Характеристика метаболизма глутатиона при идиопатическом бесплодии у мужчин

Глутатион и ферменты его метаболизма благодаря широкому спектру внутриклеточных функций являются центральным звеном гомеостатических систем организма, которые играют первостепенную роль в формировании резистентности к агрессивным факторам окружающей среды, выступая как один из наиболее универсальных защитных механизмов [1]. Преобладание окисленной формы глутатиона (GSSG) влечет за собой массовую модификацию критически важных клеточных тиоловых групп, инактивацию ключевых ферментов детоксикации и антиоксидантной защиты, прежде всего изоформ глутатион-S-трансферазы, что нарушает ход сигнальных процессов, стимулирует лавинообразный рост образования активных форм кислорода (АФК) и снижение устойчивости клеток к стрессовым воздействиям [2, 3]. Показано значительное увеличение токсичности ксенобиотиков при снижении концентрации восстановленного глутатиона (GSH) в отдельных тканях, а истощение его пула при различной патологии способно привести к нарушениям сперматогенеза [4, 5]. Исходя из этих представлений, целью исследования явилась оценка редокс-состояния системы глутатиона в эякуляте и активности ферментов его метаболизма при идиопатическом бесплодии, которое остается одной из основных форм инфертильности у мужчин [6, 7].

Обследованы 58 мужчин в возрасте 24—37 лет с идиопатическим бесплодием. Пациенты состояли в бесплодном браке в течение от 1 года до 10 лет. Группу контроля составили 19 фертильных мужчин, отобранных согласно требованиям приказа Министерства здравоохранения №67, предъявляемым к донорам спермы (2003). Участники контрольной группы имели от 1 до 3 здоровых детей. Анализ эякулята проводился в соответствии с рекомендациями ВОЗ.

Содержание глутатиона определяли по реакции с 5,5-дитио-бис-(2-нитробензойной) кислотой [8]. Активность глутатионпероксидазы (ГПО) и глутатион-S-трансферазы (ГСТ) определяли с помощью наборов Gpx1 ELISA kit (Чехия) и GST Assay Kit («Immundiagnostik», Германия) соответственно. Активность ферментов метаболизма глутатиона — γ-глутамилтрансферазы (ГГТ), глутатионредуктазы (ГР) и глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы (Г-6-ФДГ) оценивали на полуавтоматическом анализаторе Stat Fax 1904+ (США). Статистическую обработку проводили с помощью параметрических методов анализа с использованием t-критерия Стьюдента.

Пациенты с идиопатическим бесплодием были разделены на две подгруппы: 1-ю составили мужчины (n=21), у которых не было обнаружено статистически значимых изменений спермограммы, 2-ю — индивиды (n=37) с признаками патоспермии (табл. 1).

Более ¹/₃ мужчин с бесплодием неясного генеза имели показатели стандартной спермограммы, не отличающиеся от параметров фертильных доноров. У пациентов с патоспермией наиболее выраженные изменения обнаружены для концентрации сперматозоидов, которая составляла лишь 27,1% от значения контрольной группы. Также у них было продемонстрировано почти двукратное повышение доли морфологически неполноценных гамет и существенное (в 1,5 раза) снижение содержания прогрессивно-подвижных клеток.

Анализ системы глутатиона выявил ряд особенностей ее состояния при идиопатической инфертильности (табл. 2).

Тиол-дисульфидная пара GSH—GSSG рассматривается как главный клеточный регулятор окислительно-восстановительного баланса, выполняющий функцию биологического редокс-буфера [9]. В физиологических условиях GSSG составляет лишь незначительную часть общего пула глутатиона, поэтому баланс GSH/GSSG сильно сдвинут в сторону восстановленной формы, что обеспечивает сохранность сульфгидрильных групп и определяет чувствительность или толерантность клетки к окислительному стрессу. Исходя из этого, полученные данные можно интерпретировать как свидетельство нарушения функционирования редокс-цикла тиолов в мужской репродуктивной системе при идиопатическом бесплодии.

Величина GSH/GSSG поддерживается за счет активности сопряженной системы, включающей ферменты восстановления, окисления и деградации глутатиона. К первым относятся НАДФ·Н-зависимые ГР и Г-6-ФДГ, ко вторым — ГПО и ГСТ, к третьим — ГГТ.

Примечательно, что активность ферментов регенерации глутатиона — ГР и Г-6-ФДГ — была достоверно снижена только в группе мужчин с идиопатической патоспермией, но практически не отличалась от контроля при нормоспермии. Аналогичная картина, но с обратным знаком была характерна для ГГТ, основного фермента катаболизма и межорганного кругооборота глутатиона, активность которого при патоспермии статистически значимо возрастала. В совокупности эти факты указывают на то, что сдвиги тиолового равновесия при дефектах сперматогенеза обусловлены как ингибированием реакций GSH, так и ускорением процессов его деградации.

Третий возможный механизм дисбаланса GSH/GSSG тесно связан с расходом GSH в реакциях нейтрализации ксенобиотиков и продуктов пероксидации, катализируемых ГПО и ГСТ. Активность обоих ферментов при бесплодии неустановленной природы, по нашим данным, значительно снижалась независимо от состояния спермограммы и составляла не более 45% от уровня контроля.

ГПО, совместно с супероксиддисмутазой (СОД) и каталазой, входит в каталитическую триаду, весьма консервативную и высокоактивную во всех про- и эукариотических аэробных организмах. ГПО принадлежит уникальное положение в половой системе млекопитающих, поскольку она имеет непосредственное отношение к обретению и поддержанию целостности сперматозоидов [10]. В отличие от СОД, которая является скорее проокислителем, образуя из короткоживущего супероксида агрессивную и стабильную Н₂О₂, и от каталазы, активной только при высоких концентрациях субстрата, ГПО разрушает, помимо перекиси водорода, и другие органические перекиси даже при незначительном увеличении их концентрации, поддерживая клеточный гомеостаз. ГПО способна также метаболизировать различные макромолекулы, поврежденные свободными радикалами. Вследствие этого ГПО формирует и первый защитный ответ при окислительном стрессе и выполняет функцию скэвенджера при утечке АФК и развитии цепных неуправляемых процессов.

ГСТ, функциональный компонент другой триады антиоксидантной защиты, включающей также тиоредоксинпероксидазу и пероксиредоксины (PRX), имеет очень высокую активность [11]. В среднем из организма человека экскретируется 0,1 мМ тиоэфирных конъюгатов в сутки, а количество активных сайтов фермента только в печени составляет около 0,5 мМ. Фактически ГСТ в клетках присутствует в большом избытке и может исчерпать пул GSH за несколько секунд при наличии подходящего субстрата. ГСТ является важнейшим полифункциональным белком эякулята, поскольку он не только осуществляет защиту от ксенобиотиков и АФК, но и, локализуясь на поверхности сперматозоидов, играет роль триггера, запускающего их взаимодействие с лигандами zona pellucida на этапе инициации акросомальной реакции [12]. Поэтому определение ГСТ может быть использовано как для тестирования антиоксидантной активности лекарственных препаратов, так и для определения оплодотворяющей способности сперматозоидов.

Согласно современным представлениям, нарушение деятельности тиолзависимых ансамблей — центральная особенность окислительного стресса [1, 3], непременного спутника аномалий сперматогенеза [13, 14]. Система глутатиона, выполняя функцию молекулярного сенсора изменений гомеостаза, является редоксчувствительным исполнительным звеном сигнальной системы Keap1/Nrf2/ARE, назначение которой — поддержание постоянства внутренней среды при стрессовых, апоптозиндуцирующих и канцерогенных стимулах [15, 16]. ARE (антиоксидант-респонсивный элемент) контролирует экспрессию батареи генов, кодирующих практически все глутатионзависимые ферменты антиоксидантной защиты и биотрансформации ксенобиотиков. Однако в настоящее время характер модуляции доменов Keap1/Nrf2/ARE при идиопатическом бесплодии у мужчин находится вне поля зрения исследователей и, несмотря на признание ведущей роли стресса в генезе репродуктивных потерь, терапия этой патологии остается эмпирической с непредсказуемым результатом [17]. Между тем комплекс Keap1/Nrf2/ARE является одной из наиболее изучаемых молекулярных мишеней при широком спектре заболеваний [18]. По нашему мнению, поиск путей фармакологической регуляции состояния Keap1/Nrf2/ARE в репродуктивной системе открывает новые перспективы профилактики и лечения нарушений функции воспроизводства, включая бесплодие неясного происхождения.