CNSH. Khổng Tiết Mây Như – IVFMD
 
Khoảng 20-30% trường hợp vô sinh là do yếu tố nam, 20-35% liên quan đến yếu tố nữ và 25-40% là do cả nam và nữ. Kỹ thuật hỗ trợ sinh sản được xem là hiệu quả để điều trị vô sinh; trong đó, IVF được chỉ định cho vô sinh nữ còn ICSI thì cho vô sinh nam. Thất bại thụ tinh xảy ra ở 5-10% trong chu kỳ IVF và 2-3% trong chu kỳ ICSI gây ra gánh nặng tài chính và tâm lý cho bệnh nhân. Thụ tinh là một quá trình đa bước bao gồm sự nhận diện giữa tinh trùng và noãn, tinh trùng xâm nhập vào noãn, sự hòa màng và hình thành hợp tử. Trong hỗ trợ sinh sản, bất kì bất thường nào trong quá trình thụ tinh đều dẫn đến thất bại thụ tinh. Để đi sâu vào nguyên nhân, bài tổng quan này chủ yếu tập trung vào yếu tố di truyền được phát hiện gần đây gây ra thất bại thụ tinh trong công nghệ hỗ trợ sinh sản, từ đó đưa ra các phương pháp cải thiện tỉ lệ thụ tinh và thảo luận về hướng nghiên cứu trong tương lai.
 
Khoảng 1/2 các trường hợp vô sinh có liên quan đến yếu tố di truyền nhưng cụ thể về những nguyên nhân nào thì vẫn chưa biết rõ.
 
SỰ TRƯỞNG THÀNH CỦA NOÃN
Sự trưởng thành về nhân của noãn là một quá trình quan trọng trong thụ tinh. Sự ngừng trưởng thành về noãn là một trong những nguyên nhân chính gây thất bại IVF. Nhiều đột biến gene được tìm thấy như PATL2, TUBB8, CDC20. Thêm vào đó, phức hợp protein SCMC (subcortical maternal complex) được định vị tại vùng rìa ngoại biên của noãn và phôi, rất quan trọng cho sự phát triển noãn và phôi giai đoạn sớm nên các đột biến gene mã hóa SCMC (NLPR5, TLE6) cũng có liên quan đến thất bại thụ tinh.
 
-TUBB8 (tubulin β 8 class VIII) là một kiểu mẫu β-tubulin đặc hiệu, phần lớn biểu hiện trong phôi giai đoạn sớm và tham gia vào quá trình sắp xếp thoi vô sắc trong noãn người. Đột biến TUBB8 sẽ ảnh hưởng đến sự gấp nếp của dị vòng α/β-tubulin và tổng hợp vi ống, phá vỡ cấu trúc thoi vô sắc trong noãn dẫn đến noãn không trưởng thành và phát triển phôi sớm bất thường như là noãn bị bắt giữ ở MI, thể cực 1 và có thể không thụ tinh. Một vài đột biến TUBB8 có liên quan đến thụ tinh kém hoặc thất bại. Vì vậy, các đột biến khác nhau gây ra các vấn đề về cấu trúc khác nhau, thay đổi cách protein tương tác với kinesin hoặc các liên kết với các protein vi ống khác.
 
-Trong quá trình trưởng thành noãn, một lượng lớn mRNA ổn định cần thiết cho sự tăng trưởng và trưởng thành tích tụ trong noãn. Một số protein liên kết RNA kiểm soát sự ổn định của mRNA và PATL2 mã hóa protein liên kết RNA mà ban đầu được xem là chất ức chế quá trình dịch mã. Các đột biến khác nhau của PATL2 có thể dẫn đến sự biến đổi về kiểu hình của noãn hoặc phôi như sự ngừng trưởng thành noãn, thất bại thụ tinh hoặc ngừng phát triển phôi.
 
-CDC20 (cell division cycle 20) là một chất kích hoạt phân bào của phức hợp thúc đẩy kì sau của nguyên phân (anaphase), mục tiêu hạ nguồn của ức chế checkpoint trong quá trình sắp xếp thoi vô sắc. Sự ức chế CDC20 ngăn sự phân tách nhiễm sắc thể chị em cho đến khi các vi ống tỏa ra ở các cực của thoi vô sắc được gắn chính xác vào các thể động (kinetochores) trong quá trình nguyên phân và giảm phân. Ở noãn, CDC20 kích hoạt phức hợp thúc đẩy anaphase là một bước quan trọng trong quá trình phân tách tương đồng và chuyển từ giảm phân I sang giảm phân II. Các nghiên cứu trước đây đã xác định các đột biến khác nhau trong CDC20 gây ra thất bại thụ tinh và đã khám phá được một phương pháp điều trị tiềm năng như tiêm CDC20 cRNA vào noãn giúp noãn thụ tinh thành công.
 
-WEE2 protein 2 (WEE1 homolog 2, WEE1B) thuộc họ protein WEE kinase, tham gia vào quá trình cố định GV, hoàn tất MII và hình thành tiền nhân. Yếu tố thúc đẩy trưởng thành bao gồm cyclin-dependent kinase 2 (CDK2) và cyclin B hoạt động bằng cách ngăn chặn sự bắt đầu của MII. Quá trình phosphoryl hóa ức chế CDK2 qua trung gian WEE2 là cần thiết để bất hoạt quá trình thúc đẩy trưởng thành, hoàn tất MII và hình thành tiền nhân. Cho đến nay, 9 nghiên cứu đã xác định được 37 đột biến WEE2 liên quan đến thất bại thụ tinh. Mặc dù ICSI có kết hợp hoạt hóa noãn nhân tạo (AOA) nhưng thất bại trong hình thành tiền nhân vẫn xảy ra ở hầu hết các bệnh nhân có đột biến WEE2.
 
-NLRP5 (họ NLR, miền pyrin chứa 5) là một thành phần của protein SCMC cần thiết cho quá trình tạo phôi. Các đột biến NLRP5 chủ yếu được chứng minh có liên quan đến sự ngừng phát triển phôi sớm ở người. Hai nghiên cứu đã báo cáo 3 đột biến NLRP5 có liên quan đến thất bại thụ tinh, cụ thể là bệnh nhân có noãn không thể thụ tinh khi ICSI và ICSI-AOA bị đột biến cắt ngắn đồng hợp tử hoặc trường hợp bị 2 đột biến sai nghĩa dị hợp tử gây ra tần suất thất bại thụ tinh hoàn toàn ở người.
 
-TLE6 (transduction protein-like enhancer division 6) là chất nền protein kinase phụ thuộc cAMP và là một thành phần trong protein SCMC. Các nhà khoa học đã xác định đột biến điểm trong TLE6 gây ra thất bại trong quá trình hình thành hợp tử ở 3 bệnh nhân. Đột biến TLE6 có thể dẫn đến suy giảm chức năng protein kinase phụ thuộc cAMP, ngăn cản sự tái khởi động MII sau khi hoạt hóa noãn.
 
BẤT THƯỜNG TRONG XÂM NHẬP TẾ BÀO CUMULUS VÀ MÀNG TRONG SUỐT (ZONA PELLUCIDA – ZP)
Trước khi thụ tinh, noãn trong giai đoạn nghỉ của giảm phân II, được bao quanh bởi một lớp cumulus và ZP. ZP ngoại bào bao gồm 4 glycoprotein (ZP1, ZP2, ZP3 và ZP4) và chỉ tinh trùng thực hiện phản ứng acrosome mới đi qua ZP và vào khoảng không quanh noãn nên việc điều hòa các tín hiệu ion là cần thiết. Kênh CatSper của tinh trùng sẽ kích hoạt Ca²⁺ ở đuôi tinh trùng và đóng vai trò quan trọng trong quá trình xâm nhập tinh trùng-noãn.
 
-Stress oxy hóa có thể làm giảm khả năng thụ tinh của noãn và gây ra sự phân chia sớm vùng liên kết ZP2 khiến tinh trùng không thể liên kết với ZP. Sự lão hóa của noãn sau khi rụng trứng dẫn đến xuất bào sớm và định vị sai lecithin và cũng gây hậu quả tương tự. Những khiếm khuyết do lão hóa sau rụng trứng có thể phục hồi một phần sau khi bổ sung melatonin và cải tiện được tỉ lệ thụ tinh. Hai đột biến gây bệnh cắt ngắn đồng hợp tử ZP2 (pathogenic mutations – PV) gây mất chức năng ZP2, ZP bất thường về cấu trúc và rối loạn chức năng, cản trở sự liên kết và xâm nhập bình thường của tinh trùng. Ngoài ra, các đột biến gene ZP3 sẽ cản trở quá trình tái sắp xếp của chất dị thể, không đủ để tạo nên ZP có trật tự và ổn định xung quanh noãn; do đó ảnh hưởng quá trình thụ tinh.
 
-CatSper là một kênh ion dành riêng cho tinh trùng và chủ yếu được định vị ở đuôi, cần thiết cho khả năng di động và thụ tinh. CatSper là một siêu phức hợp chứa kênh và protein vận chuyển với ít nhất 14 thành phần bao gồm 4 protein tạo lỗ CatSper 1,2,3,4 cùng nhiều tiểu đơn vị bổ trợ (CatSper β, γ, δ, ε, ζ và EFCAB9). Tinh trùng đột biến CatSper sẽ không thể đạt được khả năng tăng động khi kích hoạt Ca²⁺, có thể vượt được màng ngoại bào nhưng không thể xâm nhập ZP noãn. Về mặt lâm sàng, đột biến điểm gây bệnh của CatSper1 có thể gây vô sinh nam không do hội chứng CatSper trong khi một cặp song song trên nhiễm sắc thể 15q15.3 (CatSper2 và STRC) gây hội chứng vô sinh và điếc chỉ ở nữ. ICSI có thể là lựa chọn sinh sản hiệu quả cho những trường hợp này.
 
BẤT THƯỜNG TRONG NHẬN DIỆN MÀNG TINH TRÙNG-NOÃN VÀ DUNG HỢP
Trong quá trình dung hợp tinh trùng-noãn, sự tương tác giữa protein màng tinh trùng IZUMO1 và protein màng của noãn JUNO là mấu chốt để màng tinh trùng-noãn nhận diện và dung hợp.
-IZUMO1 là protein bề mặt tinh trùng, tương tác với JUNO (protein mã hóa bởi thụ thể IZUMO1R) trên màng bao tương của noãn. Một đột biến sai nghĩa hiếm IZUMO1R được tìm thấy ở 2 trường hợp thất bại thụ tinh có thể là do rối loạn chức năng JUNO, gây ra những thay đổi trong cấu trúc neo glycosylphosphatidylinositol (GPI) – kênh dẫn cho sự liên kết giữa 2 protein IZUMO1 và JUNO. Tuy nhiên, việc bổ sung thêm nghiên cứu để xác nhận cơ chế chính xác cho hoạt động các biến thể IZUMO1R hiếm gặp này liên quan đến cơ chế bệnh sinh của thụ tinh là cần thiết.
 
THẤT BẠI TRONG HOẠT HÓA NOÃN
Hoạt hóa noãn là hoàn tất quá trình giảm phân, xảy ra phản ứng hạt vỏ ngăn đa thụ tinh, hình thành tiền nhân đực-cái và diễn ra quá trình phân bào đầu tiên. Nhiều gene được tìm thấy có liên quan đến thất bại trong hoạt hóa noãn (gene liên quan đến tinh trùng đầu tròn - globozoospermia như DPY19L2, ZPBP1, CCDC62, PICK1, SPATA16 và CCIN), PLCZ1, ACTL7A, ACTL9 và IQCN.
-Globozoospermia là một bất thường nghiêm trọng xảy ra ở 0,1% vô sinh nam. Hình dạng tinh trùng là đầu tròn, không có acrosome và PLCζ không được giữ trong cấu trúc màng nhân dẫn đến thất bại thụ tinh và được điều trị bằng ICSI-AOA. Trong số các gene liên quan đến dạng tinh trùng này thì DPY19L2 được báo cáo nhiều nhất vì ngăn quá trình kéo dài tinh tử và hình thành acorsome.
-PLCZ1 mã hóa PLCζ là chất kích hoạt noãn khi cực đầu tinh trùng dung hợp vào màng bào tương noãn. PLCζ thấp không thể gây giải phóng Ca²⁺ dẫn đến thất bại hoạt hóa noãn (OAD). 22 đột biết PLCZ1 đều dẫn đến thất bại thụ tinh sau ICSI.
-ACTL7A là 1 protein tế bào đặc hiệu của tinh hoàn, được định vị trong lớp dưới acrosome của tế bào quanh nhân (perinuclear theca – PT) và đóng vai trò chính trong cấu trúc màng nhân sinh tinh. Các đột biến dị hợp tử phức tạp ACTL7A đã được xác định ở bệnh nhân thất bại thụ tinh và AOA sử dụng chất mang ion canxi A23187 có thể cho kết quả mang thai và sinh con khỏe mạnh. Đột biến 2 allele của ACTL7A gây khiếm khuyết siêu cấu trúc của acorsome tinh trùng và PT. Điều này làm giảm biểu hiện PLCζ trong tinh trùng hoặc phản ứng acrosome bất thường. Do đó, tinh trùng không thể xâm nhập vào màng trong của noãn dẫn đến OAD và thất bại thụ tinh hoàn toàn. Trường hợp này có thể cải thiện bởi ICSI-AOA.
-Đột biến ACTL9 (actin-like 9) làm suy yếu hoặc mất tương tác với ACTL7A, gây ra sự định vị bất thường của PLCζ và cấu trúc PT bị nới lỏng, dẫn đến OAD. 3 đột biến đồng hợp tử ACTL9 được xác định ở 21 bệnh nhân thất bại thụ tinh hoàn toàn hoặc thụ tinh kém.
-IQCN (IQ motif-containing N) được tìm thấy ở cá thể có cấu trúc acorome bất thường. Sự thất bại trong tống xuất thể cực 2 làm tăng bất thường trong kích hoạt noãn và đột biến IQCN gây ra PLCζ bất thường, thiếu định vị và không thể kích hoạt noãn gây thất bại thụ tinh hoàn toàn. Nam giới mang đột biến IQCN đồng hợp tử có thể điều trị bằng ICSI-AOA.
 
HƯỚNG ĐIỀU TRỊ CỦA THẤT BẠI THỤ TINH
Trong điều trị vô sinh do yếu tố nam, một trong những phương pháp hiệu quả nhất là ICSI và AOA có thể hiệu quả cho trường hợp OAD. Để cải thiện tỉ lệ thụ tinh, nhiều nghiên cứu đã dùng liệu pháp tiêm cRNA và điều chỉnh phác đồ kích thích buồng trứng.
 
Sau thất bại thụ tinh với IVF cổ điển thì ICSI giúp vượt qua được khả năng xâm nhập màng bào tương noãn của tinh trùng. Lựa chọn đầu tiên là hủy chu kỳ đang điều trị và thực hiện ICSI nhưng không phải cặp vợ chồng nào cũng có thể chịu đựng được gánh năng tài chính và tâm lý của nhiều chu kỳ hỗ trợ sinh sản. Lựa chọn thứ hai là rescue ICSI (R-ICSI) được thực hiện ở noãn không có biểu hiện thụ tinh sau 4-24h tách. Hiệu quả mang lại là giảm 25% chi phí cho mỗi trẻ sinh sống sau R-ICSI so với hủy chu kỳ đang điều trị. R-ICSI được chia thành 2 giai đoạn sớm và muộn. R-ICSI sớm được thực hiện 4-8h sau tách cần rất nhiều thời gian để nhận diện thất bại thụ tinh sau IVF và dễ phán đoán sai. Tỉ lệ thai lâm sàng của R-ICSI muộn rất thấp do chất lượng noãn giảm cũng như mất đi sự đồng bộ giữa giai đoạn chuẩn bị nội mạc và phát triển phôi. Các nghiên cứu gần đây cho thấy R-ICSI muộn kết hợp chuyển phôi trữ có thể giải quyết được vấn đề trên. Tuy nhiên, ICSI không thể áp dụng cho mọi đối tượng vì chỉ cải thiện vô sinh nam chứ không phải tỉ lệ trẻ sinh sống. Năm 2020, ASRM đã đưa ra chứng cứ không ủng hộ sử dụng ICSI thường quy. 
 
Việc áp dụng AOA ngay sau khi ICSI có thể cải thiện tỉ lệ thụ tinh và tiềm năng phát triển phôi ở bệnh nhân thất bại thụ tinh hoàn toàn hoặc thụ tinh kém. Các phương pháp AOA bao gồm kích hoạt cơ học (hút bào tương noãn và tiêm), kích hoạt điện và chất hóa học nhân tạo. Trong khi cơ học không cải thiện thụ tinh, hình thành phôi nang, thai lâm sàng thì điện được dùng nhiều nhất ở động vật và cần được kết hợp với hóa học ở người. Về mặt lâm sàng, phương pháp được sử dụng nhiều nhất là ICSI kết hợp chất hóa học hoạt hóa nhân tạo (calcium ion carrier A23187, ionomycin, cycloheximide, strontium chloride, puromycin và 6-DMA). Trong đó, calcium ion carrier A23187 và ionomycin  là chất an toàn và được dùng rộng rãi trong thực hành lâm sàng. Tuy nhiên, chất mang canxi chỉ gây tăng Ca²⁺ đơn lẻ mà không tăng Ca²⁺ sinh lý như khi thụ tinh bình thường và có thể có tác dụng phụ gây độc tế bào hoặc đột biến noãn và phôi. Mặc dù các nghiên cứu đã chỉ ra rằng ICSI-AOA không gây ra dị tật bẩm sinh lớn như ICSI thông thường nhưng AOA hiện tại không thể hoàn toàn phù hợp với biên độ và tần số của dao động này trong quá trình thụ tinh bình thường. Kích hoạt noãn nhân tạo ảnh hưởng đến các con đường truyền tín hiệu phụ thuộc canxi, chuyển hóa ty thể và biến đổi thượng di truyền.
 
Việc tiêm WEE2 cRNA vào trong noãn có thể khôi phục hiệu quả thụ tinh thành công, hình thành phôi nang nhưng tác dụng phụ của nó vẫn chưa rõ và thời gian bán hủy RNA quá ngắn để đạt được hiệu quả. Việc tiêm PLCZ1 cRNA có thể tối ưu dao động sóng Ca2+ nhưng tỉ lệ tổng hợp và lượng tổng của biểu hiện protein PLCζ trong noãn không thể được kiểm soát. Nhiều labo hiện đang nghiên cứu loại protein rhPLCZ1 ổn định và hữu năng. 
 
ĐIỀU CHỈNH PHÁC ĐỒ KÍCH THÍCH BUỒNG TRỨNG
Phác đồ bổ sung 450-IU FSH tại thời điểm tiêm hCG hoặc giả dược (nước muối sinh lý) có sự cải thiện đáng kể về khả năng phát triển của noãn. Trong chu kỳ tự nhiên, đỉnh LH xảy ra cùng với đỉnh FSH góp phần vào sự trưởng thành của noãn; trong khi chu kỳ kích thích rụng trứng có kiểm soát, nồng độ FSH nội sinh thấp được kích hoạt có thể dẫn đến thiếu sự đồng bộ trong trưởng thành nhân và tế bào chất của noãn gây ra thụ tinh kém sau ICSI ở một số bệnh nhân có nhiều noãn MII. Vì vậy, phác đồ này ít được dùng trong thực hành lâm sàng. Một số nghiên cứu gần đây sử dụng dual trigger (GnRH antagonist + hCG liều thấp), GnRH kích hoạt đỉnh FSH nội sinh đồng thời hCG tác động trên thụ thể LH có thể tăng sự trưởng thành noãn, thụ tinh, tỉ lệ thai lâm sàng và trẻ sinh sống ở bệnh nhân có tiền sử thụ tinh kém <20% sau khi chỉ sử dụng hCG tiêu chuẩn. Phương pháp này chỉ áp dụng cho các phác đồ không điều chỉnh giảm GnRH như đối vận, kích thích vi mô và giai đoạn hoàng thể nhân tạo.
 
Tóm lại, thất bại thụ tinh nếu không thể thành công sau ICSI-AOA thì sử dụng tinh trùng hoặc noãn hiến tặng là lựa chọn hiệu quả và có thể thực hiện.
 
Nguồn: Zhang X.J, Hu C.G và Wu L. Advances in the study of genetic factors and clinical interventions for fertilization failure. Journal of Assis.Reprod.Gene. 2023 Jun 08.

Từ khóa: Những tiến bộ trong nghiên cứu các yếu tố di truyền và can thiệp lâm sàng đối với trường hợp thất bại thụ tinh