1. Tế bào cumulus là gì?

Tế bào cumulus (Cumulus cells – CCs) là một thể đặc biệt của tế bào hạt (Granulosa cells - GCs). COC (cumulus oocytes complex) là một phức hợp bao gồm noãn và các tế bào CCs quanh noãn. CCs của mỗi nang noãn có đặc điểm sinh học khác nhau, bản thân CCs cũng khác biệt với các tế bào hạt thành nang trong quá trình biến đổi của nang noãn mặc dù chúng cùng nguồn gốc. Thông qua các liên kết khe và kênh vận chuyển xuyên màng, CCs tác động qua màng trong suốt (ZP) tới các thành phần bên trong bào tương noãn, tham gia vào các con đường điều hoà nội tiết và truyền tín hiệu hỗ trợ sự phát triển và trưởng thành noãn [1].

2. Vai trò của tế bào cumulus trong sự trưởng thành noãn

Tế bào cumulus đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển và trưởng thành của noãn. Tế bào cumulus chứa các thụ thể FSH và LH, giúp hấp thu các yếu tố tăng trưởng cho sự phát triển của noãn. Tuy nhiên, nồng độ các hormone có ảnh hưởng đến sự hoạt động của các nối liên kết ở tế bào cumulus. Việc hấp thu LH làm tăng hoạt động của việc sản xuất inositol triphosphate (IP3), con đường phospholipase C, con đường cAMP và PKC trong quá trình trưởng thành của noãn.

Noãn điều hòa sự tăng trưởng, biệt hóa và nội cân bằng trong tế bào, cung cấp sản phẩm trao đổi chất và chuyển hóa phân tử. Vì noãn không có khả năng tổng hợp glucose từ môi trường, nên tế bào cumulus đóng vai trò quan trọng trong việc tổng hợp glucose cho noãn. Sự vận chuyển glucose thông qua các kênh vận chuyển trên tế bào cumulus và chuyển hóa các chất vào noãn thông qua các cầu nối gap-juntion. Có 4 con đường tổng hợp glucose ở noãn: glycolysis, pentose phosphate pathway (PPP), polyol pathway, hexosamine biosynthesis pathway (HBP). Thứ nhất, con đường glycolysis tạo ra pyruvate và lactate tham gia vào chu trình acid tricarboxylic (TCA), dưới tác động oxy hóa khử tạo ra năng lượng ATP. Thứ hai, con đường PPP chỉ có một lượng nhỏ glucose được chuyển hóa tạo ra NADPH cho quá trình tác động chuyển đổi qua lại của GSSG (oxidized glutathione) và GSH (reduced glutathione) (đây là các chất chống quá trình oxi hóa). GSH bảo vệ tế bào khỏi sự oxi hóa. Sau khi thụ tinh, GSH tham gia vào khử cực đầu tinh trùng, xảy ra song song với sự hoạt hóa noãn, hỗ trợ quá trình thụ tinh. Ngoài ra, con đường này còn tạo ra phosphoribosylpyrophosphate (PRPP) tham gia vào con đường de novo, tổng hợp purin vào quá trình điều hòa sự giảm phân ở noãn. Thứ ba, con đường polyol sản xuất ra fructose và sorbitol. Cuối cùng, con đường HBP sản xuất cơ chất, hỗ trợ cho sự dãn nở của tế bào cumulus, để đáp ứng với sự gia tăng LH và các yếu tố tăng trưởng biểu bì, FSH [2].

Ngoài ra ở noãn còn biểu hiện hai yếu tố quan trọng là yếu tố biệt hóa tăng trưởng 9 (growth-differentiation factor 9-GDF9) và protein phát triển hình thái xương 15 (bone morphogenetic protein 15-BMP15). Cả hai yếu tố này đều thuộc họ yếu tố tăng trưởng beta (transforming growth factor beta -TGFbeta), cần thiết cho sự hình thành nang noãn giai đoạn sớm và liên quan đến con đường hình thành các hoạt động khác của buồng trứng [3], [4].
 
 
3. Vai trò của cumulus trong quá trình thụ tinh và phát triển phôi

Tế bào cumulus giúp thu hút, chọn lọc tinh trùng có hình dạng bình thường, thúc đẩy sự hoạt hóa tinh trùng và sự xâm nhập tinh trùng vào noãn. Trong chất nền ngoại bào quanh các tế bào cumulus có chứa hyaluronic acid (HA), heparan sulfate, heparin như là một chất kích thích sự hoạt hóa tinh trùng in vitro. Bên cạnh đó, cumulus giúp tổng hợp GSH (gluthione) giúp khử cực đầu tinh trùng, hoạt hoá noãn và chuyển thông tin từ đầu tinh trùng vào tiền nhân đực. Một số yếu tố khác ảnh hưởng đến sự hoạt hóa tinh trùng, phản ứng acrosome là ROS. Khi tiêu thụ oxy, tế bào cumulus tạo ra ROS, ROS tạo ra môi trường oxy hóa khử có tác dụng kích thích sự thụ tinh của tinh trùng [5][1].

Ngoài ra, tế bào cumulus còn tạo ra các yếu tố như cytokines IL4, IL5, IL6, IL10, yếu tố tăng trưởng, các hormone steroid, interleukine giúp sự phát triển của phôi và tăng tỉ lệ phôi làm tổ. Tế bào cumulus sản sinh ra progesterone-hormone giúp tăng khả năng mang thai và tạo ra vi môi trường làm tổ, tạo ra glutathione giảm ROS [1].

4. Ứng dụng của tế bào cumulus trong TTON

a)      Đồng nuôi cấy noãn/phôi với tế bào cumulus

Hiện nay, những nghiên cứu về đồng nuôi cấy phôi với tế bào cumulus, noãn trần với tế bào cumulus… đang được thực hiện khá nhiều trên động vật và người. Năm 2010, nhóm tác giả Duman thực hiện đồng nuôi cấy tế bào cumulus với noãn người sau ICSI. Kết quả cho thấy tỷ lệ thụ tinh và tỷ lệ phôi phân chia cao hơn so với nhóm nuôi cấy thông thường (p<0,05). Kết quả thai cũng cao hơn nhưng không có sự khác biệt với nhóm còn lại [6].

Gần đây, nghiên cứu của tác giả Virant-Klun và cộng sự (2018) thực hiện nuôi cấy noãn chưa trưởng thành với tế bào cumulus (CCs) nhằm mục đích đánh giá hiệu quả nuôi cấy và biểu hiện gen của noãn trong suốt quá trình phát triển. Kết quả nuôi cấy cho thấy: tỷ lệ trưởng thành noãn nhóm CC-IVM cao hơn so với CONV-IVM (IVM truyền thống) (77,2% so với 62,1%). Ngoài ra trong quá trình trưởng thành in vitro có sự biểu hiện mạnh các gen liên quan đến quá trình sao chép, phiên mã, dịch mã, epigenetics… Khi phân tích mức độ biểu hiện của các gen, có sự tương đồng giữa các nhóm nuôi cấy, nhưng sự biểu hiện ở noãn trưởng thành in vivo cao nhất. Những noãn trưởng thành CONV-IVM cho tỷ lệ biểu hiện cao các gen điều hòa hơn noãn trưởng thành bởi CC-IVM. Một số noãn trong môi trường CONV-IVM có sự biểu hiện gen tương tự như noãn chưa trưởng thành và ngược lại, sự biểu hiện gen ở nhóm CC-IVM biểu hiện tương tự với noãn trưởng thành in vivo. Như vậy, quá trình IVM có ảnh hưởng đến sự biểu hiện gen ở noãn trưởng thành. Tuy nhiên khi đồng nuôi cấy noãn với tế bào cumulus từ các noãn trưởng thành đã tạo một môi trường nuôi cấy tương tự như nang noãn giúp noãn trưởng thành tốt hơn và cho biểu hiện gen tương tự trong in vivo. Đây có thể coi là phương pháp nhằm cải thiện chất lượng noãn in vitro [7].

b)      Cumulus là tế bào marker trong đánh giá chất lượng noãn/phôi và tiên lượng kết quả điều trị

Cho đến nay, việc đánh giá chất lượng noãn, phôi vẫn chủ yếu dựa trên hình thái bên ngoài. Tuy nhiên, việc đánh giá này vẫn còn nhiều tranh luận, chỉ một số chỉ tiêu về hình thái được xem là có ý nghĩa trong tiên lượng chất lượng phôi và kết quả TTON. Dựa trên vai trò của CCs trong trưởng thành noãn, sự biểu hiện các gen của CCs cũng được nghiên cứu trong đánh giá chất lượng noãn và tiên lượng kết quả TTON không xâm lấn.

Nghiên cứu của Wathlet và cộng sự (2011) sử dụng mô hình hồi qui đa biến, đặc biệt sự kết hợp biểu hiện gen với các đặc điểm bệnh nhân, phác đồ điều trị để tiên lượng kết quả điều trị TTON. Tiến hành phân tích biểu hiện của SDC4, PTGS2 (sự trưởng thành noãn và phát triển phôi), VCAN (biểu hiện sự phát triển noãn và thụ tinh), ALCAM (khả năng làm tổ của phôi), GREM1 (sự phát triển của phôi), ITPKA (sự trưởng thành noãn và phát triển phôi), CALM2, TRPM7 (phát triển phôi) bằng phương pháp Real-time PCR. Kết quả cho thấy có mối quan hệ giữa biểu hiện gen với phác đồ kích thích buồng trứng (agonist hoặc antagonist). Ở mỗi phác đồ, sự biểu hiện gen ở các mức độ khác nhau ứng với từng đặc điểm khác nhau của bệnh nhân. Noãn trưởng thành: PTGS2 (cao), VCAN (thấp). Chất lượng phôi tốt: tất cả các gen (trừ gen VCAN). Ở cả hai phác đồ kích thích buồng trứng, dự đoán các giai đoạn phát triển của phôi tốt liên quan đến TRPM7 và ITPKA. Nghiên cứu đặt ra câu hỏi có thể dự đoán khả năng mang thai từ biểu hiện gen của cumulus. Kết quả ghi nhận SDC4 và VCAN dự đoán khả năng mang thai với độ nhạy >70% và độ đặc hiệu >90%. Như vậy, nghiên cứu về tế bào cumulus giúp cho việc chọn lọc các noãn bào tốt nhất, những phôi phát triển tốt nhất và dự đoán khả năng mang thai thành công để có lựa chọn tốt nhất cho bệnh nhân [8].

Tương tự, T. Adriaenssens và cộng sự (2019) đã thực hiện nghiên cứu nhằm đánh giá xem liệu phân tích sự biểu hiện của các gen trên khối tế bào cumulus có giúp cải thiện được kết quả lâm sàng trong chu kỳ chuyển đơn phôi hay không. Nghiên cứu tiến cứu thực hiện trên 96 bệnh nhân thực hiện ICSI/ IVF. Noãn của các bệnh nhân này được loại bỏ cumulus riêng rẽ và khối tế bào cumulus sau khi thu nhận được phân tích bằng qPCR với sự biểu hiện của các gen EFNB2, SASH1, CAMK1D (Corona test). Vào ngày 3, một phôi phân chia có xếp hạng Corona test cao nhất trong đoàn hệ phôi có chất lượng hình thái tốt sẽ được chuyển cho bệnh nhân. Kết quả nghiên cứu cho thấy Corona test giúp tăng đáng kể tỷ lệ thai lâm sàng và tỷ lệ sinh sống (tỷ lệ tương ứng là 63% và 55%) khi chuyển đơn phôi lựa chọn (eSET) ở chu kỳ chuyển phôi tươi ngày 3 và ngày 5 so với nhóm đối chứng. Như vậy, nghiên cứu này đã cho thấy việc kết hợp giữa đánh giá hình thái và phân tích biểu hiện gen trên phức hợp cumulus/corona góp phần tăng tỷ lệ thai lâm sàng cũng như tỷ lệ sinh sống khi chuyển đơn phôi lựa chọn ngày 3 và ngày 5, đồng thời giúp giảm đáng kể thời gian điều trị cho bệnh nhân [9].

Ngoài ra, quá trình apoptosis ở tế bào cumulus cũng làm ảnh hưởng đến sự thành công của chu kì điều trị. Nghiên cứu của Fan và cộng sự (2019) thực hiện nhằm đánh giá apoptosis của tế bào granulosa giữa 2 nhóm phụ nữ có thai và không có thai lâm sàng trong chu kỳ IVF/ICSI. Kết quả cho thấy apoptosis của tế bào cumulus ở nhóm không có thai lâm sàng cao hơn có ý nghĩa thống kê. Nồng độ estradiol trong dịch nang thấp hơn ở nhóm có thai lâm sàng. Tỷ lệ apoptosis của tế bào mural granulosa có mối tương quan nghịch với số trứng MII, số phôi ngày 3 và tỷ lệ tạo thành phôi nang. Số phôi tốt và tỷ lệ tạo phôi nang thấp hơn ở nhóm không có thai lâm sàng.

Tỷ lệ apoptosis của tế bào mural granulosa cao có tương quan với đáp ứng buồng trứng kém, ít noãn và phôi trong chu kỳ IVF/ICSI. Như vậy, tốc độ apoptosis sớm của tế bào cumulus cũng ảnh hưởng đến tỷ lệ thai lâm sàng [10].

Tóm lại, tế bào cumulus đóng vai trò quan trọng trong sự trưởng thành của noãn và sau thụ tinh. Mặc dù rất nhiều nghiên cứu đưa ra sự biểu hiện gen trên CCs có tiềm năng trong việc tiên đoán mức độ trưởng thành của noãn, giúp hỗ trợ trong lựa chọn noãn tiềm năng và tiên lượng kết quả TTON, tuy nhiên việc định lượng sản phẩm từ các marker này còn gặp nhiều khó khăn về phương pháp thực hiện và nhận định kết quả. Nghiên cứu về biểu hiện gen là một bước tiến kỹ thuật trong sinh học, có thể hỗ trợ việc chọn lọc phôi, đem lại nhiều công cụ hơn cho các chuyên viên phôi học, nhưng đó có thể là một kỹ thuật trong tương lai bởi cần xây dựng quy trình cụ thể, phương pháp lượng giá lý giải chi tiết về ảnh hưởng của biểu hiện gen khác thường tác động như thế nào lên quá trình chuyển hoá, các con đường truyền tín hiệu có ảnh hưởng đến sự trưởng thành noãn và phát triển phôi.

Tài liệu tham khảo chính

[1]      R. G. Alan Trounson, Biology and Pathology of the oocyte, vol. 53, no. 9. Cambridge University Press, 2013.
[2]      M. L. Sutton-McDowall, R. B. Gilchrist, and J. G. Thompson, “The pivotal role of glucose metabolism in determining oocyte developmental competence,” Reproduction. 2010.
[3]      K. P. McNatty et al., “Growth and paracrine factors regulating follicular formation and cellular function,” Mol. Cell. Endocrinol., 2000.
[4]      R. B. Gilchrist, M. Lane, and J. G. Thompson, “Oocyte-secreted factors: Regulators of cumulus cell function and oocyte quality,” Hum. Reprod. Update, 2008.
[5]      A. Salustri, S. Ulisse, M. Yanagishita, and V. C. Hascall, “Hyaluronic acid synthesis by mural granulosa cells and cumulus cells in vitro is  selectively stimulated by a factor produced by oocytes and by transforming growth factor-beta.,” J. Biol. Chem., vol. 265, no. 32, pp. 19517–19523, Nov. 1990.
[6]      N. Cihangir, H. Görkemli, S. Özdemir, M. Aktan, and S. Duman, “Influence of cumulus cell coculture and cumulus-aided embryo transfer on embryonic development and pregnancy rates,” J. Turkish Ger. Gynecol. Assoc., 2010.
[7]      I. Virant-Klun, C. Bauer, A. Ståhlberg, M. Kubista, and T. Skutella, “Human oocyte maturation in vitro is improved by co-culture with cumulus cells from mature oocytes,” Reprod. Biomed. Online, 2018.
[8]      S. Wathlet et al., “Cumulus cell gene expression predicts better cleavage-stage embryo or blastocyst development and pregnancy for ICSI patients,” Hum. Reprod., vol. 26, no. 5, pp. 1035–1051, 2011.
[9]      T. Adriaenssens et al., “Cumulus-corona gene expression analysis combined with morphological embryo scoring in single embryo transfer cycles increases live birth after fresh transfer and decreases time to pregnancy,” J. Assist. Reprod. Genet., 2019.
[10]    Y. Fan, X. Liang, and S. Silber, “Apoptosis of cumulus granulosa cells is higher in non-pregnant group in patients undergoing IVF/ICSI,” Fertil. Steril., vol. 112, no. 3, p. e184, 2019.

Từ khóa: Vai trò của tế bào CUMULUS trong sự trưởng thành noãn và sau thụ tinh