Особенности ферментного профиля и энергетического статуса спермальной плазмы при идиопатическом беспло

Главным вопросом репродуктивной медицины является бесплодие, которым страдают 10—15% супружеских пар с приблизительно равным вкладом обоих полов [1, 2]. Существует и иное мнение, согласно которому мужской фактор считается ведущей причиной бесплодия [3]. По расчетам экспертов РАМН, мужская инфертильность явилась причиной нерождения в России 3,5—4,0 млн детей за последние 15—20 лет [4]. Дефекты сперматогенеза имеют мультикаузальный характер и возникают вследствие воздействия комплекса внешних и внутренних факторов (средовых, поведенческих, алиментарных, наследственных и др.).

У значительного контингента пациентов не удается зафиксировать явных дефектов типа эндокринопатий, варикоцеле, гипотрофии яичек и т.д., а стандартные показатели спермограмм нередко варьируют в пределах нормы. В этих случаях речь идет об идиопатическом бесплодии, прогресс в изучении которого был связан с доказательством роли свободных радикалов в возникновении мужской инфертильности, а также с достижениями генетики [5, 6]. Вместе с тем лечение бесплодия неустановленной этиологии до настоящего времени носит эмпирический характер с непрогнозируемым результатом [7]. Широкое использование генетической эпидемиологии способствовало лучшему пониманию природы идиопатической патоспермии, однако эта методология должна быть дополнена углубленным исследованием биохимического состава эякулята и молекулярных механизмов сперматогенеза в норме и при патологии, которые все еще недостаточно изучены.

Цель настоящей работы — анализ метаболических особенностей спермальной плазмы как нутритивного и протективного окружения сперматозоидов у фертильных доноров и при бесплодии неясного генеза.

Обследованы 68 пациентов (20 здоровых мужчин с доказанной фертильностью (контрольная группа) и 48 с идиопатической патоспермией). Анализ эякулята проводили в соответствии с рекомендациями ВОЗ [8]. Спермоплазму получали центрифугированием эякулята при 400 об/мин в течение 20 мин.

В спермальной плазме определяли активность лактатдегидрогеназы (ЛДГ), γ-глутамилтрансферазы (ГГТ), аспартатаминотрансферазы (АСТ), аланинаминотрансферазы (АЛТ), щелочной фосфатазы (ЩФ), α-амилазы, малатдегидрогеназы (МДГ), глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы (Г-6-ФДГ), нейтральной α-глюкозидазы и креатинфосфокиназы (КФК) на полуавтоматическом биохимическом анализаторе Stat Fax 1904+ (США).

Концентрацию циклического аденозин-3,5-монофосфата (цАМФ) определяли методом иммуноферментного анализа с помощью набора фирмы «BCM Diagnostics» на анализаторе Anthos-2020 (Австрия). Содержание АТФ находили биолюминесцентным методом наборами ATP Bioluminescent Assay Kit фирмы «Sigma-Aldrich Corporation».

Статистическую обработку результатов проводили с помощью параметрических методов анализа с использованием t-критерия Стьюдента.

Характеристика спермограммы обследованных с идиопатическим бесплодием и контрольной группы представлена в табл. 1.

В табл. 2

ЛДГ принадлежит эссенциальная роль в реакциях гликолитической оксидоредукции и биосинтеза АТФ [9], которые необходимы для нормального функционирования сперматозоидов. Подавление активности ЛДГ может свидетельствовать об ограничении использования лактата на энергетические цели в мужских гаметах, где он является более предпочтительным субстратом для окисления в митохондриях, нежели фруктоза, глюкоза или пируват [10]. В опубликованных ранее работах [11] сообщалось об активации ЛДГ при некоторых формах патоспермии. Вероятно, несовпадение наших результатов и данных литературы может быть обусловлено более глубокой альтерацией биохимических процессов при идиопатическом бесплодии.

Скорость реакций, катализируемых трансферазами АСТ, АЛТ и ГГТ, также претерпевала определенные изменения. Активность ГГТ, центрального фермента катаболизма и межорганного обмена глутатиона увеличивалась до 162% контрольных величин. Восстановленному глутатиону принадлежит важная роль в связывании токсичных и реактивных продуктов, генерируемых в реакциях биотрансформации ксенобиотиков. Показано, что при идиопатической патоспермии содержание этого эндогенного биоантиоксиданта в сперматозоидах, как и других тиолов, изменяется в широком диапазоне [12, 13]. Не исключено, что повышение скорости ГГТ-реакции отражает ускорение кругооборота глутатиона и имеет компенсаторное значение. Кроме того, ГГТ осуществляет транспорт аминокислот в сперматозоиды. Поэтому повышение активности ГГТ может свидетельствовать о возрастании энергетической роли аминокислот в герминативных клетках в условиях блокады гликолиза, что согласуется с обнаруженной стимуляцией трансаминаз — АСТ до 127%, АЛТ до 155%.

Наряду с этим нельзя исключить возможность проникновения трансфераз в спермоплазму из поврежденных клеток. Подтверждением этой мысли является продемонстрированная нами активация мембраносвязанной ЩФ, которая рассматривается в качестве одного из маркеров целостности сперматозоидов [14].

Что касается другой изученной гидролазы — α-глюкозидазы, то ее активность является не только индикатором функции эпидидимиса, но и показателем степени фрагментации ДНК сперматозоидов [15]. Поэтому ингибирование этого фермента при идиопатическом бесплодии может быть интерпретировано и как признак секреторной дисфункции придатка яичка, и как патология генетического аппарата гамет.

У фертильных мужчин активность α-амилазы по сравнению с другими энзимами семенной жидкости оказалась существенно более низкой (6,2±0,5 нмоль/мин на 1 мг белка). Однако у пациентов с бесплодием неясного генеза была установлена более чем двукратная стимуляция фермента. Одно из объяснений этого феномена, учитывая отсутствие гликогена в зрелых сперматозоидах, может быть связано с блокадой сперматогенеза и выбросом низкодифференцированных половых клеток, содержащих гликоген — субстрат для амилазы.

Эти данные хорошо согласуются с результатами изучения активности КФК — чувствительного биохимического критерия созревания сперматозоидов [16]. По-видимому, повышенный уровень КФК отражает не столько напряженность биоэнергетических процессов, сколько степень ретенции цитоплазмы, хотя ингибирование фермента и истощение гамет по креатинфосфату или АТФ сопровождается гибелью клеток [17].

По данным литературы [18], концентрация АТФ в семенной жидкости при бесплодии может не отличаться от нормы или даже превышать ее, что, вероятно, обусловлено различными временными промежутками между моментом взятия биоматериала и выполнением процедуры определения макроэрга.

Установлено, что уровень обоих изученных нуклеотидов при бесплодии неясной этиологии статистически значимо снижался: АТФ до 67%, цАМФ до 52% относительно показателей контрольной группы. Оптимальная концентрация этих веществ выступает в качестве предпосылки нормальной двигательной активности гамет [19]. В последнее время происходит переоценка роли гликолиза как единственного источника энергии для обеспечения способности фибриллярных структур жгутика сперматозоида к сокращениям, что объясняется появлением новых фактов [20]. Во-первых, показано, что спермии могут сохранять подвижность в течение длительного периода в среде, свободной от глюкозы; во-вторых, эксперименты с α-хлоргидрином — ингибитором глицеральдегидфосфатдегидрогеназы — продемонстрировали, что мужские гаметы остаются мобильными, несмотря на полный блок гликолиза; в-третьих, в условиях низкой скорости диффузии АТФ от митохондрий в дистальные отделы жгутика быстрый синтез макроэрга достигается за счет работы аденилаткиназного шунта.

В свою очередь цАМФ в сперматозоидах повышает скорость утилизации субстратов, является индуктором биосинтеза белка, стимулирует прогрессивную подвижность, ингибирует преждевременную капацитацию, на этапе созревания в эпидидимисе инициирует двигательную активность иммобилизованных гамет и т.д. [21, 22]. Поэтому дефицит цАМФ, равно как и АТФ, вносит определенный вклад в нарушение репродуктивной функции.

Важная роль в ограничении популяции тестикулярных зародышевых клеток и, в конечном итоге, сперматозоидов, принадлежит апоптозу, поэтому его дизрегуляция в различных экстремальных ситуациях ассоциирована с мужским бесплодием. Убыль АТФ, независимо от первопричины, сопровождается подавлением апоптоза и активацией некроза аналогично действию токсических концентраций свободных радикалов или лактата, выполняющих функцию переключателя между этими состояниями [23]. Следовательно, недостаток АТФ в семенной плазме может указывать на сбой естественных механизмов удаления дефектных сперматозоидов при идиопатическом бесплодии. Очевидно, в мужском репродуктивном тракте АТФ выполняет протекторную функцию, управляя интенсивностью апоптоза в извитых канальцах, эпидидимальных и эякулированных сперматозоидах [24]. В практическом отношении это означает, что нормализация метаболизма адениловых нуклеотидов или введение экзогенного АТФ могут улучшить оплодотворяющую способность. Эффективность такого решения продемонстрирована, в частности, в модельных экспериментах, целью которых было совершенствование методов экстракорпорального оплодотворения [25].

Таким образом, биохимические методы позволяют получить дополнительную информацию о состоянии репродуктивной системы, что необходимо для совершенствования диагностики бесплодия и разработки патогенетически обоснованных подходов к его коррекции. Вместе с тем в контексте данного сообщения нельзя не упомянуть о возможностях более углубленного анализа молекулярных основ патологии репродукции, которые связаны с приоритетным развитием протеомики, транскриптомики, метаболомики, липидомики, гликомики, реактомики как составных частей современной биологии — биомики [26—28]. Ключевая проблема репродуктивной биомики заключается в определении биологической функции многих тысяч спермальных белков и метаболитов, идентифицированных в норме и при патологии. Например, протеом хвоста человеческого сперматозоида содержит 1049 белков, половина которых вовлечена в процессы генерации энергии (что было ожидаемой находкой) и окисления липидов, но не углеводов (что явилось сюрпризом) [29]. Очевидно, расшифровка взаимосвязей в сложной сети метаболических процессов при инфертильности неустановленной этиологии является областью приложения как классической биохимии, так и молекулярной биологии и биомики.