Долгое время роль семенной плазмы (СП) в процессе оплодотворения у человека оставалась недооцененной. Считалось, что СП функционирует только как среда для переноса сперматозоидов. Однако, учитывая сложность состава СП, очевидно, что она выполняет не только транспортную функцию. СП играет многофункциональную роль в процессе созревания сперматозоидов и приобретения ими способности оплодотворить яйцеклетку. При этом функциональная важность СП не учитывается должным образом при подготовке сперматозоидов к программам вспомогательных репродуктивных технологий (ВРТ). Обычно сперматозоиды отмывают от СП и разбавляют в специальных средах. Повысить оплодотворяющую способность сперматозоидов и, следовательно, частоту положительных исходов (наступления беременности) в циклах ВРТ может добавление к отмытым сперматозоидам собственной СП или плазмы фертильного донора. Также СП потенциально может использоваться для диагностики различных форм мужского бесплодия. Современные методы основаны на анализе параметров клеточной фракции спермы, однако иногда этого недостаточно для полного понимания причин бесплодия. СП служит источником большого количества биомаркеров, анализ которых может повысить точность диагностики in vitro.
Посттестикулярная трансформация сперматозоидов
Сперматогенез протекает в семенных канальцах яичка в направлении от периферии канальца к его центру. Поддерживают сперматогенез клетки Сертоли – длинные клетки непостоянной формы. Клетки Сертоли соединены друг с другом плотными контактами и образуют «камеры», содержащие клетки сперматогенеза. После сперматогенеза в просвет канальца высвобождаются морфологически зрелые, но неподвижные и неспособные к оплодотворению сперматозоиды. Из семенных канальцев сперматозоиды пассивно (за счет тока жидкости канальцев и сокращения гладкой мускулатуры) транспортируются в головку придатка яичка. В придатке сперматозоиды находятся от 10 до 15 дней, в течение которых подвергаются биохимическому созреванию. Основным процессом, который происходит в головке придатка, является поглощение жидкости эпителиальными клетками, что приводит к увеличению концентрации сперматозоидов. Высокая концентрация сперматозоидов в сперме является важным фактором мужской фертильности [1, 2].
В процессе созревания в придатке яичка сперматозоиды приобретают подвижность; у них происходит изменение состава гликопротеидов плазматической мембраны, окончательное формирование акросомы, изменение структуры цитоскелета, уплотнение генетического материала, появление новых белков и нкРНК. В конечном итоге все это приводит к приобретению сперматозоидом способности оплодотворить яйцеклетку. После прохождения придатка в сперматозоидах обнаруживаются белки, необходимые для проникновения через клетки кумулюса, и связывание с прозрачной оболочкой яйцеклетки (например, белки семейства ADAM, акрозин-связывающий белок, белок CRISP1). Дополнительной функцией придатка яичка является защита сперматозоидов. В частности, эпителиальные клетки придатка выделяют различные антиоксидантные ферменты для нейтрализации активных форм кислорода (например, супероксиддисмутазу) [1].
Хвост придатка функционирует как хранилище функционально зрелых сперматозоидов перед эякуляцией. К тому моменту, когда сперматозоиды достигают хвоста придатка, большинство из них обладают прогрессивной подвижностью и способностью оплодотворить яйцеклетку. При этом в хвосте придатка сперматозоиды неподвижны за счет ряда факторов, выделяющихся эпителиальными клетками придатка (клетки могут подергиваться, но не в состоянии совершать какое-либо поступательное движение). При эякуляции сперматозоиды быстро проходят через семявыносящий проток и смешиваются с выделениями из семенных пузырьков и предстательной железы. Жидкость семенных пузырьков богата фруктозой (основным источником энергии сперматозоидов) и простагландинами, а жидкость предстательной железы – лимонной кислотой, кислой фосфатазой, ионами цинка, магния и фосфата, кальцием. К тому же слабощелочная реакция простатической жидкости важна для нейтрализации кислой среды влагалища. После эякуляции происходит окончательное созревание сперматозоидов, их метаболическая активность увеличится в 3–5 раз по сравнению с активностью в придатке, сперматозоиды становятся подвижными. Вещества, необходимые для окончательного созревания сперматозоидов содержатся в СП: гормоны (тестостерон и эстрогены), ферменты и специфические питательные вещества. Подвижность сперматозоидов также зависит от рН: существенно повышается в нейтральной или слегка щелочной среде, существующей в эякуляте, и столь же существенно подавляется в умеренно кислой среде, а очень кислая среда приводит к гибели сперматозоидов [1, 3].
Подвижность сперматозоидов важна для оплодотворения яйцеклетки и необходима для репродуктивного успеха. Для поддержания подвижности сперматозоидов необходима энергия АТФ. Синтез АТФ в сперматозоидах происходит за счет двух метаболических путей: гликолиза и окислительного фосфорилирования. Нарушение энергетического метаболизма приводит к снижению подвижности сперматозоидов и, как следствие, к бесплодию. Форма мужского бесплодия, связанная со снижением подвижности сперматозоидов – астенозооспермия. При астенозооспермии общая подвижность сперматозоидов обычно составляет менее 40%, а прогрессирующая подвижность – менее 32% [4, 5].
Состав семенной плазмы
СП – жидкий неклеточный компонент спермы, состоящий из секрета клеток яичек, придатков яичек, предстательной железы, семенных пузырьков, бульбоуретральных и периуретральных желез. Яички вместе с придатками продуцируют около 2–5% СП, 30% вырабатывается в предстательной железе, 65–75% – в семенных пузырьках и 1% – в бульбоуретральных и периуретральных железах [6, 7].
СП составляет ~95% объема эякулята и служит средой для переноса сперматозоидов. Однако, учитывая сложность состава СП, очевидно, что она выполняет не только функцию транспорта сперматозоидов. СП влияет на физиологию, морфологию и подвижность сперматозоидов, регулирует паттерн фосфорилирования тирозина, контролируя капацитацию и акросомную реакцию, участвует во взаимодействии сперматозоидов с женским репродуктивным трактом. Было обнаружено, что наличие в СП эпидидимального белка E-кадгерина способствует адгезии сперматозоидов к яйцеклетке – Е-кадгерин связывается с областью акросомы сперматозоидов и остается связанным с головкой после акросомной реакции. СП защищает сперматозоиды (например, от окислительного стресса), а также модулирует иммунные реакции в мужских и женских половых путях [6–9]. Состав СП включает органические соединения (белки, углеводы, липиды, ДНК и РНК, в том числе микроРНК и др.) и неорганические ионы (например, кальций, магний, калий, натрий и цинк). Особенно обогащена СП белками, сахарами, РНК и липидами, которые либо растворены в СП, либо инкапсулированы во внеклеточные везикулы [6–9].
СП богата внеклеточными везикулами (ВВ) различного происхождения. ВВ придатка яичка называются эпидидимосомами, а ВВ, высвобождаемые из клеток предстательной железы, – простасомами. Также в СП могут быть обнаружены везикулы, высвобождаемые клетками яичка (клетками Сертоли и сперматогониальными стволовыми клетками) и интерстициального пространства яичка (клетками Лейдига, эндотелиальными клетками сосудов яичка). ВВ СП могут защищать сперматозоиды, влиять на их подвижность и морфологические характеристики, а также регулировать капацитацию и акросомную реакцию. Например, эпидидимосомы содержат ряд молекул, которые могут влиять на созревание сперматозоидов (CD52, GliPr1L1, MIF, P25b, P34h, ATP2B4, SPAM1, AKR1B1, SLC27A2, EDDM3B, KRT19 и WFDC8), защищать их от окислительного стресса (ELSPBP1, BLVRA, GPX5 и глутатион-S-трансфераза), влиять на морфологию и подвижность сперматозоидов (ADAM7, ATP2B4). Также одним из компонентов груза эпидидимосом являются малые РНК, которые могут модулировать экспрессию генов в сперматозоидах. Похожий эффект на сперматозоиды оказывают простасомы. Некоторые компоненты простасом могут усиливать подвижность сперматозоидов (рецепторы прогестерона, аминопептидаза N), предотвращать преждевременную капацитацию и акросомную реакцию (холестерин) и участвовать в последующей индукции капацитации (цАМФ, рецепторы прогестерона, гидролазы и липоксигеназы), защищать сперматозоиды от окислительного стресса (NOSs и ATP2B4), а также от агрессивной кислой среды влагалища и иммунного ответа женского репродуктивного тракта (PH, LGALS3 и CD48) [10].
До недавнего времени считалось, что так как у людей компоненты СП не проходят через цервикальную слизь в верхние отделы женского репродуктивного тракта, ее вклад в регуляцию процесса оплодотворения ограничен. К тому же хорошо известно, что методами ВРТ можно оплодотворить яйцеклетку незрелыми сперматозоидами, извлеченными из придатков яичек. Однако при естественном оплодотворении СП важна для созревания сперматозоидов и приобретения ими способности оплодотворить яйцеклетку; поэтому использование СП, как собственной, так и фертильных доноров, при подготовке сперматозоидов в программах ВРТ может повысить частоту положительных исходов программ.
Сравнительный состав семенной плазмы здоровых мужчин и пациентов с бесплодием
СП важна для созревания и функционирования сперматозоидов. Она обеспечивает сперматозоиды энергией и питанием, влияет на подвижность сперматозоидов и их способность к оплодотворению. Чтобы установить, какие именно компоненты СП влияют на сперматозоиды, были проведены исследования, оценивающие протеомный состав, состав микроРНК и метаболомный профиль СП у здоровых (фертильных) мужчин и мужчин с различными формами бесплодия.
Протеом семенной плазмы
СП содержит большое количество белков, необходимых не только для транспорта сперматозоидов, но и для их защиты и созревания. Белковый состав СП составляет совокупность белков яичка, придатка яичка, семенных пузырьков, предстательной железы, а также бульбоуретральных и периуретральных желез. Часть белков растворена в СП, а часть находится во ВВ. Основное количество белков СП – ферменты. Более 8% протеома СП образуется протеазами, около 4% – ингибиторами протеаз. Высокую ферментативную активность белков СП важно учитывать при анализе ее протеома. Из-за высокой протеолитической активности стабильность отдельных белков СП может варьироваться и искажать результаты исследования [6, 8].
Одними из наиболее распространенных белков СП являются семеногелин-1 (SEMG1) и семеногелин-2 (SEMG2). Они участвуют в образовании сгустка после эякуляции, который ингибирует преждевременную капацитацию сперматозоидов и обеспечивает защиту от кислой среды влагалища за счет буферных свойств. Также в образовании сгустка участвуют фибронектин (FN1) и калликреин-3 (KLK3). SEMG1, SEMG2 и FN1 секретируются в СП семенными пузырьками. Также для семенных пузырьков характерны белки EMG1, лактотрансферрин (LTF), синтаза оксида азота (NOS1), ингибиторы протеаз, например, protein C-inhibitor (PCI) и различные цитокины, включая трансформирующий фактор роста-β (TGFB), белок, ингибирующий пролактин (PIP). К белкам, секретируемым простатической железой, относятся: альбумин (ALB), LTF, фолатгидролаза FOLH1 (также известная как простатспецифический мембранный антиген PSMA), липоксигеназа ALOX15B, глутамин-гамма-глутамилтрансфераза 4 TGM4, простатспецифичный белок 94 (PSP-94), ACPP и калликреин hK3e (KLK3), сериновая протеаза PSA, PIP, SPAM1. Белки придатка яичка: простагландин-D-синтаза липокалинового типа PTGDS, кластерин (CLU), секреторный белок придатка яичка NPC2, MIF, человеческий лейкоцитарный антиген G (HLA-G), белок спермы P34H и ряд белков антиоксидантной системы, таких как секреторная глутатионпероксидаза 5 (GPX5) и γ-глутамилтранспептидаза (GGT1). Из клеток яичка в СП попадают: транскетолазоподобный белок 1 (TKTL1), фосфоглицераткиназа 2 (PGK2), С-цепь L-лактатдегидрогеназы (LDHC), TEX101 и акросомальный белок SP1 (ACRV1) и PIP. Муцин (MUC) выделяется из бульбоуретральных желез. Многие белки, присутствующие в СП, происходят из различных желез, например альбумин, LTF, PIP, SPAM1, KLK3. Также в СП присутствуют молекулы сигнальной трансдукции, включая Ras-родственные малые ГТФазы [8].
В везикулах СП было идентифицировано большое количество белков, которые можно разбить на группы в зависимости от выполняемых ими функций [8]:
- ферменты: протеазы (ACPP, GGT1), аминопептидаза N (APN), неприлизин (MME), DPP4, FOLH1 и KLK3; предполагается, что APN и MME регулируют подвижность сперматозоидов человека посредством модуляции уровней энкефалина и тахикинина;
- транспортные/структурные белки: шесть членов семейства аннексинов (ANXA1, 3, 5, 6 и 11), участвующие в регуляции Ca2+, мембранном транспорте, реорганизации липидов в мембране и эндоцитозе; α-актин (ACTA) и β-актин (ACTB), профилин I (PRO1) и II (PRO2), LTF, FN1 и тубулины α (TBA1) и β (TBB2);
- ГТФазы, включая белки семейства RAS (RAB и RAP), участвующие в регуляции транспорта везикул;
- белки-шапероны, включая белки, связанные с тепловым шоком HSP27 (HS27), HSP70 (HS71, HS72 и HS76) и белки HSP90 (HS9A и HS9B);
- белки передачи сигнала, включая кальмодулин (CALM), CLU, UBQ, цинк-альфа-2-гликопротеин (AZGP1, также известный как ZA2G) и MIF.
К белкам, ассоциированным с эпидидимосомами, относятся ферменты полиольного пути, фактор, ингибирующий миграцию макрофагов (MIF), глутатионпероксидаза 5 типа (GPX5) – защищает сперматозоиды от окислительного стресса, молекулы адгезии сперматозоидов 1 (SPAM1 или PH-20), и белок P34H, участвующий во взаимодействии с блестящей оболочкой ооцита. Простасомы содержат белки PAP, простатспецифический антиген (PSA), антиген стволовых клеток предстательной железы (PSCA), трансмембранную сериновую протеазу 2 типа (TMPRSS2) и простатспецифическую трансглутаминазу (pTGase) [7].
Существует довольно большая вариабельность в белковом составе СП у фертильных мужчин и мужчин с различными формами бесплодия. Предполагается, что протеомные изменения в СП пациентов с астенозооспермией, по-видимому, в основном связаны с метаболизмом и выработкой энергии, а при олигоастенозооспермии наблюдается изменение состава белков, участвующих в развитии, метаболизме, подвижности и антиоксидантной защите сперматозоидов.
Например, согласно исследованию Wu Y. et al., уровни 22 белков были снижены, включая LDCH, SORD, ANXA2 и калликреин-2 (KLK2), и 7 белков были повышены, например, белок теплового шока HSP72, в группе астенозооспермии [11]. LDHC (lactate dehydrogenase C) – характерный для яичек фермент, необходим для нормальной мужской фертильности. SORD (sorbitol dehydrogenase) участвует в производстве энергии путем превращения сорбита во фруктозу и играет определенную роль в стимулировании подвижности сперматозоидов. При олигоастенозооспермии повышается концентрация LTF, GSTP1, GNPTG, TSPAN1, PIP, CTSL, PAEP, TGM4 в СП и снижается концентрация NPC2, PTGDS, KLK3, LAMP2, FMOD, ECM1, AZGP1, CRISP1, SOD3, ATP5A1 [8, 11].
Протеомное сравнение образцов спермы с различной подвижностью привело к идентификации 86 дифференциально экспрессируемых белков. В основном это оказались белки, локализованные в митохондриях и участвующие в метаболизме и производстве энергии. Было выделено 7 основных белков, сниженных во всех группах астенозооспермии (при легкой, средней и тяжелой формах) в сравнении с нормозооспермией, причем 5 из них задействованы в катаболизме (PDHB, ACO2, SUCLA2, OXCT1, GOT1), а 2 – в электронно-транспортной цепи (ATP5A1, COX20). PDHB представляет собой субъединицу митохондриального мультиферментного комплекса, ответственного за превращение пирувата в ацетил-КоА и СО2; ACO2 – фермент, участвующий во второй стадии цикла трикарбоновых кислот (ЦТК) и катализирующий превращение цитрата в изоцитрат; SUCLA2 – фермент митохондриального матрикса, который катализирует превращение сукцинил-КоА в сукцинат и ацетоацетил-КоА, а также фосфорилирование АДФ в АТФ в ЦТК; GOT1 переносит NADH в матрикс митохондрий; ATP5A1 является каталитической субъединицей АТФ-синтазы; COX20 необходимый для сборки цитохром-С-оксидазы (IV комплекс дыхательной цепи) [4].
У пациентов с азооспермией выявили повышенное содержание 8 белков (в сравнении с нормозооспермией, астенозооспермией и олигозооспермией): фибронектин, простатическая кислая фосфатаза (PAP), пролактининдуцируемый белок (PIP), бета-2-микроглобулин (B2M), субъединица протеасомы альфа-типа 3 (PSMA3), цитозольная неспецифическая дипептидаза (CNDP2) и галектин-3-связывающий белок (LGALS3BP). При этом концентрация простагландин-D-синтазы (PGDS) при азооспермии снижена в сравнении с нормозооспермией. Снижение PGDS связано с ухудшением качества спермы, снижением подвижности сперматозоидов и плохой морфологией клеток. Отличить обструктивную азооспермию от необструктивной можно измерив концентрацию ECM1 в СП – низкие уровни ECM1 указывают на обструкцию семявыводящих протоков. Белок TEX101 позволяет различать типы необструктивной азооспермии (гипоспермиатогенез, задержку созревания сперматозоидов и синдром только клеток Сертоли) [6, 7].
Протеомный профиль экзосом СП также отличается у мужчин с нормозооспермией и пациентов с тяжелой астенозооспермией: экзосомы нормальной спермы обогащены CRISP1, SPAG11B, DEFB126; и наоборот, в экзосомах от образцов с астенозооспермией сильно повышена концентрация PAEP, белка, играющего важную роль в контроле конденсации сперматозоидов, эпидидимального секреторного белка E3-альфа (EDDM3A), вероятно, участвующего в созревании сперматозоидов [8].
Малые некодирующие РНК семенной плазмы
МикроРНК (miRNA) представляют собой семейство коротких (20–23 нуклеотиды) одноцепочечных некодирующих РНК, которые способны регулировать экспрессию генов на посттранскрипционном уровне посредством связывания с 3’ нетранслируемыми участками мРНК-мишеней и вызывать деградацию мРНК и/или репрессию трансляции. У одной микроРНК могут быть сотни мишеней мРНК, а мРНК-мишень может обладать несколькими сайтами связывания для одних и тех же или разных микроРНК. МикроРНК обладают высокой стабильностью и в большом количестве содержатся в плазме, сыворотке крови и других жидкостях организма, в том числе в СП (причем микроРНК в СП могут быть частично получены из сперматозоидов, например, при апоптозе клеток) [12].
Было проведено исследование, в котором сравнивали паттерн экспрессии наиболее распространенных связанных со сперматогенезом 11 микроРНК (let-7a, miR-7-1-3p, miR-15b, miR-16, miR-34b, miR-122, miR-141, miR-181a, miR-200a, miR-429 и miR-449a) в сперматозоидах и СП бесплодных мужчин (с олигозооспермией и астенозооспермией) и мужчин с нормальной фертильностью. Значительное повышение уровней экспрессии было обнаружено для 5 микроРНК в сперматозоидах и СП бесплодных мужчин (олигозооспермия и астенозооспермия) по сравнению с нормальной спермой: микроРНК let-7a, miR-7-1- 3p, miR-141, miR-200a и miR-429. Уровни экспрессии трех микроРНК (miR-15b, miR-34b и miR-122) были значительно ниже в сперматозоидах и семенной плазме бесплодных мужчин по сравнению с нормальной спермой. Для уровней экспрессии miR-16, miR-181a и 449a не было обнаружено последовательных различий между тремя группами [12].
МикроРНК let-7a: одна из ее мишеней – FNDC3 (Fibronectin type-III); FNDC3 необходим для адгезии между сперматозоидами и клетками Сертоли.
miR-7-1-3p: ее мишени PIK3R3 и RB1. PIK3R3 экспрессируется на еще ранних стадиях развития и остается в изобилии в ткани яичек (и в других органах, например, в мозге, печени, сердце). RB1, первый идентифицированный опухолевый супрессор, участвует в регуляции клеточного цикла, репликации ДНК и терминальной дифференцировки. Было обнаружено, что RB1 параллелен стадийно-зависимой экспрессии рецептора андрогена в клетках Сертоли и может оказывать влияние на сперматогенез.
miR-15b нацелена на область мРНК, кодирующую изоцитратдегидрогеназу 3 (NAD+) альфа (IDH3A). Низкая экспрессия IDH3A нарушает подвижность сперматозоидов, изменяя их энергетический метаболизм. Семейство miR-34 играет важную роль в апоптозе и р53-опосредованной гибели клеток. miR-34b высоко экспрессируется во взрослом яичке по сравнению с препубертатным яичком, что указывает на его потенциальную роль в дифференцировке мужских половых клеток. Предполагаемый ген-мишень miR-34b является гомологом гена Notch 1 (NOTCH1).
miR-122a преимущественно экспрессируется в постмейотических половых клетках и подавляет транскрипцию переходного белка 2 (TNP2), специфичного для яичек белка, участвующего в ремоделировании хроматина во время сперматогенеза. Генами-мишенями miR-141 являются CB1 и TGFB2. CB1 экспрессируется в различных участках мужской репродуктивной системы и действует как негативный регулятор многих путей передачи сигнала. TGFB2 высоко экспрессируется в тканях человека и играет важную роль во время эмбрионального развития. Было показано, что miR-141 значительно повышена в сперме, СП и ткани яичек пациентов с нарушенным сперматогенезом. miR-181a: мишени – ингибитор циклин-зависимой киназы 1B (CDKN1B) и фактор транскрипции E2F7 (E2F7). Эти два белка негативно регулируют клеточный цикл. Ингибирование miR-181a значительно снижало жизнеспособность клеток. miR-429 дифференциально экспрессируется в тканях яичек: низкую экспрессию наблюдают в клетках Сертоли, высокую – в сперматозоидах. Активация miR-429 индуцирует апоптоз. Мишенями являются BCL2 и SP1, и оба этих гена связаны с апоптозом [12]. В таблице представлены гены-мишени 11 исследуемых микроРНК.
В другом исследовании сообщалось о некоторых других микроРНК, характерных для патологических состояний мужской репродуктивной системы (астенозооспермия, олигозооспермия, тератозооспермия и необструктивная азооспермия): miR-638, miR-149-3p, miR-1246, miR-455-3p, miR-1015p, let-7b-5p, miR-572 и let-7c-5p [10].
ВВ СП также богаты микроРНК. Было обнаружено, что miR1, miR34a и let-7b являются наиболее распространенными микроРНК в ВВ яичек. Наиболее часто экспрессируемыми микроРНК (miRNAs) в везикулах от клеток Сертоли являются miR-3960, miR-6087, miR-3665, miR-7704, miR-4787-5p и miR-486-5p. miR-486-5p, например, переносится из клеток Сертоли в сперматогониальные стволовые клетки (ССК) через экзосомы и понижает экспрессию Pten в клетках, что способствует дифференцировке ССК. Профилирование микроРНК небольших ВВ (<150 нм) от эндотелиальных клеток яичка человека выявило 2578 микроРНК. Биоинформатический анализ показал, что 30 из 2578 микроРНК (например, miR-6087, miR-5787 и miR-4459) могут быть связаны с различными нарушениями мужской репродуктивной системы. При этом 11 из этих 30 микроРНК (например, miR-638, miR-320a и miR-26a-5p) участвуют в сперматогенезе [10].
Метаболомный профиль семенной плазмы
В исследовании Hou Y. et al. изучали различие метаболомного профиля пациентов с нормальной фертильностью и астенозооспермией различной этиологии (идиопатическая, вызванная ожирением, инфекциями и варикоцеле). Было идентифицировано 40 различных метаболитов между четырьмя группами астенозооспермии (разделение на группы по этиологии) и группой нормальной спермы: аконитовая кислота, аланин, арабитол, аспарагиновая кислота, валин, галактитол, галактоза, галактопиранозид, гексадекановая кислота, глицин, глутамин, глутаминовая кислота, глюкоза, инозитол, лейцин, лизин, лимонная кислота, малеиновая кислота, маннитол, молочная кислота, мочевина, октадекановая кислота, олеиновая кислота, пентандиоевая кислота, пировиноградная кислота, пролин, серин, сорбитол, тирозин, треитол, треонин, треоновая кислота, уридин, фосфорамидиновая кислота, фруктоза, холестерин, цитруллин, янтарная кислота, 1-моноферулоилглицерин, N-ацетилглюкозамин. Разница между группами идиопатической астенозооспермии и нормальной спермы в основном обусловлена снижением уровня серина и повышением уровня холестерина. Метаболические нарушения в группе астенозооспермии, связанной с варикоцеле, в основном проявляются в снижении уровня лейцина и повышении уровня аконитовой кислоты. Уровни большинства различных метаболитов в группах астенозооспермии из-за ожирения и инфекции снизились: причем в группе астенозооспермии из-за ожирения наиболее значительные изменения были отмечены для тирозина, пролина и аспарагиновой кислоты, а в группе астенозооспермии из-за инфекций – для инозитола. Метаболизм фруктозы, лимонной кислоты, пировиноградной кислоты, молочной кислоты и глютамина одновременно демонстрировал нарушения в образцах семенной плазмы пациентов с астенозооспермией с четырьмя различными этиологиями. В целом результаты показали, что по сравнению со здоровыми мужчинами у пациентов с астенозооспермией наблюдались значительные нарушения углеводного и аминокислотного состава семенной плазмы. Было обнаружено 5 метаболических путей, существенно влияющих на астенозооспермию, вызванные различной этиологией (метаболизм пируватов; цикл Кребса; гликолиз/глюконеогенез; метаболизм аспартата и аланина, и глюкозы; метаболизм глиоксилатов и дикарбоксилатов). Эти уникальные метаболиты и измененные метаболические пути могут быть общими признаками возникновения астенозооспермии [13].
Zhang X. et al. выявили снижение концентрации тирозина и фенилаланина и повышение холестерина, цитрата, α-кетоглутаровой кислоты, креатинина, холина, фосфохолина, глицерофосфохолина, цистеина, глутамина и гистидина у пациентов с астенозооспермией в сравнении с нормозооспермией [14].
Mumcu A. et al. сравнили метаболический профиль пациентов с олигоастенотератозооспермией и нормозооспермией. При олигоастенотератозооспермии наблюдалось снижение концентрации лактата, цитрата, лизина, аргинина, валина, глутамина, креатинина, α-кетоглутариновой кислоты, спермина и путресцина и повышение уровня тирозина. Снижение уровня глютамина, цитрата и α-кетоглутарата у пациентов с олигоастенотератозооспермией может быть связано со снижением активности цикла Кребса, а снижение уровня лактата – со снижением активности гликолиза [15].
Галимова Э.Ф. и соавт. обнаружили снижение активности лактатдегидрогеназы (ЛДГ), малатдегидрогеназы (МДГ), α-глюкозидазы, цАМФ и АТФ и повышение активности γ-глутамилтрансферазы (ГГТ), аспартатаминотрансферазы (АСТ), аланин-аминотрансферазы (АЛТ), щелочной фосфатазы (ЩФ), креатинфосфокиназы (КФК) и α-амилазы у мужчин с идиопатическим бесплодием [16]. Снижение активности ЛДГ и МДГ указывает на нарушения энергетического обмена. α-глюкозидаза является индикатором функционирования придатка яичка и ее снижение свидетельствует о дисфункции придатка. АТФ является источником энергии, а также посредником для межклеточной коммуникации. Из АТФ синтезируется цАМФ – вторичный посредник, участвующий в передаче сигналов внутри клетки. АТФ связывается с Р2-пуринергическими рецепторами на плазматической мембране сперматозоидов и влияет на их подвижность, а также выполняет протекторную функцию, управляя интенсивностью апоптоза сперматозоидов. ГГТ участвует в переносе аминокислот через клеточную мембрану и увеличение его активности может свидетельствовать о возрастании энергетической роли аминокислот при блоке гликолиза. Также повышение ГГТ может являться компенсаторным механизмом в ответ на повышение содержания ксенобиотиков в СП мужчин с бесплодием: ГГТ участвует в катаболизме глутатиона, восстановленная форма которого важна для детоксикации ксенобиотиков. Мембраносвязанная щелочная фосфатаза является маркером целостности сперматозоидов – увеличение ее содержания в СП свидетельствует о повреждении сперматозоидов. КФК сигнализирует об избытке цитоплазмы при созревании сперматозоидов [16, 17].
Влияние донорской семенной плазмы на сперматозоиды
Есть ряд исследований, показывающих, что донорская СП оказывает эффект на сперматозоиды. Например, Turunen T. et al. продемонстрировали, что при смешивании сперматозоидов и СП от разных мужчин подвижность и жизнеспособность сперматозоидов сильно отличаются в зависимости от характеристик спермы донора СП [18].
Murdica V. et al. сравнивали подвижность сперматозоидов после инкубации с везикулами, выделенными из СП мужчины с нормозооспермией, и везикулами из СП при астенозооспермии. Количество прогрессивно подвижных сперматозоидов в группе с везикулами из СП нормальной спермы было выше через 1 и 4 ч коинкубации, чем в группе с везикулами из СП при астенозооспермии. При этом жизнеспособность сперматозоидов в обеих группах не изменилась, что указывает на то, что неблагоприятное воздействие везикул, полученных от пациентов с астенозооспермией, не связано со снижением количества жизнеспособных сперматозоидов. Также было показано, что везикулы от мужчин с нормозооспермией индуцируют фосфорилирование тирозина и акросомную реакцию, причем значительный эффект наблюдается через 4 ч инкубации. Везикулы от мужчин с астенозооспермией не способны индуцировать фосфорилирование тирозина и акросомную реакцию [19].
Добавление СП снижает вредный эффект криоконсервации. Например, сперматозоиды барана после разморозки с большей вероятностью восстанавливали способность к оплодотворению яйцеклеток, когда размораживание сопровождалось добавлением СП [20]. Также некоторые исследования на животных показали, что добавление донорской СП влияет на подвижность сперматозоидов [21].
Таким образом, СП регулирует подвижность сперматозоидов, влияет на их морфологию, концентрацию, оплодотворяющую способность, а также защищает сперматозоиды [22–24]. Состав СП варьирует как между индивидуумами, так и у одного человека в разные моменты времени. Ряд исследований показал различия протеомного, транскриптомного и метаболомного профилей СП у пациентов с нормальной фертильностью и различными формами бесплодия [25–29]. Также есть данные, свидетельствующие о том, что СП от фертильных доноров может благоприятно влиять на качество сперматозоидов пациентов с нарушенной фертильностью [30, 31].
Заключение
СП является важным компонентом спермы человека. Учитывая сложность ее состава, очевидно, что она выполняет не только функцию транспорта сперматозоидов.
Использование СП как от самого пациента, так и от фертильного донора при подготовке сперматозоидов в программах ВРТ потенциально может повысить оплодотворяющую способность сперматозоидов, а следовательно, и частоту наступления беременности в циклах ВРТ.
