Экстракорпоральное оплодотворение как зеркало эволюции

Самое распространенное желание — отличаться от других.

В. Шекспир

Для предотвращения переноса в матку дефектных эмбрионов, полученных от пар — носителей моногенной и другой генетической патологии, 30 лет назад в практике центров вспомогательных репродуктивных технологий (ВРТ) началось использование преимплантационной генетической диагностики (ПГД) [1, 2]. Это стало очередным крупным достижением вспомогательной репродукции и генетики и привело к быстрому развитию и совершенствованию методов (платформ) генетических исследований эмбрионов и увеличению числа лабораторий репродуктивной генетики. В дальнейшем, особенно с появлением ограничения в программах ВРТ количества переносимых в матку эмбрионов, методы ПГД начали применять с целью выбора для переноса лучших из них [2, 3]. Результатом этого, по данным ряда авторов, стало повышение частоты наступления беременности, снижение перинатальных потерь и повышение частоты рождения здоровых детей. Подчеркнуто, что проведение ПГД особенно необходимо женщинам старшего репродуктивного возраста, для эмбрионов которых характерна высокая частота хромосомных аберраций. Следует отметить, однако, что проводимый в этих случаях расчет эффективности процедур по числу беременностей на перенос (как и при переносе нетестированных эмбрионов) некорректен, так как в группах с ПГД некоторые переносы (эмбрионов с генетическими аномалиями) исключали из статистики, что влияло на конечный результат. Поэтому уже в то время ряд авторов поставили под сомнение целесообразность использования ПГД для улучшения исходов экстракорпорального оплодотворения (ЭКО) [4], что подтверждено и в некоторых последующих исследованиях [5]. Еще более осложнило эту проблему введение в практику методов полного секвенирования генома (PGS, NGS), выявивших высокий уровень мозаицизма клеток трофобласта и внутренней клеточной массы, что привело этот сегмент репродуктивной генетики к определенному кризису [6, 7].

Представляется, что лучше понять обозначенную проблему можно, руководствуясь, во-первых, положением о том, что «любое явление может быть понято только при рассмотрении в его исторической связи, с точки зрения того, как явление в истории возникло, какие главные этапы в своем развитии проходило, и чем данная вещь стала теперь» [8], во-вторых, биогенетическим законом Геккеля—Мюллера, согласно которому каждое живое существо в своем развитии (онтогенезе) повторяет формы, пройденные его историческими предками (в филогенезе).

Так, 4,5 млрд лет назад, в начале палеозойской геологической эры, в результате сложных и длительно (миллионы лет) протекавших химических процессов произошло образование первых одноклеточных организмов: археев, бактерий и сине-зеленых водорослей. Этим практически не защищенным от внешних воздействий организмам было трудно противостоять тогдашним крайне неблагоприятным для жизни земным условиям: огромным перепадам температуры, химической нестабильности воздушной и водной сред, высокому уровню радиации и т. п. Поэтому у первых организмов в стремлении «что-то изменить» для выживания и воспроизводства стали вырабатываться механизмы противостояния неблагоприятным внешним воздействиям. Как реакция на эти воздействия у них сформировалась способность к высокой пластичности и изменчивости, т. е. мутациям: это конъюгация клеток и «горизонтальный перенос генов», появление мобильных генетических элементов, возникновение численных и структурных изменений хромосом, а также способность к регуляции экспрессии генетической информации, то есть формированию эпигенетических механизмов [9, 10]. Все это способствовало разнообразию «генных сочетаний», изменениям активности транскрипции и, соответственно, синтеза белка и в конечном итоге — возникновению разнообразных генотипов и фенотипов, в подавляющем большинстве нежизнеспособных и элиминирующих, однако в то же время — появлению в отдельных редких случаях организмов, способных благодаря «полезным мутациям» адаптироваться к условиям обитания и продолжить «эволюционный марш». Свидетельством когда-то происходивших перестроек генома является то, что только около 3 % всего генетического материала генома человека кодирует белки, то есть имеет функциональное значение, а остальная ДНК, «доставшаяся в наследство» от предыдущих этапов развития, получила название «мусорной», хотя ее значение, очевидно, не так однозначно [11].

Следует заметить, что процессам, возникшим на заре эволюции и занявшим сотни миллионов лет, соответствует каждодневно наблюдаемое репродуктологами in vitro и продолжающееся всего несколько дней развитие из одноклеточного организма зиготы многоклеточных организмов: морулы и бластоцисты. Наблюдение за этими процессами показало, что способность к пластичности и генетической изменчивости оказалась высоко консервативным свойством и сохранилась, в том числе у человека, о чем свидетельствует высокий уровень генных, хромосомных и геномных мутаций на стадиях раннего эмбрионального развития. По разным данным, у эмбрионов на стадии «зигота — бластоциста» более 40 % хромосомопатий составляют анэуплоидии, на мозаичные формы приходится примерно 30 %, структурные перестройки встречаются с частотой 1—2 %, незначительная часть приходится на «хаотичные аберрации» и только 30—40 % составляют эуплоидные зародыши [12, 13].

Таким образом, высокую частоту хромосомопатий у человека на этапах трансформации зиготы в бластоцисту можно рассматривать как унаследованную в эволюции древнюю способность организмов к высокому уровню мутирования. В настоящее время это уже, по-видимому, реакция на воздействие на организм беременной и, соответственно, эмбриона неблагоприятных факторов современной окружающей среды, экологических и антропогенных, вызывающих загрязнение воздуха, воды, продуктов питания сельскохозяйственными ядохимикатами, химическими агентами, в том числе реакция на воздействие агентов повседневной жизни, включая лекарственные препараты, бытовую химию, алкоголь, курение, а также на стрессовые воздействия [14].

Высокая частота хромосомопатий предопределила и наиболее высокую частоту смертности зародышей человека в первую неделю развития (см. таблицу) [15].

Частота внутриутробной гибели у человека [15]

Как показывают данные таблицы, из проовулировавших гамет значительное количество изначально являются неспособными к оплодотворению, а из сохранивших такую способность примерно 50 % погибают в течение первой и второй недель развития — на этапах оплодотворения, дробления, имплантации и плацентации, поэтому общая частота эмбриональных потерь превышает 60 %.

Однако в процессе эволюционного развития не только «отбраковывался» дефектный материал, но и формировались механизмы коррекции нарушений, главными из которых стали сплайсинг («вырезание» и «сшивание» групп нуклеотидов) и образование зрелой РНК (приводящие к изменению характера транскрипции и синтезу новых белков), удаление поврежденных участков ДНК, появление ДНК-полимераз, «ремонтирующих» геном, копирование участков ДНК, образование экзонов, при перекомбинации которых возникают новые гены и зрелые РНК. Особо следует выделить эпигенетические процессы, вызывающие изменения активности экспрессии генов или полное выключение транскрипции [8, 9].

Самокоррекция нарушений у эмбрионов выявлена и в программах ЭКО при проведении преимплантационного генетического тестирования (ПГТ) и использовании метода time-lapse [16—18]. Она включает, в частности, следующие механизмы: удаление «лишнего» генетического материала путем разделения бластомера на 3 клетки (direct cleavage), «восстановление» нормы при трисомии путем задержки в анафазе прикрепления «лишних» гомологов к веретену (trisomic rescue), прекращение деления бластомеров, апоптоз анэуплоидных клеток, преимущественное распределение эуплоидных клеток в эмбриобласт. Возможность самокоррекции нарушений у ранних эмбрионов доказана работами авторов, которые провели двухэтапное тестирование на анэуплоидии одних и тех же эмбрионов: сначала на стадии дробления, а затем после продолженного культивирования — на стадии морулы или бластоцисты. Оказалось, что 30 % анэуплоидных эмбрионов на втором этапе оказались эуплоидными [12, 19]. Это означает, что клетки зародышей с анэуплоидиями подверглись элиминации или самокоррекции. Исходя из этого, следовало ожидать, что частота хромосомопатий на ранних и более поздних этапах развития должна различаться и быть более низкой на поздних стадиях. Так оно и оказалось [12, 20, 21]. При этом, согласно данным F.J. Los и соавт., от зиготы до стадии 8-клеточного зародыша происходит рост анэуплоидий, но далее до 13-й недели беременности наблюдается закономерное уменьшение доли анэуплоидных и мозаичных эмбрионов и увеличивается (на порядок и более) доля эуплоидных, то есть процесс самокоррекции продолжается и после имплантации [20]. Показано также, что даже перенос эмбрионов с показателем мозаицизма 50 % может привести к рождению здорового ребенка [22, 23]. О способности ранних эмбрионов к самокоррекции говорят и данные о наступлении беременности и рождении здоровых детей после переноса в программах ВРТ эмбрионов, полученных из однонуклеарных зигот и полинуклеарных эмбрионов [24, 25].

В этом плане небезынтересно привести описание клинического случая, представленного G. Haddad и соавт. [25]. У женщины 38 лет с предыдущей беременностью эмбрионом с трисомией по 13-й хромосоме (беременность прервана) проведен повторный курс ЭКО. Получено 13 бластоцист, 5 из которых оказались эуплоидными. После переноса одной из них наступила клиническая беременность. Однако при биопсии хориона выявлен мозаицизм: наличие как эуплоидных, так и анэуплоидных клеток с трисомией по 21-й хромосоме (47XX,+21). Решено продолжить беременность и провести амниоцентез, все исследованные клетки оказались эуплоидными. Беременность закончилась рождением здоровой девочки.

Таким образом, как и на ранних этапах эволюции при трансформации одноклеточных организмов в многоклеточные, ранние зародыши человека характеризуются кроме высокой частоты хромосомопатий способностью к самокоррекции путем элиминации дефектных клеток на стадии преимплантационного развития и гибели дефектных эмбрионов после имплантации.

Не вызывает сомнений необходимость применения ПГТ в случаях риска передачи моногенного заболевания или других наследственных дефектов будущему ребенку. Однако с введением в практику полного секвенирования генома центры репродуктивной генетики стали рекомендовать этот метод с целью выбора для переноса в матку эуплоидных эмбрионов, особенно у возрастных женщин. Согласно данным S. Debrock и соавт., у женщин моложе 35 лет применение генетического тестирования эмбрионов увеличило частоту наступления беременности при переносе 1 эмбриона, однако частота рождения живых детей не отличалась от случаев, когда переносили 2 нетестированных эмбриона [26]. По этим вопросам мнения неоднозначны, некоторые авторы [27—29], опираясь на собственные данные, приходят к выводу о том, что, поскольку при ПГТ у женщин старшего репродуктивного возраста в результате тестирования «бракуется» большинство эмбрионов, это приводит к отказу от переноса эмбрионов, возможно способных к самокоррекции и последующему нормальному развитию. Поэтому авторы считают, что в настоящее время нет достаточных данных для использования старшего репродуктивного возраста в качестве единственного показания к скринингу на анэуплоидии. По мнению некоторых репродуктологов [29, 30], генетическое тестирование не следует рекомендовать при повторных неудачах ЭКО и повторных потерях беременности.

1. Хромосомная нестабильность преимплантационных эмбрионов человека и их способность к самокоррекции отражают процессы, происходившие в организме на ранних этапах эволюции.

2. Способность анэуплоидных и мозаичных эмбрионов к самокоррекции следует учитывать при оценке результатов генетического тестирования и принятии решения о переносе эмбрионов в матку.

3. Следует детализировать показания к генетическому тестированию, имея в виду разные причины ненаступления беременности, спонтанных абортов, невынашивания, пороков развития и т. п.

4. Требуется обсуждение этической дилеммы, касающейся, с одной стороны, риска беременности плодом с патологией, а с другой — риска «лишения беременности» из-за трудностей интерпретации и оценки результатов генетического тестирования.

5. Необходимо максимальное информирование пациентов о методах преимплантационного генетического тестирования эмбрионов, особенностях биологии трофэктодермы и эмбриобласта и связанной с этим возможностью ошибок, способности эмбрионов к самокоррекции, месте и роли преимплантационного генетического тестирования и пренатальной генетической диагностики в предупреждении рождения больного ребенка, а также об алгоритме и показаниях к проведению последующих после генетического тестирования эмбрионов диагностических процедур.

6. Необходимы анализ, обсуждение и оценка аргументаций законодательных решений европейских стран, ограничивающих применение генетического тестирования в программах вспомогательных репродуктивных технологий только случаями «тяжелых наследственных заболеваний в семье».

Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов.