康中论坛（第41期）：ICSI的发现和研究经历、现状和未来发展趋势？

康中会（Cornell-China Circle）

演讲嘉宾

Gianpiero D. Palermo, MD, PhD, FACOG

Director of Andrology and Assisted Fertilization

Blavatnik Distinguished Professor of Reproductive Medicine

Professor of Embryology in Obstetrics and Gynecology

Cornell Institute for Reproductive Medicine

Ronald O. Perelman and Claudia Cohen Center for Reproductive Medicine Weill Cornell Medicine

（温馨提示：在文章结尾处，欢迎关注和观看本次演讲的精彩视频）

【本期导读】

本期《康中论坛》第41期，我们十分荣幸地邀请到了美国康奈尔大学医学院生殖中心的著名专家学者Gianpiero D. Palermo教授，为我们带来《ICSI的发现和研究经历、现状和未来发展趋势》的学术报告。

Gianpiero D. Palermo 教授是体外受精领域的先驱，因其在1992年首次成功实施卵细胞内单精子注射（ICSI）技术而被誉为“ICSI之父”。他目前在美国康奈尔大学威尔·康奈尔医学院生殖中心任教授，并担任该院男科学实验室主任。Palermo教授的研究成果和临床应用极大地改变了不孕症患者的治疗前景，使全球众多男性不育患者实现了为人父母的梦想。他在生殖医学领域拥有广泛的研究成果和多项国际奖项，继续在该领域推动科学进步并影响着全球的临床实践。

ICSI可以解决常规受精失败的问题，提高了IVF的成功率，对重度少弱精以及需睾丸取精的男性不育症患者的治疗具有里程碑的意义。Palermo 教授在本期的学术报告中，将向我们介绍他ICSI的发现和优化经历，现阶段的最新基础和临床科研进展，并展望未来发展趋势和人工智能在ICSI中的应用。

在本期的演讲中，Palermo 教授首先介绍了辅助生殖的历史起源，回顾了ICSI实验阶段的技术突破以及相关临床研究。大规模的临床研究证实ICSI可以为严重少弱精症患者带来更高的临床妊娠率。同时，他还详细介绍了MESA、TESE等取精技术，并阐释了男性不育症的基因图谱。他还开发了个性化定制的精子DNA诊断测试，作为一种更为精确的医学工具以揭示男性不育因素。

ICSI是当今世界治疗男性不育的最有效方法。Palermo 教授对精子DNA完整性和基因治疗进行了深入探索，并将AI技术运用到男性不孕症的研究和治疗中，期待未来进行临床路径的转化。

2023年，我前往美国新奥尔良参加美国生殖医学会（ASRM）年会。在会议期间的一场慈善晚会上，通过李石华教授的引荐，我非常荣幸地结识了Gianpiero D. Palermo 教授。这次有幸作为本期共同主持人与他相遇，充满了偶然与惊喜，也是一种学术缘分，让我倍感荣幸。这次经历使我深刻体会到与生殖医学领域顶尖专家交流的激动与激励。特别感谢李石华教授的热情引荐，没有他的牵线搭桥，我无法有幸认识这位在生殖医学领域举足轻重的泰斗。李教授的慷慨帮助和无私支持让我备受感动，也为我今后的学术道路增添了无限动力。

最后，我要感谢康中会和《康中论坛》给予我这个宝贵的机会，为Palermo 教授的演讲撰写导言。虽然我尽力而为，但仍无法完全展现出他的卓越风采和深邃思想。希望各位同道能用自己的智慧与洞见，继续深入领会和体会他的学术精华。

致谢本期论坛特邀的各位点评专家，感谢各位点评专家为本期论坛所做的翻译工作（按姓氏拼音排序）：

• 河南省人民医院生殖中心 郭海彬教授
• 北京大学第三医院泌尿外科/生殖医学中心 洪锴教授
• 华中科技大学附属同济医院泌尿外科 刘卓教授
• 香港仁安医院仁安生殖医学中心 麦肇敬教授
• 上海交通大学附属仁济医院生殖医学科 平萍教授
• 首都医科大学附属北京朝阳医院泌尿外科 田龙教授
• 西北妇女儿童医院生殖中心 周梁教授
• 台湾成功大学医学院泌尿部男性生殖科 郑裕生教授

特别感谢本期视频录制和编辑的周梁教授。感谢康中会执行主席周任远教授的全程督导。感谢《康中论坛》主席李石华(Philip S. Li) 教授策划和指导本期学术活动。

王天任（导读执笔）

香港大学深圳医院

生殖医学中心

安庚（导读审核）

广州医科大学附属第三医院

生殖中心

2024年6月18日于深圳/广州

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今天我演讲的主题是：

“ICSI的发现和研究经历、现状和未来发展趋势”

1978年，Steptoe教授和Edwards教授合作带来了人类历史上首例试管婴儿，体外受精技术由此开始实施与发展。

不久后，人们意识到约40%的夫妇存在受精失败的情况。

因此，在二十世纪八十年代，一种新兴的辅助生殖技术即卵细胞显微操作技术诞生，使得两个配子更容易结合。

• 卵细胞显微操作技术经历一系列的探索过程：1988年，Gordon 教授和Talansky 教授提出透明带钻孔技术，
• 之后Cohen 教授提出透明带切割技术，

这两项技术分别通过将卵细胞的透明带打孔或部分切割后再与精子结合。

• 同一年，我到达了比利时布鲁塞尔大学，那里完成了妇科和产科的专科临床培训。
• 这张照片中的这座原子模型塔是1958年世界博览会的展品，它在一家餐厅的顶部，同事们常带我去参观了这里，球体通过管道相互连接，看起来十分壮观。

下面开始介绍我的研究工作。我们在不同条件下处理精子，将处理过的单个精子显微注射到小鼠卵细胞的透明带下，评估顶体反应的强弱并记录卵细胞受精率。

• 在1991年，我们在Mol Reprod Dev 杂志上率先发表了论文。这是通过体外受精技术诞生的小鼠。
• 根据统计结果，精子在最优处理条件下可以达到70%的受精率。

如图所示，在三点钟方向将不同条件下处理过的精子显微注射到卵周间隙内，评估顶体反应的强弱并记录卵细胞受精率。

• 在1992年，我们将研究结果发表在了Hum Reprod 杂志上。

• 1992年，我们首次应用卵胞浆内单精子显微注射技术 (intracytoplasmic sperm injection, ICSI) 成功妊娠。

这是一位因男方因素准备进行透明带下授精 (Sub-zonal injection, SUZI) 助孕的女性。取卵手术一共收获14个卵细胞，其中12个是成熟卵。在进行显微注射时，我误将精子注入到了卵细胞胞浆中，当时我们都认为这枚卵细胞难以存活了。24小时后，进行SUZI技术的11枚卵子，都没能顺利发育成胚胎，而行ICSI技术的卵细胞顺利的形成了胚胎，之后进行了移植，最终成功妊娠。

• 排除混杂和原因不明的因素，我们发现女性和男性发生不孕不育症的概率是均等的。

我们在发育史、药物史、家族史、手术史、冶游史、身体状况、生殖器和直肠指检上对男性伴侣进行评估。

• 如果他的精液分析的结果正常，则对女性伴侣进行生育方面的评估检查。
• 如果精液分析结果不正常，下一步进行激素及其他检查。
• 在美国，这些检查是生殖和泌尿科的同事一起完成的。

• 精液分析是非常重要的检查手段，分析包括：禁欲天数、精液量、粘稠度，浓度、形态和活力等重要参数。

• 除此之外，染色体检查也是非常重要的。

这是一项对1500名日本不育男性染色体的研究，其中，染色体异常造成男性无精子症共有225人，包括常染色体异常126人和性染色体异常99人。占比最多的是克氏综合征，大部分是47，XXY染色体核型异常，除此外还可见嵌合型和其他核型。

在Y染色体的AZF区域包含大量的回文序列，这是一种独特的复制方法，可以防止Y染色体遗传衰减，但也会因此导致该区域内较高的基因缺失率。在箭头指示位置可以看到，AZFc区存在着部分缺失。

如图所示，箭头所指的是缺失的条带。这些箭头指示的基因序列位点是一个男性的控制基因的基础。这里一共有8个缺失位点。可以看到，随着Y染色体缺失的比例增加，精子密度逐渐降低。

• Y染色体缺失的患者约占无精子症患者的8%-10%。
• 幸运的是，通过精液精子或睾丸取精获取精子，可以达到41%-54%的受精率，及36%-37%的临床妊娠率。
• 这篇文章所示的临床妊娠率，我认为至少在单次周期中是乐观的。

这项技术需要精密的仪器和减震工作台。如图所示，我设计了一个围绕着培养皿的加热台。

• ICSI可以使一个精子和一个卵子结合，降低多精受精的风险。

• 康奈尔大学生殖医学中心在人类辅助生殖技术领域有近30年的历史。从我在这里至少参与了进行了62,000多个周期。

如图所示，1993年ICSI占比约32%。其后逐年增长，2002年占比达74%。

自2012年以来，ICSI的占比已超过90%；现在占比约96-97%，IVF的占比较少。

• 30年以来，我们在46138个周期中，其中90%通过体外射精获取精子，约9%通过显微手术获取。

• 如图所示，在通过射精获取精子的42,040个周期中，配偶的平均年龄为38.5±5岁，大多数男性精液参数是异常的，约17%至少有一项精液参数正常。

• 在357,000例经注射的卵母细胞中，有97%存活。
• 正常受精者占78%，异常受精占3%-6%，包括1PN和3PN。

• ICSI使我们可以使用各种来源的精子：

无论是体外射精、电刺激取精，还是逆行射精尿液中收集的精子；也不管是新鲜精子还是冷冻精子。

• 从图中可以看出，不同来源精子的受精率是相对一致的，为74-78%；临床妊娠率为36%-46%。

接下来我们讨论最严重的情况。

针对精子数量≤1×10^6的严重少精子症患者，在2400多个周期中，平均精子浓度约200,000/ml，活动精子占18%，正常形态精子占1%，受精率为61%，临床妊娠率接近50%。

某些情况下，我们没有找到精子，这在过去被诊断为无精子症，但在精液离心后可以找到精子，如图中标志所示，这些就是隐匿精子症。

对于这些患者，我们发现发现离心后其精子浓度为70,000/ml左右，活动精子占17%左右，受精率为53%，临床妊娠率为53%。

• 关于男性不育，我们都知道不同疾病会不同程度地影响精子发生。
• 对男性生育影响最大是无精子症，无精子症又可以分为：

梗阻性和非梗阻性无精子症。

针对无精子症患者，我们与康奈尔大学男性生殖显微外科中心共同进行了一系列研究。

• 在3500个周期中，配偶平均年龄为36岁，比前一组要年轻许多；
• 其中1/3患者取附睾精子，另外2/3取睾丸精子。

• 梗阻性无精子症，病因包括先天性双侧输精管缺如、不可重建的输精管结扎、感染、创伤等。
• 手术方式是经皮附睾穿刺，采用的是康奈尔的方法。
• 若不能从附睾中获取精子，我们也可直接从睾丸中取精。

• 我们将梗阻性无精子症分为按先天性因素和后天获得性因素。

如图所示，在600多个MESA获取精子的ICSI周期中，精子浓度在12万-16万/ml之间，活动精子百分比占6%-7%，正常形态精子占1%左右，受精率为70%-72%，临床妊娠率为47%-55%。

有些情况下，很难从附睾中获取精子。

• 对于梗阻性无精子症患者，如果经附睾途径取精不可行，我们就进行睾丸活检，共337例，我们在所有病例中都找到了精子。
• 而对于非梗阻性无精子症患者，我们在61.9%（1753/2833）的病例中找到了精子。

非梗阻性无精子症患者中：

• 约49.4%属于生精功能低下，其次是唯支持细胞综合征（26.6%）、生精阻滞（24.1%）。
• 对于后两种情况我们未能获取到成熟精子，以上都是通过睾丸活检取精的情况。

此后，康奈尔大学的Peter Schlegel教授报道了显微取精技术。这是一个显微取精术的视频，我们需要找到粗大的生精小管，并确定有无精子。

从这个表可见：

① 对于梗阻性无精子症，我们能获取的精子浓度可达8×10^6/mL，而对于非梗阻性无精子症，我们能获取的精子浓度仅0.2×10^6/mL。

② 获取精子的活率约在1%-3%，正常形态为几乎0%。导致这些异常的原因与衡量标准有关，因为我们采用的精液参数标准并不是为手术获取的精子制定的。

③ 受精率为47.5%-66%，妊娠率为38.5%-42.9%。

我们也对克氏综合征患者进行了外科取精:

• 375例睾丸活检中60%获取到了精子，受精率为47.5%，分娩率为35.5%。
• 共出生了100个新生儿，这些新生儿健康状况均良好，染色体正常，性别分布几乎均等。

我们在2014年进行了这项研究，我们想看看在极端病例中尽力寻找精子是否值得?

• 我们将30分钟内找到精子的病例作为对照组，对于射精精液组，寻找精子的时间长至4个小时；
• 对于睾丸取精组，寻找精子的时间长至6小时以上。

先看一下受精率：

• 对于射精精液组，寻找精子时间在30分钟以内的对照病例受精率为75%，而寻找精子时间在30分钟～3小时的病例依然有50%～60%的受精率。
• 对于睾丸取精组，也有同样的情况：精子较多的对照组有58%的受精率，而寻找精子时间超过3小时的病例依然有25%的受精率。

我们再看看临床妊娠率：

• 对于射精精液组，即使寻找精子时间超过3小时，依然有50%的妊娠率。
• 对于睾丸取精组，寻找精子时间在30分钟以内的对照组有41%的妊娠率，而寻找精子时间超过3小时的病例仍有23%的妊娠率。
• 因此，我们实际上无法确定一个具体的时间。只要我们找到一个精子，无论需要多长时间，都有受精的机会，也有获得胚胎和妊娠的机会。

• 以上研究中的精子，无论是精液精子还是睾丸精子，离理想精子都有差距。
• 但幸运的是，对我们来说只要有一个精子，无论形态如何，只要有一定活力迹象或是从睾丸新鲜取出的，就有受精和成功妊娠的机会。

我们进一步看看使用有活力和无活力的精子进行ICSI是否有区别：

① 使用有活力精子时，射精精子组受精率为76%，临床妊娠率为43%，分娩率为40%。睾丸精子组受精率为59%，临床妊娠率为42%，分娩率为40%。

② 使用无活力精子时，你会看到受精率下降，临床妊娠率和分娩率减半。

我们再来对比下使用新鲜或冷冻精子的区别：受精率的差异：

① 射精精子组：新鲜vs.冷冻精子的受精率为75.7% vs.76.0%。

② 附睾精子组：新鲜vs.冷冻精子的受精率为71.4% vs.70.2%。

③ 睾丸精子组：新鲜Vs.冷冻精子的受精率为49.1% vs.49.4%。

临床妊娠率：

① 新鲜精子：附睾精子组为60.8%，睾丸精子组为44.9%。

② 冷冻精子：附睾精子组为46.2%，睾丸精子组为38.2%，会比使用新鲜精子略低。

因此，附睾精子要优于睾丸精子，新鲜精子要优于冷冻精子。

我们知道，精子具有高度有序的结构，高度超螺旋的DNA围绕在鱼精蛋白核心上，除了有组蛋白残留的连接区域。

我们与Philip Xie 和Marc Goldstein 合作进行了这项研究。

• 我们发现无论通过SCSA（精子染色质结构分析）或TUNEL（末端脱氧核苷酸转移酶介导的dUTP缺口末端标记）等检测方法来评估，这些患者的精液中精子的DNA碎片率均较高（约30%）。
• Marc Goldstein 教授收集了精液样本，我们做了TUNEL检测，结果在18-22%之间。TUNEL检测的阈值为15%，提示这些精子样本的染色质完整性存在异常。
• 更靠近附睾液的区域DNA碎片化率为15-16%，而睾丸内仅为11%，这说明越靠近“源头”的精子越健康。

• 精液的受精率为66%，临床妊娠率和活产率仅为4%，预后非常不佳。

• 当我们使用外科获取的精子时，受精率维持在60%，但种植率仅为15%，临床妊娠率为29%，活产率为22%。

2014年我在Fertility & Sterility 杂志发表了一篇关于人类精子染色质完整性的研究。

主要结论是精子DNA碎片率和精子活力存在负相关关系。

因此，我们考虑通过选择性分离精子来解决这个问题，比如使用Zymot或微流控芯片等方法。

我们使用了一种800微升容量的微流控芯片进行了试验。

在这69例病例中，我们发现一些精液参数得以改善：

① 精液量和浓度有所下降。原始精液浓度为28百万/毫升，密度梯度分离后降至17百万/毫升，微流控分离后进一步降至8百万/毫升。但精子活力大幅提高。原始精子活力为33%，密度梯度分离后升至59%，微流控分离后高达97%。

② 同时，精子形态学也有一定改善。

这是我们另一篇相关研究。

我们对原始精液、密度梯度分离样本和微流控分离样本进行了对比分析：

• 在原始精液中，DNA碎片率达到26%。经过密度梯度分离后，碎片率略有下降至18%。
• 但使用微流控分离技术后，DNA碎片率显著降至＜2%。

我们对80对夫妻进行了191个辅助生殖周期。比较密度梯度法与微流控法的临床结局：

• 密度梯度法：受精率为66%，临床妊娠率仅为17%，活产率仅7%，流产率高。
• 微流控分离技术：受精率与密度梯度法相当，仍维持在66%左右。但种植率提高到23%，临床妊娠率升至41%，活产率达到36%，流产率大幅降低。

根据Castano等人的研究，导致高DNA率情况下流产率上升的主要原因，并非整体DNA碎片率水平，而是双链DNA断裂引起的结构性染色体异常。

我们进一步通过comet测定法对原始样本、密度梯度分离样本和微流控分离样本进行了检测：

• 原始精液中双链DNA断裂率为3.6%。
• 经密度梯度分离后,断裂率略降至3%。
• 而使用微流控分离技术后，双链DNA断裂率大幅降低至仅0.3%,可以忽略不计。

我们又开展了另一项研究，共纳入了85对夫妻，进行PGT-A治疗。

• 采用密度梯度法处理精液共88个周期，受精率为67%。PGT 检测后发现整倍体率低。
• 后来我们改用微流控分离精子的方法，进行了86个治疗周期。结果显示，受精率提高到了78%。

• 在这项研究中，我们进一步分析了不同精子分选方法处理后，所获得的胚胎染色体状态：密度梯度法：患者获得的正常二倍体胚胎占比仅为25%。
• 改用微流控分离技术后：正常二倍体胚胎的比例几乎翻倍，达到了43%。

• 从数据来看临床结局的差异：密度梯度法：
• ①种植率仅为7%。
• ② 临床妊娠率为10%。
• ③ 但没有任何成功的分娩，几乎全部流产。
• 改用微流控分离技术时，结果出现了令人惊喜的变化：
• ① 种植率大幅提升至65%。
• ② 临床妊娠率达到64%。
• ③ 最终分娩率高达60%。

另一个值得关注的问题，即使采用了ICSI技术，仍出现了受精失败或者受精率极低的情况。这确实是一个值得密切关注的挑战性问题。

ICSI受精失败的主要原因有：

• 获卵数少；
• 异常受精；
• 磷酯酶Cζ（PLCζ）缺失或异常；
• 卵母细胞无法受精。

研究显示，存在PLCζ缺陷的精子，比如圆头精子症患者，会出现受精障碍。

2020年Stephanie Cheung 发表了一篇PLCζ相关的前瞻性队列研究。纳入114对接受ICSI治疗、受精率小于10%的夫妇。对患者精子进行PLCζ检测。

• 精子PLCζ检测阳性的患者，后续予以改良的促排方案；
• 精子PLCζ检测阴性的患者，行卵母细胞激活实验（MOAT）并进行基因组检测，以明确与PLCζ表达异常相关基因。

精子PLCζ检测阳性的患者中，有52对夫妇的不孕因素为卵子相关卵母细胞激活失败。

该部分患者后续接受了改良促排方案。与对照组相比，受精率和临床妊娠率都有显著性提高。

精子PLCζ检测阴性的患者中为24例。 对于该组患者后续给予辅助配子治疗（AGT），结果显示，与对照组相比，受精率和临床妊娠率也显著提升。

• 很多夫妇对子代性别有选择的愿望，在欧洲，性别选择存在争议性；在美国是可行的。
• 2023年Cheung 发表了一篇非随机的临床研究，探讨一种精子性别选择新技术的安全性和有效性。

• 该研究中，有52对夫妇希望生育女孩，共经历70个ICSI-PGTA-GS周期，最终82.7%的夫妇获得女性胚胎，临床妊娠率达到62.1%，出生率为51.7%。

• 另有46对夫妇希望生育男孩，经历50个ICSI-PGTA-GS周期，结果显示86.9%的胚胎为男性胚胎，临床妊娠率和出生率为66.7%。
• 这项精子性别选择新技术效率较高，而且对胚胎发育和子代健康都没有不利影响。

人工智能辅助的鞭毛追踪方法，可以帮助区分X精子和Y精子。

自从我加入康奈尔大学的生殖医学团队后，至今已出生22,500个孩子。

目前制约ICSI成功率的因素是女方年龄。

• 35岁以上女性，活产率为42%。
• 此后随着女方年龄增加，活产率逐步下降。
• 46岁以上，仅有3.5%。

我们课题组也十分关注辅助生殖技术出生后代的健康状况。

• 为此，我们开展了一项临床研究，评估严重不育男性IVF/ICSI治疗后其子代3岁时的认知和行为发育状况。研究结果于2021年发表在《美国研究与妇科杂志》。
• 研究纳入2,365个儿童，平均年龄3岁±6月，一共451个IVF周期儿童和1,914个ICSI周期儿童，由父母填写问卷询问儿童发育和儿童行为两大块内容。

我们发现：

• 无论是 IVF 还是 ICSI 儿童，他们的出生和围产期结果都相当。
• 有趣的是，与 IVF 相比，ICSI 受孕儿童中表现出异常发育的儿童较少。
• 更深入的研究发现，在 ICSI 孩子中，那些通过手术治疗获取精子出生的孩子比用常规取精方式获得精子出生的孩子发育异常的风险更低。
• 而且有趣的是，我们注意到第 3 天胚胎移植怀孕的孩子的异常行为比第 5 天囊胚移植怀孕的孩子更高。

因此，深度研究ICSI 过程及后代长期预后很重要，我们也可以尝试开发其他治疗程序以优化ICSI技术。

让我们来回顾一下ICSI的发展历程：

• 1992年首次报告了ICSI技术。不久，我们就发现可以利用穿刺附睾和睾丸取出精子以进行ICSI。
• 随后，冷冻保存的附睾和睾丸也可以使用。ICSI技术也促进了卵母细胞冷冻保存的发展。
• 我们对单基因缺陷性疾病进行胚胎移植前单细胞基因测序，它非常有用，至少在理论上可以减少后代遗传基因缺陷的机会。

• 因此就ICSI 的适应症而言，我们都认同ICSI是治疗男性因素不育的理想选择；无论不育因素是射精障碍，还是少精子症、无精子症、圆头精子症，以及来源于附睾病因和睾丸病因的男性不育。
• 但在不同国家和不同生殖中心，ICSI 对非男性因素不育的适应症应用存在争议。尤其是在卵母细胞畸形、法律限制、植入前遗传学检测(PGT)， HIV 单方感染等原因导致 IVF 受精失败或受限的情况下，存在应用ICSI的争议。

这是79 个国家参与的一项国际辅助生殖技术监测委员会开展的研究。

• 黄色标识的国家提供 ICSI 和IVF技术服务。浅蓝色标识的ICSI比例超过80% 。
• 深蓝色标识的几乎全部采用ICSI技术（译者注：由于网络延迟，深蓝色标识的国家未显示，感兴趣的读者可查阅ICMART官网图片）。

• 你可以看到，仅在 2018 年，79 个国家进行了超过 1,800,000 个辅助生殖技术周期，包括ICSI 和IVF。
• 大约有 770,000 多名新生儿，其中超过 60％ 是通过 ICSI 进行的。

• 为此，我们进行了额外的研究，试图从接受辅助生殖技术的男性获得患者遗传学和表观遗传学信息。
• 研究纳入了大约 100 名精液参数正常或基本正常的男性。
• 其中一些人通过 ART 实现了怀孕，被称为可育的不育；
• 而另一些人没有。我们通过NGS测序技术在这些男性中识别基因重复和缺失的种类和数量。

• 对照组为正常男性捐赠的精子，突变的数量非常少。

• 而无法自然怀孕但经过辅助生殖技术治疗后能够达成怀孕的男性，他们基因的重复和缺失很少，都在一定范围内。

• 但令人担忧的是，对于那些ART技术无法完成怀孕的男性来说，他们基因的重复和缺失的比例要高得多。

因此，我们还通过 RNA 测序来尝试识别基因表达异常。如参与顶体发育的特定基因、着丝粒发育的基因（例如 PPLK4）、参与鞭毛发育的线粒体的 CasPRE 基因等。我们发现 CasPRE 基因的表达与精子的受精能力及其运动能力之间存在相关性。

此外，我们进一步做了精子基因组学研究。

• 31例不明原因不育夫妇接受ICSI治疗，其中21例ICSI治疗后仍未孕，将未孕组按照妊娠结局分为4组：完全受精失败、胚胎发育潜能差、种植失败、妊娠丢失。



• 在完全受精失败组，我们进行了PLCζ免疫荧光评估；
• 在胚胎发育潜能差组评估卵细胞的中心体；
• 在种植失败组，我们不光进行中心体检测，而且用透射电镜对精子超微结构进行检查。然后对于所有患者进行了全外显测序。

我们发现：

• 在完全受精失败组：ADAM15、PLCZ1等基因突变，这些基因与精卵结合、卵子激活等相关。
• 在胚胎发育潜能差组：突变的基因主要与精子发育和减数分裂相关。
• 在种植失败组： 突变基因的功能主要涉及：维持微管完整性和中心体发育，及与胚胎着床有关的白细胞介素调节。
• 在妊娠丢失组：有更多的基因受到功能性影响功能，可能包括维持中心体和微管完整性，调节滋养层发育，调控DNA修复和凋亡。

因此，这项研究给予我们启示：

• 精子的基因突变可能导致不育。
• 未来可以据此设计一种用于诊断精子异常的软件，利用精子DNA测序作为未来预测男性不育因素的一种精准医学工具。

然后，我们做了一些转录组方面的工作，用RNA测序来预测无精子症患者的睾丸是否可以成功取出精子。

• 对于精液分析确诊为无精子症的患者，我们对这些患者睾丸取精，其中有12个患者睾丸检见精子，其余患者未检见精子。
• 我们对所有患者精浆进行RNA测序，在存在精子患者的精浆中发现2个基因高表达：TPTE2和NEU1。令人惊讶的是，这2个基因在未检见精子组低表达。

• 接下来我们通过DNA测序来观察RNA表达异常是否是由基因突变引起的。我们从检见精子组的3个患者中，发现NEU1的同义突变，这种突变对于基因的功能影响很小，TPTE2没有发现任何突变。而对于无精子组，我们发现7名患者在NEU1和TPTE2存在阅读框改变突变，这是一种非常严重的突变。
• 我们知道这些基因既往曾被报道与精子的生成或运动有关，如TPTE2与严重精子活动障碍有关。但是这些基因突变是否是无精子症的原因，还是只是跟无精子症相关，还有待于进一步研究。

总之，未来通过进一步研究，用RNA测序来预测无精子症患者的睾丸是否可以成功取出精子，这本身就是一个非常有意思的课题。

接下来我们做了一些关于人工智能（AI）方面的探索：

• 我们在2015年开始研究精子的三维结构，通过大量观察精子尤其是头部结构和运动，开发了一种可以重建精子的程序。这项研究发表在Fertil Steril。

• 最近有个南非团队在RBMO上发表了一项研究，他们通过AI来观测精子形态的异常。

• 我们在康奈尔大学的研发团队共同研发一个可以进行精子筛选的AI软件。
• 利用精子在人造微流道晶片系统(microfluidic corral system)游动的特性，清楚选取精子的动态影像，挑选出游动的最快，型态最完整的精子。以上是发表的论文可供大家参考。

• 我们与该团队深入研究并制造了类似狭窄的输卵管的微流道结构，并观测这是否有助于筛选出具有最高基因组完整性且运动力最高的精子。以上是这篇论文供大家参考。

• 透过影像我们可以观察到精子在微流道中摆动尾部。

• 上面这篇是英国伯明罕大学的一项研究，他们建立了精子鞭毛运动并数学运算模型，能够选取精子动态影像，不仅是鞭毛，还可观察鞭毛周围的介质颗粒的变化情况。
• 因此也可以识别精子周围特定的环境是否有利精子运动，这些数据都可用于帮助控制优选精子质量。

• 这是我们最近与康奈尔大学(Ithaca校区)研究小组合作发表的论文，利用声波原理开发新系统，让我们能够从卵母细胞中去除卵丘。

我们其实还有另一项专有技术正在发展，目前还不便透露，但我们认为很快就能提供给所有临床实验室使用。
上面这是一种不会伤害卵母细胞、去除卵丘细胞的方法。因此可以消除人为操作因素。

• 我们对辅助生殖科技未来的展望是利用实验室芯片(Lab-on-a-chip)，整合多种化学、生物分析功能于单一小型芯片上，通过处理非常微小液量的液体，以达到检验的目的。通常是使用微机电系统技术制出微小尺度的渠道，致动器，传感器等来帮助生殖技术的发展。
• 在这个 iPhone 大小的盒子中，可以设计装载复杂的检验装置，这可以大大降低技术研发成本。

• 譬如我们在这微流体盒一侧放置精子，透过磁或电导极，引导精子游动并观察。

• 我们也可在这微流体盒流道过程中去除卵丘细胞，让卵细胞游离出来。

• 我们能够观察 Germinal vesicle (GV)是 M 1 还是 M 2， 并移动到另一个区域将其分离开来，固定到位以准备进行卵胞浆内注射。

• 也可以透过激光激活并获得稳定膜的精子，然后注射进入卵细胞。

• 这该过程中，还可以对其进行修改以执行多种基因测试、胚胎植入前诊断。
• 整合的微流体盒包括适当的细胞阶段识别、透过微流体电流进行配子推进、将精子显微注射到卵母细胞中，以及随后的胚胎培养和监测，从而优化和推广体外授精技术。

• 事实上，我们可以人为制造胚胎，在这个细胞球化(spherification)过程中，透过延时摄像可观察到这个特殊的新配子发育过程。
• 我们利用小鼠干细胞和胚胎干细胞，让它们分化成配子，带有鞭毛，并将它们注射到卵细胞中，透过延时摄像可以观察到一个完整的植入发育。
• 目前虽然还未能产生子代，不过过程已经非常令人振奋了。

在卵子研究方面，我们团队也在Nature Communications Biology 期刊发表了相关研究进展。

• 我们从小鼠卵细胞中取出纺锤体，使之成为单倍体体细胞。单倍体体细胞和精子原核(PN)形成受精卵。
• 11个胚胎标本发育，随着时间过去，和对照组进行比较，我们能够鉴定出其中有5个正常的男性和女性胚胎。

• 最后产生三个子代。

• 所以我们可以得出结论：现阶段ICSI是治疗男性不育症的最终方法。
• 对获得理想精子的探索是充满希望的，而我们正在取得进展。我们对精子基因组完整性有持续性新的认识，未来甚至我们可以“挑选”精子。人工智能化或自动化 ICSI 可能会是未来的趋势。

最后，我要感谢康奈尔大学的Marc Gildstein教授，他引领我能够进入这一领域，今天才能向大家发表这个演讲。谢谢大家!

【编者后述】

非常荣幸地邀请到我在康奈尔大学的好友兼同事Gianpiero D. Palermo教授到《康中论坛》，特别主讲专题报告“ICSI的发现历程：回顾过去、思考现状，展望未来”。

Gianpiero D. Palermo教授是世界著名的生殖医学专家、胚胎学家和辅助生殖技术(ART)领域的先驱，被誉为ICSI之父。我们在康奈尔大学共同致力于生殖医学已有三十多年，结下深厚友谊。Palermo教授在ICSI的开发和改进中发挥了重要作用，他的开创性工作彻底改变了生殖医学的发展模式，使全球数千万不育症患者成功受精，极大地改变了生育治疗的格局。他的创新帮助了无数夫妇实现为人父母的梦想。

根据最新的美国生殖医学会和美国辅助生殖技术协会(SART)报告，2022年美国IVF/ICSI技术辅助妊娠占所有新生儿的2.5%。通过IVF/ICSI出生的婴儿数量从2021年的89,208人增加到2022年的91,771人。这一增长意味着美国所有分娩中有2.5%是成功的ART周期的结果。368家SART成员诊所进行的IVF周期总数比2021年增加了6%以上（从2021年的368,502例增加到2022年的389,993例）。

最近，美国辅助生殖技术协会(SART)主席、康奈尔大学生殖中心教授Steven Spandorfer教授对媒体说：“尽管存在政治干预的威胁，但越来越多的美国人依然选择通过IVF/ICSI来建立家庭。很明显，任何限制IVF途径的努力都会导致一个简单的结果，即婴儿数量减少，幸福的父母和祖父母数量减少。”

2024年，康奈尔大学生殖医学中心再次名列全美第一生殖医学中心。我个人认为，Gianpiero D. Palermo教授凭借其对全球和人类生殖医学的杰出贡献，终将成为诺贝尔医学奖的有力候选人之一。

此次学术活动，我特别邀请了中国男性和女性生殖医学界的两位新秀：广州医科大学第三医院副院长、生殖中心男科主任安庚教授，以及香港大学深圳医院生殖医学中心副顾问医生、副主任医师王天任教授担任共同主持人。同时，还特别邀请了八位嘉宾专家进行点评（排名不分先后）：郭海彬、刘卓、平萍、周梁、洪错、麦肇敬、田龙、郑裕生。他们在百忙之中，经过近四周的共同努力，完成高质量的导读执笔，幕后文字翻译、编辑整理和审校的工作，其工作量巨大，难以想象。

我代表康中会主席周任远教授，康中会全体会友和《康中论坛》编辑部执行主任周梁教授，再次感谢她（他）对推动中国生殖医学和泌尿男科的学科建设和健康发展的无私奉献！

李石华(Philip S. Li)

《康中论坛》主席

于2024/7/10 纽约

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《康中论坛》第41期 2024

本期论坛主持人

（按姓氏拼音排序）

安庚 王天任

讨论专家、资料翻译专家

（按翻译时段排序）

郭海彬、洪锴、刘卓、麦肇敬

平萍、田龙、周梁、郑裕生

本期论坛特邀导读执笔

王天任（导读执笔）

安庚（导读审核）

本期视频录制/编辑

周 梁

本期责任编辑/审校

安庚、王天任、周梁、李石华(Philip S. Li)

本期论坛策划/终审

李石华(Philip S. Li)

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