Цитологические и молекулярные аспекты изменения качества сперматозоидов при старении

Итальянские исследователи провели анализ молекулярных изменений сперматозоидов у пожилых мужчин.

Вопрос исследования

Ассоциировано ли старение со снижением качества спермы и молекулярными изменениями человеческих сперматозоидов?

Краткий ответ

Качество спермы снижается с возрастом, а в ходе процесса взросления происходят характерные молекулярные изменения, включая усиление повреждения ДНК сперматозоидов, альтерацию протаминирования в сперматозоидах и изменение миРНК-профиля семенной плазмы.

Что уже известно

По мере старения репродуктивная система подвергается физиологическим изменениям и потенциально вредоносным факторам, которые могут нарушать функцию яичек. Активные формы кислорода (АФК) могут индуцировать ошибки при репликации ДНК, транскрипции или в ходе посттранскрипционных событий (фрагментация, аномалии конденсации хроматина и дефекты экспрессии протамина).

Дизайн, объём и продолжительность исследования

Были ретроспективно изучены показатели спермограммы 2626 здоровых мужчин в возрасте 20–81 лет из числа обратившихся в нашу университетскую лабораторию с 2011 г. по 2016 г. в рамках андрологического скрининга или для андрологического дообследования. Пациентов разделили на шесть групп в зависимости от возраста (20–32, 33–37, 38–40, 41–44, 45–50, 51–81 лет). Были отобраны 40 образцов спермы от пожилых мужчин (50–81 лет) и 40 молодых мужчин (20–40 лет) (контрольная группа), все из которых не курили и имели нормальную массу тела, и по этим образцам было проведено исследование целостности хроматина сперматозоидов, экспрессии генов PRM1, PRM2, TNP1 и TNP2, и профиля экспрессии микроРНК в семенной плазме.

Участники / материалы, условия, методы

Сперма анализировалась в соответствии с руководством ВОЗ 2010 года. Фрагментация ДНК сперматозоидов (ФДС) оценивалась с использованием теста TUNEL; экспрессия генов PRM1, PRM2, TNP1 и TNP2 в сперматозоидах оценивалась с помощью количественной амплификации ПЦР в реальном времени; профили экспрессии миРНК анализировались с помощью TaqMan Array Cards и были валидизированы с помощью амплификации ПЦР в реальном времени.

Основные результаты и влияние случайности

Цитологический анализ – объём спермы, прогрессивная подвижность и количество прогрессивно подвижных сперматозоидов были значительно ниже у пожилых мужчин, чем у молодых (секстили: 51–81 против 20–32 лет; P < 0.001), тогда как доля аномальных форм у этих пациентов была значительно выше, чем в возрастной группе 20–32 лет (P = 0.002).

Модели биномиальной логистической регрессии продемонстрировали ассоциацию между возрастом и показателями спермограммы: возраст 51–81 был ассоциирован с изменениями общего количества сперматозоидов (ОВ 2.47; 95% ДИ 1.52–4.02; P < 0.001), прогрессивной подвижности (ОВ 3.63; 95% ДИ 2.49–5.30; P < 0.001) и количества аномальных форм (ОВ 3.89; 95% ДИ 2.71–7.26; P < 0.001). Ожирение было ассоциировано со сниженной прогрессивной подвижностью (ОВ 1.58; 95% ДИ 1.14–2.19; P = 0.006) и повышением количества аномальных форм (ОВ 1.87; 95% ДИ 1.02–3.57; P = 0.021). Напротив, курение не оказывало значимого влияния на изменения показателей спермы.

Молекулярный анализ – пожилые мужчины имели значимо более высокий показатель ФДС (23.1 ± 8.7 против 9.8 ± 2.6%; P < 0.001) и значимо меньшую экспрессию PRM1 (среднее изменение – 2.2; P = 0.016) и PRM2 (среднее изменение – 4.6; P < 0.001) по сравнению с более молодыми пациентами из контрольной группы. Более того, miR-146a имела в 3 раза меньшую экспрессию (P < 0.001), miR-371 – в 14 раз меньшую экспрессию (P < 0.001), а miR-122 – в 5 раз меньшую экспрессию (P = 0.01) у пожилых мужчин.

Ограничения и причины для осторожности

Тогда как типичные хронические возраст-ассоциированные состояния (сердечно-сосудистые, респираторные заболевания) были исключены, наличие субклинических фоново протекающих заболеваний нельзя было исключить в популяции пожилых мужчин. Пациенты, обратившиеся в нашу клинику, могут быть нерепрезентативными в отношении общей популяции.

Несмотря на то, что тщательный сбор анамнеза и физикальное обследование исключили большую часть андрологических состояний, которые могли повлиять на сперматогенез, мы не можем исключить наличия возможных бессимптомных или идиопатических состояний. Более того, TUNEL, как и другие методы определения ФДС (за исключением щелочного метода комет), не способен различать одиночные и двойные разрывы двойной спирали.

Более широкие выводы из полученных результатов

Роль ожирения предполагает, что состояния, связанные с образом жизни, могут усугублять возраст-ассоциированные нарушения показателей спермограммы. Повышение ФДС и альтерация экспрессии протаминов предполагают хрупкость генома сперматозоидов в пожилом возрасте. Изменения паттернов экспрессии миРНК с возрастом могут вносить вклад в идентификацию характерных молекулярных сигнатур процесса старения, которые могут быть потенциальным новым биомаркером мужской репродуктивной функции при физиологическом старении.

Финансирование исследования / конфликт интересов

Эта работа была поддержана грантом Министерства образования и науки Италии  (MIUR-PRIN 2015- 2015XSNA83-002) и Факультетом медицины Римского университета ‘Sapienza’. Конфликта интересов нет.

Donatella Paoli, Giulia Pecora, Francesco Pallotti, Fabiana Faja, Marianna Pelloni, Andrea Lenzi, Francesco Lombardo
Human Reproduction, February 2019, Volume 34, Issue 2, Pages 218–227
DOI: 10.1093/humrep/dey357