Nucleic acid tự do ngoại bào (cell free nucleic acid) được phát hiện đầu tiên trong huyết thanh người vào năm 1948 và đến những năm 1990, các phân tử này cho thấy chúng có tiềm năng trở thành những phân tử marker sinh học tiềm năng. Các phân tử này bao gồm cell-free DNA (cfDNA) và cell-free RNA (cfRNA); trong đó các cfRNA gồm nhiều loại phân tử RNA khá đa dạng, từ RNA thông tin (mRNA) đến các phân tử RNA không mã hoá protein như piRNA (piwi-interacting RNA), miRNA (microRNA) và siRNA (small interfering RNA). Còn những phân tử cfDNA được cho là các mảnh vỡ có bản chất DNA được phóng thích từ các tế bào chết theo chương trình (apoptosis) hoặc tế bào chết do hoại tử (necrosis). CfDNA và cfRNA được tìm thấy ở nhiều loại dịch thể khác nhau như huyết thanh hoặc huyết tương, nước tiểu, tinh tương và tinh dịch; các phân tử này hứa hẹn trở thành các marker sinh học tiềm năng trong ứng dụng y sinh nhằm phát hiện, kiểm soát cũng như chẩn đoán một số bệnh lý nhất định.

Chức năng sinh sản ở nam giới giảm sút do nhiều nguyên nhân khác nhau từ cả trong nội tại cơ thể cho đến các ảnh hưởng khác nhau từ môi trường. Sự suy giảm chức năng sinh sản cho thấy một số bất thường trong đánh giá chất lượng tinh dịch, có thể được chia thành 4 dạng bất thường chính: vô tinh (azoospermia), thiểu tinh (oligozoospermia), nhược tinh (asthenozoospermia) và bất thường hình dạng tinh trùng (teratozoospermia). Nghiên cứu gần đây cho rằng những thay đổi thượng di truyền (epigenetic) có thể có liên quan đến các bất thường trong chất lượng tinh dịch kể trên. Nghiên cứu tổng hợp của Anne và cộng sự (2017) được thực hiện nhằm cung cấp các chứng cứ khoa học mới nhất về các nghiên cứu sử dụng các phân tử cfDNA và các RNA nhỏ không mã hoá như các marker sinh học trong chẩn đoán suy giảm chức năng sinh sản ở nam giới.

cfDNA và vô sinh nam

cfDNA trong tinh dịch được chứng minh là có nồng độ cao hơn so với các loại dịch thể khác. Nghiên cứu của Chou và cộng sự cho thấy các phân tử cfDNA từ tinh dịch có liên quan đến các thông số liên quan đến chức năng của tinh trùng như tốc độ di chuyển hay hình dạng tinh trùng. Nồng độ cfDNA trong mẫu tinh dịch của bệnh nhân vô tinh cao hơn so với mẫu tinh dịch thu nhận từ bệnh nhân có tinh trùng bình thường – điều này cho thấy cfDNA có thể được sử dụng như một nguồn marker sinh học để đánh giá chất lượng tinh trùng. Một số giả thuyết về khai thác các thông tin thượng di truyền có thể phản ánh các rối loạn hoạt động thượng di truyền liên quan đến quá trình sinh tinh tại tinh hoàn. Cụ thể hơn, nghiên cứu của Wu và cộng sự đã tìm ra mối tương quan giữa tình trạng methyl hoá các promoter đặc hiệu trên cfDNA phân lập từ tinh dịch và các đặc tính sinh lý học của tinh trùng. Nghiên cứu này chỉ ra rằng tình trạng methyl hoá ở các promoter CCNA1 và DMRT1 trên cfDNA thu nhận từ tinh dịch cao hơn trong nhóm bệnh nhân giảm sinh tinh so với nhóm bệnh nhân có tinh trùng bình thường. Điều này chứng tỏ cfDNA trong tinh dịch có thể chứa các thông tin thượng di truyền của các tế bào trong hệ sinh sản của nam giới.

Cf RNA trong vô sinh nam

Các phân tích gần đây ở các phân tử mRNA và miRNA ở các mẫu tinh trùng phẫu thuật từ tinh hoàn cho thấy nhiều phân tử mRNA và miRNA có sự biểu hiện khác biệt đáng kể giữa những bệnh nhân vô tinh không do bế tắc (NOA – non-obstructive azoospermia) và bệnh nhân vô tinh do bế tắc (OA – Obstructive azoospermia). Điều đó chứng tỏ các bệnh lý này có thể được phân biệt ở mức độ phân tử và các marker tiềm năng chính là mRNA và miRNA. Cụ thể hơn, một nghiên cứu ghi nhận nồng độ cf mRNA DDX4 trong tinh tương ở bệnh nhân NOA phụ thuộc vào sự có mặt của các tế bào mầm trong tinh hoàn trong khi phân tử này hoàn toàn không xuất hiện ở tinh tương của bệnh nhân OA. Có thể cf mRNA DDX4 có thể được sử dụng làm marker để phân loại chính xác hơn cho những bệnh nhân vô tinh.

miRNA đóng vai trò quan trọng trong một số hoạt động sinh học của tế bào, ví dụ như hoạt động tăng sinh, chuyển hoá và thậm chí cơ chế chết theo chương trình của tế bào. Các phân tử này có kích thước rất nhỏ, khoảng 22 nucleotide, không mang thông tin mã hoá cho protein và phân tử đích của chúng là các mRNA. Các miRNA có thể tham gia vào các quá trình trên nhờ vào khả năng tương tác mRNA để kiểm soát hoạt động dịch mã. Các nghiên cứu đã khám phá được khoảng 221 miRNA có thể phát hiện trong tinh dịch của nam giới có khả năng sinh sản bình thường. Khoảng 10 phân tử miRNA có liên quan đến hoạt động sinh tinh và 3 trong số các phân tử đó được chứng minh có vai trò kiểm soát trực tiếp hoạt động sinh tinh thông quan điều hoà đường truyền tín hiệu E2F-pRB của quá trình giảm phân phát sinh giao tử ở nam giới (hsa-miR-34b-3p), hoặc điều hoà tiến trình chu kì tế bào (hsa-miR-132-3p) và sự biệt hoá tinh trùng (hsa-miR-191-5p). Những phân tử miRNA khác được tìm thấy trong tinh dịch lại liên quan đến các vấn đề khác như nguy cơ ung thư và lão hoá. Một số nghiên cứu chỉ ra khoảng hơn 150 miRNA giảm biểu hiện và khoảng 19 miRNA tăng biểu hiện trong mẫu tinh trùng phẫu thuật từ tinh hoàn ở bệnh nhân NOA so với mẫu thuộc nhóm chứng. Nghiên cứu này còn phát hiện hai nhóm miRNA là hsa-miR-17-92 và hsa-miR-371,2,3 đều giảm biểu hiện đáng kể ở nhóm bệnh nhân NOA. Ngoài ra, một số phân tử miRNA vẫn đang được nghiên cứu như marker sinh học đặc trưng cho một số bệnh lý liên quan đến sự phát triển khối u ở mô tinh hoàn. Vài nghiên cứu trên những bệnh nhân có tinh trùng ít (oligozoospermia), yếu (asthenozoospermia), dị dạng (teratozoospermia) cũng cho thấy có sự khác biệt trong biểu hiện một số miRNA thu nhận từ tinh dịch. Những nghiên cứu về vai trò của miRNA trong vô sinh nam cũng gặp nhiều khó khăn bởi các tác nhân môi trường có thể ảnh hưởng đến kiểu hình phân tích hơn là các vấn đề di truyền dựa trên các bất thường của miRNA.

Một phân tử khác cũng đang được nghiên cứu ứng dụng như marker sinh học tiềm năng để đánh giá tình trạng vô sinh ở nam giới, đó chính là piRNA (piwi-RNA). Phân tử này có kích thước lớn hơn so với miRNA (khoảng 29 nucleotide) và đặc trưng cho các tế bào mầm. cf piRNA có thể phát hiện được trong tinh dịch ở người. Điều thú vị là nồng độ piRNA trong mẫu tinh dịch thu nhận từ nam giới có khả năng sinh sản bình thường sẽ cao hơn so với mẫu thu nhận từ bệnh nhân tinh trùng yếu và thấp nhất là ở mẫu thu nhận từ bệnh nhân vô tinh. Các nghiên cứu dựa trên piRNA có thể mở ra các hướng nghiên cứu lớn trong ứng dụng chẩn đoán vì các phân tử này có thể cung cấp các thông tin đầu tay về các bất thường về gene và sự rối loạn trong hệ thống điều hoà sinh sản ở nam giới.

Một số hạn chế trong việc xác định các marker sinh học và khẳng định hiệu lực của các xét nghiệm marker sinh học này

Trong các y văn, một số vấn đề trong xác định sự hiện diện của marker sinh học trong mẫu cũng có sự khác biệt. Cùng một phân tử miRNA có thể bị điều hoà tăng hoặc giảm biểu hiện, dẫn đến sai lệch trong phân tích kết quả. Ví dụ như phân tử hsa-miR-122 được chỉ ra có sự điều hoà giảm biểu hiện trong tinh trùng ở bệnh nhân NOA hoặc bệnh nhân thiểu tinh hoặc có tinh trùng di động yếu. Tuy nhiên, phân tử này giảm biểu hiện ở bệnh nhân NOA nhưng lại tăng biểu hiện ở bệnh nhân có tinh trùng di động yếu khi thực hiện xét nghiệm trên mẫu tinh dịch. Điều này chứng tỏ rằng những marker sinh học có sự thay đổi phụ thuộc vào nguồn mẫu/mô/tế bào khác nhau.

Một vấn đề nữa là sự khác biệt giữa phương pháp thực hiện xét nghiệm cũng như công nghệ mà phòng thí nghiệm sử dụng để tiếp cận xét nghiệm là khác nhau nên có thể dẫn đến các kết quả không đồng nhất. Hoặc đôi khi, những yếu tố bên ngoài có thể ảnh hưởng đến nồng độ cf RNA ví dụ như tinh trùng hoặc hệ sinh sản của bệnh nhân có tiếp xúc với nhiệt độ cao hoặc thời gian kiêng xuất tinh dài.

Kết luận

Những dữ liệu hiện tại cho thấy những phân tử nucleic acid tự do ngoại bào (cell-free nucleic acid) liên quan mật thiết đến hoạt động sinh tinh và do đó, có tiềm năng trở thành các marker sinh học có giá trị chẩn đoán chức năng sinh sản nam giới. Các hướng nghiên cứu dựa trên các marker sinh học này có thể giúp chúng ta phát triển những phương pháp điều trị vô sinh nam trong tương lai.
 
Nguồn: Boissière A, Gala A,et al., “Cell-free and intracellular nucleic acids: new non-invasive biomarkers to explore male infertility.”, Basic Clin Androl, 27:7.
 

Từ khóa: Nucleic acid nội bào và ngoại bào: những marker sinh học không xâm lấn đánh giá tình trạng vô sinh nam