CNSH. Nguyễn Như Quỳnh – IVF Vạn Hạnh

Hiện nay trên thế giới có khoảng 20% các cặp vợ chồng đối mặt với vấn đề vô sinh. Trong đó, 50% nguyên nhân vô sinh bắt nguồn từ nam giới, với tỉ lệ vô sinh không rõ nguyên nhân là 15%. Nhiều nghiên cứu đã được thực hiện nhằm đưa ra câu trả lời cho cơ chế bệnh sinh ở các trường hợp vô sinh nam không rõ nguyên nhân, nhưng đến nay vẫn chưa có lời giải thích rõ ràng. Nghiên cứu đầu tiên về ảnh hưởng của stress oxi hóa trong tinh dịch đến chức năng sinh sản nam giới được thực hiện bởi tác giả Aitken và cộng sự vào năm 1987 bằng thí nghiệm phát quang hóa học. Stress oxi hóa gây ra bởi sự mất cân bằng giữa quá trình sản sinh các gốc oxi hóa tự do (reactive oxigen species – ROS) và khả năng kháng oxi hóa. Về mặt sinh lí học, ROS tồn tại với một lượng nhỏ cần thiết cho các đáp ứng sinh lý cần thiết cho sự thụ tinh: quá trình trưởng thành của tinh trùng, sự tăng hoạt động, sự khả năng hóa, phản ứng acrosome và sự dung hợp giữa noãn và tinh trùng. Tuy nhiên, khi ROS vượt quá nồng độ cho phép sẽ xảy ra hiện tượng peroxide hóa lipid màng tế bào, phân mảnh DNA trong nhân và ti thể, và hiện tượng chết theo chương trình (apoptosis). Những sự kiện  này ảnh hưởng xấu đến các thông số tinh trùng, khả năng sinh sản nam và kết quả thai của vợ. Một số nghiên cứu đã chứng minh stress oxy hóa (oxidative stress – OS) trong tinh dịch ảnh hưởng nghiêm trọng đến các chu kì điều trị thụ tinh trong ống nghiệm như: tỉ lệ thụ tinh thấp, phôi ngưng phát triển, thất bại làm tổ, sẩy thai liên tiếp và tỉ lệ trẻ sinh sống thấp. Việc hiểu biết chính xác về ảnh hưởng của ROS đến khả năng sinh sản ở nam giới, định lượng mức độ OS một cách chính xác và lựa chọn phương pháp điều trị thích hợp cho từng trường hợp bệnh nhân sẽ góp phần cải thiện kết quả điều trị.
 
Con đường sản sinh ROS trong tinh dịch
ROS được phân loại thành các gốc tự do (gốc hydroxyl OH^-, gốc superoxide O₂^-), hoặc các gốc peroxyl RO₂, hoặc H₂O₂, hoặc acid hypochlorous (HOCl). Ngoài ra, các gốc nitrogen như NO, NO₂, và ONOO^- cũng được xem là một phân nhóm của ROS. Các gốc tự do là các hợp chất hóa học phản ứng không ổn định, tồn tại trong thời gian ngắn, có chứa 1 electron không bắt cặp. Electron này sẽ bắt cặp với 1 electron độc thân của một hợp chất khác, hiện tượng này gọi là oxi hóa. Một trong các gốc tự do điển hình là superoxide anion, khi phản ứng sẽ tạo thành tiền chất của gốc hydroxyl và hydrogen peroxide. Hydrogen peroxide là một chất không quá hoạt động như các gốc tự do, tuy nhiên, nó lại tạo ra các gốc hydroxyl. Dưới sự hiện diện của các ion kim loại nội bào, gốc hydroxyl này trở nên rất hoạt động và có khả năng oxi hóa cao, được xem là tác nhân hàng đầu gây các tổn thương DNA và làm peroxy hóa lipid (lipid peroxidation – LPO).
 
ROS có tác động đến vài con đường tín hiệu, giúp điều hòa các quá trình sinh lí học thông qua sự tương tác của nó với một amino acid gắn với protein là cysteine. ROS tham gia điều hòa chu trình tế bào và hiện tượng apoptosis. Trong tinh dịch, ROS có vai trò như một tín hiệu thứ hai tham gia vào quá trình thụ tinh, gồm: sự trưởng thành của tinh trùng, sự tăng hoạt động, sự khả năng hóa, phản ứng acrosome, xâm nhập vào noãn và cuối cùng là hòa màng. Ở người, tinh trùng sản sinh ra ROS thông qua các con đường như cảm ứng adenosine monophosphate dạng vòng, hoạt hóa tyrosine kinase, tăng mức độ phosphoryl hóa tyrosine.
 
Nồng độ ROS vượt quá ngưỡng cho phép sẽ gây ra OS, tác động không tốt đến một số thành phần trong cơ thể như hệ thần kinh trung ương, hệ tim mạch, hệ tiêu hóa, hệ thống nội tiết và trao đổi chất. Thống kê cho thấy có khoảng 30% - 80% nam giới vô sinh có nồng độ ROS vượt ngưỡng.
 
Khả năng kháng oxi hóa thấp cũng là nguyên nhân gây ra OS. Trong tinh dịch người có tồn tại các chất kháng oxi hóa nội bào, giúp bảo vệ tinh trùng khỏi các ảnh hưởng của OS thông qua 3 cơ chế: ngăn chặn, bảo vệ và sửa chữa. Những chất kháng oxi hóa này được phân thành 2 nhóm dựa trên bản chất: enzyme (như superoxide dismutase – SOD, catalase, glutathione peroxidase – GPX ) hoặc không là enzyme (non-enzyme) (như vitamine C, vitamine E, coenzyme Q10, urate, taurine). Khả năng kháng oxi hóa tổng cộng (total antioxidant capacity – TAC) thường được đo bằng tổng lượng các chất oxi hóa bản chất non-enzyme có trong tinh dịch.
 
Nguồn chính sản sinh ra ROS
Trong tinh dịch, có hai dạng ROS được phân biệt dựa trên nguồn gốc là ROS ngoại sinh và ROS nội sinh. Khi các tế bào bạch cầu tiêu diệt tác nhân gây bệnh, nó sẽ hoạt hóa hệ thống myeloperoxidase, đồng thời sản sinh ra các ROS ngoại sinh. ROS nội sinh được sản xuất bởi các tế bào tinh trùng chưa trưởng thành có hình dạng đầu bất thường và còn giọt bào tương cổ.  
 
Nguồn tác nhân bên ngoài góp phần sản sinh ra ROS được chia thành 5 nhóm chính: lối sống (ăn uống không lành mạnh, hút thuốc lá, sử dụng rượu bia, béo phì), môi trường (ô nhiễm, tồn dư kim loại nặng), bệnh viêm nhiễm (nhiễm trùng đường tiểu), bất thường tinh hoàn (giãn tĩnh mạch thừng tinh), tác nhân ảnh hưởng trong quá trình điều trị (tổn thương gây ra trong quá trình trữ-rã). Nhiều nghiên cứu đã phân tích ảnh hưởng của những nhân tố này đến OS trong tinh dịch. Ví dụ, nam giới hút thuốc lá có lượng ROS sản sinh cao hơn so với mức bình thường. Tuy nhiên, cơ chế gây độc của khói thuốc lá phức tạp do thuốc lá có chứa nhiều hợp chất hóa học như nicotine, hắc ín, CO₂ và một số kim loại nặng. Những hợp chất này có khả năng oxi hóa và gây ra sai lệch trong bộ nhiễm sắc thể hay làm phân mảnh DNA tinh trùng. Khi hút thuốc, cơ thể sẽ huy động các bạch cầu tiền viêm, làm tăng ROS tinh dịch. Ảnh hưởng của thuốc lá lên chức năng sinh sản nam giới được cụ thể bằng các số liệu như sau: đối tượng hút thuốc lá có lượng tế bào bạch cầu và ROS tinh dịch cao hơn nhóm không sử dụng thuốc lá lần lượt là 48% và 107%, tỉ lệ phân mảnh DNA tinh trùng ở nhóm hút thuốc là 37,66%, cao hơn so với nhóm vô sinh không hút thuốc là 19,34% (P < 0,001). Ngoài ra, các chất kháng oxi hóa ngoại bào như vitamin C và E ở nhóm hút thuốc cũng thấp hơn.
 
Vấn đề béo phì ở nam giới có liên quan đến khiếm khuyết trong con đường sinh tinh, do ảnh hưởng từ những bất thường về nội tiết. Các cytokines có nguồn gốc từ các mô mỡ có khả năng tập hợp các bạch cầu tiền viêm, tăng hoạt động oxi hóa của NADPH, dẫn đến OS.
 
Hiện tượng môi trường ô nhiễm cùng với sự hiện diện của các kim loại nặng có thể gây ra OS. Ví dụ, phthalates là nhóm các hóa chất được sử dụng trong sản xuất nhựa dẻo, có liên quan đến các phản ứng hoạt hóa tăng sinh peroxisome, tạo ra H₂O₂ và các chất oxi hóa.
 
Ảnh hưởng của OS đối với tinh trùng
Sự mất cân bằng giữa lượng ROS sản sinh và khả năng kháng oxi hóa dẫn đến OS, gây tác động xấu đến tinh trùng như LPO, phân mảnh DNA tinh trùng (sperm DNA fragmentation – SDF) và apoptosis.
 
Peroxy hóa lipid
Màng bào tương của tinh trùng chứa rất nhiều lipid ở dạng các axít béo chưa bão hòa (polyunsaturated fatty acids – PUFAs). ROS ở lượng nhiều sẽ gây ra hiện tượng peroxide hóa PUFA bên trong màng tế bào tinh trùng, gây rối loạn chức năng tế bào do thất thoát dịch nội bào và sự toàn vẹn tế bào dẫn đến ảnh hưởng quá trình xâm nhập vào noãn của tinh trùng. Các chất tạo thành từ quá trình LPO gắn kết với các protein ti thể làm gián đoạn chuỗi truyền electron điện tử, ảnh hưởng quá trình sản xuất năng lượng ATP, hạn chế khả năng di động của tinh trùng. Sản phẩm chính của quá trình LPO là 4-hydroxynonenal (4-HNE), malondialdehyde (MDA), và acrolein.
 
Quá trình LPO gồm 3 giai đoạn:
- Giai đoạn khởi đầu (initiation): giải phóng nguyên tử H từ nối đôi C=C trong acid béo chưa bão hòa, tạo thành gốc tự do.
- Giai đoạn lan truyền (propagation): hình thành gốc lipid, theo sau là phản ứng tạo gốc hydroxyl. Khi có hiện diện các kim loại nặng (Cu hay Fe), gốc tự do này lại thu hút H từ acid béo chưa bão hòa để tiếp tục tạo gốc lipid và lipid hydrogen peroxide.
- Giai đoạn kết thúc (termination): tạo aldehydes gây độc tế bào.
 
Sự phân mảnh DNA tinh trùng
OS có thể gây tổn thương DNA tinh trùng một cách trực tiếp hoặc gián tiếp thông qua hoạt hóa caspase (liên quan đến quá trình chết tế bào được lập trình) và các endonuclease (nhóm enzyme có chức năng cắt liên kết phosphodiester). Sự tổn thương DNA tinh trùng có thể xảy ra ở chỉ một mạch hoặc cả 2 mạch. Những tổn thương này có thể sửa chữa, tuy nhiên, khả năng sửa chữa chỉ xảy ra ở một số giai đoạn đặc biệt của quá trình sinh tinh hay trong vài giai đoạn phát triển đặc trưng của phôi.
 
Apoptosis
Apoptosis là quá trình chết của tế bào theo chu trình do ảnh hưởng từ các DNA phân mảnh. ROS làm gián đoạn màng ti thể, từ đó tạo ra phân tử tín hiệu cytochrome C. Phân tử này thúc đẩy sự gắn của annexin-V lên phosphatidylserine, hoạt hóa hoạt động của các caspase liên quan quá trình apoptosis.
 
Các yếu tố giúp ngăn chặn ảnh hưởng của ROS lên chức năng sinh sản ở nam giới
Phương pháp lựa chọn tinh trùng
Các phương pháp lựa chọn tinh trùng nhằm loại bỏ tinh trùng có tổn thương DNA gồm có phương pháp li tâm đẳng tỉ trọng, điện di, lựa chọn tinh trùng cho ICSI dựa trên hình dạng, thử nghiệm với hyaluronan. Trong những phương pháp này, li tâm đẳng tỉ trọng là phương pháp được dùng phổ biến nhất, nhằm phân lập tinh trùng chưa trưởng thành, tế bào bạch cầu, vi khuẩn…
 
Cải thiện lối sống và chất lượng sống
Quá trình sản sinh ROS ngoại bào có thể được hạn chế bằng cách không hút thuốc lá, tránh lạm dụng đồ uống có cồn, giảm cân thông qua dinh dưỡng hợp lí kết hợp với việc tập thể dục đều đặn. Ngoài ra, khi làm việc ở môi trường có phơi nhiễm các chất hóa học độc hại cần trang bị đầy đủ bảo hộ lao động cần thiết.
 
Giảm thời gian kiêng xuất tinh
Hiện tượng DNA phân mảnh xảy ra khi tinh trùng tiếp xúc với ROS trong quá trình di chuyển từ ống sinh tinh đến mào tinh. Vì vậy, việc xuất tinh thường xuyên giúp hạn chế thời gian lưu trữ tinh trùng trong tinh hoàn, giảm tiếp xúc với các ROS.
 
Bổ sung chất kháng oxi hóa
Vitamin C và E là những chất kháng oxi hóa điển hình được bổ sung bằng đường uống. Kết quả của nhiều nghiên cứu đã cho thấy liệu pháp bổ sung chất kháng oxi hóa giúp làm tăng tỉ lệ thai lâm sàng và tỉ lệ trẻ sinh sống. 
 
Điều trị giãn tĩnh mạch thừng tinh
Nhiều công bố cho thấy OS và sự gia tăng SDF là những nguyên nhân chính gây ra vô sinh ở nam giới bị giãn tĩnh mạch thừng tinh. Vấn đề này có thể được khắc phục thông qua phẫu thuật điều trị giãn tĩnh mạch thừng tinh.
 
TESE
Tỉ lệ SDF của tinh trùng thu nhận từ tinh hoàn (TESE) được cho là thấp hơn 1/3 lần so với tinh trùng thu nhận từ mẫu xuất tinh. Tương tự, tỉ lệ làm tổ và tỉ lệ thai lâm sàng ở các trường hợp ICSI sử dụng tinh trùng từ tinh hoàn cũng cao hơn. Tuy nhiên, tinh trùng thu nhận từ tinh hoàn có tỉ lệ lệch bội cao hơn so với nhóm xuất tinh bình thường. Do vậy, cần cân nhắc phương pháp thu nhận tinh trùng phù hợp với từng đối tượng bệnh nhân.
 
Kết luận
Thời gian gần đây, những tiến bộ về công nghệ phân tích protein đã cung cấp nhiều thông tin hữu ích về các dấu ấn sinh học liên quan đến OS. Nam giới bị vô sinh không rõ nguyên nhân nên được khám sàng lọc một cách chính xác để được tư vấn lựa chọn phương pháp điều trị thích hợp.
         
Lược dịch từ:  Takeshima, T., Usui, K., Mori, K., Asai, T., Yasuda, K., Kuroda, S. and Yumura, Y., 2021. Oxidative stress and male infertility. Reproductive Medicine and Biology, 20(1), pp.41-52.

Từ khóa: Stress oxi hóa và vô sinh nam