咖啡因体外补充可提升高龄女性卵子质量与胚胎发育：一项回顾性配对研究

本综述通过对704对高龄女性体外受精（IVF）周期的回顾性配对分析，首次在临床层面证实：卵子受精前短期（4小时）暴露于1.25 mM咖啡因，能显著改善高龄卵母细胞的纺锤体正确定位（80.2% vs. 61.2%， p< 0.001），提升高质量卵裂期胚胎（63.2% vs. 53.6%）、高质量囊胚（39.2% vs. 26.1%）及整倍体胚胎（22.9% vs. 10.9%， p= 0.002）的形成率，最终临床妊娠率达39.1%。研究揭示了咖啡因作为简单、安全的实验室干预手段，在改善高龄妇女IVF结局方面的巨大潜力。

1 背景

不孕症是影响全球约六分之一的夫妇的重要健康问题，其中高龄被广泛认为是限制辅助生殖技术（如体外受精）有效性的主要因素。随着年龄增长，卵母细胞质量下降，表现为纺锤体形成异常、透明带硬化等结构缺陷，以及细胞周期调控受损、氧化应激加剧等分子功能障碍。这些变化共同降低了卵子的受精潜能和胚胎发育能力。

关键调节因子成熟促进因子（MPF）的活性随着卵子老化而减弱。此前研究表明，咖啡因通过抑制Wee1激酶等负调控因子来增强MPF活性。在动物模型及体细胞核移植（SCNT）研究中，咖啡因补充已被证明能改善纺锤体结构、促进正常原核形成，并提高源自老化卵子的高质量囊胚比例。然而，这种干预在人类辅助生殖技术（ART），尤其是针对高龄女性的临床适用性，此前尚未得到充分探索。

2 材料与方法

本研究采用回顾性观察性配对队列设计，纳入了2023年6月至2024年2月期间在CHA大学生育中心（江南）进行过两次卵胞浆内单精子注射（ICSI）周期的704名女性。所有患者年龄≥35岁，且在12个月内完成了一个无咖啡因周期和一个咖啡因补充周期，且咖啡因处理周期在非处理周期之后进行。此设计旨在通过个体内比较，控制遗传背景和基线卵巢储备等混杂因素。

在咖啡因周期中，取卵后，卵丘-卵母细胞复合体立即在含有1.25 mM咖啡因的培养液中培养4小时。该浓度基于先前动物研究中报道的对MPF活性和纺锤体稳定性有益的范围（1-2 mM）以及人类SCNT程序中的安全使用经验确定。培养2小时后，通过透明质酸酶和反复吹打去除卵丘细胞，并在ICSI前彻底清洗卵子以去除残留咖啡因。

所有周期均采用ICSI受精。受精前，使用PolScope纺锤体观察系统评估卵母细胞的纺锤体定位，正常纺锤体定义为相对于第一极体角度< 30°。胚胎在受控条件下培养，于第3天评估卵裂期胚胎质量，于第5、6天使用Gardner评分系统评估囊胚质量。对部分囊胚进行滋养外胚层活检，并通过二代测序进行非整倍体植入前遗传学检测（PGT-A）。

3 结果

3.1 研究人群的临床特征

研究人群平均年龄41.8岁，平均体重指数21.9 kg/m²，平均不孕年限3.7年。患者平均经历2.4次先前胚胎移植和7.9次先前IVF周期。不孕原因包括男性因素、子宫因素、不明原因、卵巢储备功能下降等，其中复合因素占75.4%。

3.2 咖啡因与非咖啡因周期胚胎发育的比较

咖啡因周期与非咖啡因周期在获卵数、成熟卵子数、受精率方面无显著差异。然而，咖啡因周期在多个胚胎学参数上表现更优：高质量卵裂期胚胎率（63.2% vs. 53.6%， p< 0.001）、囊胚利用率（19.6% vs. 17.2%， p= 0.023）以及高质量囊胚形成率（39.2% vs. 26.1%， p< 0.001）均显著高于非咖啡因周期。

3.3 咖啡因对减数分裂纺锤体定位的影响

对173名患者的卵母细胞分析显示，咖啡因周期中正常定位（角度< 30°）纺锤体的发生率显著更高（80.2% vs. 61.2%， p< 0.001），而异常定位或不可见纺锤体的发生率显著更低（19.8% vs. 38.8%， p< 0.001）。

3.4 咖啡因与非咖啡因周期整倍体率的比较

对97名患者的分析显示，咖啡因周期的囊胚整倍体率显著高于非咖啡因周期（22.9% vs. 10.9%， p= 0.002）。嵌合体发生率在咖啡因周期中较低（15.4% vs. 21.4%），但差异无统计学意义。

3.5 咖啡因周期胚胎移植后的临床结局

在704个咖啡因周期中，最终有225个周期可用于临床结局分析（排除了全胚冷冻失败、PGT-A后无可用胚胎等情形）。每次胚胎移植平均移植2.0个胚胎。每个移植胚胎的着床率为23.0%（103/447），临床妊娠率为39.1%（88/225）。临床妊娠后的妊娠丢失率为22.7%（20/88），异位妊娠率为1.1%（1/88）。

3.6 咖啡因周期的新生儿结局

对20名女性（24名活产新生儿）的数据分析显示，新生儿结局总体良好。79.2%的新生儿出生体重≥ 2500克，80.0%的妊娠分娩孕周≥ 37周，无极低出生体重儿（< 1500克）或孕周≤31周的早产。双胎率为20.0%。仅有2名新生儿1分钟阿普加评分< 7分，5分钟评分均≥7分。无新生儿死亡或出生缺陷报告。

4 讨论

本研究将SCNT模型中的咖啡因应用概念转化至ART临床实践。结果表明，咖啡因补充可能通过调节减数分裂调节因子活性来改善高龄卵母细胞的纺锤体定位和胚胎发育。其机制可能涉及抑制Wee1和髓鞘转录因子1激酶，从而恢复MPF和促分裂原活化蛋白激酶活性，支持减数分裂能力和纺锤体稳定性。此外，咖啡因还可能通过维持内质网钙库和线粒体功能来增强细胞内钙信号传导。

本研究是首个在人类临床环境中评估咖啡因对高龄卵母细胞影响的研究，其配对设计有效控制了遗传和个体间差异。研究人群平均年龄高、既往IVF失败次数多，预后普遍较差。在此背景下，咖啡因周期达到39.1%的临床妊娠率，提示其可能为这一高危人群带来有临床意义的改善。

初步新生儿结局数据令人安心，与先前研究一起表明，IVF期间的短期体外咖啡因补充可能不会对卵母细胞或新生儿构成重大安全风险。但研究也存在局限性，如单中心回顾性设计可能引入选择偏倚，进行PGT-A的周期和新生儿结局样本量相对较小，缺乏对人类卵母细胞的直接分子评估，以及需要长期随访以进一步评估安全性。

5 结论

受精前的咖啡因补充可以改善高龄人类卵母细胞的质量并支持胚胎发育，且似乎总体安全。这些发现凸显了其在改善临床结局，特别是对于高龄或多次IVF失败女性方面的潜力。需要进行前瞻性多中心试验来确定最佳方案并确认长期安全性。