本文发表于：
《中国计划生育学杂志》年第4期
黄荷凤、陈露婷
▲上海交通大学医学院附属国际和平妇幼保健院，上海交通大学医学院胚胎源性疾病研究所，生殖遗传教育部重点实验室
表观遗传（Epigenetics）是近年来生命科学的重大发现和研究热点之一。大量用经典遗传学无法解释的现象说明：相同的基因组完全可以具有不同的表型。例如，已公认同卵双生的孪生子具有完全相同的基因组，如果这两个孪生子在同样的环境下成长，按照经典遗传学理论，两人的气质和体质应该非常相似。但研究者发现，同卵孪生子随着年龄的增长，会患有不同的成年性疾病，并不符合预期理论。经典遗传学明确指出，遗传的分子基础是核酸，生命的遗传信息储存在核酸的碱基序列上。但近年来研究发现，在不影响DNA序列的情况下改变基因组的修饰，不仅可以影响个体发育，而且还可以遗传至其子代，甚至子二代。这类遗传变异就被称为表观遗传修饰，并被认为是导致遗传物质一致的孪生子出现个体差异的主要原因。由此可见，生殖与表观遗传密切相关。由于干预时间和措施的特殊性，辅助生殖技术（ART）与生殖遗传，特别是表观遗传具有密不可分的联系。本文将从表观遗传与基因印记、ART与表观遗传以及ART子代安全性三方面进行阐述。
1表观遗传与基因印记
生殖遗传是指通过两性生殖细胞内染色体上的基因，将遗传信息一代一代传递下去，使子代具有亲代的表型特征，生殖遗传遵循孟德尔定律。表观遗传则是指DNA序列不发生变化，但基因表达却发生了可遗传的改变。表观遗传具有后成修饰、不遵循孟德尔遗传定律、获得遗传改变表观遗传、可逆性的基因调节4个特点，从DNA修饰、蛋白修饰和非编码RNA调控3个层面调控基因的表达。表观遗传学研究主要包括DNA甲基化、组蛋白修饰、X染色体失活和基因印记等方面。DNA甲基化是一种主要的表观遗传修饰形式，调节染色质结构和基因表达，目前表观遗传学领域的研究大多从甲基化状态入手。组蛋白修饰指核小体游离在外的N-端可以受到乙酰化、甲基化、磷酸化、泛素化和ADP核糖基化等各种各样的修饰。X染色体失活使哺乳动物保持了体内染色体的平衡和性别的平衡，即剂量补偿效应，X染色体失活中心（XIC）是X染色体失活的关键作用元件。
基因印记（genomicimprinting）是表观遗传修饰的一种特殊形式，是指某些基因不遵守孟德尔定律（亲代来源不改变等位基因的行为），而根据来源于亲代的不同，在等位基因上发生的差异性表达，一般表现为某一等位基因不表达或表达极弱。具有印记的等位基因称为印记基因。印记基因不遵循孟德尔遗传定律的表达规律，而是亲缘性相关的差异性表达或抑制，即单等位基因表达或抑制。若印记在母源性等位基因位点，则该印记基因的母源性等位基因位点多表现为抑制（不表达），而该印记基因对应的父源性等位基因位点不抑制（多表达），这种印记基因称为母系印记；反之则称为父系印记。如定位于人类染色体11p.15.5上的胰岛素样生长因子2（IGF-2）为母源性印记基因，甲基化印记在母源性等位基因位点上，表现为母源抑制，父源表达。印记基因在有丝分裂中能稳定传递给子细胞，而在生殖细胞中，配子形成过程中擦除上一代的印记，建立新的印记并传递给子代；因此，在配子和胚胎发育过程中，印记基因经历擦除、重建、维持三个阶段。母系印记的建立始于出生后的卵母细胞生长期，直到受精后才全部完成；父系印记的建立早于卵子，开始于出生前，主要发生在减数分裂之前的精原细胞阶段，到出生时基本结束。
印记基因多成群存在，功能上多相互关联。每个子代个体的基因组印记在亲代配子发育成熟阶段重新形成，形成的基因组印记在配子形成受精卵后保持稳定，影响子代个体（含胎盘）的生殖发育和出生后的生物学行为，与个体生长发育、胎盘发育、肿瘤发生和神经缺陷疾病及其他人类遗传病的发生密切相关。印记基因的存在反映了性别的竞争，从目前发现的印记基因来看，父系表达基因促进子代生长发育、增大胎儿的体型，而母系表达基因则是限制子代的无限生长，避免消耗过多资源。因此沉默父系表达基因导致胎儿宫内生长迟缓，而沉默母系表达基因则引起胎儿过度生长、营养需求增多。父母系基因在后代发育中相互拮抗，以维持发育的平衡，即为“父母印记基因矛盾假说（ParentConflictHypothesis）”。
2辅助生殖技术与表观遗传
ART包括体外受精-胚胎移植（IVF-ET）、卵胞浆内单精子注射（ICSI）、宫腔内人工授精（IUI）以及植入前遗传学诊断（PGD）等。关于ART与印记基因疾病的相关性随着表观遗传学的发展已成为生殖安全研究的前沿和热点。大量研究显示，在患者不孕不育影响下，超促排卵（COS）、卵子体外成熟（IVM）、体外受精（IVF）、胚胎操作等非生理性干预可从不同角度、不同程度对子代表观遗传造成干扰，从而引发印记基因疾病。自年Cox等报道ICSI可增加Angelman综合征（AS）风险以来，多项研究指出，ART出生子代中由基因印记缺陷导致BeckwithWiedemann综合征（BWS）和AS患病率明显升高。BWS和AS是两种最常见的印记基因疾病，在自然妊娠子代中罕见。AS与ICSI相关性明显，已证实其与染色体15q11-q13上SNRPN基因印记异常有关，而非DNA基因序列改变引起，而BWS与IVF和ICSI都有相关性，部分患者存在LIT1和H19基因印记异常，也有部分患者母源性等位基因KvDMR1区域存在甲基化丢失。
超促排卵阶段与配子发育阶段高度重合，这个阶段正是印记基因的甲基化等表观遗传修饰的主要阶段，因此更有可能干扰基因组印记的建立和维持。母系印记基因较父系印记基因更易受到外界环境影响。研究表明，ART引起的BWS和AS都是母源基因低表达或不表达引起的，而由于父源基因表达受抑制引起的类AS疾病PraderWilli综合征（PWS）却未与ART显著相关，这印证了母源等位基因印记异常时ART相关印记基因疾病的重要发病机制。众多排除了不孕症背景干扰的动物促排卵模型研究表明，体内授精的促排卵组小鼠在2细胞胚胎时整体基因组甲基化异常概率更高，在促排卵小鼠不同时期的胚胎和胎盘中，Igf2/H19、Kcnq1lot1和Snrpn等多个重要的印记基因表达水平与甲基化状态都有明显改变。
卵子体外成熟（IVM）以及卵子或卵巢组织冷冻技术，在保存生育力方面发挥了重要作用，为手术后、化疗后卵巢功能损伤较大的女性患者提供了生育机会。在ART中，为避免卵巢过度刺激，IVM有时也充当了替代促排卵以获得成熟卵子的手段。虽然由于IVM技术尚未广泛应用于临床，目前还未发现由IVM造成的ART相关印记基因疾病，但已有研究证据表明，人和小鼠卵子经过IVM后，H19、Mest/Peg1等印记基因均出现异常甲基化。但关于IVM对卵子基因印记的获得、擦除及重建是否有干扰及干扰机制仍存在争议，有待进一步研究验证。
IVF不仅使受精这一妊娠重要环节脱离了母体环境，并伴随着大量对受精卵的体外操作，这两个因素均可能引起印记异常。而ICSI更是绕过了人类天然的优胜劣汰选择，让活力不足、质量低下的精子获得使卵子受精的机会，更有可能引起表观遗传学异常。与体内授精相比，IVF的胎盘和脐带血中有多个基因的平均甲基化程度发生明显改变，相应的基因表达也随之出现差异。也有证据提示，到囊胚期为止，ICSI与常规IVF的表观遗传学异常改变，包括基因组总甲基化程度与染色质结构改变是相似的。不过，与ICSI相比，未成熟精子卵浆内注射（ROSI）胚胎存在更多的表观遗传修饰异常，可能导致胚胎发育异常。
胚胎培养与移植等胚胎体外操作应用甚广，因此非自然环境下成长的胚胎能否保持正常的表观遗传修饰，ART相关印记基因疾病是否与胚胎操作有关，得到广大学者的密切
