年，康拉德·沃丁顿提出了“表观遗传学”这个术语，用于描述发生在基因型和表型之间的特殊生物学过程。表观遗传学后来被定义和解释为“研究不能用DNA序列的变化来解释的有丝分裂和减数分裂遗传的基因功能变化”。
“表观遗传”是一种基因标记和基因调控系统，对正常人和地球上所有的不如动物都是必不可少的。表观遗传标记包括DNA甲基化和位于组蛋白上的共价修饰，“组蛋白代码”起着调节染色质功能的作用。
这种看似细微的调控，对生殖医学和科学意义非常重大。表观遗传标记在配子（生殖细胞为结合前，比如精子和卵子等）发生、发育和着床前胚胎发育过程中，发生了广泛变化。
除了基于RNA的表观遗传机制外，这些表观遗传修饰在调节基因表达方面也发挥着重要的作用。表观遗传信息的适当调节，对人类胚胎的正常发育至关重要。当表观遗传机制在生命发育和生长过程中受到破坏，将会导致一系列疾病，比如心脏病、高血压、糖尿病、肿瘤风险升高和皮肤病等。
01生殖、发育和生殖医学中的表观遗传学
配子发育过程中和胚胎着床前发育的自然时期，会发生表观遗传的重编程。这一过程与人类辅助生殖过程中，配子和胚胎在体外试管中处理的时间十分吻合。表观遗传十分复杂，其中最容易理解的表观遗传变化是DNA甲基化。
这种表观遗传标记的生命周期包括几个关键阶段，包括：a.从原始生殖细胞中清除表观遗传标记；b.在配子发生过程中建立一套新的标记；c.着床前阶段在全基因组范围内消除甲基化；d.在发育和分化过程中重新建立标记在胚泡阶段（即胚胎发育的第5天）之后。
最新研究发现，在胚胎着床前发育过程中原始生殖细胞DNA甲基化情况被逐渐消除。在常规辅助生殖技术（ART）中，医生无法用科学的手段检测和评估人类着床前胚胎的表观遗传状态，所以对重编程以后的表观遗传是否影响试管婴儿，还不是很清楚。
我们在做试管婴儿技术的时候，是否能明确ART技术会导致孩子发生表观遗传缺陷？这些缺陷对孩子未来的生长、发育和健康会有什么影响？接下来我们详细探讨。
02基因组印记（Genomicimprinting）
为了理解表观遗传学，我们先了解一下基因组印记。基因组印记是哺乳动物、植物和昆虫中受表观遗传信息控制的一种基因表达系统，仅包括有限数量的基因。它可以定义为一个基因的一个等位基因（来自母亲或父亲的等位基因，取决于相关基因）的排他或显性表达。
例如，胰岛素样生长因子II基因是从父亲等位基因表达的印记基因，而H19基因是从母体等位基因表达的印记基因。这种单等位基因表达受等位基因特异表观遗传标记（如DNA甲基化）的调控，这些标记在种系中建立，并在着床前发育过程中积极维持，以允许印记基因的正确亲本等位基因的持续标记和适当的单等位基因表达。
印迹基因在调节母体与胎儿的能量平衡中尤为重要，目前的研究认为，基因组印迹可以使亲代表观遗传影响胎儿的生长发育，正确的印迹基因转录情况是胎儿早期发育的关键。
迄今为止，在人类中已有超过个印记基因被描述，其中许多印记基因定位在染色体上的簇状物上。人类有许多先天性疾病，被称为印记障碍（IDs），由印记基因的破坏引起，包括Beckwith-Wiedemann综合征（BWS）、Silver-Russell综合征（SRS）和Angelman综合征（AS），其中BWS和SRS似乎与辅助生殖有关。
03基因组印记与人类辅助生殖4种疾病
目前，已发表的文献和荟萃分析表明，通过辅助生殖（体外受精或卵胞浆内单精子注射）受孕的儿童发生IDs的风险高于自然受孕的儿童。
Vermeiden和Bernardus研究发现并报告了IVF/ICSI治疗与BWS之间的显著正相关关系，并发现相对风险值为5.2（95%可信区间1.6-7.4），这表明当使用1:的人口流行率时，每例IVF/ICSI出生将有一个BWS患儿出生。
类似研究也发现，SRS的发病率和IVF/ICSI治疗之间可能存在显著的正相关关系，但也注意到已发表的病例数量很少（13例SRS患儿在ART后出生）。因此，需要注意的是，虽然IDs的病例很少，但有必要了解ART是如何引起表观遗传破坏的，以防这些结果是更广泛的表观遗传破坏的“预测性”指标，其中可能包括非印记位点。
04辅助生殖过程什么因素导致表观遗传变化？
除了实验动物的数据外，还有来自人类临床研究的证据表明，许多辅助生殖程序，包括超数排卵、显微操作、卵母细胞体外成熟和胚胎培养，都会造成表观遗传的不良影响。不幸的是，辅助生殖程序是动态的过程，很难追踪这个过程。并且，表观遗传的变化往往是发生在配子和胚胎中，我们很难发现这个暗箱里的“玄机”。
近些年，表观遗传变化的程度、与辅助生殖处理的关系、与人类健康和疾病的相关性等等，才刚刚开始理解。因此，辅助生殖技术是否安全这个问题，又一次被提起，也许我们需要通过高通量测序技术在辅助生殖全部过程去监测和评价。所以，辅助生殖的使用应该受到密切的监控和随访。为了方便理解，我们简单描述一下试管婴儿的操作流程及影响因素。
05胚胎体外培养（Invitrocultureofembryos）
大量的文献已经描述了体外培养（IVC）对哺乳动物着床前胚胎基因表达的影响。在某些类型的培养基中进行胚胎培养，会导致许多印记基因的表达和/或甲基化被破坏。可以这样理解，培养基可能诱导小鼠着床前胚胎的细胞、发育和代谢的广泛变化，包括对代谢途径的影响。
遗憾的是，很少有人研究研究培养基对人类植入前胚胎的影响，尤其是表观遗传影响。Kleijkers等报道了来自多个途径的基因在两种受试培养基（G5培养基和人输卵管液培养基）中的差异表达。Mantikou等人最近的一项研究中，个基因在使用这两种培养基培养的人类胚胎中有差异表达。
考虑到目前生物技术公司对开发含生长因子的胚胎培养基显示较大兴趣，同样值得注意的是，在培养的人类胚胎中添加单一生长因子会导致基因表达谱发生变化。一项对小鼠的组织学研究表明，在不同培养基中培养的胚胎，胎儿或胎盘的形态学外观没有显著差异，但是这项研究不涉及分子生物技术分析，所以是否存在我们肉眼看不到的变化，结果不可知。
在试管婴儿中，IVC有害影响的另一个例子是大子代综合征（LOS），反刍动物IVC后可能会观察到胎儿在子宫内长大，给母亲和胎儿带来风险。在使用RNA测序的综合遗传分析中，LOS被发现涉及多位点印记缺失综合征。这些研究强调在某些情况下，IVC有可能引起基因表达/甲基化的全基因组变化，从而产生不良的发育后果。
06体外培养影响新生儿出生体重
出生体重是一个重要的指标，它不仅可以反映胎儿生长发育情况，也是心脏代谢疾病长期风险的有力预测因素。Dumoulin等人报告了出生体重与胎龄和性别调整后的出生体重相比有显著差异（±53g[平均值的样本误差]与±61g，P=0.）。在随后的一项大型队列中研究也报告了类似的发现。此外，在出生后的头2年，出生后体重也有差异，与其他三种类型的胚胎培养基相比，平均出生体重或平均出生长度没有显著差异。
进一步的研究发现，使用同一系列培养基也没有发现出生体重的显著差异。其他可能影响出生体重的培养条件包括培养基的年龄、培养时间长短（与胚泡培养和卵裂阶段转移的延长培养期有关）以及培养基中使用的蛋白质来源。Zandstra等人总结了这些研究，世卫组织的结论是，在公布的11份媒体比较中，有6份显示出生体重存在差异，而5份没有。
所列培养条件列表不一定完整，将来可能会确定其他因素。欧洲人类生殖和胚胎学学会呼吁国家ART登记处跟踪使用的培养基，以便对健康风险进行长期评估，并鼓励商业制造商充分披露培养基成分，要求制造商对任何媒体配方的变更以及任何变更的科学依据进行公开；ART诊所使用质量管理系统，以确保培养基的正确储存和使用；作为质量控制措施的子代健康的临床随访；所用培养基类型的记录应记录在国家登记册中。
一项随机对照试验也考虑了培养基对体外受精后妊娠和围产期结局的影响，发表于年。这项研究比较了在G5或人类输卵管液体培养基中胚胎培养后的结果，报告称G5组的出生体重显著降低，而临床妊娠率显著升高。
07控制性卵巢过度刺激/超数排卵（Controlledovarianhyperstimulation/superovulation）
来自动物和人类研究的数据表明，卵巢刺激过程可能会导致卵母细胞、胚胎和胎盘的表观遗传错误。控制性卵巢过度刺激（COH）/超数排卵会破坏卵母细胞的表观成熟和印记建立过程，或者可能导致质量较差的卵母细胞被招募，而这些卵母细胞通常不会被选中排卵。
人类中的COH与少数受试基因位点的表观遗传变化有关，可能是ART孕妇生育BWS患儿的高危因素。小鼠研究发现，超数排卵会发生一种跨代效应，换句话说就是，超数排卵母亲第二代后代的精子中持续存在表观遗传变化。
据报道，超数排卵也会导致胚胎和胎盘中母系和父系表达基因的基因组印记受到干扰，因此可能会破坏关键的卵母细胞/早期胚胎特异性因子，这些印记对胚胎在着床前发育很重要。
08人类辅助生殖技术胚胎表观遗传变化的证据
据研究报道，表观遗传错误是人类胚胎发育固有的现象。一些研究表明，印记基因如SNRPN、H19、PEG1/MEST、KCNQ1OT1和印记基因调控区，可能容易受到异常DNA甲基化模式或基因表达模式的影响。此类研究包括分析KvDMR1，即人类ART相关BWS中异常甲基化的DMR，以及牛胚胎辅助生殖后LOS中的低甲基化。
然而，目前尝试用从数量有限的基因座获得的甲基化数据来衡量“表观遗传健康”的方法是无能为力的。因为我们目前对人类发育的表观遗传过程认知很少，无法确凿地证明在植入前胚胎中检测到的任何特定表观遗传缺陷，是否会在婴儿出生时引起相关疾病，或者可能在以后的发育过程中显现出来。
09不育和表观遗传学（Infertilityandepigenetics）
除了ART引起的影响外，考虑配子发生本身易受表观遗传缺陷影响的不孕病例也很重要。在男性不育症患者的精子中观察到了令人不安的表观遗传特征，而对精子的表观遗传学筛查可能在临床上有潜在的应用。
女性不育的生殖系中可能存在类似的表观遗传缺陷。Kobayashi等人指出，在某些情况下，表观遗传错误可能是由精子遗传而来，但其他研究表明，表观遗传缺陷是由于精子的过程本身而不是配子的缺陷，在辅助生殖的次优条件下，先前存在的配子表观遗传缺陷可能会恶化。参加ART展的夫妇的其他特征也必须加以考虑，例如，高龄、饮食、身体成分、环境暴露和遗传和表观遗传变异，这些都被证明会影响哺乳动物生殖系的表观遗传程序。所以，在试管婴儿前后进行基因分析和表观遗传分析就显得十分必要了。
10人类辅助生殖队列中表观遗传变化的证据
正如Batcheller等人总结的那样，ART队列的表观遗传图谱似乎与自然设想的不同。然而，研究受到所用分析类型、基因组覆盖率和用于分析的细胞类型的限制。在最近的研究中，甲基化的定量评估表明，使用ICSI与SNRPN甲基化水平更高有关。在另一项研究中，Melamed等人使用了一个甲基化阵列，它允许对基因组进行更广泛的取样，并发现辅助生殖组中观察到低甲基化。与其他研究结果一致，与自然受孕相比，ART可能与DNA甲基化显著更高的变异相关。
11心血管疾病和代谢疾病可能是辅助生殖技术的遗产
一些研究表明，ARTs与胎儿生长受限、早产、胎龄低出生体重、心血管畸形和其他缺陷的风险略有增加有关。长期随访研究（Hart和Norman回顾）表明，IVF后代血压升高和空腹血糖升高的发生率可能增加，体内脂肪总量增加。
在通过ART受孕的儿童和青少年中观察到了全身和肺血管功能障碍以及右心室功能障碍。辅助生殖也可能导致心脏和血管重构，这种重构在人类胎儿和出生后的发育过程中持续存在。在小鼠研究中也发现了心血管和代谢的影响，有证据表明这些问题是由表观遗传引起的。
因此，在试管受精受孕的小鼠中，观察到印记基因的表观遗传变化，以及内皮型一氧化氮合酶基因的甲基化和表达以及主动脉的动脉功能。其他研究支持越来越多的证据表明，抗逆转录病*治疗后，代谢和心血管疾病的风险可能会增加。
这些结果可能是暴露在次优培养基和/或环境中的哺乳动物胚胎代谢途径改变/适应的结果。事实上，真核细胞中参与表观遗传基因调控的许多酶利用细胞代谢产生的共基质和共因子，例如乙酰辅酶a和组蛋白乙酰化，烟酰胺腺嘌呤二核苷酸和sirtuin脱乙酰化酶活性的细胞波动，S-腺苷甲硫氨酸和组蛋白/DNA甲基化。
在这些代谢中介物中，对S-腺苷甲硫氨酸介导的表观遗传调节的干扰研究最为全面，因为它受到1-碳代谢途径的影响。这些输入包括多种维生素B（如B12、叶酸[B9]和B6）以及诸如硫、锌和钴。这些因素又会受到生活方式因素的影响，包括肥胖、吸烟、饮酒和咖啡因的摄入，这些因素会最后会导致早孕胎儿组织基因表达的表观遗传失调。
越来越多的证据表明，在为正在接受治疗的夫妇提供指导时，需要一种更全面的方法生育治疗延伸到饮食建议和生活方式选择。
12辅助生殖对胎盘功能的长期影响
辅助生殖妊娠除了胎盘和脐带血中修饰的印迹基因表达和/或甲基化外，还与较大的胎盘和较高的胎盘重量/出生体重比有关。这些发现可能很重要，因为印记基因在胎盘中高度表达并起关键作用功能。在小鼠实验中，ART可导致胎盘的多种有害影响，这为表观遗传影响ART子代提供了分子证据，证明辅助生殖可对胎盘功能产生不利影响，并有可能影响孩子的长期健康。
13试管助孕过程中，如何降低或消除表观遗传有害改变呢？
首先需要考虑的是印记障碍，目前研究发现至少有两种基因组印记障碍，BWS和SRS似乎与ARTs有关，然而这些疾病的发生非常罕见，所以做试管助孕也不用担心。
大量动物研究的证据表明，包括胚胎培养、超数排卵、卵母细胞体外成熟、显微操作和胚胎移植等在内的ART有可能产生表观遗传变化，从而导致胎儿或胎盘功能紊乱。所以进行遗传和表观遗传基因筛查和评估是十分重要的，也方便在孕期进行饮食、运动和营养干预，尝试逆转有害的表观改变。
有证据表明，与自然受孕者相比，ART组的表观遗传差异和基因表达改变，尽管需要全基因组研究来证实这一点。新的数据表明，ARTs的长期后果可能包括心血管和代谢紊乱，这可能是由于胎盘功能受损所致。需要进行更多的研究，以确定ART和不孕对人类概念的表观遗传程序的影响以及随后的任何短期和/或长期发展后果。