وضعیت فعلی و پیشرفت تحقیقات متابولومیک پلاسمای منی مردانه Ⅱ

2. تحقیق در مورد متابولومیک پلاسمای منی در زمینه سلامت باروری مردان

کیفیت اسپرم مردانهارتباط نزدیکی با پنجره بحرانی دارداسپرم زایی(ذخیره اپیدیدیم، توسعه حرکت اسپرم و اسپرم زایی). عوامل ژنتیکی ذاتی (مانند فقدان مادرزادی دو طرفه مجرای دفران، جهش ژن فیبروز کیستیک، حذف کروموزوم Y، سندرم کالمن و ناهنجاری‌های کروموزومی که منجر به بدتر شدن عملکرد بیضه می‌شود) و عوامل اکتسابی (بیماری‌های تولیدمثلی مردانه مانند واریکوسل، واریکوسل، واریکوسل). به مواد شیمیایی سمی مانند فلزات سنگین و اختلالات غدد درون ریز و عوامل مختلف سبک زندگی مانند سیگار کشیدن و نوشیدن) ممکن است بر روند اسپرم سازی تأثیر بگذارد و در نتیجه منجر به کیفیت غیر طبیعی اسپرم شود [2].

سیستانچ گیاهی برای بهبود کیفیت اسپرم مردان

با توجه به نقش کلیدی پلاسمای منی در سیستم تناسلی مردان، استفاده از متابولومیک پلاسمای منی برای کشف نشانگرهای زیستی بالقوه و مکانیسم‌های بیماری‌زای بیماری‌های تولید مثل مردان پتانسیل بالایی دارد. بیماری های دستگاه تناسلی مردان بسیار پیچیده هستند و برای دستیابی به پیش بینی، تشخیص و تجزیه و تحلیل علت نیاز به استفاده ترکیبی از نشانگرهای زیستی متعدد دارند. شکل 1 مسیرهای متابولیک پلاسمای منی را نشان می دهد که توسط بیماری ها یا عوامل محیطی مختل شده اند که عمدتاً متابولیسم انرژی را شامل می شود.متابولیسم لیپید, متابولیسم اسید آمینه، ومسیرهای متابولیسم استروئید. پیوست 3 به طور خاص تغییرات متابولیت های مختلف را در ناباروری مردان نشان می دهد. قرمز نشان دهنده افزایش تنظیم متابولیت ها و آبی نشان دهنده تنظیم پایین متابولیت ها است. این تغییرات عمدتاً شامل تغییرات در متابولیت های اسید آمینه و لیپید و متابولیت های آنها می شود. این مقاله تحقیقات متابولومیک پلاسمای منی خلاصه شده در جدول 1 را ترکیب می کند تا به طور خاص وضعیت کاربرد متابولومیک پلاسمای منی را از دیدگاه بیماری های مختلف تولید مثل مردان و عوامل مواجهه محیطی معرفی کند.

2.1 کاربرد متابولومیک پلاسمای منی در تشخیص و تحقیقات مکانیسم ناباروری مردان

2.1.1 الیگواسپرمی، آستنواسپرمی، تراتوسپرمی و ناباروری ایدیوپاتیک

الیگواسپرمی به غلظت اسپرم کمتر از 1.5 × 107/mL[37] اشاره دارد و شایع ترین بیماری در ناباروری مردان است. متابولومیک پلاسمای منی بر اساس LC-MS و 1H-NMR نشان داده است که تفاوت های قابل توجهی در سطوح اسیدهای آمینه و کولین در پلاسمای منی مردان اولیگواسپرم و مردان عادی وجود دارد [12، 15، 18، 32].

یک مطالعه متابولومیک پلاسمای منی مبتنی بر 1H-NMR نشان داد که سطوح آرژنین و آسپارتات در پلاسمای منی بیماران مبتلا به الیگواسپرمی کاهش یافته است که به طور قابل توجهی با کاهش تعداد اسپرم ارتباط دارد [15، 18، 38]. مطالعه دیگری مبتنی بر LC-MS نشان داد که علاوه بر کاهش سطح آسپارتات، سطح گلوتامات، متیونین، تریپتوفان، پرولین و آلانین در پلاسمای منی بیماران الیگواسپرمی نیز به طور قابل توجهی کاهش یافت [32]. علاوه بر آمینو اسیدها، متابولیسم کولین نیز برای تولید اسپرم بسیار مهم است. فقدان آنزیم های مرتبط با کولین می تواند منجر به کاهش عملکرد اسپرم شود و مکمل کولین ممکن است برای سلامت باروری مردان مفید باشد. با این حال، اختلاف نظرهایی در مورد تأثیر مثبت مکمل کولین بر کیفیت اسپرم در داخل بدن وجود دارد که ممکن است به دلیل فقدان گروه کنترل دارونما یا دوز کولین باشد [39]. مطالعات جمعیتی بیشتر هنوز مورد نیاز است.

آستنوسپرمی نیز یکی از علل شایع ناباروری مردان است و با کاهش قابل توجه در تحرک اسپرم مشخص می شود. تجزیه و تحلیل متابولومیک پلاسمای منی بر اساس GC-MS نشان داد که سطح اسید اولئیک، اسید پالمیتیک و والین پلاسمایی منی در بیماران مبتلا به آستنوزواسپرمی به طور قابل توجهی افزایش یافته است، که نشان می دهد ناهنجاری در متابولیسم اسیدهای چرب ممکن است بر تحرک اسپرم تأثیر بگذارد [23]. غشای اسپرم حاوی انواع اسیدهای چرب است و سطوح اسید اولئیک بیش از حد در پلاسمای منی ممکن است فرآیند متابولیسم فسفولیپید در غشای اسپرم را مختل کند و منجر به کاهش تحرک اسپرم شود [40]. سطوح بالای اسیدهای چرب (به ویژه اسید پالمیتیک و اسید آراشیدونیک) [14، 41] در غشاهای اسپرم نیز عوامل مهمی برای کیفیت پایین اسپرم هستند. اسید آراشیدونیک (AA) نقش مهمی در متابولیسم لیپید دارد، اما اثر AA بر کیفیت مایع منی نامشخص است [42-43]. متابولیسم هدفمند پلاسمای سمینال

تجزیه و تحلیل گروهی تغییراتی را در مسیرهای متابولیک AA در پلاسمای منی بیماران مبتلا به آستنوزواسپرمی نشان داد [28]. مشخص شد که اختلالات متابولیک AA می تواند توسط لیپوکسیژناز (LOX)، سیتوکروم P450 (CYP450) و سیکلواکسیژناز القا شود. مسیر متابولیک (سیکلواکسیژناز، COX) پروتئین کیناز فعال شده با میتوژن P38 را فعال می کند و در نتیجه تحرک اسپرم را کاهش می دهد. علاوه بر اسیدهای چرب پلاسمای منی، متابولیت‌های دخیل در مسیرهای متابولیک مختلف مانند انرژی، پورین، چرخه متیونین و متابولیسم اسیدهای آمینه شاخه‌دار نیز به طور قابل‌توجهی در پلاسمای منی بیماران مبتلا به آستنوسپرمی تغییر می‌کنند [14، 30]. انرژی مورد نیاز برای حرکت اسپرم از مسیرهای تجزیه هوازی مانند گلیکولیز یا چرخه اسید تری کربوکسیلیک (TCA) می آید. مهار این مسیر منجر به کاهش تولید ATP، تامین ناکافی انرژی و کاهش تحرک اسپرم خواهد شد.

تراتوسپرمی یک بیماری است که با وجود تعداد زیادی اسپرم غیرطبیعی در مایع منی مشخص می شود که پاتوژنز آن ناشناخته است [44]. یک مطالعه متابولومیک مبتنی بر 1H-NMR نشان داد که 18 متابولیت مرتبط با چرخه اسید تری کربوکسیلیک به طور قابل توجهی در پلاسمای منی بیماران مبتلا به تراتوزواسپرمی [17] دچار اختلال می شوند، که نشان می دهد متابولیسم انرژی ممکن است علت اصلی مورفولوژی غیر طبیعی اسپرم باشد. سطح اسیدهای آمینه در پلاسمای منی بیماران مبتلا به تراتوزواسپرمی نیز تغییر می کند، به ویژه تورین که اثر آنتی اکسیدانی دارد [45]. مورفولوژی غیر طبیعی اسپرم ممکن است به تولید بیش از حد گونه های فعال اکسیژن یا کاهش آنتی اکسیدان ها مربوط باشد.

ناباروری مردانه ایدیوپاتیک به ناباروری مردانه غیرقابل توضیح اطلاق می شود که در آن نتایج آنالیز معمول مایع منی در محدوده طبیعی قرار دارد و ناهنجاری های فیزیکی و غدد درون ریز حذف می شوند. تجزیه و تحلیل متابولومیک بر اساس طیف‌سنجی رامان تفاوت‌هایی را در بیان متابولیت‌های مرتبط با استرس اکسیداتیو در نمونه‌های پلاسمای منی مردان نابارور ایدیوپاتیک و مردان بارور یافت [21].

تحقیقات متابولومی بر اساس GC-MS 44 متابولیت با بیان متفاوت در پلاسمای منی مردان مبتلا به ناباروری ایدیوپاتیک [25] را یافت که عمدتاً در متابولیسم اسیدهای آمینه و فرآیندهای استرس اکسیداتیو نقش دارند. کاتابولیسم اسید آمینه مرتبط با کیفیت اسپرم افزایش می یابد. متابولیت های مرتبط با آنتی اکسیدان کاهش می یابد. مطالعات فوق نقش مهم استرس اکسیداتیو در ناباروری ایدیوپاتیک را نشان می دهد، که نشان می دهد وضعیت متابولیک را می توان از طریق مکمل های مربوطه بهبود بخشید.

2.1.2 واریکوسل

بروز واریکوسل در مردان نابارور بسیار زیاد است، تقریباً 40 درصد مردان نابارور اولیه و 80 درصد مردان نابارور ثانویه از این بیماری رنج می برند [46]. بیماران مبتلا به واریکوسل تولید گونه‌های فعال اکسیژن و سطوح بالاتری از استرس اکسیداتیو را افزایش می‌دهند [46] که بر لیپیدها، پروتئین‌ها و اسیدهای نوکلئیک در مایع منی تأثیر می‌گذارد و منجر به ناهنجاری‌های اسپرم می‌شود [48]. تجزیه و تحلیل متابولومیک پلاسمای منی مبتنی بر 1H-NMR 19 متابولیت متمایز مهم را یافت که شامل تغییرات در متابولیسم اسید آمینه، لیپید و انرژی است که عمدتاً در فرآیندهای استرس اکسیداتیو دخیل است [16]. یکی دیگر از مطالعات متابولومیک پلاسمای منی غیر هدفمند مبتنی بر LC-MS نیز نشان داد که سطوح 8 متابولیت مربوط به متابولیسم اسید آمینه، لیپید و انرژی در پلاسمای منی بیماران مبتلا به واریکوسل تغییر کرده است. به عنوان مثال، کاهش سطح لوسین ممکن است منجر به کاهش ظرفیت آنتی اکسیدانی یا ضد التهابی شود که منجر به اختلالات اسپرم می شود. برداشتن جراحی می‌تواند وضعیت متابولیک غیرطبیعی واریکوسل را که عمدتاً در بازیابی سطوح گلیسروفسفولیپید و اسفنگولیپید آشکار می‌شود، معکوس کند [33]. فسفولیپیدهای گلیسرول ارتباط نزدیکی با فعالیت میتوکندری دارند، در حالی که اسفنگولیپیدها اجزای مهم غشای سلولی هستند و در مسیرهای انتقال سیگنال متعدد شرکت می کنند. تنظیم دگرگونی ترمیمی این دو نوع مولکول چربی ممکن است دلیلی برای بهبود مورفولوژی اسپرم پس از مداخله جراحی باشد و همچنین امکان پذیری متابولیت های پلاسمای منی را به عنوان نشانگرهای واریکوسل تایید می کند [33].

2.2 متابولومیک پلاسمای منی برای آشکار کردن مکانیسم مولکولی قرار گرفتن در معرض محیطی که بر کیفیت اسپرم تأثیر می گذارد استفاده می شود.

قرار گرفتن در معرض مواد مختلف مضر یا مفید در محیط می تواند به طور قابل توجهی کیفیت اسپرم را با تداخل در فرآیند متابولیک پلاسمای منی تحت تاثیر قرار دهد. روش تجزیه و تحلیل MIMA (تحلیل ملاقات در متابولیت) که قبلاً پیشنهاد کردیم برای مطالعه مسیرهای بیوشیمیایی که منجر به پیامدهای نامطلوب قرار گرفتن در معرض محیطی می‌شوند و نشان دادن رابطه پیچیده بین قرار گرفتن در معرض و سلامتی مناسب است [49]. ما از این روش برای انجام اولین مطالعه در مورد ارتباط بین قرار گرفتن در معرض آرسنیک محیطی و بیماری‌های تولید مثل مردان استفاده کردیم و دریافتیم که قرار گرفتن در معرض آرسنیک در غلظت‌های طبیعی محیطی نه تنها رابطه دوز-اثری را با بروز ناباروری مردان نشان می‌دهد، بلکه به طور معنی‌داری همبستگی دارد. با یک سری از نشانگرهای متابولیت بیماری (آسیل کارنیتین، اسید آسپارتیک، متابولیت های استرادیول و یوریدین و غیره) [50]. این پایه و اساس استفاده از متابولومیک پلاسمای منی را برای کشف مکانیسم مولکولی قرار گرفتن در معرض محیطی که منجر به کاهش کیفیت اسپرم می‌شود، ایجاد کرد. ما برای اولین بار ارتباط پیچیده بین سطوح قرار گرفتن در معرض داخلی فتالات های مختل کننده غدد درون ریز، ترکیبات پرفلورینه و عناصر مختلف فلزی و غیرفلزی، متابولوم پلاسمای منی و پارامترهای کیفیت اسپرم را تجزیه و تحلیل کردیم [7، 26، 29]. نتایج نشان می‌دهد که متابولیت‌های پلاسمای منی، اهداف تحقیقاتی ایده‌آلی برای مطالعه رابطه بین قرار گرفتن در معرض محیطی و کیفیت اسپرم هستند [7]. فتالات های مختل کننده غدد درون ریز می توانند با تأثیر بر محتوای اسیدهای چرب اشباع نشده چندگانه، آسیل کارنیتین ها و اسیدهای آمینه [26، 29] بر کیفیت اسپرم تأثیر بگذارند، در حالی که روی و سلنیوم محیطی با تأثیر بر محتوای آسیل کارنیتین ها غلظت اسپرم را افزایش می دهند [7] و آرسنیک معدنی باعث کاهش غلظت اسپرم می شود. با تأثیر بر متابولیسم اسید چرب و کارنیتین [29].

3 نتیجه گیری و چشم انداز

مطالعات اخیر بر روی متابولوم پلاسمای منی نشان داده است که متابولیسم غیرطبیعی کربوهیدرات‌های پلاسمای منی، اسیدهای آمینه، لیپیدها و کارنیتین ممکن است مسیرهای اصلی بیماری‌های دستگاه تناسلی مردانه و سم‌شناسی تولید مثلی در معرض محیطی باشد. با این حال، تحقیقات در این زمینه هنوز با چالش های بزرگی روبرو است.

تفسیر بیولوژیکی داده‌های متابولومیک به شدت به دانش پس‌زمینه مسیرهای مولکولی کشف‌شده وابسته است، اما اثرات فیزیولوژیکی مولکول‌های پلاسمای منی هنوز به طور کامل مشخص نشده است. بنابراین، هنوز تجزیه و تحلیل جامع و عمیق مسیرهای مولکولی خاصی که متابولیت های پلاسمای منی نقش های فیزیولوژیکی را از طریق فناوری متابولومیک ایفا می کنند، غیرممکن است. علاوه بر این، پنجره بحرانی اسپرم‌زایی حساس و پیچیده است و تفاوت‌های زیادی بین افراد وجود دارد. متابولوم‌های منفرد نیز دارای تفاوت‌های زمانی و مکانی هستند که به دست آوردن یک نشانگر متابولیک منفرد و خاص را دشوار می‌کند. بنابراین، استفاده از ترکیبی از نشانگرها یک روش عملی برای افزایش قابل توجه قابلیت‌های پیش‌بینی بیماری است [51]. در نهایت، نیاز فوری به ادغام موثر داده‌های omics پلاسمای منی چند سطحی (شامل ترانس کریپتومیکس، پروتئومیکس، و لیپیدومیکس) برای انجام مطالعات مکانیکی عمیق بیماری‌های مرتبط با تولید مثل و ارائه مبنایی برای اقدامات مداخله‌ای بالینی برای بهبود مایع منی مردانه وجود دارد. کیفیت

مرجع

[1] آگروال ع، مجذوب ع، پرخ ن، و همکاران. مروری شماتیک از وضعیت فعلی عمل ناباروری مردان. World J Mens Health، 2020، 38: 308-22

[2] آگاروال ع، بسکاران س، پرخ ن، و همکاران. ناباروری مردانه. Lancet، 2021، 397: 319-33

[3] Bracke A, Peeters K, Punjabi U, et al. جستجوی مکانیسم‌های مولکولی زیربنایی ناباروری ایدیوپاتیک مردانه Reprod Biomed Online، 2018، 36: 327-39

[4] Krausz C، Escamilla AR، Chianese C. ژنتیک ناباروری مردانه: از تحقیق تا کلینیک. بازتولید، 2015، 150: R159-74

[5] Schjenken JE، Robertson SA. سیگنال دهی مایع منی در دستگاه تناسلی زن: پیامدهایی برای موفقیت باروری و سلامت فرزندان Adv Exp Med Biol، 2015،868: 127-58

[6] Robertson SA، Sharkey DJ. مایع منی و باروری در زنان Fertil Steril، 2016، 106: 511-9

[7] Xu S، Wu Y، Chen Y، و همکاران. قرار گرفتن در معرض فلزات محیطی، متابولوم پلاسمای منی و کیفیت منی: شواهدی از مردان چینی در سنین باروری Sci Total Environ، 2022، 838: 155860

[8] Carrell DT، Aston KI، Oliva R، و همکاران. "امیک" ناباروری مردانه انسانی: ادغام داده های بزرگ در یک رویکرد زیست شناسی سیستمی. Cell Tissue Res, 2016, 363: 295-312

[9] Nicholson JK، Lindon JC، Holmes E. "متابونومیکس": درک پاسخ های متابولیکی سیستم های زنده به محرک های پاتوفیزیولوژیکی از طریق تجزیه و تحلیل آماری چند متغیره داده های پکتروسکوپی NMR بیولوژیکی. Xenobiotica، 1999، 29: 1181-9

[10] Wishart DS، Feunang YD، Marcu A، و همکاران. HMDB 4.0: the human metabolome database for 2018. Nucleic Acids Res, 2018, 46: D608-17

[11] Wishart DS. متابولومیک برای بررسی فرآیندهای فیزیولوژیکی و پاتوفیزیولوژیکی. Physiol Rev، 2019، 99:1819-75

[12] گوپتا ع، مهدی ع.ع.، احمد م.ک.، و همکاران. مطالعات طیف‌سنجی 1H NMR بر روی پلاسمای منی انسان: یک مدل طبقه‌بندی تجزیه و تحلیل عملکرد متمایز اثباتی. J Pharm Biomed Anal، 2011، 54: 106-13

[13] Jayaraman V، Ghosh S، Sengupta A، و همکاران. شناسایی تفاوت‌های بیوشیمیایی بین اشکال مختلف ناباروری مردان با طیف‌سنجی رزونانس مغناطیسی هسته‌ای (NMR). J Assist Reprod Genet، 2014، 31: 1195-204

[14] Zhang X، Diao R، Zhu X، و همکاران. توصیف متابولیک آستنوزواسپرمی با استفاده از متابولومیک پلاسمای منی غیر هدفمند Clin Chim Acta، 2015، 450: 254-61

[15] Mumcu A, Karaer A, Dogan B, et al. تجزیه و تحلیل متابولومیک پلاسمای منی در بیماران مبتلا به الیگوآستنوتراتوزواسپرمی ایدیوپاتیک با استفاده از NMR با وضوح بالا

طیف سنجی Andrology، 2020، 8: 450-6

[16] Neto FTL، Marques RA، De Freitas Cavalcanti Filho A، و غیره. 1

متابونومیک مبتنی بر H NMR برای تشخیص ناباروری در مردان مبتلا به واریکوسل. J Assist Reprod Genet، 2020، 37:2233-47