Nội dung chính

  1. Đặt vấn đề

Mặc dù quá trình thụ tinh diễn ra bình thường, không phải tất cả hợp tử đều có khả năng tiếp tục phát triển đến giai đoạn phôi nang. Hiện tượng phôi ngừng phát triển có thể xảy ra ở nhiều thời điểm, từ những lần phân chia đầu tiên cho đến giai đoạn phôi dâu. Bên cạnh các bất thường nhiễm sắc thể và rối loạn hoạt hóa bộ gen phôi, những thay đổi trong hoạt động chuyển hóa tế bào cũng được xem là yếu tố có thể ảnh hưởng đến năng lực phát triển của phôi[1]. Trong đó, ty thể đóng vai trò quan trọng không chỉ trong quá trình sản xuất năng lượng mà còn tham gia điều hòa cân bằng oxy hóa–khử và nhiều hoạt động nội bào. Tuy nhiên, mối liên hệ giữa rối loạn chức năng ty thể và hiện tượng phôi ngừng phát triển vẫn cần được làm rõ, đặc biệt trong việc xác định liệu những thay đổi này là nguyên nhân hay hệ quả của quá trình ngừng phát triển.

Đặc điểm đáng chú ý của phôi tiền làm tổ là nhu cầu năng lượng thay đổi theo từng giai đoạn. Phôi không chỉ cần ATP để duy trì hoạt động sống mà còn phải phối hợp quá trình tổng hợp vật chất, nhân đôi DNA, phân chia tế bào và biệt hóa. Khi một con đường chuyển hóa hoạt động không phù hợp với trạng thái phát triển, sự mất cân bằng có thể xảy ra ngay cả khi tế bào vẫn còn nguồn năng lượng. Vì vậy, bài viết tập trung vào sự điều hòa hoạt động ty thể trong phôi người, những bằng chứng liên hệ rối loạn chuyển hóa với ngừng phát triển và giới hạn của các phương pháp đánh giá hiện có trong labo IVF.

  1. Hoạt động ty thể thay đổi như thế nào trong phôi trước làm tổ?

Ở giai đoạn phát triển sớm, ty thể của phôi chủ yếu có nguồn gốc từ noãn và được phân bố vào các phôi bào qua những lần phân chia liên tiếp. Trong giai đoạn này, quá trình nhân đôi DNA ty thể diễn ra ở mức hạn chế và chỉ gia tăng rõ rệt ở những giai đoạn phát triển muộn hơn. Vì vậy, lượng DNA ty thể trong mỗi phôi bào có thể giảm dần khi số lượng tế bào tăng lên. Tuy nhiên, lượng DNA ty thể không phản ánh trực tiếp số lượng ty thể hoặc khả năng sản xuất ATP, bởi chức năng của ty thể còn phụ thuộc vào trạng thái hoạt động và khả năng điều hòa chuyển hóa. Do đó, sự khác biệt về số bản sao DNA ty thể giữa các phôi bào không nhất thiết đồng nghĩa với sự khác biệt tương ứng về khả năng tạo năng lượng[1].

Pyruvate, lactate và glucose là những cơ chất quan trọng tham gia vào quá trình chuyển hóa năng lượng của phôi tiền làm tổ. Trong nghiên cứu trên phôi người, Wilding và cộng sự (2002) ghi nhận rằng sự thiếu hụt các cơ chất năng lượng trong môi trường nuôi cấy làm giảm điện thế màng ty thể và ảnh hưởng đến khả năng phân chia của phôi. Đáng chú ý, việc bổ sung pyruvate giúp duy trì điện thế màng ty thể và hỗ trợ quá trình phân chia, trong khi glucose hoặc lactate khi được sử dụng riêng lẻ không mang lại hiệu quả tương tự đối với điện thế màng ty thể. Kết quả này cho thấy vai trò quan trọng của pyruvate trong chuyển hóa năng lượng ở giai đoạn phát triển sớm. Tuy nhiên, sự khác biệt về khả năng sử dụng các cơ chất trong điều kiện thí nghiệm không đồng nghĩa với việc cần tăng nồng độ pyruvate trong môi trường nuôi cấy hoặc phủ nhận vai trò chuyển hóa của glucose và lactate[2].

Trong nghiên cứu công bố tháng 10/2026, Piasecki và cộng sự đã phân tích hai bộ dữ liệu giải trình tự RNA đơn bào nhằm khảo sát sự thay đổi hoạt động của ty thể trong quá trình phát triển phôi người. Kết quả cho thấy biểu hiện của các gen liên quan đến chức năng ty thể có sự thay đổi đáng kể ở giai đoạn chuyển tiếp từ bốn đến tám tế bào, trước thời điểm hoạt động phosphoryl hóa oxy hóa gia tăng rõ rệt ở giai đoạn phôi dâu muộn đến phôi nang. Phát hiện này gợi ý rằng ty thể có thể tham gia điều hòa các quá trình phát triển phôi ngay cả khi nhu cầu sản xuất ATP thông qua phosphoryl hóa oxy hóa chưa tăng cao. Tuy nhiên, do nghiên cứu chủ yếu dựa trên dữ liệu phiên mã, những thay đổi về biểu hiện gen chưa thể được xem là bằng chứng trực tiếp về hoạt động hô hấp của ty thể hoặc mối quan hệ nhân quả với hiện tượng phôi ngừng phát triển[1].

  1. Rối loạn ty thể có thể ảnh hưởng đến sự phát triển phôi qua những cơ chế nào?

Mất cân bằng giữa cung cấp và sử dụng năng lượng: Trong quá trình phát triển sớm, phôi cần được cung cấp đủ ATP để duy trì các hoạt động thiết yếu như tổ chức khung xương tế bào, vận chuyển nội bào, điều hòa cân bằng ion và thực hiện những lần phân chia liên tiếp. Khi chức năng hô hấp của ty thể suy giảm, khả năng sản xuất ATP có thể không đáp ứng được nhu cầu năng lượng của phôi, từ đó ảnh hưởng đến tiến trình phát triển. Tuy nhiên, rối loạn chuyển hóa năng lượng không chỉ biểu hiện qua sự thiếu hụt ATP mà còn có thể liên quan đến tình trạng gia tăng hoạt động hô hấp bất thường. Do đó, mức độ hoạt động của ty thể cần được xem xét trong mối tương quan với nhu cầu chuyển hóa ở từng giai đoạn, thay vì cho rằng hoạt động hô hấp càng cao thì năng lực phát triển của phôi càng tốt.

Rối loạn cân bằng oxy hóa–khử: Trong quá trình phosphoryl hóa oxy hóa, ty thể là một trong những nguồn tạo ra các dạng oxy phản ứng (Reaction Oxygen Species - ROS) nội sinh. Ở nồng độ sinh lý, ROS đóng vai trò là phân tử tín hiệu, tham gia điều hòa nhiều hoạt động của tế bào. Tuy nhiên, khi lượng ROS được tạo ra vượt quá khả năng kiểm soát của hệ thống chống oxy hóa, tình trạng stress oxy hóa có thể xảy ra, gây tổn thương lipid màng, protein và DNA, từ đó ảnh hưởng đến sự phát triển của phôi. Vì vậy, việc duy trì cân bằng oxy hóa–khử có ý nghĩa quan trọng hơn so với loại bỏ hoàn toàn ROS. Mặc dù stress oxy hóa được xem là một trong những cơ chế có thể góp phần làm suy giảm khả năng phát triển của phôi, hiện chưa đủ cơ sở để khẳng định tình trạng tăng ROS là nguyên nhân của mọi trường hợp phôi phân chia chậm hoặc việc bổ sung chất chống oxy hóa vào môi trường nuôi cấy sẽ cải thiện kết cục lâm sàng.

Rối loạn điện thế màng ty thể: Điện thế màng trong ty thể đóng vai trò quan trọng trong quá trình phosphoryl hóa oxy hóa và tổng hợp ATP. Những thay đổi trong hoạt động của chuỗi truyền electron hoặc quá trình sử dụng cơ chất có thể làm biến đổi điện thế màng, qua đó ảnh hưởng đến chức năng chuyển hóa của ty thể. Trong nghiên cứu của Acton và cộng sự (2004), điện thế màng ty thể được khảo sát bằng phương pháp nhuộm huỳnh quang trên phôi chuột và phôi người. Kết quả ghi nhận ở phôi người giai đoạn tám tế bào, tỷ lệ ty thể có điện thế màng cao gia tăng cùng với mức độ phân mảnh của phôi. Phát hiện này cho thấy điện thế màng ty thể cao không nhất thiết phản ánh chức năng chuyển hóa tối ưu hoặc năng lực phát triển tốt hơn. Tuy nhiên, nghiên cứu mới chỉ ghi nhận mối liên quan giữa điện thế màng ty thể và mức độ phân mảnh, chưa xác định được liệu sự thay đổi điện thế màng là nguyên nhân hay hệ quả của những bất thường trong quá trình phát triển phôi[3].

Rối loạn mối liên hệ giữa chuyển hóa và điều hòa biểu hiện gen: Bên cạnh vai trò cung cấp năng lượng, các chất chuyển hóa còn tham gia điều hòa hoạt động của enzyme và những biến đổi biểu sinh có liên quan đến biểu hiện gen. Trong đó, sự cân bằng NAD⁺/NADH, quá trình tạo acetyl-CoA và chuyển hóa lactate có thể ảnh hưởng đến hoạt động của các enzyme điều hòa trạng thái nhiễm sắc chất. Những thay đổi này có khả năng tác động đến sự biểu hiện của các gen cần thiết cho quá trình phát triển phôi, đặc biệt trong giai đoạn chuyển tiếp từ sự điều hòa của mẹ sang hoạt động của bộ gen phôi. Vì vậy, rối loạn chuyển hóa có thể ảnh hưởng đến năng lực phát triển của phôi thông qua những thay đổi trong điều hòa biểu hiện gen, ngay cả khi tình trạng thiếu hụt ATP không phải là yếu tố chủ yếu. Tuy nhiên, mức độ đóng góp của cơ chế này vào hiện tượng phôi ngừng phát triển ở người vẫn cần được làm rõ.

  1. Bằng chứng trực tiếp từ phôi người ngừng phát triển

Trong nghiên cứu công bố năm 2022, Yang và cộng sự đã phân tích đặc điểm biểu hiện gen của các phôi người ngừng phát triển sau thụ tinh trong ống nghiệm. Dựa trên sự khác biệt về biểu hiện gen, nhóm tác giả phân loại các phôi ngừng phát triển thành ba nhóm với những đặc điểm phân tử riêng biệt. Trong đó, nhóm I có biểu hiện rối loạn quá trình chuyển tiếp từ sự điều hòa của mẹ sang hoạt động của bộ gen phôi, trong khi nhóm II và III đã trải qua giai đoạn chuyển tiếp này nhưng xuất hiện những bất thường liên quan đến chuyển hóa và điều hòa biểu hiện gen. Đáng chú ý, cả ba nhóm đều có những thay đổi phân tử gợi ý trạng thái tương tự lão hóa tế bào, bao gồm sự suy giảm biểu hiện của các gen liên quan đến chức năng ribosome, protein histone và điều hòa chu kỳ tế bào. Những kết quả này cho thấy phôi ngừng phát triển có thể liên quan đến nhiều dạng rối loạn phân tử khác nhau, thay vì chỉ xuất phát từ một cơ chế chung[4].

Phân tích sâu hơn về đặc điểm chuyển hóa cho thấy sự khác biệt giữa nhóm II và nhóm III. Cụ thể, nhóm II có biểu hiện giảm của các gen liên quan đến quá trình đường phân, trong khi các gen tham gia phosphoryl hóa oxy hóa có mức biểu hiện tương đối cao. Ngược lại, nhóm III ghi nhận sự suy giảm biểu hiện gen liên quan đến cả hai con đường chuyển hóa này. Kết quả cho thấy các phôi ngừng phát triển có thể mang những đặc điểm rối loạn chuyển hóa khác nhau, thay vì cùng biểu hiện tình trạng suy giảm sản xuất năng lượng. Tuy nhiên, những nhận định trên chủ yếu dựa vào dữ liệu phiên mã, chưa phản ánh trực tiếp hoạt động đường phân, chức năng hô hấp ty thể hoặc lượng ATP thực tế trong từng phôi[4].

Trong nghiên cứu này, Yang và cộng sự (2022) tiếp tục khảo sát khả năng phục hồi sự phát triển của các phôi đã ngừng phân chia thông qua việc sử dụng resveratrol hoặc nicotinamide riboside. Ở nhóm được xử lý bằng resveratrol, 19/42 phôi tiếp tục phát triển sau can thiệp, tuy nhiên chỉ có ba phôi đạt đến giai đoạn có đặc điểm hình thái tương tự phôi nang. Phân tích biểu hiện gen cho thấy những phôi phát triển trở lại vẫn tồn tại các bất thường phân tử, cho thấy sự tiếp tục phân chia không đồng nghĩa với việc chức năng tế bào đã được phục hồi hoàn toàn. Kết quả này gợi ý rằng một số phôi ngừng phát triển có thể đáp ứng với các tác động lên con đường chuyển hóa trong điều kiện thực nghiệm. Tuy nhiên, nghiên cứu chưa cung cấp bằng chứng về khả năng phát triển bình thường, tính ổn định di truyền hoặc tiềm năng sinh sản của những phôi sau can thiệp[4].

Trong nghiên cứu được công bố trực tuyến năm 2024, Li và cộng sự đã sử dụng mô hình phân tích chuyển hóa dựa trên dữ liệu về các RNA đang được dịch mã để khảo sát những thay đổi chuyển hóa ở phôi người ngừng phát triển. Kết quả cho thấy các phôi ngừng phát triển tại giai đoạn tám tế bào có dấu hiệu thiếu hụt lactate nội sinh, đi kèm với sự suy giảm mức độ lactyl hóa histone H3 tại vị trí lysine 18 (H3K18la) và rối loạn quá trình hoạt hóa bộ gen phôi. Thông qua các thí nghiệm trên phôi chuột và phôi người ba tiền nhân đã được chỉnh sửa, nhóm tác giả tiếp tục ghi nhận rằng việc tác động lên con đường chuyển hóa lactate có thể làm thay đổi mức độ lactyl hóa histone và ảnh hưởng đến tiến trình phát triển phôi. Những phát hiện này gợi ý mối liên hệ giữa chuyển hóa lactate và cơ chế điều hòa biểu hiện gen trong giai đoạn phát triển sớm. Tuy nhiên, vai trò nhân quả của sự thiếu hụt lactate nội sinh đối với hiện tượng phôi người ngừng phát triển vẫn cần được làm rõ bằng các nghiên cứu tiếp theo[5].

Tuy nhiên, nghiên cứu trên không có nghĩa rằng tăng lactate trong môi trường nuôi cấy sẽ khắc phục được phôi ngừng phát triển ở chu kỳ IVF thông thường. Lactate nội sinh, lactate được cung cấp từ ngoài và chất tham gia phản ứng lactyl hóa không thể xem là những yếu tố có tác dụng tương đương. Hơn nữa, mô hình phôi ba tiền nhân được chỉnh sửa khác với phôi hai tiền nhân có khả năng sử dụng lâm sàng. Giá trị chính của nghiên cứu là cho thấy sự gián đoạn chuyển hóa có thể ảnh hưởng đến tín hiệu điều hòa gen, chứ chưa xác lập một biện pháp điều trị[5].

  1. Từ thay đổi chuyển hóa đến những dấu hiệu có thể quan sát trong labo

Trong thực hành labo IVF, đánh giá hình thái và hệ thống time-lapse giúp ghi nhận số lượng phôi bào, mức độ phân mảnh và diễn tiến phân chia, nhưng không phản ánh trực tiếp chức năng ty thể. Phôi phân chia chậm có thể liên quan đến rối loạn chuyển hóa, bất thường nhiễm sắc thể hoặc nhiều yếu tố khác.

Một số nghiên cứu đã khảo sát các chỉ dấu chuyển hóa nhằm bổ sung thông tin đánh giá phôi. Goto và cộng sự (2018) đánh giá mức tiêu thụ oxy trên 942 hợp tử. Ở ngày 3, tỷ lệ hình thành phôi nang chất lượng tốt đạt 22,1% ở nhóm có mức tiêu thụ oxy trong khoảng xác định, cao hơn nhóm ngoài khoảng này (14,3%). Tuy nhiên, kết quả chưa thiết lập được ngưỡng áp dụng thường quy hoặc chứng minh khả năng dự đoán trẻ sinh sống[6].

Số bản sao DNA ty thể (mitochondrial DNA - mtDNA) cũng được nghiên cứu như một dấu ấn tiềm năng. Trên 2.633 phôi, Chuang và cộng sự (2024) ghi nhận mối liên hệ giữa mtDNA và thời điểm phát triển phôi nang, nhưng không thấy mối liên hệ độc lập với kết cục thai sớm[7]. Tương tự, Ritu và cộng sự (2022) phân tích 287 phôi nang và không ghi nhận giá trị dự đoán rõ ràng của mtDNA đối với khả năng làm tổ hoặc trẻ sinh sống[8]. Những kết quả này cho thấy lượng mtDNA chưa đủ cơ sở để sử dụng như một dấu ấn độc lập đánh giá chức năng ty thể và năng lực phát triển của phôi.

  1. Kết luận

Rối loạn chức năng ty thể có thể góp phần làm suy giảm năng lực phát triển của phôi thông qua những thay đổi trong chuyển hóa năng lượng, cân bằng oxy hóa–khử và điều hòa biểu hiện gen. Các nghiên cứu trên phôi người cho thấy hiện tượng ngừng phát triển có liên quan đến nhiều dạng rối loạn chuyển hóa khác nhau, thay vì chỉ đơn thuần do thiếu hụt ATP. Tuy nhiên, những bằng chứng hiện có chưa đủ để xác định liệu rối loạn chức năng ty thể là nguyên nhân dẫn đến phôi ngừng phát triển hay là hệ quả của những bất thường đã xuất hiện trước đó. Trong thực hành labo IVF, các thông số hình thái, động học phân chia và số bản sao DNA ty thể vẫn còn hạn chế trong việc phản ánh chức năng chuyển hóa thực tế của phôi. Do đó, cần có thêm những nghiên cứu làm rõ cơ chế và thời điểm xuất hiện rối loạn chức năng ty thể, đồng thời đánh giá giá trị của các dấu ấn chuyển hóa trong dự đoán năng lực phát triển và kết cục lâm sàng.

  1. Piasecki AJ, Franco M, Capelluto F, Khrapko K, Tilly JL, Woods DC. Mitochondria-associated transcription precedes oxidative phosphorylation in human embryos. Reproduction. 2026;172(4). doi:10.1093/reprod/xaag117.
  2. Wilding M, Fiorentino A, De Simone ML, Infante V, De Matteo L, Marino M, et al. Energy substrates, mitochondrial membrane potential and human preimplantation embryo division. Reprod Biomed Online. 2002;5(1):39-42. doi:10.1016/S1472-6483(10)61595-7.
  3. Acton BM, Jurisicova A, Jurisica I, Casper RF. Alterations in mitochondrial membrane potential during preimplantation stages of mouse and human embryo development. Mol Hum Reprod. 2004;10(1):23-32. doi:10.1093/molehr/gah004.
  4. Yang Y, Shi L, Fu X, Ma G, Yang Z, Li Y, et al. Metabolic and epigenetic dysfunctions underlie the arrest of in vitro fertilized human embryos in a senescent-like state. PLoS Biol. 2022;20(6). doi:10.1371/journal.pbio.3001682.
  5. Li J, Hou W, Zhao Q, Xi H, Liu W, Xiao S, et al. Pre-implantation embryo metabolism identified by PEMA reveals endogenous lactate insufficiency contributes to pre-implantation development arrest. Fundam Res. 2026;6(3):1552-1565. doi:10.1016/j.fmre.2024.10.005.
  6. Goto K, Kumasako Y, Koike M, Kanda A, Kido K, Nagaki M, et al. Prediction of the in vitro developmental competence of early-cleavage-stage human embryos with time-lapse imaging and oxygen consumption rate measurement. Reprod Med Biol. 2018;17(3):289-296. doi:10.1002/rmb2.12104.
  7. Chuang TH, Chou HH, Kuan CS, Liu SC, Kao CW, Wu YH, et al. Dependency of mitochondrial quantity on blastocyst timeline obscures its actual effect to pregnancy outcomes. Front Endocrinol (Lausanne). 2024;15:1415865. doi:10.3389/fendo.2024.1415865.
  8. Ritu G, Veerasigamani G, Ashraf MC, Singh S, Laheri S, Colaco S, et al. Mitochondrial DNA levels in trophectodermal cells show no association with blastocyst development and pregnancy outcomes. J Hum Reprod Sci. 2022;15(1):82-89. doi:10.4103/jhrs.jhrs_103_21.