm ion và gây ly giải phôi bào.
 
Perivitelline threads – sợi mảnh trong khoang phôi
Perivitelline threads (PVTs) là những sợi mảnh có trong không gian quanh noãn, nối màng ZP với màng noãn hoặc với màng phôi bào. Nguồn gốc và bản chất của PVTs vẫn chưa rõ ràng. Một lí thuyết đã liên kết sự hình thành của chúng với lớp tế bào corona bao quanh màng ZP; thực sự các tế bào corona này được đặc trưng bởi bộ phận nhô ra có khả năng đi xuyên màng ZP với nhiệm vụ tương tác với noãn trước khi hiện tượng rụng trứng xảy ra. Sau đỉnh LH, các bộ phận nhô ra này được rút lại và không tồn tại sau khi giai đoạn giảm phân tiếp theo xảy ra. Tuy nhiên, những kết quả quan sát sau khi tiêm tinh trùng vào bào tương noãn cho thấy những vết tích của bộ phận nhô ra này vẫn còn tồn tại, dẫn đến hình thành PVTs. Derrick và cộng sự đã chứng minh mối quan hệ giữa sự hiện diện của PVTs và hiện tượng phân mảnh ở phôi. Tác giả phân tích 545 phôi nang và thấy rằng 77% trong số đó đặc trưng bởi sự hiện diện của PVTs, hầu hết xuất hiện ở giai đoạn 2 tế bào (chiếm 98%). Hầu hết các phôi có PVTs đều bị phân mảnh. Ngược lại, sự phân mảnh ít được quan sát thấy ở phôi không có PVTs. Trong lần nguyên phân đầu tiên, sự bám chặt giữa PVT và màng tế bào có thể gây cản trở quá trình di chuyển của tế bào, từ đó gây phân mảnh ở một số vị trí nhất định. Điều đáng chú ý là chưa có bằng chứng cho thấy mối liên hệ giữa PVTs và tiềm năng làm tổ của phôi (tỉ lệ PVTs ở phôi làm tổ và không làm tổ là 25% và 29%) hoặc tình trạng nguyên bội của phôi (tỉ lệ PVT ở phôi nguyên bội và phôi dị bội là 40% và 49%).
 
2.2. Giả thiết về hiện tượng phân mảnh ghi nhận qua các năm
Cơ chế chính xác làm phôi bị phân mảnh vẫn chưa rõ ràng. Những cơ chế tế bào về sự hình thành phân mảnh và loại bỏ phân mảnh có thể rất đặc trưng hoặc cũng rất đa dạng (tuỳ thuộc vào thành phần tế bào chất và thời điểm hình thành). Một vài giả thiết về sự hình thành phân mảnh bao gồm tế bào chết theo chương trình, ảnh hưởng của các gốc oxi hoá hoạt động, bất thường cấu trúc khung xương tế bào, sự hình thành túi nang và vi nang. Tất cả những giả thiết này có thể chính xác. Ngoài ra, tần xuất xảy ra hiện tượng này ở người vẫn còn chưa rõ. Nhìn chung trong những năm gần đây, mối quan tâm về bất thường nhiễm sắc thể và phôi khảm đang gia tăng. Kết quả là sự hiện diện của các bất thường nhiễm sắc thể hoặc dị bội là yếu tố cơ bản quyết định liệu rằng phôi có bị ngưng phát triển hay không hoặc phôi có thể phát triển đến giai đoạn phôi nang hay không ? Ước tính cho thấy có khoảng 50% - 80% phôi người giai đoạn phân chia có chứa nhiều hơn một phôi bào dị bội. Trong quá trình phôi nang hoá, do không có các điểm kiểm tra trong chu kì tế bào mà nhiều loại khảm khác nhau xuất hiện ở phôi. Mặc dù phần lớn sai sót ở nhiễm sắc thể không được sửa chữa, tuy nhiên vẫn có bằng chứng ủng hộ sự tồn tại của cơ chế “tự sửa sai” ở phôi, liên quan đến việc tạo ra các tế bào dị bội. Những cơ chế này được cho là kết quả của sự phân chia tế bào đa cực, quá trình tống xuất phôi bào và phân mảnh tế bào.
 
3. Kết luận
Phân mảnh là hiện tượng phổ biến xảy ra ở phôi giai đoạn sớm. Tuy nhiên, nguyên nhân hình thành và ảnh hưởng của những mảnh vỡ tế bào này đến sự phát triển toàn vẹn của phôi vẫn chưa được mô tả chính xác. Phân mảnh có thể bắt nguồn từ nguyên nhân nội tại của phôi ở giai đoạn phân chia hoặc có thể chịu ảnh hưởng từ các yếu tố bên ngoài. Sự giảm một lượng thể tích tế bào chất (do hình thành các mảnh vỡ tế bào) làm giảm mật độ ti thể, mRNA và các protein cần thiết, khiến phôi có thể bị ngưng phát triển. Ngoài ra, một số protein quan trọng trong việc điều hoà quá trình phân chia và hình thành phôi như leptin, BAX, Bcl-x, TGF-b2, yếu tố tăng trưởng nội mô mạch máu, thụ thể tăng trưởng biểu mô… cũng giảm khi tế bào chất bị mất đi. Ngoài ra, mảnh vỡ tế bào kích thước lớn còn ảnh hưởng đến vị trí sắp xếp của các phôi bào trong việc hình thành khối tế bào bên trong (ICM) và lớp tế bào lá nuôi.
 
Phương pháp loại bỏ mảnh vỡ tế bào và hạt bên trong phôi bằng vi phẫu trước khi chuyển phôi được đề xuất thực hiện nhằm cải thiện khả năng phân chia phôi bào và tiềm năng làm tổ. Kết quả nghiên cứu của Sordia-Hernandez cũng đồng tình với ý kiến trên, tuy nhiên bên cạnh đó, nghiên cứu cũng ghi nhận tỉ lệ sẩy thai cao ở nhóm bệnh nhân chuyển những phôi đã loại bỏ phân mảnh. Mối quan hệ giữa kĩ thuật vi thao tác và sẩy thai vẫn còn nhiều tranh cãi và có thể liên quan đến giả thiết rằng phân mảnh là dấu hiệu có bất thường về mặt di truyền hoặc thao tác loại bỏ phân mảnh bằng vi phẫu đã làm ảnh hưởng đến các cấu trúc quan trọng. Ngoài ra, theo nghiên cứu của tác giả Halvaei, phân mảnh kích thước lớn có chứa các bào quan có chức năng, đặc biệt là ti thể với khả năng sản xuất ATP. Việc loại bỏ phân mảnh sẽ hạn chế tương tác giữa các phôi bào với những bào quan có chức năng cũng như hoạt động enzyme của chúng. Hơn nữa, những nghiên cứu khác cũng đưa ra kết luận tương tự: loại bỏ phân mảnh ở những phôi có tỉ lệ phân mảnh giữa 0% - 10% lẫn những phôi phân mảnh > 35% đều không mang lại kết quả khả quan. Hiện tượng phân mảnh có thể là dấu hiệu của bất thường nhiễm sắc thể, do vậy, việc loại bỏ phân mảnh không thể cải thiện được tiềm năng phát triển của phôi.
 
Như vậy có thể thấy hiện tượng phân mảnh xảy ra ở phôi có thể bắt nguồn từ nhiều nguyên nhân khác nhau và có thể có những ảnh hưởng khác nhau đến tiềm năng phát triển của phôi. Việc loại bỏ phân mảnh khỏi phôi trước khi chuyển phôi có thể được xem xét dựa trên cơ sở các quan sát hiện tại.
 
 
Lược dịch từ: Cecchele, A., Cermisoni, G.C., Giacomini, E., Pinna, M. and Vigano, P., 2022. Cellular and Molecular Nature of Fragmentation of Human Embryos. International Journal of Molecular Sciences, 23(3), p.1349.

Từ khóa: Bản chất tế bào và phân tử của hiện tượng phân mảnh ở phôi người