وضعیت فعلی و پیشرفت تحقیقات متابولومیک پلاسمای منی مردانه

چکیده: کیفیت اسپرم مردانه کاهش می یابدعموم مردم استمشکل بهداشتی در سراسر جهان. با این حال،تشخیص دقیقبیماری های مرتبط هنوز چالش برانگیز است و پاتوژنز آن نامشخص است.پلاسمای سمینالیک نمونه ایده آل برایتحقیق تولید مثل مردان، ومتابولومیک پلاسمای منیکاربردهای امیدوارکننده‌ای در بررسی بیومارکرهای بالقوه و مکانیسم‌های مولکولی داردتولید مثل مردانه. در این مقاله به بررسی معمولی می پردازیممتابولومیک مایع منیمطالعات از سال 2011 تا 2022، و معرفی فنیویژگی هاووضعیت درخواست oتشدید مغناطیسی هسته ای،کروماتوگرافی گازی - طیف سنجی جرمی، کروماتوگرافی مایع - طیف سنجی جرمی و طیف سنجی رامان. علاوه بر این، ما تغییرات در متابولیسم پلاسمای منی را که به آن نسبت داده شده است، خلاصه می‌کنیماختلالات تولید مثل مردانو قرار گرفتن در معرض محیطی از دیدگاه های متعدد، از جمله روش های پلاسمای متابولومیک منی، نشانگرهای متابولیک پلاسمای منی و مسیرهای متابولیک درگیر آنها، که عمدتاً شامل متابولیسم انرژی، متابولیسم لیپید، متابولیسم اسیدهای آمینه و متابولیسم استروئید می شود. در نهایت، ما مشکلات تحقیق متابولومیک مایع منی در زمینه تولید مثل مردان را تجزیه و تحلیل کرده و روندهای توسعه آینده را پیشنهاد می کنیم.

کلمات کلیدی:متابولومیک؛پلاسمای منی; تولید مثل مرد؛ کیفیت اسپرم

اختلالات تولید مثلی نر گیاه سیستانچ 

خدمات پشتیبانی Wecistanche

ایمیل:wallence.suen@wecistanche.com

واتساپ/تلفن:+86 15292862950

ناباروری تقریباً 187 میلیون زوج در سنین باروری را در سراسر جهان تحت تأثیر قرار می دهد که شیوع آن 15٪ است که عوامل مردانه تقریباً 50٪ را تشکیل می دهند [1]. علل ناباروری مردان شامل عوامل ژنتیکی، شیوه زندگی و قرار گرفتن در معرض محیطی است که عمدتاً به صورت کاهش کیفیت اسپرم آشکار می شود [2]. در حال حاضر، تشخیص ناباروری مردان عمدتاً به تجزیه و تحلیل کیفیت مایع منی بستگی دارد، اما ناباروری ایدیوپاتیک (تقریباً 30٪ تا 40٪ از بیماران را تشکیل می دهد) نمی تواند به طور دقیق از طریق تجزیه و تحلیل معمول مایع منی، معاینه فیزیکی و آزمایش های آزمایشگاهی شناسایی شود [3]، و تشخیص زودهنگام یا مداخله با چالش های بزرگی مواجه است [4].

پلاسمای منی جزء مهم مایع منی است. از مایع پروستات، مایع وزیکول منی، مایع اپیدیدیم و مایع ترشح غده بولبورترال تشکیل شده است. این محیط خارجی برای ذخیره اسپرم است، بر تحرک اسپرم و ظرفیت اسپرم تأثیر می گذارد و از طریق تعامل با دستگاه تناسلی زنان، بر روند طبیعی لقاح تأثیر می گذارد [5-6]. بنابراین، نمونه بیولوژیکی ایده آلی برای تحقیقات تولیدمثلی مردان در نظر گرفته می شود [7]. با توسعه فناوری پرتوان، فناوری omics چند سطحی (ژنوم، اپی ژنوم، رونوشت، پروتئوم و متابولوم و غیره) زیست شناسی سیستم ها به ابزاری قدرتمند برای کاوش نشانگرهای ناباروری و پاتوژنز تبدیل شده است [8]. در میان فناوری‌های مختلف omics، متابولومیک بیشترین ارتباط را با فنوتیپ‌های بیولوژیکی دارد. به طور عمده متابولیت های درون زا کمتر از 1000 Da [9] را مطالعه می کند. با تجزیه و تحلیل تفاوت های متابولیک پس از تحریک یا اختلال در بدن، بافت یا سلول [10]، تغییرات در مکانیسم متابولیک سیستم بیولوژیکی را آشکار می کند [11]. پلاسمای سمینال سرشار از متابولیت های فعال مولکولی کوچک است که مواد مغذی را برای فرآیند لقاح فراهم می کند. تغییرات مولکولی در پلاسمای منی می تواند وضعیت اسپرم و کل سیستم تناسلی را منعکس کند یا بر آن تأثیر بگذارد و در نهایت بر باروری مردان تأثیر بگذارد [12]. نمونه های پلاسمای سمینال نیازی به پیش درمانی خسته کننده ندارند، که زمان تشخیص نمونه های بالینی را کوتاه می کند و سوگیری عملیات پرسنل را کاهش می دهد و آنها را برای تحول بالینی بسیار مناسب می کند. متابولومیک پلاسمای سمینال می‌تواند متابولیت‌های مولکول کوچک پلاسمای منی، مانند مواد مغذی (اسیدهای آمینه، کربوهیدرات‌ها و لیپیدها، و غیره)، هورمون‌ها، نوکلئوتیدها و غیره را به‌طور جامع تجزیه و تحلیل کند و ارتباط آن‌ها را با شاخص‌های سلامت باروری مردانه به‌طور جامع تجزیه و تحلیل کند.

جدول 1 نتایج تحقیقات متابولومیک پلاسمای منی را در زمینه سلامت باروری مردان در دهه گذشته خلاصه می کند، مانند ارزیابی کیفیت اسپرم یا باروری، تحقیقات تشخیص و مکانیسم بیماری های ناباروری مردان، و ارزیابی اثرات کمک باروری.

فناوری متابولومیک پلاسمای منی

تکنیک های جداسازی متداول مورد استفاده در تحقیقات متابولومیک پلاسمای منی شامل کروماتوگرافی مایع با کارایی بالا (HPLC)، کروماتوگرافی گازی (GC) و الکتروفورز مویرگی (CE) و تکنیک های تشخیص شامل طیف سنجی جرمی (MS)، رزونانس مغناطیسی هسته ای (NMR) و رامان است. طیف سنجی

کروماتوگرافی - طیف سنجی جرمی دارای بالاترین حساسیت و ویژگی تشخیص است، در حالی که NMR دارای ویژگی های تکرارپذیری خوب و تجزیه و تحلیل کمی دقیق است، بنابراین به متداول ترین فناوری تحقیقاتی متابولومیک پلاسمای منی تبدیل شده است (جدول 1)[7, 12-33 ].

کروماتوگرافی گازی- طیف سنجی جرمی (GC-MS) مزایای زیادی در تجزیه و تحلیل متابولیت های مولکولی کوچک مانند اسیدهای آمینه، گلوکز و اسیدهای نوکلئیک نشان می دهد، در حالی که کروماتوگرافی مایع-طیف سنجی جرمی (LC-MS) حساسیت بالایی به بیوماکرومولکول ها (مانند کولین) دارد. و لیپیدها (مانند فسفولیپیدها) و نیازی به آماده سازی نمونه پیچیده ندارد. با این حال، طیف سنجی جرمی فقط می تواند مواد یونیزه شده را تشخیص دهد و نمی تواند متابولیت هایی را که یونیزه شدن آنها دشوار است، تجزیه و تحلیل کند. در مقایسه با طیف سنجی جرمی، NMR می تواند به طور دقیق برخی از متابولیت های الکل یا قند را که به راحتی یونیزه نمی شوند، تعیین کند. با این حال، حساسیت تشخیص ابزار NMR کم است و تجزیه و تحلیل هدفمند متابولیت ها را نمی توان انجام داد، که کاربرد NMR را محدود می کند (جدول 2). بنابراین، لازم است نتایج تشخیص کروماتوگرافی-طیف‌سنجی جرمی و سایر ابزارهای فنی برای به دست آوردن اطلاعات پروفایل متابولیت پلاسمای منی به طور جامع یکپارچه شود. بر اساس روش تحقیق، متابولومیک به متابولومیک هدفمند و غیرهدف تقسیم می شود. هدف روش‌های متابولومیک هدف شناسایی و تعیین کمیت متابولیت‌های شناخته‌شده است، در حالی که روش‌های متابولومیک غیرهدف بر شناسایی تا حد امکان متابولیت‌ها با در نظر گرفتن تغییرات فراوانی متابولیت‌های شناخته شده و ناشناخته تمرکز دارند. از آنجایی که اطلاعات نسبتا کمی در مورد متابولوم پلاسمای منی وجود دارد، تجزیه و تحلیل افتراقی متابولیت با استفاده از روش‌های متابولومیک غیر هدفمند معمولاً برای آشکار کردن مکانیسم‌های بیماری‌زای احتمالی و اهداف بالقوه استفاده می‌شود.

1.1 طیف سنجی تشدید مغناطیسی هسته ای

NMR اولین فناوری مورد استفاده در تحقیقات متابولومیک است. این می تواند تشخیص بی طرفانه و غیر مخرب نمونه ها را انجام دهد و از مزایای آماده سازی ساده، تکرارپذیری خوب و کمی سازی دقیق برخوردار است. در مقایسه با ام اس، NMR می تواند تجزیه و تحلیل کمی متابولیت هایی را انجام دهد که به راحتی یونیزه نمی شوند (مانند الکل ها یا قندها). با این حال، NMR دارای محدوده تشخیص باریک، وضوح کم و سوگیری در تجزیه و تحلیل کمی یا کیفی ترکیبات است. مهمتر از آن، NMR حساسیت پایینی دارد و نمی تواند نیازهای تجزیه و تحلیل ردیابی نمونه های بیولوژیکی یا تجزیه و تحلیل هدفمند متابولیت ها را برآورده کند. علاوه بر این، به دلیل محدودیت زمان ادغام، تنها 30 تا 60 متابولیت را می توان در یک آنالیز شناسایی کرد و توان عملیاتی پایین است. همانطور که در جدول 1 نشان داده شده است، تحقیقات متابولومیک پلاسمای منی مبتنی بر NMR عمدتا بر روی تشخیص متابولیت هایی مانند اسیدهای آمینه مختلف و مشتقات آنها، اسیدهای چرب و قندها تمرکز دارد که برای تشخیص موارد نابارور از افراد سالم استفاده می شود [12، 18، 34]. ]. در میان آنها، تفاوت در محتوای اسیدهای آمینه در پلاسمای منی، تمرکز تحقیقات است، به ویژه آرژنین، لیزین، تیروزین و غیره [13-15، 18، 30، 34]. با این حال، اکثر این مطالعات از روش‌های کمی‌سازی نسبی متابولیت‌ها استفاده می‌کنند که فاقد کمیت مطلق بوده و قابل مقایسه با داده‌های عمومی نیستند. آنها نمی توانند به طور کامل از مزایای NMR استفاده کنند و محدودیت های خاصی دارند [35].

1.2 فناوری کروماتوگرافی - طیف سنجی جرمی

GC-MS یک وسیله مهم برای تحقیقات متابولومیک است که عمدتاً اسیدهای آلی و متابولیت های فرار را شناسایی می کند. برای متابولیت های غیر فرار، می توان آنها را از طریق مشتق سازی به ترکیبات مناسب برای تشخیص GC تبدیل کرد. کیائو و همکاران [25] 44 نشانگر ناباروری ایدیوپاتیک را از طریق روش های غیر هدفمند، به ویژه محتوای 4-آمینوفنیل استیک اسید، که با غلظت اسپرم همبستگی مثبت داشت، غربالگری کرد. با این حال، محدوده تشخیص GC باریک است و فقط می تواند متابولیت های خاصی مانند اسیدهای آمینه یا اسیدهای چرب را در پلاسمای منی تشخیص دهد.

در عین حال، فرآیند مشتق‌سازی ممکن است میزان بازیابی متابولیت‌ها را کاهش داده و زمان تجزیه و تحلیل نمونه‌ها را افزایش دهد. علاوه بر این، تفاوت در روش‌های مشتق‌سازی نیز چالش‌هایی را برای ایجاد یک پایگاه داده استاندارد ایجاد می‌کند.

LC-MS ابزار فنی اصلی برای تحقیقات متابولومیک پلاسمای منی است. روش های جداسازی مناسب (فاز نرمال، فاز معکوس) و حالت های اسکن (یون مثبت، یون منفی و ...) را می توان بر اساس دسته متابولیت هدف (قطبی، غیر قطبی و غیره) انتخاب کرد. روش های زیادی برای استخراج متابولیت ها وجود دارد.

قطبیت متابولیت هدف تعیین کننده روش استخراج، از جمله استخراج متابولیت های عمومی و مولکول های لیپید آبگریز است. با توجه به خواص متابولیت های مورد مطالعه، انواع مختلفی از ستون های کروماتوگرافی را می توان برای دستیابی به جداسازی کارآمد انتخاب کرد که در میان آنها کروماتوگرافی مایع فاز معکوس رایج ترین است. با توجه به طرح‌های آزمایشی مختلف، به طور کلی به فناوری متابولومیک غیر هدفمند مبتنی بر طیف‌سنجی جرمی با وضوح بالا و فناوری متابولومیک هدفمند مبتنی بر طیف‌سنجی جرمی چهارقطبی سه‌گانه تقسیم می‌شود. LC-MS به یک نقطه داغ مطلق در تحقیقات متابولومیک تبدیل شده است و برای تعیین انواع متابولیت ها در پلاسمای منی از جمله کارنیتین های آزاد مختلف، آسیل کارنیتین ها، پلی ساکاریدها، اسیدهای آمینه، آمین های بیوژنیک و لیپیدها استفاده شده است [27، 32]. در آینده، انتظار می رود که به طور گسترده تری در زمینه متابولومیک پلاسمای منی استفاده شود [36].

1.3 طیف سنجی رامان

طیف سنجی رامان مکمل خوبی برای NMR است. این فناوری نسبت به واکنش مواد قطبی حساس نیست و عموماً برای شناسایی متابولیت‌های غیرقطبی استفاده می‌شود. فناوری متابولومیک پلاسمای منی مبتنی بر طیف‌سنجی رامان دریافته است که تفاوت‌های قابل‌توجهی در اثر انگشت متابولیک پلاسمای منی بین مردان عادی و مردان مبتلا به آستنوسپرمی یا ناباروری ایدیوپاتیک وجود دارد [20-21]. گروه های عملکردی خاص شناسایی شده نشان دهنده تفاوت در متابولیت های مرتبط با استرس اکسیداتیو (OS) است [21]. با این حال، به دلیل کمبود اطلاعات داده های عمومی، شناسایی دقیق یا کمی متابولیت ها دشوار است. در مقایسه، مطالعات نسبتا کمی بر روی متابولومیک پلاسمای منی بر اساس فناوری طیف‌سنجی رامان وجود دارد و این تحقیق عموماً در مرحله اکتشافی است.