探索生育之谜：多组学研究透视不孕不育疾病

前言

不孕不育是一种常见的生殖健康问题，它指的是夫妻在一年内进行正常性生活，但仍未能怀孕。其主要原因可以分为男性和女性两方面。其中女性原因包括：1. 卵巢功能异常，2. 子宫异常，3. 输卵管异常，4. 内分泌失调，5. 年龄因素。男性原因包括：1. 精子质量异常，2. 睾丸功能异常，3. 前列腺疾病，4. 萎缩性颗粒炎，5. 环境因素。根据世界卫生组织的数据[1]，全 球有15%的夫妇存在不孕不育问题，这意味着超过4亿人受到了影响。在中国，不孕不育的发生率已经从20世纪80年代的2%上升到了10-15%，而随着人口老龄化趋势的加剧，这一问题的重要性也逐渐凸显。

不孕不育的历史与发展

不孕不育在古代的文献中就有所提及，例如《内经》中有“地有四时不长草，人有无子”等有关不育的记载[2]。在西方国家，这一健康问题可追溯到1690年代，德国学者Daniel Schoen对子宫内膜异位症进行了初步的描述；而到了18世纪，人们开始逐渐发现这种病症与不孕不育有相关联系；一直到1860年，澳洲病理学家Karl Freiherr，对这一病症进行了详细的医学解释，这也为治 疗生殖健康疾病提供了新的思路[3]。

20世纪50年代，人类首次成功进行了体外受精（IVF）的实验。1978年，Edwards 和Steptoe 利用体外受精技术成功地培育出了世界上第 一个试管婴儿——路易丝·布朗。1983年，美国生物学家Kary Mullis发明了聚合酶链反应（PCR）技术，为生殖健康疾病的研究与解决方案开发提供了新的技术手段……

随着科技的不断进步，人们对不孕不育的研究也越来越深入。今天，我们已经能够利用各种先进的技术手段对生殖障碍疾病进行深入的分析与解释。

不孕不育的相关分析技术与多组学研究思路和前沿

现代医学技术可以利用多种方法研究生殖障碍疾病的病因与机制，这些方法包括：精液分析、输卵管通畅性检测、内分泌检测、遗传检测、超声检查等。

• 精液分析是检测男性不育的重要方法，可以确定精子密度、精子活动力、精子形态等指标；

• 输卵管通畅性检测则是检测女性生殖健康的重要方法，可以确定输卵管是否通畅，是否存在输卵管阻塞等情况；

• 内分泌检测则是通过检测女性体内激素水平的变化，确定女性是否存在内分泌失调等问题；

• 遗传检测则可以检测遗传疾病是否会对生育能力产生影响；

• 超声检查则可以观察卵巢、子宫、输卵管等生殖器官的情况，确定是否存在异常情况；

• 免疫学检测是生殖健康领域中常用的一种检测方法，其原理是利用特异性抗体结合生物标志物进行检测。在不孕不育中，免疫学检测主要应用于男性不育和习惯性流产的检测。其中，男性不育的标志物包括抗精子抗体、精子抗体、精子与血清中的免疫复合物等；而习惯性流产的标志物包括抗胚胎抗体、胚胎着床前细胞因子、胚胎着床后免疫因子等。

除了传统的研究方法，随着科技的发展，越来越多的多组学技术被应用于不孕不育的研究中，如基因组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学等。这些技术可以对不孕不育的病因进行更深入的研究，从而为临床治 疗提供更准确的依据。

基因组学是研究基因组的学科，它可以检测不孕不育患者的基因组序列，确定是否存在基因突变等异常情况。研究表明，某些基因突变会导致生殖系统的功能障碍，从而影响生育能力。因此，基因组学可以为生殖健康疾病的治 疗提供重要的指导。转录组学是研究基因转录过程的学科，它可以检测不孕不育患者基因的转录活性，挖掘分子的调控机制。转录组学的应用可以更深入地了解这类生殖疾病的病理机制，并为临床治 疗方法的开发提供思路。

蛋白质组学是研究蛋白质组的学科，它可以检测患者蛋白质的表达水平和组成，确定是否存在蛋白质异常等情况。蛋白质组学研究的应用可以更全面地了解病理机制，挖掘相关生物标志物。

代谢组学和脂质组学是目前在不孕不育研究中逐渐兴起的技术领域。代谢组学主要研究代谢产物的变化，而脂质组学则主要研究脂质的变化。这些变化可能与不孕不育的发生有关，因此代谢组学和脂质组学被广泛应用于生殖健康的研究中。目前，代谢组学和脂质组学已经发现了一些与不孕不育相关的生物标志物。例如，代谢组学研究表明，不孕不育患者的尿液中尿酸[4]、雌激素苯邻二酚[5]、酞酸酯[6]等代谢产物的浓度与正常人相比存在明显差异。此外，研究还发现，不孕不育患者的代谢通路和代谢产物水平也存在一定的差异。脂质组学方面的研究则发现，不孕不育患者的血清和卵巢组织中的磷脂代谢产物[7]、胆固醇代谢产物[8]等也存在差异。这些生物标志物的发现有助于更深入地了解生殖障碍疾病的发病机制，同时也为临床诊断和 治 疗提供了新的思路。然而，这些生物标志物的具体作用和调控机制仍需要进一步的研究来探索。

此外，越来越多的研究表明，微生物组学也可能与不孕不育有关。微生物组学是研究微生物群落的学科，它可以检测不孕不育患者生殖系统中微生物的数量和种类，确定是否存在微生物群落失调等情况。研究表明，生殖道微生物群落失调可能会影响生育能力，因此微生物组学可能会导致生殖道环境的改变，从而影响生育能力；另有研究表明，男性和女性生殖系统中都存在微生物群落，这些微生物群落在维持生殖系统健康方面起着重要作用。例如，生殖系统中的乳酸菌可以维持生殖道的酸碱度平衡，避免有害微生物生长和繁殖。如果微生物群落失衡，可能会导致炎症和感染等生殖系统问题，从而影响生育能力；另外，研究还发现，微生物组学可能会为不孕不育的治 疗提供新的思路。例如，针对微生物群落失调的治 疗可能包括使用抗生素、益生菌等方法来调节微生物群落平衡；此外，调节饮食和生活习惯等因素可能有助于改善微生物群落，从而提高生育能力。

丹纳赫生命科学提供生殖健康研究的相关多组学的研究工具

Leica DM1000-3000正置显微镜 

在不孕不育相关研究中，正置显微镜的使用较为广泛，包括：（1）精子活力检测，通过400倍光镜可直接观察精子的形态、大小以及活力状况，为不孕不育研究提供初步的线索；（2）观察FFPE切片，从形态学、病理学上对不孕不育的病理机制进行分析。丹纳赫生命科学旗下Leica DM1000-3000系列正置显微镜，可调目镜，单手可操作可调对焦，Ergo提升装置方便匹配观察者身高，使镜检操作简单而舒适。

Leica DM1000-3000正置显微镜

IDT xGen 二代测序建库与靶向捕获系列试剂 

NGS在多组学水平主要应用于阐述基因组与转录组的遗传分子机制，解释不孕不育的潜在病因。丹纳赫生命科学旗下IDT提供DNA建库xGen DNA 文库制备试剂盒 (EZ/MC)，可用于常规DNA样本的文库制备。xGen cfDNA & FFPE 建库试剂盒v2可用于cfDNA样本的文库制备。同时，搭配全外显子靶向捕获或定制靶向捕获（xGen Exom Hyb panel v2/custom panel）试剂盒，可用于基因突变的发现与检测。xGen CNV 骨架Hyb Panel则适用于发现在基因组层面的拷贝数变异，分辨率可达~340k。xGen RNA & Broad-range RNA 建库试剂盒可对全转录组进行分析，解释基因分子调控的机制。同时，在微生物组学研究方面，基于扩增子技术的二代测序也是常用的方法。xGenAmplicon Core建库试剂盒搭配xGen 16S Amplicon Panel v2系列可以对患者样品提取的核酸进行宏基因组测序相关NGS文库构建。覆盖16S全部V1-V9区域，单管多重引物混合物允许以更短的读长得到更多有用的信息，只需低至~100k reads，即可得到准确的菌种相对丰富度检测结果，增加了不同平台通量适用性。相比传统16S V3-V4有着更多的数据有效利用率及更准确的分型结果。搭配IDT埃德特开发的16S SNAP APP分析工具，在提高了数据有效利用率的同时，可得到更加准确的菌种检测结果。

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SCIEX ZenoTOF™ 7600多重碎裂高分辨质谱 

丹纳赫生命科学旗下SCIEX的 ZenoTOF™ 7600多重碎裂高分辨质谱结合Zeno™ SWATH DIA高灵敏度全景质谱采集技术，可以无偏地对蛋白质、代谢物和脂质进行质谱信号采集及差异分析。同时，利用碰撞诱导解离（CID）及电子活化解离（EAD）技术，对差异大分子及小分子进行准确鉴定及结构表征。在不孕不育的非靶向代谢组/脂质组研究中，可对尿液、血清等生物样本进行代谢物、脂质物的发现和注释。

SCIEX ZenoTOF™ 7600多重碎裂高分辨质谱

SCIEX Triple Quad 7500 LC/MS系统 

丹纳赫生命科学旗下SCIEX的Triple Quad 7500 LC/MS系统以QTRAP技术对特定目标组分进行分析，以验证和确认为目的进行高通量的精 准定量分析。基于QTRAP的高灵敏度、高扫描速度和快速正负切换功能，使用Scheduled MRM方法可以在一次进样完成1900多个脂质分子的定性和定量分析。配合ZenoTOF™ 7600的分析结果，进一步利用Triple Quad 7500进行准确的代谢物和脂质物分析，有助于挖掘产物的水平差异，进行相关机制解释。

SCIEX Triple Quad 7500 LC/MS系统