Khả năng di chuyển tiến tới của tinh trùng là một trong những tiêu chí đánh giá quan trọng nhất của chất lượng tinh dịch. Tinh trùng di chuyển đúng hướng trong cơ quan sinh sản của phụ nữ là yếu tố cần thiết để tiếp cận và thụ tinh với noãn tại ống dẫn trứng. Dù đã có nhiều nghiên cứu trong suốt thời gian qua, các cơ chế giúp tinh trùng di chuyển qua mào tinh vẫn chưa được hiểu rõ. Các bằng chứng hiện tại cho thấy các điều kiện tiên quyết chính để tinh trùng có được khả năng di động gồm: sự toàn vẹn về hình thái của đuôi tinh trùng và cơ quan tạo ra năng lượng để cung cấp cho quá trình di động của đuôi tinh trùng, sự kích hoạt hoặc ức chế các con đường truyền tín hiệu cụ thể và các quá trình biến đổi sau dịch mã.

Đuôi tinh trùng bao gồm 9 vi ống kép bao quanh 2 sợi vi ống đơn nằm ở trung tâm, tạo thành cấu trúc gọi là axoneme, mỗi sợi vi ống gồm các ống tubulin với mật độ phân bố khá cao đã được acetyl hóa, những thay đổi về cấu trúc cho phép các sợi vi ống có thể uốn cong và xoắn lại. Các chuyển động trượt của các vi ống là do sự hoạt hóa của adenosine triphosphatases (ATPase) của các nhánh dynein chuyển hóa năng lượng của adenosine triphosphate (ATP) thành động năng. Một lượng lớn ATP được sử dụng để tạo ra chuyển động đuôi của tinh trùng.

Mặc dù nhiều nghiên cứu đã công nhận quá trình phosphoryl hóa ty thể có thể đại diện cho nguồn sản xuất ATP chính trong tinh trùng, nhưng thời gian gần đây người ta đã chứng minh rằng quá trình đường phân là con đường trao đổi chất ưu tiên giúp thúc đẩy khả năng di động của tinh trùng. Tinh trùng của các loài động vật có vú có các isoenzyme phân giải riêng biệt để biểu hiện các dạng đồng phân cụ thể của protein cần thiết cho quá trình đường phân. Trong một số loài, glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase-S (GAPDS) đóng một vai trò quan trọng trong quá trình đường phân của tinh trùng. Một nghiên cứu đã chứng minh vai trò quan trọng của GAPDS bằng cách tạo mô hình chuột bị loại bỏ gen mã hóa GAPDS, kết quả là mức độ biểu hiện của các cơ chất trong quá trình đường phân ở nhóm chuột này cao hơn hẳn so với nhóm chuột bình thường. Nhóm chuột bị loại bỏ gen GAPDS có số lượng và hình thái tinh trùng hoàn toàn bình thường nhưng bất thường về khả năng di chuyển tiến tới.

Để chuẩn bị cho quá trình di động của đuôi tinh trùng, các hoạt động của enzyme trong con đường glycolysis tăng lên, kéo theo đó làm tăng quá trình sinh tổng hợp ATP. Con đường glycolysis của tinh trùng chịu sự kiểm soát của các isozyme đặc trưng. Sự gia tăng nồng độ cAMP và protein kinase là tín hiệu bắt đầu khả năng di động của tinh trùng ở mào tinh. Đặc biệt, một tín hiệu quan trọng chịu trách nhiệm cho khả năng di động của tinh trùng là phosphoprotein phosphatase 1 (PP1), protein này biểu hiện cao tại mào tinh. Khi PP1 được kích hoạt, nó sẽ ức chế khả năng di động của đuôi tinh trùng. PP1 được điều hòa bởi chất ức chế phosphatase 2 (PPP1R2). Khi PPP1R2 được phosphoryl hóa bởi glycogen-synthase kinase 3 (GSK3), PP1 không bị bất hoạt nên sẽ ức chế khả năng di động của tinh trùng, dẫn đến tinh trùng bất động tại mào tinh. Ngược lại, khi PP1 liên kết với PPP1R2 thì PP1 bị bất hoạt, tinh trùng sẽ có khả năng di động.

Năm 2020, Silva và cộng sự đã thực hiện một nghiên cứu dựa trên cơ chế tác động của PP1 lên khả năng di chuyển của tinh trùng để đề xuất một biện pháp tránh thai ở nam giới mà không ảnh hưởng đến quá trình sinh tinh. Họ đã thiết kế các peptide mô phỏng cơ chế của tương tác của PP1 – PPP1R2, các peptide này được liên kết cộng hóa trị với một peptide khác không có khả năng xâm nhập tế bào (inert cell-penetrating peptide – CPP) tạo thành cấu trúc bioportide với mục đích giảm tương tác của PP với PPP1R2 trong tinh trùng. Tuy nhiên, khả năng di động của đuôi tinh trùng không bị ức chế hoàn toàn bởi các cấu trúc bioportide. Từ đó, tác giả cho rằng PP1 được điều hòa không chỉ bởi PPP1R2 mà còn bởi 3 protein riêng biệt: PPP1R2, PPP1R7 và PPP1R11. Trong tinh trùng, cả 3 protein đều có thể liên kết với PP1 dẫn đến ức chế hoạt tính của PP1, giúp tinh trùng có khả năng di chuyển.

Như vậy, nghiên cứu của Silva và cộng sự (2020) đã phát hiện ra một số tín hiệu điều hòa khả năng di động của tinh trùng, tuy nhiên vẫn còn nhiều câu hỏi chưa được giải đáp trong nghiên cứu này. Vì vậy, việc nghiên cứu thêm về vai trò của PPP1R7 và PPP1R11 trong việc điều hòa khả năng di động của tinh trùng có thể là mục tiêu của các nghiên cứu sâu hơn trong tương lai.

Nguồn: Caroppo, Ettore. "Understanding sperm motility regulation: it’s a long road ahead." Fertility and Sterility (2020).

Từ khóa: Tổng quan về khả năng di động của tinh trùng