Ths. Trần Hà Lan Thanh_IVFMD Phú Nhuận

 

1. Giới thiệu

Các tế bào cumulus bao quanh noãn tạo thành phức hợp cụm noãn – tế bào cumulus. Vi môi trường trong dịch nang cho phép noãn giao tiếp trao đổi với các tế bào cumulus xung quanh. Các tế bào cumulus sẽ cung cấp năng lượng ATP, cGMP giúp tái giảm phân của noãn, cũng như vận chuyển các RNA qua để điều hoà các sự phiên mã các gen của noãn thông qua các cầu nối giao tiếp. Đã có báo cáo cho thấy các noãn người trần bị tách sạch tế bào cumulus sẽ cải thiện tỉ lệ trưởng thành và sự phát triển của phôi tiền làm tổ khi đồng nuôi cấy với các tế bào cumulus. Hơn nữa, sự tương tác giữa noãn với tế bào cumulus có ảnh hưởng đáng kể đến tỉ lệ trưởng thành của noãn và tiềm năng phát triển của phôi cao. Sự biểu hiện gen cảm ứng quá trình apoptosis ở tế bào cumulus có mối tương quan đến hình thái và kiểu phân chia của phôi. Vì vậy, tế bào cumulus đóng vai trò cần thiết cho sự phát triển hoàn thiện của noãn và phôi giai đoạn sớm.
 

2. Sự biểu hiện gen của tế bào cumulus

Dựa vào sự tương tác giữa noãn và tế bào cumulus, các nghiên cứu tập trung vào việc đồng nuôi cấy noãn, phôi với tế bào cumulus để nâng cao hiệu quả trong điều trị thụ tinh trong ống nghiệm (TTTON). Tế bào cumulus tạo ra các nhân tố như cytokines: IL4, IL5, IL6, IL10, nhân tố tăng trưởng, các hormone steroid, interleukin giúp sự phát triển của phôi và tăng tỉ lệ phôi làm tổ. Một số nghiên cứu lớn hiện nay tập trung chủ yếu vào phân tích sự biểu hiện gen ở tế bào cumulus như là các “dấu ấn sinh học” (biomarker) không xâm lấm có thể tiên lượng sự phát triển hoàn thiện của noãn và phôi, cũng như kết cục lâm sàng sau khi điều trị TTTON.
 

5. Dấu ấn sinh học tiên lượng sự phát triển hoàn thiện của noãn

Đã có nhiều nghiên cứu cho thấy có hơn 42 gen trong tế bào cumulus có sự biểu hiện khác biệt tương quan đến sự trưởng thành của noãn. Các dấu ấn sinh học tiên lượng sự phát triển hoàn thiện của noãn khác như sự biểu hiện của gen hyaluronic acid synthase 2 (HAS 2), gremlin 1 (GREM 1), pentraxin 3 (PTX 3), cyclooxygenase 2 (COX 2) [1]–[3]. Nghiên cứu đầu tiên chứng minh sự biểu hiện gen của tế bào cumulus có thể ảnh hưởng đến sự phát triển in vitro của phôi vào năm 2004 bởi McKenzie và cộng sự. Kết quả của nghiên cứu này cho thấy sự biểu hiện gene PTGS2, HAS2 và GREM1 có tương quan thuận đến sự trưởng thành, thụ tinh của noãn và chất lượng của phôi ngày 3 [2]. Cumulus ở những noãn phát triển phôi chất lượng tốt biểu hiện cao HAS2, GREM1, COX2 hơn những noãn không thụ tinh hoặc phôi chất lượng kém [1]. Cumulus biểu hiện cao ở PTGS2 trong tế bào noãn trưởng thành và biểu hiện GREM1 nhiều có khả năng phôi chuyển nhiều hơn [3]. Anderson và cộng sự (2009) và Gebhardt và cộng sự (2011) đều chứng tỏ sự biểu hiện của GREM1, PTX3 ở tế bào cumulus không có tương quan đến kết quả thai lâm sàng sau điều trị TTTON. Trong khi đó, Wathlet và cộng sự (2011) đã cho thấy GREM1 ở tế bào cumulus biểu hiện cao hơn ở nhóm bệnh nhân mang thai sau điều trị TTTON [3].
 
Các gen trong tế bào cumulus tham gia vào đáp ứng với đỉnh LH trước phóng noãn giúp cumulus nở rộng như steroidogenic acute regulatory (STAR), prostaglandin synthase-2 (PTGS2), amphiregulin (AREG), 2 loại Stearoyl-Coenzyme A Desaturases (SCD1, SCD5) sẽ tăng biểu hiện sau khi noãn tái giảm phân. Vì thế, noãn trưởng thành nhân có liên quan đến sự tăng biểu hiện STAR, PTGS2, AREG, SCD1 và SCD5 trong tế bào cumulus [1].
 
Sự thay đổi biểu hiện gen của tế bào cumulus cũng có thể tiên lượng noãn lệch bội. Có khoảng 700 gen biểu hiện khác nhau giữa tế bào cumulus của noãn lệch bội so với noãn bình thường. Theo Fragouli và cộng sự (2012), 2 gen SPSB2 và TP53I3 đều giảm biểu hiện đáng kể trong tế bào cumulus ở noãn lệch bội (p < 0,05). Đồng thời, SPSB2 cũng có xu hướng tăng biểu hiện trong tế bào cumulus ở noãn cho kết quả trẻ sinh sống khoẻ mạnh (p = 0,054). SPSB2 là gen mã hoá ra protein tham gia vào con đường truyền tín hiệu và cân bằng nội mô, còn TP53I3 điều hoà quá trình chuyển hoá carbohydate và apoptosis [4].
 
Hơn nữa, việc gia tăng các gen liên quan đến stress oxy hoá trong tế bào cumulus người như iNOS, hemeoxygenase-1 (HO-1) tham gia điều hoà con đường NF-kB, có liên quan đến giảm khả năng thụ tinh sau ICSI của noãn [1].
 
Tại Việt Nam, nghiên cứu về vấn đề này chưa nhiều. Nghiên cứu của Thái Hà và cộng sự (2018) đã tìm hiểu biểu hiện gene trên tế bào cumulus ở noãn người, đưa ra một cách tiếp cận mới trong việc lựa chọn phôi không xâm lấn ứng với kĩ thuật sinh học phân tử. Nghiên cứu kết luận rằng mức độ biểu hiện gene GREM1 có khả năng dự đoán tỉ lệ thụ tinh và phát triển phôi, hỗ trợ việc lựa chọn phôi có chất lượng tốt. Trong tương lai, cần tìm hiểu nhiều hơn về cơ chế trưởng thành noãn và các yếu tố tác động trong in vitro để nâng cao hiệu quả nuôi cấy noãn, phôi và kết cục điều trị thụ tinh trong ống nghiệm.
 

5. Dấu ấn sinh học tiên lượng sự phát triển của phôi 

Sự gia tăng apoptosis ở các tế bào cumulus sẽ ảnh hưởng xấu đến sự trưởng thành và thụ tinh của noãn, từ đó làm giảm kết cục thai kỳ. Mặc dù, apoptosis ở các tế bào cumulus ảnh hưởng đến chất lượng noãn, nhưng lợi ích lâm sàng về việc sử dụng dấu ấn sinh học này vẫn còn gây tranh cãi. Sự biểu hiện các gen cảm ứng quá trình apoptosis có mối tương quan đến động học hình thái phát triển và cách thức phân chia của phôi [6]. Theo nghiên cứu hồi cứu của Azita Faramarzi và cộng sự (2019), thông số thời điểm phôi có 2 tế bào tương quan với sự biểu hiện của gen Bax, Caspase3, Bcl2 và tỉ lệ biểu hiện gen bax trên gen bcl2 (bax/bcl2) ở tế bào cumulus (với p lần lượt là: p = 0,000, p = 0,000, p = 0,04, p = 0,00). Phân chia không đồng đều ở giai đoạn phôi 2 tế bào có tương quan với sự biểu hiện của gen Bax, Caspase3 (p = 0,007, p = 0,000), trong khi sự phân chia ngược và phân chia trực tiếp từ 1 thành 3 tế bào của phôi có mối tương quan đáng kể với sự biểu hiện của gen Bax, Caspase3, Bcl2 và bax/bcl2 (p < 0,05). Qua đó thấy được việc kết hợp sự biểu hiện gen của tế bào cumulus với động học hình thái phôi từ hệ thống nuôi cấy phôi có camera quan sát liên tục (time lapse monitoring - TLM) sẽ giúp lựa chọn phôi tốt hơn nhằm cải thiện kết quả điều trị TTTON [6].
 
Hơn nữa, có thể kết hợp các dấu ấn sinh học này với các thông số động học phát triển phôi để lựa chọn phôi [6]–[8]. Hamond và cộng sự (2015) đã cho thấy sự biểu hiện của 11 gen tham gia vào quá trình chuyển hoá năng lượng [tiểu đơn vị A V1 của ATPase (ATP6V1A), tiểu phức hợp alpha 1 NADH dehydrogenase (NDUFA1), lactate dehydrogenase A (LDHA), phosphofructokinase tiểu cầu (PFKP) và protein thể mang hoà tan thuộc họ 2 thành viên 4 (solute carrier family 2 member 4-SLC2A4)]; sinh tổng hợp ti thể [RNA polymerase gắn trực tiếp DNA ti thể (POLRMT) và yếu tố phiên mã A DNA ti thể (TFAM); truyền tín hiệu tế bào (synthase 2 prostaglandin - endoperoxide); sinh tổng hợp steroid [cytochrome P450 họ 11, lớp A, polypeptide 1 (CYP11A1)] và stress tế bào [protein sốc nhiệt số 5 70 kDa (HSPA5), peroxiredoxin 3 (PRDX3)] có tương quan với các thông số động học phát triển của phôi như thời điểm phôi đạt 3, 4, 5 tế bào (t3, t4, t5), khoảng thời gian giữa các thời điểm (t3-t2, t4-t3, t5-t3) (tất cả đều có p < 0,05). Hơn thế, sự biểu hiện của gen mã hoá tiểu đơn vị E phức hợp Fo ti thể của ATP synthase (ATP51), HSPA5, PFKP, PRDX3 và versican (VCAN) và thông số t4 có mối tương quan với chất lượng phôi ngày 5 ( p < 0,05). Tuy nhiên, khi phân tích hồi quy, thì không có sự biểu hiện gen và thông số động học nào có thể tiên lượng đáng kể chất lượng phôi ngày 5 [7].
 
Theo một nghiên cứu sơ bộ năm 2020, phân tích động học hình thái của phôi giai đoạn phân chia và đánh giá biểu hiện các gen đặc hiệu trong tế bào cumulus để dự đoán sự phát triển của phôi người thành phôi nang nở rộng. Kết quả cho thấy, sự biểu hiện mRNA của protein tạo hình thái xương (BMP15), cytochrome c oxidase tiểu đơn vị II (COXII), tiểu đơn vị 6 ATP synthase (MT-ATP6) cao hơn đáng kể ở tế bào cumulus của nhóm phôi nang nở rộng; trong khi mRNA của connexin 43 (Cx43) và HO-1 cao hơn ở nhóm phôi không phát triển lên được giai đoạn phôi nang. Phân tích đường cong ROC xác định giá trị cut - off tối ưu của động học và biểu hiện CC tiên lượng sự phát triển đến phôi nang nở rộng ở ngày 5. Giá trị cut-off tối ưu của t2 là < 26,25h đối với động học (với độ nhạy = 96 %; độ đặc hiệu = 47 %; AUC = 0,75, KTC 95%, 0,62-0,87, p = 0,001), COXII > 0,3 đối với biểu hiện gen (với độ nhạy = 92%; độ đặc hiệu =5%; AUC = 0,86; KTC 95%, 0,72-0,99; p = 0,001). Phân tích hồi quy logistic đa biến cho thấy rằng các biến động học và biểu hiện gen đều là những yếu tố dự đoán độc lập và có giá trị về sự phát triển của phôi đến giai đoạn phôi nang nở rộng. Như vậy, từ các kết quả của nghiên cứu này có khả năng phát triển thành mô hình dự đoán kết hợp giữa động học phôi trong 3 ngày đầu và sự biểu hiện gen của tế bào cumulus (BMP15, COXII) để lựa chọn phôi sớm ở giai đoạn phân chia có tiềm năng tạo phôi nang nở rộng [8].
 

5. Dấu ấn sinh học tiên lượng kết quả lâm sàng

Sự biểu hiện các gen trong tế bào cumulus cũng có mối tương quan đến tiềm năng làm tổ của phôi, thai lâm sàng. Ở những noãn cho kết quả thai lâm sàng và trẻ sinh sống sẽ có biểu hiện các gen trong tế bào cumulus tham gia vào truyền tín hiệu tế bào, cân bằng nội mô và chuyển hoá chất cao hơn (như VCAN, PTGS2, EFNB2, SPSB2, UBQLN1, DPP8, HIST1H4C, CALM1, NRP1, PSMD6, BCL2L11, PCK1, RGS2) hoặc thấp hơn (TOM1, NFIB) khi so với những phôi thất bại làm tổ. Hơn nữa, sự biểu hiện gen HAS 2 và thụ thể FSH trong cumulus đã được sử dụng để lựa chọn một noãn trưởng thành nhân (ở kỳ trung gian của giảm phân II – MII) đạt tỉ lệ trẻ sinh sống là 60% cao hơn khi so với lựa chọn ngẫu nhiên noãn MII chỉ đạt 38%. Tương tự, sự biểu hiện 12 gen trong tế bào cumulus tham gia vào quá trình chuyển hoá glucose, phiên mã, điều hoà gonadotropin và chết theo chương trình (apoptosis) có thể tiên lượng kết quả thai kỳ với độ chính xác 78% [1]. Tuy nhiên, số lượng nghiên cứu về vấn đề này vẫn còn hạn chế, nên trong tương lai cần thêm nghiên cứu để làm sáng tỏ mối tương quan giữa sự biểu hiện các gen trong tế bào cumulus với kết quả lâm sàng sau khi điều trị TTTON.
 

3. Một số yếu tố ảnh hưởng đến biểu hiện gen của tế bào cumulus

Ngoài ra, sự biểu hiện các gen trong tế bào cumulus bị ảnh hưởng bởi một số yếu tố như độ tuổi và một vài bệnh lý vô sinh nữ.
 

5. Độ tuổi của nữ giới

Tuổi mẹ ảnh hưởng đến sự biểu hiện gen của tế bào cumulus và có liên quan đến chất lượng noãn. Theo nghiên cứu Al-Edani và cộng sự (2014), ở nhóm phụ nữ > 37 tuổi thì các gen tham gia vào quá trình sinh tạo mạch máu như ANGPTL4, LEPR, TGFBR3, FGF2 ở tế bào cumulus sẽ tăng biểu hiện quá mức đáng kể; trong khi các gen tham gia trong con đường truyền tín hiệu TGF- (cần cho quá trình phát triển nang noãn và trưởng thành noãn) như AMH, TGFB1, inhibin (INHA), thụ thể của activin (ACVR2B) giảm biểu hiện khi so với nhóm phụ nữ trẻ tuổi < 34 tuổi [9].
 

5. Bệnh lý gây vô sinh ở nữ giới

Một số bệnh lý gây vô sinh ở nữ giới như lạc nội mạc tử cung, hội chứng buồng trứng đa nang (Polycystic ovary syndrome - PCOS) sẽ có tác động đến sự biểu hiện gen của tế bào cumulus [10]. Ở những phụ nữ lạc nội mạc tử cung vùng chậu ở mức độ vừa và nặng sẽ biểu hiện gen superoxide dismutase 1 (SOD1) trong tế bào cumulus cao hơn đáng kể so với nhóm lạc nội mạc tử cung ở mức độ nhẹ hoặc không có mắc bệnh này. Nồng độ SOD1 biểu hiện cao nhất ở những bệnh nhân lạc nội mạc tử cung độ III/IV có thai lâm sàng sau khi điều trị TTTON. Biểu hiện gen SOD1 cao trong tế bào cumulus sẽ ngăn chặn tổn thương stress oxi hoá ở noãn làm chất lượng noãn không bị suy giảm và có thai lâm sàng [10]. PCOS là một rối loạn chuyển hoá liên quan đến béo phì, cường androgen, kháng insulin, quá nhạy cảm với hormon LH và không phóng noãn. Quá trình sinh nang noãn của phụ nữ PCOS sẽ bị thay đổi với những nang nhỏ bị ngừng phát triển, được biểu hiện thông qua sự thay đổi nồng độ các hormone trong môi trường nang noãn. Điều này là do sự thay đổi biểu hiện phiên mã của các gen trong tế bào cumulus như gen mã hoá thụ thể insulin, thụ thể và protein gắn với IGF, các gen liên quan tham gia điều hoà chu kỳ tế bào giảm phân, dẫn đến rối loạn hoặc trì hoãn sự trưởng thành, biệt hoá và chức năng của tế bào cumulus. Hơn nữa, tế bào cumulus của bệnh nhân PCOS gia tăng mức độ biểu hiện RNA ribosome hơn so với phụ nữ khoẻ mạnh; qua đó thấy được các tế bào cumulus của bệnh nhân PCOS phải trải qua việc hoạt hoá biểu hiện gen mã hoá ribosome, điều này có thể làm rối loạn sự giao tiếp trao đổi giữa tế bào cumulus với noãn, do đó có thể tác động đến chất lượng noãn [10].
 

4. Kết luận

Sự biểu hiện một số gen đặc biệt của các tế bào cumulus có thể được sử dụng làm “dấu ấn sinh học” để tiên lượng sự trưởng thành và chất lượng của noãn. Bên cạnh đó, sự biểu hiện gen của tế bào cumulus có liên quan đến động học hình thái phát triển của phôi và chất lượng phôi, do đó có thể kết hợp các dấu ấn sinh học này để lựa chọn phôi. Hơn nữa, cũng có mối tương quan giữa sự biểu hiện gen của tế bào cumulus với tiềm năng làm tổ của phôi và kết quả lâm sàng. Tuy nhiên, cần nghiên cứu thêm để có thể khẳng định các mối tương quan giữa sự biểu hiện các gen trong tế bào cumulus với sự phát triển noãn, phôi và kết quả lâm sàng sau khi điều trị TTTON.
 
Ngoài ra, sự biểu hiện các gen trong tế bào cumulus có thể bị ảnh hưởng bởi yếu tố như độ tuổi và một vài bệnh lý vô sinh nữ. Do đó, đây có thể là một trong những lý do dẫn đến chất lượng noãn bị tác động xấu ở những nhóm bệnh nhân lớn tuổi, PCOS, lạc nội mạc tử cung khi điều trị TTTON. Trong tương lai, vẫn cần các nghiên cứu về các yếu tố có thể tác động sự biểu hiện gen của cumulus.
 
Tài liệu tham khảo
[1]      D. A. Dumesic, D. R. Meldrum, M. G. Katz-Jaffe, R. L. Krisher, and W. B. Schoolcraft, “Oocyte environment: Follicular fluid and cumulus cells are critical for oocyte health,” Fertil. Steril., vol. 103, no. 2, pp. 303–316, 2015.
[2]      L. J. McKenzie et al., “Human cumulus granulosa cell gene expression: A predictor of fertilization and embryo selection in women undergoing IVF,” Hum. Reprod., vol. 19, no. 12, pp. 2869–2874, 2004.
[3]      A. Uyar, S. Torrealday, and E. Seli, “Cumulus and granulosa cell markers of oocyte and embryo quality,” Fertil. Steril., vol. 99, no. 4, pp. 979–997, 2013.
[4]      E. Fragouli, D. Wells, A. E. Iager, U. A. Kayisli, and P. Patrizio, “Alteration of gene expression in human cumulus cells as a potential indicator of oocyte aneuploidy,” Hum. Reprod., vol. 27, no. 8, pp. 2559–2568, 2012.
[5]      B. A. Wyse, N. Fuchs Weizman, S. Kadish, H. Balakier, M. Sangaralingam, and C. L. Librach, “Transcriptomics of cumulus cells - A window into oocyte maturation in humans,” J. Ovarian Res., vol. 13, no. 1, pp. 1–14, 2020.
[6]      A. Faramarzi, M. A. Khalili, and M. G. Jahromi, “Is there any correlation between apoptotic genes expression in cumulus cells with embryo morphokinetics ?,” Mol. Biol. Rep., no. 0123456789, 2019.
[7]      E. R. Hammond, B. Stewart, J. C. Peek, A. N. Shelling, and L. M. Cree, “Assessing embryo quality by combining non-invasive markers: Early time-lapse parameters reflect gene expression in associated cumulus cells,” Hum. Reprod., vol. 30, no. 8, pp. 1850–1860, 2015.
[8]      S. Canosa et al., “Morphokinetic analysis of cleavage stage embryos and assessment of specific gene expression in cumulus cells independently predict human embryo development to expanded blastocyst: a preliminary study,” J. Assist. Reprod. Genet., 2020.
[9]      T. Al-Edani et al., “Female Aging Alters Expression of Human Cumulus Cells Genes that Are Essential for Oocyte Quality,” Biomed Res. Int., vol. 2014, pp. 0–10, 2014.
[10]    M. G. Da Broi, V. S. I. Giorgi, F. Wang, D. L. Keefe, D. Albertini, and P. A. Navarro, “Influence of follicular fluid and cumulus cells on oocyte quality: Clinical implications,” J. Assist. Reprod. Genet., vol. 35, no. 5, pp. 735–751, 2018.
 

Từ khóa: Sự biểu hiện gen của tế bào cumulus có thể được sử dụng làm dấu ấn sinh học đánh giá chất lượng noãn và phôi trong điều trị thụ tinh trong ống nghiệm