非编码RNA准确预测精子质量，有望提高试管婴儿成功率

　　近几十年来，辅助生殖技术（ART）已广泛用于治疗人类不孕症。然而，只有大约30％的体外受精（IVF）和卵胞浆内单精子注射（ICSI）能够成功怀孕。经典的精液质量参数，如精子密度、形态和运动性，不足以有效评估精子的生育能力。

　　因此，非常需要一种用于从具有正常精液参数的样品中区分高质量精子样品的方法。

　　2019年4月9日，Nature 旗下期刊 Cell Discovery 杂志在线发表了来自中科院上海生科院、复旦大学附属妇产科医院、上海市计划生育研究所合作的一项最新研究成果。

　　该研究发现小非编码RNA（sncRNA）与精子质量显著相关，并首次使用sncRNA作为评估体外受精的精子质量生物标志物，为改善体外受精的成功率提供了有用的生物标志物。

　　哺乳动物雄性生殖细胞中发现了许多类型的小非编码RNA（sncRNA），包括miRNA、piRNA、tsRNA和rsRNA等。，这些小非编码RNA在精子发生中发挥重要的调节作用。鉴定负责精子生育能力的精子sncRNA亚群是非常有研究和应用前景的。

　　在这项研究中，研究人员从接受体外受精治疗的夫妇中收集了87个人类精子样本。通过Diff-Quik染色对离体精子进行显微镜分析，结果显示精子形态正常，纯度高，适合RNA提取和深度测序。

　　根据优质胚胎的比例将这87个精子样本分为两组：高优质胚胎率组（H-GQE，GQE≥75％，n=23），低优质胚胎率组（L-GQE，GQE ≤25％，n=64）。

　　尽可能排除母体影响，年龄、获得的卵母细胞数量或MII期卵母细胞没有显著差异。通过精液参数评估（包括精子密度、形态、活力和运动能力等），这些将精子样本都属于正常精子样本。

　　作者从87个人类精子样本中提取了总RNA，并通过深度测序分析了sncRNA的表达情况。发现样本中的tsRNA、rsRNA、miRNA和piRNA非常丰富，这与先前在小鼠中的报道一致。

　　平均而言，约56％的sncRNA为tsRNA，18％为rsRNA，6％为miRNA，4％为piRNA。两组中每种样品中这些sncRNA的长度分布相似。tsRNA、rsRNA和miRNA长度的峰值分别为29-34nt、17-40nt和20-23nt。

　　tsRNA作为标志物

　　以前的研究表明，5'-tsRNA可以通过不同的机制调控翻译，例如干扰翻译起始和RNA修饰，或通过类似miRNA的机制抑制翻译。此外，精子tsRNA能够介导父系性状向后代的传播，并影响小鼠胚胎基因的表达，表明tsRNA可能在精子成熟以及早期胚胎发育中发挥重要作用。

　　为了进一步研究tsRNA与精子质量之间的关系，作者在两组精子之间鉴定了10个差异表达的tsRNA。在这些tsRNA中，五种tsRNA，包括GlyGCC-30-1（第一个数字表示tsRNA的长度，第二个数字表示具有相同长度的tsRNA的同种型），GlyGCC-30-2，ThrTGT-38，ThrTGT -39和GluTTC-23在低优质胚胎率组中表达下调。另外五种tsRNA，包括ProAGG-32，ProTGG-32，ProAGG-31，AsnATT-20和ArgCCG-33在低优质胚胎率组中表达上调。

　　接下来作者使用数据分析和预测模型，根据这10个tsRNA区分高优质胚胎率组和低优质胚胎率组，结果显示通过这10种tsRNA进行的分类可靠性非常高。这些结果表明，这10种tsRNA具有良好的预测价值，可作为评估体外受精精子质量的潜在生物标志物。

　　rsRNA作为标志物

　　rsRNA是一种在成熟精子中大量表达的rRNA来源的sncRNA。之前的研究表明，它们对环境敏感，并且在白细胞精子症患者的精子中表达降低。值得注意的是，该研究发现rsRNA在人类精子中高表达，尤其是来自28S rRNA的rsRNA。

　　为了探索rsRNA与精子质量之间的关联，作者分析了rsRNA的表达并鉴定了7种差异表达的rsRNA：28S-58、28S-34、28S-23、28S-20、28S-25、18S-37、28S-19 （破折号后面的数字表示rsRNA的长度）。实验数据表明，只有28S-58在低优质胚胎率组中表达上调，其余6个rsRNA都是下调。

　　通过这7种rsRNA也可以有效区分高优质胚胎率组和低优质胚胎率组，表明这些rsRNA具有与tsRNA相当的预测能力，可作为评估体外受精精子质量的潜在生物标志物。

　　miRNA作为标志物

　　在87个精子样品中检测到了467个已知的miRNA，前100种miRNA中，几乎一半在低优质胚胎率组精子中表达上调，另外一半表达下调，表明这些精子样本中的miRNA表达在精子成熟过程中失调。

　　为了探索miRNA与精子质量之间的关联，作者分析并鉴定了5种差异miRNA，其中miR-132-3p、miR-191-3p、miR-520a-5p在低优质胚胎率组精子中表达下调，miR-101-3p、miR-29a-3p表达上调。

　　通过这5种miRNA也可以区分高优质胚胎率组和低优质胚胎率组，但准确率低于rsRNA和tsRNA。

　　总的来说，这篇论文研究了人类精子中差异表达的sncRNA作为评估体外受精精子质量的候选标记物。该研究证实差异表达的tsRNA、rsRNA、miRNA与胚胎质量和精子质量相关，即使这些精子样本都被传统的精液参数评估认为是正常的。

　　因此，sncRNAs，尤其是tsRNA和rsRNA，可能是评估体外受精精子质量的潜在临床生物标志物。

　　参考内容：

　　https://www.nature.com/articles/s41421-019-0087-9