Группа китайских исследователей из Department of Reproductive Endocrinology, Women's Hospital, School of Medicine, Zhejiang University стремилась более глубоко изучить корреляцию между фрагментацией ДНК сперматозоидов (SDF) и аномальными хвостами сперматозоидов, стремясь выявить связи и различия между SDF и обычными параметрами спермы для более надежного анализа спермы.
Как известно, структурная целостность хроматина сперматозоидов имеет важное значение для нормального оплодотворения и развития эмбриона. Различные факторы, такие как возраст, инфекции репродуктивного тракта, варикоцеле, активные формы кислорода (ROS), системные заболевания, влияние загрязнения окружающей среды и образ жизни могут влиять на целостность ДНК сперматозоидов. Индекс фрагментации ДНК сперматозоидов (SDF) используется для оценки мужской фертильности путем оценки целостности ДНК сперматозоидов. Более ранние исследования изучали связь между SDF и обычными параметрами спермы и показали, что более высокие значения SDF связаны с заметными отклонениями в параметрах спермы. Примечательно, что прогрессивная подвижность (PR) сперматозоидов стала ключевым показателем фрагментации ДНК сперматозоидов. Однако лишь немногие исследования анализировали связь между SDF и морфологией сперматозоидов, особенно в больших масштабах. Во время развития сперматозоидов считается, что то, как плотно упакована ДНК внутри головки сперматозоида, влияет на ее форму. Некоторые исследования предполагают связь между аномальными формами головки сперматозоида и SDF, тогда как предыдущие исследования показали связь между аномалиями хвостов сперматозоидов и PR, указывая на связь с SDF, и выявляя тесные связи с SDF.
В этом ретроспективном исследовании приняли участие 5125 китайских мужчин, которые посетили репродуктивный центр Женской больницы с января 2021 года по декабрь 2023 года. Пациенты, у которых концентрация сперматозоидов была менее 2 миллионов на мл, что недостаточно для анализа SDF с помощью анализа структуры хроматина сперматозоидов (SCSA), были исключены.
Образцы спермы собирали путем мастурбации в клинике после 2–7 дней полового воздержания. После разжижения спермы ее объем, pH, время разжижения, внешний вид, концентрация сперматозоидов, общее количество сперматозоидов и подвижность анализировались двумя независимыми специалистами с использованием компьютерного анализа спермы (CASA) в соответствии с рекомендациями Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) и Björndahl guidelines. Морфология сперматозоидов оценивалась путем окрашивания по Папаниколау. Анализ SDF проводился методом SCSA с использованием специализированного коммерческого набора от Cell Pro Biotech Co., Ltd., Китай, следуя инструкциям к набору. Минимум 5000 сперматозоидов на образец анализировались методом проточной цитометрии.
Аномальные хвосты сперматозоидов имели дискриминационную способность для аномального SDF
В ходе исследования авторами было установлены связи со значительными корреляциями возраста, аномальных хвостов и PR с SDF в регрессионном анализе. Они провели ROC-анализ по этим трем переменным. Участники исследования были разделены на неаномальную группу (SDF < 30%) и аномальную группу (SDF ≥ 30%) в соответствии с их значениями SDF. Результаты показали, что PR (AUC: 0,839, пороговое значение: 30,95%, P < 0,001), аномальные хвосты (AUC: 0,757, пороговое значение: 22,65%, P < 0,001) и возраст (AUC: 0,657, пороговое значение: 34,5%, P < 0,001) имели хорошую дискриминационную способность для SDF. Более того, сочетание PR, возраста и аномальные хвосты имели более высокую прогностическую ценность (AUC: 0,860, P < 0,001).
Как известно, структура хроматина сперматозоидов чрезвычайно сложна, и его способность деконденсироваться на правильной стадии оплодотворения является одним из ключевых факторов в определении фертильности сперматозоидов. Целостность ДНК сперматозоидов играет ключевую роль в верной передаче генетической информации и последующем развитии эмбриона. Убедительные доказательства установили связь между аномальными параметрами спермы, включая фрагментацию ДНК, и такими проблемами, как неудача или задержка оплодотворения, а также нарушение развития эмбриона. Убедительные доказательства установили связь между аномальными параметрами спермы, включая фрагментацию ДНК, и такими проблемами, как неудача или задержка оплодотворения, а также нарушение развития эмбриона.
Определение SDF служит важным дополнением к обычному анализу спермы и широко используется в клинических испытаниях. Однако до сих пор неясно, полезно ли рутинное использование SDF для мужского бесплодия. Более глубокое понимание корреляции и различий между параметрами SDF и обычной спермы может помочь выяснить преимущества SDF и максимизировать его полезность.
Примерно у 15% бесплодных мужчин параметры спермы находятся в пределах нормальных референтных диапазонов. У подгруппы пациентов в этом исследовании также наблюдались повышенные уровни SDF, несмотря на то, что обычные параметры спермы находились в пределах нормальных референтных диапазонов. Было высказано предположение, что могут существовать скрытые факторы, которые не поддаются обычному анализу спермы, но могут существенно влиять на мужской фактор бесплодия. Большинство предыдущих исследований сообщали о взаимосвязи между SDF и возрастом, а также обычными параметрами спермы. Пожилой возраст отца был значительно связан с повышенным риском спонтанного выкидыша и осложнений при родах, даже после корректировки на возраст матери. Однако остается неясным, какой возраст следует считать предостерегающей пороговой величиной для оценки последствий пожилого возраста отца для репродуктивной функции и здоровья детей. Интересным открытием этого исследования стало то, что отцовский возраст старше 34,5 лет был значительно связан с повышенным риск аномальных значений SDF. Примечательно, что этот порог близок к 35 годам, что означает переход к пожилому возрасту матери.
В соответствии с результатами других исследований, данное исследование также выявило значительную отрицательную корреляцию между PR и SDF, что говорит о том, что прогрессивная подвижность сперматозоидов является важным индикатором SDF. Интересно, что значение PR менее 30,95% продемонстрировало сильную дискриминационную способность для аномальных значений SDF в этом исследовании.
Примечательно, что этот порог близко соответствует 32% — нормальному пределу для прогрессивной подвижности сперматозоидов. В то время как PR тесно связан с SDF, подгруппа пациентов в этом исследовании продемонстрировала нормальные значения PR, но повышенные уровни SDF. Это указывает на то, что SDF лишь частично связан с PR и что SDF независимо предсказывает мужскую фертильность, выходя за рамки обычных параметров спермы. Таким образом, измерение SDF дает дополнительные диагностические сведения, которые значительно дополняют информацию, полученную при рутинном анализе спермы. В данном исследовании авторы отметили отрицательную корреляцию между морфологией сперматозоидов (включая нормальные формы, аномальные головки, аномальные средние части и аномальные хвосты) и значениями SDF, при этом аномальные хвосты показывают самую сильную связь со значениями SDF.
Существует мало сообщений о связи между аномальными хвостами и SDF, особенно основанных на больших размерах выборки. Предыдущие исследования в основном подчеркивали связь между нормальной морфологией сперматозоидов и SDF, однако конкретная связь между дефектами хвостов сперматозоидов и SDF остается недостаточно изученной. Тем не менее, эти исследования последовательно предполагали, что дефекты хвостов, скорее всего, связаны с нарушенными уровнями SDF. Хвост сперматозоида имеет сложную анатомическую структуру, которая играет жизненно важную роль в поддержании подвижности сперматозоидов и, следовательно, является незаменимым для миграции сперматозоидов в женских половых путях и, в конечном итоге, облегчая оплодотворение. Данное исследование показало, влияющий фактор для SDF, с более высокими аномальными хвостами, связанными с повышенными значениями SDF. Хотя ранее акцент делался на форме головы, также важно рассмотреть хвосты в этом отношении. Независимое влияние аномальных хвостов на SDF предполагает, что аномальные хвосты связаны с SDF, независимо от PR, подчеркивая необходимость выяснения основных механизмов. Одна из потенциальных гипотез заключается в том, что аномальные хвосты, такие как короткие или закрученные хвосты, могут быть связаны с воздействием токсичных веществ, химикатов и повышенных уровней ROS, которые также влияют на целостность ДНК сперматозоидов, как упоминалось выше. Другой важный вопрос заключается в том, что дефекты хвостов, такие как известная первичная цилиарная дискинезия (PCD), имеют возможное генетическое происхождение, что может повлиять на целостность ДНК сперматозоидов.
Однако, по сравнению с оценкой головки и средней части сперматозоида, оценка хвостов проще, особенно когда для правильного измерения размеров сперматозоида используется компьютер. При оценке морфологии человеческой спермы выделяют только три основные аномальные формы хвостов: короткие, изогнутые и спиральные.
Подводя итог, анализ параметров SDF и обычной спермы у 5125 китайских мужчин показал, что аномальные хвосты сперматозоидов были независимым фактором, влияющим на SDF. Чем больше число аномальных хвостов сперматозоидов, тем выше риск аномального SDF, независимо от прогрессивной подвижности.