在过去的几十年里，遗传学的巨大进步已经彻底改变了生殖内分泌学和不孕症的治疗领域。其中，胚胎植入前遗传学检测（PGT）是一项尤为引人注目的技术进步，其可以在胚胎移植前对胚胎进行筛选，选择优质正常的胚胎移植入子宫。PGT可用于筛查染色体非整倍体、检测单基因疾病和检测染色体结构异常等。同时，活检技术的不断改进，有助于优化PGT的结果。此外，技术进步，例如下一代测序，使得PGT更为高效和准确。持续的PGT方法发展有望进一步提高结果的准确性，扩大其应用范围，并通过降低成本和提高效率来增加其可及性。正如本文所讨论的，基因技术的进步已经影响并将继续影响不孕症的治疗方法。
生殖内分泌学和不孕症中的遗传学
目前，PGT主要包括胚胎植入前染色体非整倍体检测(PGT-A)、胚胎植入前单基因遗传病检测(PGT-M) 和胚胎植入前染色体结构异常检测(PGT-SR)。多年来，PGT的使用显著增加：在美国，2014年PGT约占辅助生殖技术（ART）周期的13%，2017年为32%，目前可能更多。
PGT技术的发展
1990年世界首例PGT试管婴儿（X-连锁隐性遗传病）的出生标志着人类辅助生殖技术的突破性进展。在早期，PGT主要采用荧光原位杂交（FISH）技术应用于卵裂期胚胎的细胞检测：胚胎发育到第3天，活检1-2个细胞，并对最多12条染色体进行筛查。早期研究中，包括一项于2007年发表的前瞻性随机对照试验（RCT），显示在使用FISH技术对卵裂期胚胎进行检测时，PGT-A并未带来任何好处，甚至显示出较低的活产率（LBR），这一结果被归因于选择活检的时机和当时技术的局限性，导致像美国生殖医学会（ASRM）和美国妇产科医师学会这样的专业团体不鼓励使用PGT-A。
考虑到早期的这些发现和囊胚培养的发展，胚胎活检技术随后被应用于囊胚阶段。相较于在卵裂阶段进行的活检，对第5-7天的囊胚进行滋养层活检具有更好的植入潜力，并在现代PGT技术中得到广泛应用。此外，由于在这个阶段报道的胚胎嵌合体现象较低，且囊胚阶段的活检也提高了诊断的准确性。另外，由于活检细胞的增多，获取的DNA量也相应的增加，降低了“无结果”的发生率。然而，并非所有胚胎都能发育到囊胚阶段，因此囊胚活检时机的选择可能减少了可供检测的胚胎数量。
随着分子生物学和遗传学技术的巨大发展，FISH技术由于准确性较低、无法对胚胎所有染色体进行异常分析，目前已不在使用。随着技术的发展，更为强大的方法被应用，最初被称为“全面染色体筛查”。这些方法可以对所有染色体进行异常分析，包括染色体微阵列分析、实时聚合酶链式反应（PCR）和下一代测序（NGS）等技术。在PGT中应用的微阵列分析包括单核苷酸多态性（SNP）和比较基因组杂交（CGH）。此外，SNP微阵列可以检测小的染色体缺失（小于5Mb）和重复，以及单亲二倍体现象，但提供结果的时间较长，并且在某些实验室无法检测近亲夫妇的染色体异常。与SNP相比，CGH微阵列具有更快的反应时间，但只能检测整个染色体的异常，不能识别结构性染色体异常。这两种微阵列方法对于检测三倍体的能力有限。实时定量PCR（qPCR）是一种高效的检测技术，能够在短时间内完成分析，并且具有检测三倍体的能力。然而，qPCR的局限性在于它无法检测结构性染色体异常或单亲二体。相比之下，下一代测序（NGS）则是目前最先进的技术方法，能够进行整个基因组的测序，从而在PGT中提供更全面的染色体筛查。虽然NGS尚未完全取代其他全面的染色体筛查方法，但它是目前被广泛采用的主要方法。
胚胎活检技术和分子技术的发展也是推动PGT技术不断进步的重要支撑。从极体活检，到卵裂球活检，再到目前临床最为常用的滋养外胚层活检，活检技术的准确性和微创性方面逐渐加强。而以PCR、FISH技术、芯片、和测序技术为基础的从染色体水平到基因水平的不断深入，也有助于越来越精准地诊断出微小遗传变异。
PGT技术应用、限制、风险及未来发展方向
PGT-A(胚胎植入前染色体非整倍体检测）
传统上，在进行胚胎移植时，通常是通过评估胚胎的形态特征来进行选择。然而，胚胎形态评估被证明是一个预测非整倍体的不准确指标。因此，人们开始关注在移植前利用PGT-A评估胚胎的染色体构成。由于染色体非整倍体是流产的最常见原因，PGT-A的目标是选择具有正常染色体整倍体的胚胎进行移植，从而降低流产率并提高活产率。在特定的患者中，使用PGT-A已经被接受。如2018年ASRM委员会的意见承认PGT-A在辅助选择性单胚胎移植方面的优势，以减少与多胎妊娠相关的发生率和死亡率。然而，尚未建议在试管婴儿治疗中常规使用PGT-A。
PGT-A应用
多项随机对照试验（RCTs）显示，使用PGT-A后，结果有所改善。如Scott等人研究表明，与没有进行PGT-A的对照组相比，经过PGT-A检测的胚胎具有更高的分娩率；Rubio等人研究显示，在年龄较大的女性（38-41岁）中，进行PGT-A的胚胎的流产率降低，怀孕时间缩短；此外，Forman等人进行了一项非劣效性研究，比较了移植1个PGT-A检测后的整倍体胚胎与移植2个未检测的胚胎，结果显示在进行PGT-A的单胚胎移植中，持续怀孕率不劣于未检测的胚胎移植组，且多胎妊娠率也得以降低。
关于PGT-A的益处的研究报告结果喜忧参半。Awadalla等人发现，与来自35岁以下女性供体卵母细胞和自体卵母细胞的胚胎中未经PGT-A检测的囊胚相比，整倍体囊胚的LBR有所改善。另一方面，Martello和Doyle等人的回顾性队列研究发现，来自供体卵母细胞的PGT-A检测胚胎的LBR没有改善。最近的也有一些研究显示整倍体和嵌合体胚胎之间的流产率和活产率相似，但关于是否移植含有不同程度嵌合体胚胎仍然缺乏相关的共识。
目前临床上，PGT-A是否可以改善普通助孕人群妊娠结局存有争议。PGT-A作为所有IVF患者通用筛选检测的价值尚未确定。因此，对于PGT-A的结果仍需进一步研究和探讨，以便更准确地评估其在不同患者群体中的疗效和安全性。
PGT-M/SR（胚胎植入前单基因病/染色体结构异常检测）
理论上，一旦明确了与疾病相关的致病变异 (如致病性或可能致病性)，就可以考虑通过PGT.M预防子代疾病再发风险。但如果变异的致病性不明确，PGT-M就存在误诊风险，这也是PGT-M的禁忌证之一。与产前诊断相比，PGT-M为遗传风险人群提供了在怀孕前检测胚胎的机会。PGT-M的第一份报告可追溯到1968年，当时Gardner和Edwards发表了一项关于胚囊外胚层活检后预测兔子性别的研究。PGT-M在人类胚胎中的第一次应用发生在1990年，当时Handyside等人选择了卵裂期的女性胚胎，以避免X连锁性肾上腺白质脑病的传递。与PGT-A一样，过去三十年来，PGT-M的突变鉴定分子技术和胚胎活检技术都有了显著的发展。现在，PGT-M几乎可以用于任何已确定病因突变的单基因疾病。
此外，PGT已经应用于检测染色体结构重排（通常是在进行反复流产检查的夫妇中）。这项技术被称为PGT-SR，可以用于具有染色体结构重排的患者，包括染色体相互易位和罗氏易位、缺失、重复和倒位。此外，使用NGS的PGT-SR平台可以检测在遗传风险个体的胚胎中小于5 Mb的染色体不平衡，以减少与染色体不平衡相关的妊娠丢失的风险。
PGT除了检测单基因病和染色体结构重排外，PGT还可应用于HLA分型。通过PGT HLA分型筛选排除了基因病（如范可尼贫血、镰状细胞性贫血、再生障碍性贫血和白血病等疾病）并与出生缺陷孩子HLA基因型相匹配的胚胎，不但可以达到出生健康孩子的目的，而且同时可以救助其患病同胞。此外，PGT-M还可用于线粒体基因突变相关疾病，如亚急性坏死性脑脊髓病（Leigh综合症）和线粒体脑病和类似中风发作症（MELAS综合症）。在这些疾病中，PGT-M的目标是选择突变负荷低于临床表达阈值的胚胎。尽管这种方法只在极少数情况下得到过临床应用，但现有数据表明在多个活检样本以及随后的新生儿中检测到的突变负荷之间存在一致性。
PGT-M/SR应用
自1990年首次成功活产以来，PGT-M的临床应用迅速增加。根据2014年对美国相关生殖中心的调查显示，82%的生殖中心可以进行PGT-M检测。在2016-2017年间，欧洲人类生殖与胚胎学学会（ESHRE）的PGT协会报告显示，在8803个PGT周期中，PGT-M占35%，PGT-SR占12%。在PGT-M/SR周期中，有153个（1.6%）针对多于1个适应症进行分析，57个（0.6%）进行HLA配型，以及15个（0.2%）进行线粒体突变负载评估。PGT-M最常用于的疾病包括亨廷顿病、囊胚性纤维化、神经纤维瘤病、遗传性乳腺和卵巢癌、肌强直性营养不良和血红蛋白病。
关于未患不孕症的患者在进行体外受精（IVF）和PGT-M的数据非常有限。一项由Lee等人进行的调查研究表明，主要针对患有各种遗传病的患者进行PGT-M咨询的调查研究，近90%的患者会选择进行IVF和PGT-M。大多数参与者在咨询医生之前就已经对PGT-M持积极态度。
PGT-M/SR技术限制
目前，PGT-M通常使用连锁分析进行，并提高了检测的准确性。然而，在某些家庭中，由于家系成员不全，无法构建单体型分析，导致无法进行PGT-M检测。这可能发生患者中的变异是新发的、存在近亲通婚，或者患者是该变异的嵌合体。此外，即使为一个家庭成功进行了检测，PGT-M的结果可能受等位基因脱扣或DNA重组的影响，在进行检测前患者需要全面的咨询，以确保他们了解无法获得可转移胚胎的可能性。在等位基因脱扣的情况下，通过使用更多标记对感兴趣的位点进行检测可能是有帮助的，目标是达到每个位点的等位基因丢失率低于5%。如果识别到重组事件，则由于无法再次假设标记与致病变异同行，因此无法进行准确的诊断，在低扩增等情况下，重新活检胚胎可能是有用的。尽管存在这些技术限制，PGT-M的准确性依然很高（>99%）。
关于PGT-SR，一般的高通量测序和芯片技术难以区分易位型胚胎与完全正常胚胎，即标准的NGS在区分正常胚胎和携带型胚胎方面存在局限性。尽管这可能对后代没有直接的影响，但携带型胚胎活产的后代有很大的风险产生不平衡的配子。目前新技术的不断进步如环化建库双端测序法、显微切割法、核型定位法以及单精子检测/废胚暴露断点法等具有克服这一限制的潜力。
权衡PGT的风险
与任何新技术一样，PGT的潜在益处也应该与潜在风险进行权衡。最近的一项研究发现，使用PGT-M的患者（n = 423）患妊娠高血压症的比率高于未经辅助助孕的对照组（n = 5382）。因此，一些人对产科和围产期以及更长期的结果可能带来的潜在负面影响提出了担忧。总体而言，辅助生殖技术（ART）还与较高比率的低出生体重和极低出生体重有关。其他研究还提出了ART可能增加胰岛素抵抗、心血管疾病以及表现为Angelman综合症和Beckwith-Wiedemann综合症等疾病的风险。目前尚不清楚上述不良结果是否与使用这些技术的不同患者群体或在基因检测期间对胚胎进行的实验室操作有关。由于PGT-M/SR可能增加了在没有不孕症的患者中使用ART的情况，因此在考虑这一人群中潜在增加的负面结果时是很重要的。
生殖内分泌学与不孕症的未来发展方向
与许多医学技术相关的护理难题困扰着许多医疗技术，基因检测技术（PGT）也不例外。PGT的使用仍然受到与体外受精（IVF）成本和分子技术复杂性相关的经济成本的限制。扩大可及性是确保生殖自主权和公平性的关键。因此，体外受精和遗传实验室中的创新对于推动临床护理的发展以及通过降低PGT的成本和时间来促进普及可及性非常重要。进一步简化体外受精过程并降低与检测平台相关的成本的努力应与提高体外受精的可及性的倡导相结合。创新技术继续推动基因检测的快速性和准确性。无创胚胎植入前遗传学检测（niPGT），即分析胚胎培养液中发现的DNA，是过去十年中取得一些进展的方法之一。
早期研究还展示了在早期植入胚胎中应用CRISPR/Cas9等基因编辑新工具的应用，目前主要是在动物模型试验。生殖细胞基因组编辑的支持者认为，其可能会补充PGT-M的使用。例如，对于一个常染色体显性疾病为致病基因纯合突变的患者或夫妇都是常染色体隐性患者，PGT-M在很大程度上是徒劳的。目前，各种法规禁止生殖细胞基因组编辑，但美国国家科学院在2017年表示，对于一些情况，生殖细胞基因组编辑可能为那些希望拥有正常基因子女的父母提供唯一或最可接受的选择。然而，生殖细胞基因组编辑引发了伦理关切，离在人类临床应用中还有很长的路要走。
总结
在过去的几十年里，遗传学技术的巨大进步使生殖内分泌学和不孕症的治疗领域得到了质得发展。准确评估个体的遗传状况、确定遗传风险并检测潜在后代的遗传异常的能力已经改变了日常实践，不断改进的技术使PGT在染色体异常、单基因疾病或结构重排等方面变得更加广泛适用。随着进一步的进展，平衡结局的改善与伦理考虑和可及性问题将变得至关重要。
