Nguyễn Thị Minh Phượng, Chuyên viên phôi học – IVFMD Tân Bình

Trong các bệnh lý gây vô sinh nam, tinh trùng đầu kim (Acephalic spermatozoa - AS) là một trong những bất thường nghiêm trọng tạo ra một quần thể tinh trùng bao gồm phần lớn là các tinh trùng mất đầu và số ít còn lại là các tinh trùng bất thường phần nối giữa đầu và đuôi tinh trùng. Tuy nhiên, không phải tất cả nam giới có hiện diện tinh trùng AS đều vô sinh, tình trạng đầu và đuôi tinh trùng tách rời được quan sát ở cả nam giới bình thường và vô sinh với tỷ lệ rất thấp vì hầu hết đều bị thực bào bởi các tế bào Sertoli (Chemes và cs, 2018). Tinh trùng AS đã được chứng minh có liên quan nguồn gốc di truyền, 5 gen dẫn đến tình trạng này được xác định là: SUN 5, BRDT, PMFBP1, TSGA 10 và HOOK1. Khi các gen này mất hoặc đột biến, khả năng thụ tinh tự nhiên của tinh trùng không còn. Đối với các trường hợp này, kỹ thuật tiêm tinh trùng vào bào tương noãn (ICSI) là kỹ thuật duy nhất có thể hiệu quả tuỳ theo mức độ bất thường nặng hay nhẹ.
 

1. Phân loại tinh trùng AS

Phần đầu và đuôi của tinh trùng được nối bởi phần cổ, có một cấu trúc đặc biệt bao gồm: tấm đáy (implantation fossa - IF), thể cơ bản (basal body - BB), trung tử và các cột phân đoạn (segmented columns - SC). Trung tử bao gồm: trung tử gần (Proximal Centriole - PC), trong quá trình phát triển di chuyển vào tấm đáy (vùng lõm nằm ở vùng vỏ nhân phía xa - đối diện acrosome) gắn với phần cuối của nhân tạo thể cơ bản, trong khi đó trung tử xa (Distal Centriole - DC) lại là cấu trúc để hình thành đuôi cho tinh trùng. Cách sắp xếp của hai trung tử gần và xa tạo thành một góc 90°. Các thành phần này gắn kết với nhau tạo thành khớp nối đầu - đuôi tinh trùng (cổ tinh trùng) rất ổn định, cho phép tinh trùng di chuyển về phía trước. Tuy nhiên, nếu một trong số các thành phần này có vấn đề sẽ dẫn tới tình trạng đầu và đuôi tách rời hay tinh trùng đầu kim (Chemes và cs, 2018; Chemes và Rawe, 2003; Chemes và cs, 1987).
 
Ở hầu hết các trường hợp tinh trùng AS, tấm đáy cũng như thể cơ bản đều không được tìm thấy (Porcu và cs, 2003). Kích thước và hình thái đầu của tinh trùng AS tương tự như tinh trùng bình thường, với acrosome chiếm khoảng 1/3 phần đầu (Chen và cs, 2016). Điều này cho thấy rằng, tinh trùng AS là kết quả của một cầu nối gắn kết đầu – đuôi lỏng lẻo bất thường giữa trung thể và nhân (Toyama và cs, 2000). Dựa trên các phát hiện trên siêu cấu trúc và các biến thể di truyền, các điểm tạo ra sự mất kết nối đầu – đuôi được chia thành ba nhóm chính: nhóm I, II và III (Hình 1). 

   
Nhóm I
Sự đứt gãy trong nhóm này có thể đến từ hai trung tử, quan sát được dưới kính hiển vi điện tử có thể thấy phần đầu không đuôi chứa đầy đủ tấm đáy và thể cơ bản. Điều này có thể cho thấy rằng đầu, đuôi tinh trùng bị tách nhau ở trong giai đoạn sớm của quá trình sinh tinh, mặc dù vậy trung tử xa vẫn còn trong cấu trúc hình thành đuôi nên vẫn có thể phát triển hoàn chỉnh. Do đó, có thể quan sát được ở trong mẫu tinh dịch tinh trùng không đầu vẫn có khả năng di chuyển. Cho đến hiện nay, nguyên nhân và cơ chế di truyền đối với trường hợp này vẫn chưa được khám phá (Holstein và cs, 1978, Porcu và cs, 2003, Avidor-Reiss và cs, 2015).
 
Nhóm II
Ở nhóm này, điểm đứt gãy được xác định ở giữa nhân và trung tử gần vì vậy không quan sát được sự hiện diện của tấm đáy, có hoặc không có thể cơ bản trong phần đầu của tinh trùng AS trong khi cấu trúc acrosome và nhân bình thường (Toyama và cs, 2000). Trong một số báo cáo nhận thấy ở phần đuôi không đầu có sự xuất hiện đầy đủ của cả trung tử gần và xa, giọt nhỏ tế bào chất dư thừa được quan sát và thường bị nhầm lẫn là đầu của tinh trùng (Chen và cs, 2016, Perotti và cs, 1981). Do đó, thiếu hoặc bất sản của thể cơ bản và tấm đáy dường như là nguyên nhân chính hình thành tinh trùng AS thuộc nhóm II này. Thông qua các nghiên cứu, đột biến gen SUN5, HOOK1 và PMFBP1 được tìm thấy có liên quan tới thiếu hụt tấm đáy dẫn đến ức chế sự liên kết bình thường với trung tử gần và kết quả không thể hình thành thể cơ bản (Baccetti và cs, 2989, Toyama và cs, 2009, Perotti và cs, 1981).
 
SUN5 là một protein xuyên màng nằm bên ngoài đối diện với thể cơ bản. Cấu tạo bạo gồm phần xuyên màng phía đầu amin gắn vào lớp trong của màng nhân, có thể tương tác với protein của nhân tế bào, giúp củng cố mối tương tác giữa nhân và bào tương và miền còn lại phía đầu carboxyl của protein gọi là miền SUN có khả năng tương tác với các protein bên ngoài màng nhân mà chủ yếu là các loại protein cấu tạo nên bộ khung của tế bào đảm bảo đầu và đuôi tinh trùng được gắn kết chặt với nhau. Trong nghiên cứu của Shang và cộng sự, có khoảng hơn 10 đột biến trên gen SUN 5 có liên quan tới việc hình thành tinh trùng AS (Shang và cs, 2018). Gen SUN5 bị đột biến làm thay đổi cấu trúc ban đầu vì thế làm mất đi chức năng của nó, ngoài ra có thể làm giảm sự biểu hiện của protein outer dense fiber 1 (ODF1), điều này có thễ làm mất đi sự sắp xếp cấu trúc vỏ ty thể vốn có.
 
Trong nghiên cứu của Sha và cộng sự, PMFBP1 là một gen khác liên quan tới sự hình thành tinh trùng AS, không giống như SUN 5, PMFBP1 chỉ được tìm thấy ở giọt bào tương còn sót lại ở phần đầu đuôi của tinh trùng. Protein PMFBP1 nằm ở giữa protein SUN5 và TSGA10 tạo một cấu trúc sandwich đảm bảo sự gắn kết chặt chẽ giữa đầu và đuôi tinh trùng (Zhu và cs, 2018, Sha và cs, 2018).
 
HOOK1 là 1 loại protein bám cấu trúc “manchette” - 1 dạng cấu trúc đặc biệt của các vi ống xuất hiện trong quá trình phát triển của tinh tử có chức năng đảm bảo sự kéo dài của nhân tinh trùng và sự cô đặc của đuôi tinh trùng (Chen và Batool, 2016). Khi gen này bị đột biến dẫn đến protein mà gen này mã hóa là HOOK1 mất chức năng, làm cho sự di chuyển của trung tử trục trặc: đầu và đuôi tinh trùng không cùng nằm trên một trục trong suốt quá trình sinh tinh dẫn đến tấm đáy và thể cơ bản không được gắn kết với nhau tạo tinh trùng AS (Chen và cs, 2016).
 
Nhóm III
Các giọt tế bào chất dư ở phần đuôi không đầu quan sát thấy vỏ bọc ty thể không hoàn chỉnh được, đôi khi bị hiểu nhầm thành tinh trùng globozoospermia. Tình trạng này có liên quan tới hai gen là BRDT và TSGA10.
 
TSGA10 tạo thành khung protein của trung tử, liên kết với protein PMFBP1 phía trên và protein ODF2 phía dưới. Các đột biết đồng hợp tạo nên sự chuyển dịch khung đọc mở và sự thay đổi amino acid làm ngắn protein TSGA10, ảnh hưởng đến sự kéo dài của đuôi tinh trùng và sự hình thành phần cổ nơi kết nối đầu và đuôi tinh trùng (Sha và cs, 2018).
 
Trong khi đó, protein BRDT điều chỉnh quá trình giảm phân của tinh bào, phiên mã biểu hiện gen và kéo dái đuôi của tinh trùng trong quá trình sinh tinh (Manterola và cs, 2018). G298D nằm ở domain bám dính ở đầu carboxyl tự do của BRDT có vai trò trong việc tương tác với các nhân tố kéo dài phiên mã dẫn quá trình cắt nối RNA làm thay đổi trong biểu hiển của 1 phổ rộng các gen có thể liên quan đến con đường sinh bệnh của HC AS. Tương tự như TSGA10, vỏ bọc ti thể nguyên vẹn không có trong quan sát siêu cấu trúc của tinh trùng AS liên quan đến đột biến BRDT.

Bảng 1. Phân loại tinh trùng AS dựa trên siêu cấu trúc

Subtype	Cấu trúc bất thường	Gene liên quan
Subtype I	Trung tử xa (DC) và gần (PC)	NA
Subtype II	Nhân và trung tử gần (PC)	HOOK1, SUN5, PMFBP1
Subtype III	Trung tử xa (DC) và vỏ ty thể	TSGA10, BRDT

 

2. Kết quả ICSI đối với nhóm tinh trùng AS

Elkhattib và cộng sự đã chỉ ra rằng, công nghệ hỗ trợ sinh sản (ART) cụ thể là phương pháp ICSI là hướng giải quyết hiệu quả cho các cặp vợ chồng tinh trùng AS. Trong các trường hợp ICSI với tinh trùng AS được báo cáo nhiều nhất, một tinh trùng mang bất thường kết nối đầu - đuôi được sử dụng cho ICSI thay vì một tinh trùng không đầu hoặc không đuôi (Omrani và cs, 2018, Kamal và cs, 1999). Zhu và cộng sự, đã báo cáo ở những trường hợp sử dụng đầu và đuôi tinh trùng AS có đột biến gen SUN5 hoặc PMFBP1 thực hiện ICSI vẫn có thể thu được phôi chất lượng tốt và trẻ sinh sống sau chuyển phôi. Ngoài ra, các kết quả cũng được nhận thấy đối với tinh trùng đột biến gen HOOK1. Những đứa trẻ được sinh ra vẫn mang các gen đột biến liên quan tới hình thành tinh trùng AS được thừa hưởng từ cha (Zhu và cs, 2016; Zhu và cs, 2018).
 
Tuy nhiên, kết quả ICSI ở với tinh trùng AS nhóm I và III lại không quả quan. Chemes và cộng sự đã nhấn mạnh rằng sự tổng hợp và phân chia tế bào không thể xảy ra ở noãn đã thụ tinh khi sử dụng tinh trùng có đầu không đuôi thuộc nhóm I, nguyên nhân có thể do thiếu trung tử xa (Chemes và cs, 1999). Trong một báo cáo khác, trường hợp tinh trùng AS do đột biến gen TSGA10, quá trình thụ tinh vẫn xảy ra nhưng chất lượng phôi xấu và chưa có trường hợp mang thai nào được báo cáo. Các kết quả ICSI liên quan đến đột biến BRDT hiện vẫn chưa có công bố, tuy nhiên kết quả dự đoán tương tự hai gen đã được đề cập do thiếu mất trung tử xa (Sha và cs, 2015). Thông qua các mô hình trên người cũng như động vật đã xác nhận kết quả ICSI chỉ thu được phôi chất lượng kém và các lần mang thai thất bại khi sử dụng tinh trùng AS thuộc nhóm I và III. Để cải thiện, Gambarea và cộng sự đã chứng minh rằng khi sử dụng trung tử hiến tặng có thể là một giải pháp ở hai nhóm bệnh nhân này, tránh sự thất bại trong quá trình phát triển phôi (Gambera và cs, 2010). Nhiều nghiên cứu đã cho thấy vai trò quan trọng của trung tử trong giai đoạn phát triển sớm của phôi, như sự di chuyển hai tiền nhân, hoàn thành quá trình thụ tinh và dẫn đến sự phân cắt của hợp tử và vì thế sự bất thường về hình thái và di truyền của tinh trùng AS đều ảnh hưởng tới kết quả phôi (De Vos và cs, 2003). Thông qua các dữ liệu hiện tại, việc xác định các biến thể di truyền của tinh trùng AS rất quan trọng, giúp cung cấp các thông tin cho các các cặp vợ chồng hiếm muộn trong trường hợp này.
 

3. Kết luận

Thông qua các kết quả ICSI sử dụng tinh trùng AS, có thể dự đoán được cả sự phát triển của phôi và kết quả của chu kỳ điều trị: tinh trùng AS thuộc nhóm II có thể đạt được kết quả ICSI tốt hơn so với tinh trùng từ nhóm I và III. Hiện các nghiên cứu về tinh trùng AS còn hạn chế trên người và động vật và vẫn cần được nghiên cứu thêm.
 
Lược dịch từ:
Nie, H., Tang, Y., & Qin, W. (2020). Beyond acephalic spermatozoa: the complexity of intracytoplasmic sperm injection outcomes. BioMed research international, 2020.

Từ khóa: TINH TRÙNG ĐẦU KIM VÀ KẾT QUẢ TIÊM TINH TRÙNG VÀO BÀO TƯƠNG NOÃN (ICSI)