三、代谢检测
代谢检测可对胚胎培养液中代谢物图谱进行分析，亦可对特定代谢物进行检测，包括胚胎最主要的丙酮酸代谢、葡萄糖代谢与氨基酸代谢。
1.代谢组学
代谢组学是继基因组学、转录组学、蛋白质组学之后系统生物学的新兴的研究方法，通过对溶液、组织、细胞等样本中所有小分子代谢物进行定性和定量分析，代谢产物作为基因表达的终产物，可用于研究器官基因型和表现型的关系，也可以标记机体的生理和环境条件的关系。在IVF中的应用代谢组学，可通过无创的方法，对发育中的胚胎进行代谢参数的测定，在评估胚胎质量、预测胚胎发育潜能、快速优选胚胎中展现出强大的潜在应用价值。
代谢组学可通过光谱学和非光谱学对代谢产物进行系统分析，基因和蛋白的微小变化会在代谢物上得到放大，使检测更容易。一些胚胎基因组或蛋白组的变化不一定引起细胞形态改变，但由于基因表达的异常，通过转录和翻译阶段的级联放大而形成的生理学改变，比较容易通过代谢物检测被显示。代谢组学对胚胎培养液进行检测，是无侵入性的检测方法，而且具有时空动态性，可直接体现生物体系生理和生化功能状态。
代谢组学测定方法包括：①高效液相层析（HPLC）；②质谱分析技术（MS）；③磁共振波谱分析技术（NMR）；④近红外光谱分析技术（NIR）；⑤拉曼光谱分析技术（SR）。
在单胚胎移植（SET）中，可得知胚胎的着床能力。用代谢组学测定方法对着床胚胎和非着床胚胎培养液进行光谱测定，经多元变量分析比较两者的光谱图，多元线性回归后对光谱区域进行定量，可得到胚胎着床潜能的活力指数。
Seli E等使用NIR技术对单胚胎移植的胚胎培养液进行光谱测定和分析，妊娠阳性者活力指数大于0.3，妊娠阴性者活力指数小于0.3，两者存在显著性差异。由代谢组学分析得到的胚胎活力指数与着床具有相关性，以活力指数0.3为截点将胚胎分组，活力指数大于0.3的胚胎种植率高于活力指数小于0.3者。将胚胎按照形态学评分进行分组后，再按照活力指数分成亚组，可以看到胚胎形态学评分与活力指数均与种植率相关，形态学评分越高的胚胎种植率越高，活力指数越高的胚胎种植率越高。但形态学评分较低而活力指数高的胚胎种植率可以超过形态学评分高但活力指数低的胚胎。因此，传统的仅以形态学为标准挑选移植胚胎具有局限性，挑选的形态学评分高的胚胎可能因为活力指数低而降低种植率，而那些活力指数高而形态学评分较低的胚胎具有一定的种植率，但会在传统方法的挑选中落选。另外，通过对活力指数与胚胎形态学评分的相关系数测定发现，两者并不具有相关性，因此，胚胎代谢组学测定得到的活力指数是独立于形态学之外的一个胚胎质量评估参数。同样，Scott R等使用拉曼光谱分析胚胎培养液光谱图，分娩组和着床失败组胚胎的活力指数在第3天分别为0.875和0.56，第5天分别为-0.4和-0.8，活力指数的诊断准确率为80.5%。
胚胎质量的评估应将形态学与代谢组学相结合，形态学评分和活力指数均高的胚胎具有最高的种植潜能。
2.胚胎代谢物检测
丙酮酸和葡萄糖为胚胎发育提供能量。胚胎在不同发育时期，对丙酮酸和葡萄糖利用不同，胚胎基因组激活发生在胚胎致密化时，此时期为代谢模式转换截点。在胚胎基因组激活之前，胚胎代谢较低，以三羧酸循环为主，丙酮酸是主要能量来源，母细胞受精时细胞骨架的改变、第二极体的释放、原核的移动所需能量由丙酮酸提供，对葡萄糖的摄取极少；胚胎基因组激活之后，DNA复制和蛋白合成急剧增加，葡萄糖为主要能源物质，对葡萄糖的摄取急剧上升，葡萄糖不仅为胚胎提供能量，同时是生物合成的关键底物。氨基酸是合成DNA、RNA、蛋白质的基本物质，是细胞进行正常代谢、维持生命活动的物质基础和能量来源。此外，氨基酸参与糖类代谢，维持细胞内外渗透压，改善和拮抗ROS氧化应激，参与细胞内氨的清除，参与细胞内pH的调节等，对维持细胞的正常的生理活动具有重要的作用。(https://www.daowen.com)
不同质量的胚胎，对丙酮酸、葡萄糖和氨基酸的代谢不同，对胚胎培养液进行代谢物的检测，可间接反映胚胎的活力和发育潜能。
（1）丙酮酸代谢：胚胎对丙酮酸的吸收范围较宽，为每小时2～53 pmol/胚胎。Hardy认为，在胚胎最初的2～3次分裂期，丙酮酸吸收量高的胚胎活力好，发育成囊胚的潜力大。但是，Turner认为，正常胚胎对丙酮酸的吸收应处于中间值范围每小时10～30 pmol/胚胎，这种胚胎着床潜力最高。
Gardner DK等检测了胚胎在形成囊胚的过程中对丙酮酸的吸收量，在此时期，虽然胚胎对丙酮酸的吸收不再增加，但是能够发育至囊胚的胚胎，在胚胎发育的4～6 d对丙酮酸吸收仍然高于质量差者。Botros L等总结了多项研究，结果显示，在2～5 d，形成囊胚或着床的胚胎对丙酮酸吸收量较高。
以丙酮酸吸收情况作为挑选移植胚胎要建立在形态学评分的基础上，在形态学评分好的胚胎中以丙酮酸吸收量为选择标准能进一步提高胚胎着床率。
（2）葡萄糖代谢：Gardner DK等对胚胎从致密化前后到囊胚的发育过程中葡萄糖的吸收量进行了检测，发现此时期胚胎对培养液中葡萄糖的吸收量越高，胚胎活力越好。表现为在胚胎发育的第4～6 d，可形成囊胚的胚胎葡萄糖的吸收量明显高于未能形成囊胚者（第4天每小时82.0 pmol/胚胎VS每小时50.3 pmol/胚胎，第5天每小时182.1 pmol/胚胎VS90.8 pmol/胚胎）。而且，囊胚质量与胚胎对葡萄糖的吸收量存在正相关性，优质囊胚对葡萄糖的吸收量要显著高于囊胚质量差者。
Botros L等对多项研究的总结显示，在第5天形成囊胚或着床的胚胎对葡萄糖的吸收量高，在第2～4 d胚胎质量与对葡萄糖的吸收量无相关性。
（3）氨基酸检测：可对单个氨基酸含量变化进行检测，亦可对几种特定氨基酸的总量进行检测，如丙氨酸、甘氨酸、赖氨酸的总量，及甘氨酸、丙氨酸、丝氨酸、亮氨酸的总量。Botros L等总结了多项研究中胚胎对总氨基酸的吸收量的结果，发现发育停滞的胚胎对氨基酸的代谢反而更加活跃，表现为对氨基酸的吸收量显著高于发育至囊胚者，尤其是谷氨酰胺，高于发育正常者数倍。而具发育潜能好的胚胎代谢较低，表现为在整个着床前的发育过程中，培养液中氨基酸含量变化较小。
由此提出“安静胚胎假说”，即代谢水平较低的“安静”的胚胎质量更好。为什么“安静”的胚胎质量较好？认为当胚胎的DNA、蛋白质受到较大创伤时，需要较多的营养物修复创伤，表现为代谢活跃，称为氨基酸的逆转。DNA或蛋白受损越大，氨基酸的逆转程度越高，相反，质量较高的胚胎在受到损伤时自我调节和平衡的能力较好，用来修复损伤的能耗较少，表现为代谢水平较低。
Helen M等比较了冻融胚胎和鲜胚氨基酸的代谢情况，发现分裂期冷冻胚胎解冻后有卵裂球死亡的胚胎，氨基酸的逆转较大，与原核期冻融胚胎及新鲜胚胎相比有显著差异。另外，比较不同年龄患者各氨基酸逆转情况，发现大于37岁患者胚胎氨基酸代谢逆转程度较大，与小于37岁者相比有显著差异。
亮氨酸在“安静胚胎假说”中是例外，作为促进蛋白合成的信号分子，亮氨酸的消耗量体现了胚胎活力，即具较高发育潜能胚胎亮氨酸消耗较多。