线粒体在生育能力中的关键功能
线粒体在生育能力中的关键功能
线粒体是我们细胞内产生能量的微小结构。它们对于为我们身体的每个细胞提供动力至关重要，包括卵细胞和胚胎。
本文探讨了线粒体的工作原理、它们在产生能量方面的重要性以及它们对生育能力和胚胎发育的影响。我们还将讨论改善线粒体健康如何提高生殖结果。
什么是线粒体？
线粒体是微小的细胞器官或细胞器，为我们所有的细胞（包括卵细胞和胚胎细胞）产生能量。线粒体有其遗传物质，称为线粒体 DNA （mtDNA），其中包含产生能量的必需基因。
线粒体利用我们饮食中的糖分和我们呼吸的空气中的氧气，产生一种称为三磷酸腺苷 （ATP） 的分子。ATP 是鸡蛋中的一种能量货币，可以为所有需要能量的生化活动提供燃料，如细胞分裂或 DNA 合成。线粒体通过一系列统称为细胞呼吸的生化反应产生这种 ATP。在细胞呼吸过程中，食物中糖分中的能量在线粒体中转化为 ATP，细胞可以使用。
细胞呼吸有不同的阶段，其中一个称为“电子传递链”，如下所示。这个阶段涉及嵌入线粒体内膜中的许多关键蛋白质成分，这有助于从食物中的糖中提取能量。
这些蛋白质成分中的一种在图中标记为“Q”，代表辅酶 Q10 （CoQ10） – 一种不孕症患者流行的补充剂！服用辅酶 Q10 可以改善线粒体健康，因为在某些情况下，卵子或胚胎的辅酶 Q10 可能不足或受损，这会阻止线粒体产生卵子或胚胎所需的能量。
线粒体健康与卵子质量之间的联系
正如您可能想象的那样，线粒体对卵子质量很重要！一个卵细胞大约有 100,000 个线粒体（Pikó 和 Matsumoto 1976），这些线粒体是帮助受精和细胞分裂等需要能量的过程所必需的。这些线粒体被传递到胚胎上（胚胎的线粒体来自卵子——而不是精子）。在 IVF 的取卵阶段，收集几个卵子。这些卵子的质量对于成功的 IVF 周期很重要，但拥有“有质”卵子意味着什么？
线粒体替代的案例研究
一般来说，好的卵子受精并发育成健康的囊胚，可以植入并导致成功怀孕。并非所有鸡蛋的质量都很好;有些人可能难以受精或发育成囊胚。一些研究表明，停止发育或停滞的胚胎存在线粒体问题：
- 在一项研究中（Tang 等人，2020 年），研究人员使用小鼠模型进行胚胎停滞，其中小鼠胚胎将在 2 细胞阶段停止发育。当它们用健康的线粒体替换卵子中的线粒体时，小鼠胚胎会产生囊胚。
- 在一项对猪的研究中，通过将健康的线粒体注射到鸡蛋中来逆转胚胎停滞（Cagnone 等人，2016 年）。
- 在一名 30 岁的女性中，胚胎停滞在 2 细胞阶段，用健康的线粒体替换卵子中的线粒体可以使胚胎进一步发育（Zhang 等人，2016 年）。
女性年龄也与卵子质量有关，线粒体参与这个过程！
衰老对线粒体的影响
随着女性年龄的增长，留产的风险会增加（Magnus 等人，2019 年），胚胎移植后活产的机会也会降低（疾病控制和预防中心，2020 年全国 ART 摘要）。在下图中了解活产率如何随年龄的增长而下降。
随着年龄的增长，错误或突变会在线粒体 DNA 中积累，这会导致线粒体成分出现问题（Cimadomo等人，2018 年）。例如，线粒体 DNA 的突变会导致辅酶 Q10 出现错误，从而可能阻止其正常运作。它可能导致线粒体能量输出减少。
较低能量水平的后果
此外，一些研究表明，鸡蛋中的线粒体数量会随着年龄的增长而减少（Chan 等人，2005 年）。线粒体较少可能意味着卵子产生的能量较少。因此，随着年龄的增长，卵细胞的能量通常会减少。它会导致卵子发育方式出现问题。卵细胞需要经历一种称为减数分裂的特殊类型的细胞分裂。在减数分裂过程中，卵子会分离其染色体（包含 DNA），因此有一半。这样，卵细胞中的一半染色体可以与精子细胞中的另一半结合，在受精过程中产生正确的数字。
卵细胞中较低的能量水平可能会导致卵子分离染色体的方式出现错误，从而导致卵子的染色体数量错误（也称为非整倍体）。非整倍体被认为是留产的主要原因，并且与女性年龄的增长密切相关（Cimadomo 等人，2018 年）。
可以做些什么来改善线粒体健康？
一些证据表明，像辅酶 Q10 这样的膳食补充剂可以提高 IVF 成功率，尽管证据好坏参半（Showell 等人，2020 年）。一种称为线粒体捐赠的新兴技术也有助于增强线粒体健康。它涉及用来自供体的健康线粒体替换有缺陷的线粒体，同时保留患者的 DNA。健康的线粒体为卵子产生更多能量，使胚胎能够进一步发育并可能植入怀孕。
2023 年，研究人员对因卵子质量差而导致不孕症的女性进行了线粒体捐赠。这些女性经历了多次不成功的 IVF 周期而没有怀孕，在某些情况下，她们甚至没有产生适合移植的胚胎。线粒体捐献后，许多患者产生了高质量的胚胎，其中 31.6% 的患者继续活产。由于道德问题和缺乏有关该技术安全性和有效性的数据，许多国已禁止线粒体捐献。然而，英国和澳大利亚已授权将其用于有传播线粒体疾病风险的患者。
查看我们的帖子，探索线粒体捐献是如何受到监管的： 不同国如何监管线粒体捐献？
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结论
线粒体通过将食物中糖的能量转化为 ATP 来为细胞产生能量。线粒体有它们的 DNA，它为制造线粒体制造 ATP 所需的成分提供了指令。如果线粒体出现问题，卵子或胚胎可能没有足够的能量来执行细胞分裂或其他关键功能。
研究表明，用健康的线粒体替换鸡蛋中功能失调的线粒体可以逆转胚胎停滞，这表明线粒体健康与胚胎发育之间存在直接联系。线粒体能量降低会导致卵子分离染色体的方式出错，从而导致非整倍体，这是留产的主要原因，与高龄女性密切相关。线粒体捐献可能是克服卵子质量差问题的有效技术，有助于防止线粒体疾病的传播。尽管由于法律和道德考虑，该过程尚未得到广泛研究，但现有证据是有希望的。