张婷，王菁，崔毓桂，刘嘉茵

(南京医科大学第一附属医院生殖医学科，南京 210029)

辅助生殖技术子代的心血管功能安全性研究进展

张婷，王菁，崔毓桂，刘嘉茵*

(南京医科大学第一附属医院生殖医学科，南京 210029)

随着辅助生殖技术(ART)的广泛应用，动物和人体心血管安全性的研究表明，ART对其子代的心血管功能有潜在的不良影响。本文从血管动脉粥样硬化、血压、心血管重建及心功能、胰岛素抵抗等方面讲述ART对子代的心血管功能的影响，并就ART妊娠并发症、ART技术本身、父母不孕因素及表观遗传四方面阐述其可能的机制。

辅助生殖技术； 子代； 心血管功能； 安全性

(JReprodMed2017，26(2)：178-182)

辅助生殖技术(ART)是指对配子和胚胎进行体外培养或者显微操作、帮助不育夫妇受孕的一组方法，主要包括体外受精(IVF)、卵胞浆内单精子注射(ICSI)和植入前遗传学诊断(PGD)。自1978年第一例试管婴儿诞生以来，经过30多年的发展，ART应用广泛，全球每年有数十万试管婴儿出生[1]。ART的应用对象为不孕不育患者，其过程涉及的促排卵、体外受精、体外培养、配子/胚胎冻融等非生理性的过程，引发了对ART 子代安全性的思考。

早期流行病学研究发现，ART子代的早产、低出生体重、出生缺陷等不良妊娠结局的发生率增加，并多将其归因于ART的多胎妊娠率及父母的不育背景。近年来，也有研究者发现，在去除了ART多胎妊娠率及父母的不育背景等混杂因素的影响后，ART子代的健康情况仍受到影响。研究发现，ART子代先天畸形(尿道下裂、心血管畸形等)[2]、癌症[3]、基因印记缺陷性疾病(如Prader-Willi/Angelman综合征、脐疝-巨舌-巨人症综合征等)[4]的发生率均有所增加，同时ART对子代神经系统、心理的发育也可产生不利影响[5]。最近，越来越多的流行病学的研究涉及ART子代心血管功能安全性，尤其是远期安全性。由于人类ART子代年龄的限制(第一例试管婴儿出生于1978年)，远期安全性无法研究。近年通过预测心血管事件的各项指标的流行病学调查研究，表明ART子代存有潜在的心血管功能和代谢紊乱的风险[6]。同时，多项动物实验发现，ART 子代可能存在心血管功能紊乱[7]。本文主要对 ART 子代心血管功能改变及其可能原因进行综述。

一、ART子代的心血管功能改变

1.动脉粥样硬化：最近的一项研究发现，健康的ART子代(平均年龄约11岁)可以呈现循环系统血管内皮功能障碍、血管硬化以及血管结构的改变[6]。对于心血管疾病的高风险人群，动脉粥样硬化的过程在其发病前的很多年甚至孩童时期就开始[8]，利用一些非创伤性的技术可以早期发现这些心血管疾病的高风险人群的心血管变化并预测结局[9]。血管内皮功能障碍是动脉粥样硬化发展的第一步，可以通过诱导充血利用高分辨率超声和自动跟踪软件测定肱动脉直径的增加值(血流介导的血管舒张功能，FMD)来反映内皮功能[9]。ART子代(其中21例IVF子代，44例ICSI子代，均为单胎)肱动脉的FMD比自然妊娠子代小约25%[6]，说明ART子代存在体循环血管内皮功能障碍；同时研究者也发现，不管是IVF子代，还是ICSI子代，其FMD之间无显著差异，即IVF子代和ICSI 子代存在类似的血管障碍。

血管硬化也发生于动脉粥样硬化的早期，并且可以预测心血管疾病易感人群的未来的心血管风险。颈-股动脉脉搏波速度(Carotid-femoral pulse wave velocity，PWV)是显示血管硬化的金标准。在ART子代中，PWV显著高于对照组自然妊娠子代[6]。此外，动脉粥样硬化的过程伴随着血管结构的变化，可以通过用超声测量颈动脉内膜中层厚度(carotid intima-media thickness，IMT)来反映血管的结构，结果显示ART子代的颈动脉IMT明显高于自然妊娠子代[6]。与这一结果一致，Valenzuela-Alcaraz等[10]发现，ART子代在宫内及出生早期就存在主动脉IMT增加[10]。此后，在ART小鼠发现了同样的改变[7]。这些研究表明，在年轻、健康的ART子代，已经存在早发型的血管退化现象。

2.血压增高：高血压是心脑血管病的最主要的危险因素，同时血压变化也是心血管疾病的首要临床表现。Ceelen等[11]随访了225例8～18周岁的IVF单胎子代及225例年龄、性别与之相匹配的低生育力父母自然妊娠子代，发现ART子代的收缩压和舒张压均高于自然妊娠的子代，而且这种差值不能用受访者出生身高及体重、受访时的体型差异、父母因素等解释。希腊的研究者比较了106例4～14周岁的IVF子代及68例与之匹配的自然妊娠子代，得出了类似的血压差异结果，即使将IVF子代分为小于胎龄儿组和适于胎龄儿组，或者以母体PCOS、妊娠年龄、妊娠期糖尿病(GDM)、多胎妊娠等混杂因素对子代血压进行多元化分析，这种差异仍然存在[12]。Gao等[13]回顾性分析了中国3～13岁IVF子代及自然妊娠子代的血压情况，也证实了这一结果。

但也有研究者收集分析了65例ART子代(其中21例IVF子代，44例ICSI子代)与57例自然妊娠子代，两组收缩压和舒张压无显著差异，是否是不同的ART对子代血压的影响不同而平衡了整体的血压尚不得而知[6]。Belva等[14]调查了217例经ICSI出生和223例自然妊娠的青少年(约14岁)的血压状况发现，即使在校正了体型、早期生活因素、父母背景等潜在因素的影响，两者不管是安静状态还是压力之下的血压均未发现显著差异。作者认为接受IVF的夫妇多因女方不育因素，而不孕女性患妊娠期并发症的风险增加，反过来又对其后代的健康造成不利影响。与IVF子代相比，因男性不育因素接受ICSI夫妇的子代受母体影响则相对较少。

3.心血管重构与心功能障碍：心血管重构即心血管长期在外界环境(如负荷增加)刺激下，在基因表达改变的基础上所发生的变化，使心脏与血管的结构、代谢和功能都经历了一个模式改建的过程，可表现为心肌增厚，血管中层增厚等。心血管重构可引发心力衰竭、心律失常、心源性猝死等严重并发症，是心血管事件发生的一种重要的独立的危险因素。Iso等[15]对 354 名血压正常的成年男子随访6～8年发现，左心室重量增加可先于高血压发生。

有研究者对100例ART胎儿和100例自然妊娠胎儿(孕28～30周)进行前瞻性队列研究，发现ART胎儿心房增粗，心肌增厚，心室球形指数降低，左室射血分数、等容舒张时间等减少，这种情况持续到6个月大的婴儿并且右心多见[9]。最近有研究表明[16]，ART子代心肌功能障碍和重构持续到青春期。以上研究表明，ART不仅可以导致子代的血压增高，还可以影响心肌功能。同时发现ART子代心血管变化是亚临床的，并且大多数的心血管指标都在正常范围内。虽然已明确这些差异是潜在的心血管病危险因素，但是其持久性和与成人心血管功能、疾病的关联性仍然有待证明，所以需要加强对这些ART子代的长期随访。

4.胰岛素抵抗：胰岛素抵抗是动脉粥样硬化的重要病因之一，显著增加冠心病的发生率[17]。胰岛素具有刺激内皮细胞分泌一氧化氮(NO)的作用，导致血管舒张，增加血流量[18]；同时内皮细胞分泌的NO可以通过扩张血管，增加骨骼肌血流量，促进胰岛素刺激骨骼肌摄取和利用葡萄糖[19]。Ceelen等[11]随访发现ART子代的空腹血糖稍高于自然妊娠的子代，但是空腹胰岛素浓度等并无显著差异，同时也指出需要更多的实验研究IVF子代的糖代谢。Pontesilli等[20]分别研究了5～6岁借助促排卵、人工授精、IVF或ICSI出生子代及自然妊娠儿童的心血管及代谢功能，发现促排卵、IVF或ICSI组儿童的空腹血糖高于自然妊娠儿童。Scott等[21]的小鼠模型指出ART雌性子代存在糖耐量降低的现象，后来Chen等[22]的人体和动物研究证实了这点，同时指出单独的促排卵不会导致子代糖耐量降低，是胚胎培养液导致了这一改变。

二、ART子代心血管功能改变的可能机制

1.ART妊娠并发症：ART子代中双胎妊娠率明显高于自然妊娠子代[23]。ART子代，不管是单胎还是多胎，其低出生体重率均高于自然妊娠子代。此外，ART早产的概率明显升高[24-25]。在自然妊娠的早产年轻人中，其左心室质量明显增加[26]，而左心室质量是预测心血管疾病发病率和死亡率的独立指标[27]。Yang等[28]对中国大陆14个省39家医院共112 403例妊娠(其中1 139例ART助孕妊娠)进行回顾性分析发现，在排除母亲年龄、教育程度、烟酒嗜好、体质量等因素后，ART妊娠的妊娠期高血压、GDM、早产、多胎妊娠、前置胎盘、低出生体重发生率均高于自然妊娠。说明即使ART本身不会导致子代的心血管功能的任何改变，但也可以通过增加胎儿的病理事件来增加他们在以后的生活中发生心血管疾病的风险。

2.ART技术本身的影响：对ART小鼠模型的研究为观察ART对子代的长期影响提供了可能，并且可以去除父母不育或健康因素对子代的影响。在ART小鼠上，研究人员发现内皮依赖的肠系膜血管舒张缺陷，主动脉僵硬及血压增高；同时用高脂饮食喂养ART小鼠及对照组小鼠，ART小鼠的生命长度与对照组相比缩短了近25%[7]。

虽然很难在健康的ART儿童中进行机制研究，但是在这些研究中我们还是可以得到一些启示。有研究表明，不管是IVF还是ICSI，不管是鲜胚移植还是冻胚移植，ART子代的心血管功能都发生相似的改变，父母的因素(如不育父母的心血管疾病，生育年龄以及促排卵治疗)也不是心血管功能改变发生的根本原因[6]。这些发现表明，ART技术本身可能是导致ART子代心血管功能改变的一个重要因素。

3.父母不育因素：虽然许多研究试图评估ART助孕女性的产科和围产期结局，但是目前仍不清楚到底是ART技术本身还是母体不孕不育相关因素导致的这些不良后果。有研究者发现，与正常生育者(试孕12个月妊娠)相比，低生育力者(试孕12个月未妊娠)不良产科和围产期结局的概率更大，即其妊娠期高血压、子痫、早产及低出生体重儿等发生率均高于正常生育者[29]。由此可以看出，不孕症患者的不孕因素本身就有可能影响其子代的健康。目前PCOS患者行ART治疗越来越多，许多研究证实PCOS患者宫内高雄环境不仅直接对胎儿产生影响，还可以通过影响子宫血液供应及胎盘功能等进一步损害胎儿的生长发育[30]。此外，PCOS孕(产)妇发生妊娠期并发症的风险更大，从而对胎儿及其长远健康产生不利影响[31]。以上研究结果提示不育因素可能直接引起子代心血管功能异常。

4.表观遗传机制：体外培养、操作、促排卵等 ART 技术和不孕本身正处于表观遗传重建窗口期，存在表观遗传风险。有统计表明，ART子代基因印迹缺陷性疾病[如脐疝-巨舌-巨人症综合征(BWS)、基因组印记与Prader-Willi/Angelman综合征(PWS/AS)[4]等]的发病率均显著高于自然妊娠子代。虽然目前不能确定这些罕见基因遗传疾病的发生与ART的应用是否有关联，但是ART导致的遗传学改变已引起越来越多的关注。在人类的研究中，Nelissen等[32]发现，与自然受孕组相比，ART组胎盘组织基因H19及MEST差异甲基化区域(DMRS)的DNA甲基化程度下降，同时H19的RNA表达增加。动物研究发现，在ART小鼠主动脉，编码一氧化氮合酶(eNOS)基因的调控基因的甲基化发生改变，从而导致eNOS的表达下降，血NO浓度降低[7]。最近，Lazaraviciute等[33]对IVF/ICSI子代相对于自然妊娠子代的DNA甲基化水平及印记障碍进行系统回顾和meta分析发现：与自然妊娠子代相比，IVF/ICSI子代的印记障碍性疾病发生率升高，但ART与其他基因(如IGF2、GRB10等)甲基化差异的关联性需要更多的研究来证实。这些研究表明，表观遗传机制可能是ART导致的心血管功能改变的机制。

ART可能带来表观遗传改变。越来越多的研究表明，胚胎体外培养液可能导致了这一改变[34]。ART使用的胚胎体外培养液与体内妊娠输卵管液相比，前者可能缺乏或者含有错误浓度的对于胚胎发育关键的营养物质和生长因子，并且不能产生与妊娠时输卵管液相同的动态变化，所以这种非最佳的胚胎培养条件可能很难维持遗传印记。有研究者发现，在小鼠实验中，通过在培养液中增加褪黑素，可以避免eNOS基因的调控基因的甲基化异常，从而避免ART导致的子代的血管功能障碍及血压增高[35]。

三、结论和展望

鉴于ART涉及的促排卵、体外受精、体外培养、配子/胚胎冻融等技术均非生理性的过程，再加上现有ART子代年龄等的限制因素，使得在人体研究ART对其子代影响及其相关机制异常困难。至今的大多数研究还存在样本量少、混杂因素多，研究对象不能很好匹配、未能区分IVF和ICSI等问题。同时要确定和解决ART对子代心血管安全性的影响及其背后可能的机制，仍需加强对年轻ART子代的长期随访。但是从有限的人体及动物实验研究显示，ART可能通过三种途径影响子代的心血管功能：(1)ART妊娠并发症如多胎率、宫内受限的发生率提高，影响胎儿宫内环境，从而影响其后期生长发育健康；(2)ART本身的体外操作、培养等引起子代表观遗传的改变从而对子代的远期的心血管健康产生不良影响；(3)父母不育因素本身就可能导致不良宫内环境及妊娠并发症继而导致子代心血管功能异常。

现在亟需解决的问题是，ART是在哪些特定环境或者操作下导致子代表观遗传学的改变，是否可以通过改善这些环境或者操作来逆转这些不利的影响。再者，ART会导致哪些特定的基因的改变从而影响子代远期的心血管功能，是否可以预先对其加以干预。在这些方面的研究进展，将对于改进ART、降低ART子代远期心血管功能的风险、增加ART子代健康安全、减轻社会医疗压力，具有临床指导意义。

[1] Sullivan EA，Zegers-Hochschild F，Mansour R，et al.International committee for monitoring assisted reproductive technologies(ICMART) world report： assisted reproductive technology 2004[J].Hum Reprod，2013，28：1375-1390.

[2] Simpson JL.Birth defects and assisted reproductive technologies[J].Semin Fetal Neonatal Med，2014，19：177-182.

[3] Williams CL，Bunch KJ，Stiller CA，et al.Cancer risk among children born after assisted conception[J].N Engl J Med，2013，369：1819-1827.

[4] Lidegaard O，Pinborg A，Andersen AN.Imprinting diseases and IVF： Danish National IVF cohort study[J].Hum Reprod，2005，20：950-954.

[5] Hart R，Norman RJ.The longer-term health outcomes for children born as a result of IVF treatment.Part II--Mental health and development outcomes[J].Hum Reprod Update，2013，19：244-250.

[6] Scherrer U，Rimoldi SF，Rexhaj E，et al.Systemic and pulmonary vascular dysfunction in children conceived by assisted reproductive technologies[J].Circulation，2012，125：1890-1896.

[7] Rexhaj E，Paoloni-Giacobino A，Rimoldi SF，et al.Mice generated by in vitro fertilization exhibit vascular dysfunction and shortened life span[J].J Clin Invest，2013，123：5052-5060.

[8] Charakida M，Masi S，Luscher TF，et al.Assessment of atherosclerosis： the role of flow-mediated dilatation[J].Eur Heart J，2010，31：2854-2861.

[9] Urbina EM，Williams RV，Alpert BS，et al.Noninvasive assessment of subclinical atherosclerosis in children and adolescents： recommendations for standard assessment for clinical research： a scientific statement from the American Heart Association[J].Hypertension，2009，54：919-950.

[10] Valenzuela-Alcaraz B，Crispi F，Bijnens B，et al.Assisted reproductive technologies are associated with cardiovascular remodeling in utero that persists postnatally[J].Circulation，2013，128： 1442-1450.

[11] Ceelen M，van Weissenbruch MM，Vermeiden JP，et al.Cardiometabolic differences in children born afterin in vitro fertilization： follow-up study[J].J Clin Endocrinol Metab，2008，93：1682-1688.

[12] Sakka SD，Loutradis D，Kanaka-Gantenbein C，et al.Absence of insulin resistance and low-grade inflammation despite early metabolic syndrome manifestations in children born after in vitro fertilization[J].Fertil Steril，2010，94：1693-1699.

[13] Gao Q，Pan HT，Lin XH，et al.Altered protein expression profiles in umbilical veins： insights into vascular dysfunctions of the children born after in vitro fertilization[J].Biol Reprod，2014，91：71.

[14] Belva F，Roelants M，De Schepper J，et al.Blood pressure in ICSI-conceived adolescents[J].Hum Reprod，2012，27：3100-3108.

[15] Iso H，Kiyama M，Doi M，et al.Left ventricular mass and subsequent blood pressure changes among middle-aged men in rural and urban Japanese populations[J].Circulation，1994，89： 1717-1724.

[16] von Arx R，Allemann Y，Sartori C，et al.Right ventricular dysfunction in children and adolescents conceived by assisted reproductive technologies[J].J Appl Physiol，2015，118：1200-1206.

[17] Defronzo RA，Ferrannini E.Insulin resistance.A multifaceted syndrome responsible for NIDDM，obesity，hypertension，dyslipidemia，and atherosclerotic cardiovascular disease[J].Diabetes Care，1991，14：173-194.

[18] Higaki Y，Hirshman MF，Fujii N，et al.Nitric oxide increases glucose uptake through a mechanism that is distinct from the insulin and contraction pathways in rat skeletal muscle[J].Diabetes，2001，50：241-247.

[19] Vincent MA，Montagnani M，Quon MJ.Molecular and physiologic actions of insulin related to production of nitric oxide in vascular endothelium[J].Curr Diab Rep，2003，3：279-288.

[20] Pontesilli M，Painter RC，Grooten IJ，et al.Subfertility and assisted reproduction techniques are associated with poorer cardiometabolic profiles in childhood[J/OL].Reprod Biomed Online，2015，30： 258-267.

[21] Scott KA，Yamazaki Y，Yamamoto M，et al.Glucose Parameters Are Altered in Mouse Offspring Produced by Assisted Reproductive Technologies and Somatic Cell Nuclear Transfer[J].Biol Reprod，2010，83：220-227.

[22] Chen M，Wu L，Zhao J，et al.Altered glucose metabolism in mouse and humans conceived by IVF[J].Diabetes，2014，63：3189-3198.

[23] Schieve LA，Meikle SF，Ferre C，et al.Low and very low birth weight in infants conceived with use of assisted reproductive technology[J].N Engl J Med，2002，346：731-737.

[24] Pandey S，Shetty A，Hamilton M，et al.Obstetric and perinatal outcomes in singleton pregnancies resulting from IVF/ICSI： a systematic review and meta-analysis[J].Hum Reprod Update，2012，18：485-503.

[25] Kamphuis EI，Bhattacharya S，van der Veen F，et al.Are we overusing IVF?[J].BMJ，2014，348： g252.

[26] Lorell BH，Carabello BA.Left ventricular hypertrophy： pathogenesis，detection，and prognosis[J].Circulation，2000，102：470-479.

[27] Lewandowski AJ，Augustine D，Lamata P，et al.Preterm heart in adult life： cardiovascular magnetic resonance reveals distinct differences in left ventricular mass，geometry，and function[J].Circulation，2013，127：197-206.

[28] Yang X，Li Y，Li C，et al.Current overview of pregnancy complications and live-birth outcome of assisted reproductive technology in mainland China[J].Fertil Steril，2014，101：385-391.

[29] Jaques AM，Amor DJ，Baker HW，et al.Adverse obstetric and perinatal outcomes in subfertile women conceiving without assisted reproductive technologies[J].Fertil Steril，2010，94：2674-2679.

[30] Palomba S，Falbo A，Russo T，et al.Uterine blood flow in pregnant patients with polycystic ovary syndrome： relationships with clinical outcomes[J].BJOG，2010，117：711-721.

[31] Dumesic DA，Goodarzi MO，Chazenbalk GD，et al.Intrauterine environment and polycystic ovary syndrome[J].Semin Reprod Med，2014，32：159-165.

[32] Nelissen EC，Dumoulin JC，Daunay A，et al.Placentas from pregnancies conceived by IVF/ICSI have a reduced DNA methylation level at the H19 and MEST differentially methylated regions[J].Hum Reprod，2013，28：1117-1126.

[33] Lazaraviciute G，Kauser M，Bhattacharya S，et al.A systematic review and meta-analysis of DNA methylation levels and imprinting disorders in children conceived by IVF/ICSI compared with children conceived spontaneously[J].Hum Reprod Update，2015，21：555-557.

[34] Khosla S，Dean W，Brown D，et al.Culture of preimplantation mouse embryos affects fetal development and the expression of imprinted genes[J].Biol Reprod，2001，64：918-926.

[35] Rexhaj E，Pireva A，Paoloni-Giacobino A，et al.Prevention of vascular dysfunction and arterial hypertension in mice generated by assisted reproductive technologies by addition of melatonin to culture media[J].Am J Physiol Heart Circ Physiol，2015，309：H1151-H1156.

[编辑：侯丽]

Research progress of cardiovascular function in children conceived by assisted reproductive technologies

ZHANGTing，WANGJing，CUIYu-gui，LIUJia-yin*

StateKeyLaboratoryofReproductivemedicine，FirstAffiliatedHospital，NanjingMedicalUniversity，Nanjing210029

While assisted reproductive technologies(ART) is widely used in clinical practice，some studies of ART in mice and human show that ART may alter cardiovascular function and increase cardiovascular risk of next generations.This review summarizes the potential influence of ART on the cardiovascular function of ART children and the underlying mechanisms involved in ART-induced alterations of cardiovascular function.

Assisted reproductive technologies； Offspring； Cardiovascular function； Safety

10.3969/j.issn.1004-3845.2017.02.016 ·综述·

2016-05-17；

2016-06-05

国家973课题(2012CB944902，2012CB944703)，国家自然科学基金(H0425)，江苏省妇幼保健重点专科(FXK201221)

张婷，女，江苏淮安人，硕士研究生，生殖医学专业.(*

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