CNSH. Khổng Tiết Mây Như – IVFMD
 
Việc trì hoãn làm cha mẹ ngày càng trở nên phổ biến ở nhiều nước công nghiệp phát triển, chủ yếu là do các lý do kinh tế xã hội. Tuổi cha mẹ tăng lên làm tăng nguy cơ vô sinh và suy giảm sức khỏe thế hệ con cái. Mặc dù tác động của lão hóa đối với sự sinh noãn đã được nghiên cứu sâu nhưng điều này lại ít được tìm hiểu trong quá trình sinh tinh. Lão hóa nam giới trước đây có liên quan đến việc giảm các thông số tinh dịch, rối loạn bài tiết hormone và khó đậu thai. Các dữ liệu gần đây cho rằng lão hóa lành mạnh không làm suy giảm chức năng tinh hoàn về mặt sản xuất hormone và tinh trùng. Thế nhưng những thay đổi trong quần thể tế bào gốc sinh tinh có biểu hiện bù đắp cho sự cạn kiệt tế bào gốc cũng như những dấu hiệu lão hóa phân tử trong tinh trùng được quan sát thấy ở người đàn ông lớn tuổi có khả năng sinh sản. Hơn nữa, tỉ lệ phân mảnh DNA, những thay đổi trong hình dạng DNA methyl hóa và sự tăng chiều dài telomere là những dấu hiệu nhận biết tinh trùng già. Bài tổng quan này thể hiện tác động lão hóa đối với quá trình sinh tinh ở nam giới khỏe mạnh không liên quan bệnh tật và lối sống.
 
Sự sinh tinh là một quá trình phức tạp được điều chỉnh thông qua các tín hiệu nội tiết và cận tiết. Quá trình sinh tinh xảy ra không bị gián đoạn trong suốt cuộc đời của người trưởng thành do các tế bào gốc sinh tinh (spermatogonial stem cells – SSCs) có thể tự đổi mới; do đó duy trì quần thể tế bào gốc hoặc tạo ra các tế bào con tham gia quá trình sinh tinh. Hai loại tế bào sinh tinh A (tinh nguyên bào) không biệt hóa có thể phân biệt dựa trên hình thái là Adark và Apale. Trong đó, sự tăng sinh của Adark rất thấp và chỉ được kích hoạt để phân chia nếu có sự suy giảm tế bào mầm do tổn thương tinh hoàn. Ổ tế bào gốc (stem cell niche) bao gồm các tế bào myoid phúc mạc ở đáy của ống sinh tinh, tế bào Sertoli hỗ trợ các loại tế bào mầm khác nhau, đảm bảo một vị trí đặc quyền miễn dịch, xây dựng hàng rào máu-tinh hoàn bằng các liên kết chặt và khe. Trong môi trường vi mô này, sự duy trì và trưởng thành của tế bào mầm được điều chỉnh thông qua các loại chemokine và cytokine khác nhau, các hormone và chất chuyển hóa do tế bào Sertoli tiết ra. Bởi vì quá trình sinh tinh của con người liên tục diễn ra trong 72 ngày, lão hõa có thể không ảnh hương quá trình biệt hóa tế bào mầm, mà thay vào đó, các tế bào Sertoli sống lâu và quần thể SSCs được cho là sẽ nhạy cảm với lão hóa.
 
Bài nghiên cứu chủ yếu tập trung vào dữ liệu từ đối tượng nam giới khỏe mạnh có quá trình sinh tinh bình thường để xem xét ảnh hưởng của sự lão hóa đến chức năng sinh sản và sản xuất giao tử.
 
Lão hóa sinh sản ở nam giới khỏe mạnh sinh tinh bình thường
Khả năng sinh sản của nam giới suy giảm theo tuổi tác làm tăng nguy cơ vô sinh. Những thay đổi bất lợi về thể tích tinh dịch, khả năng di động và hình thái của tinh trùng khi nam giới càng cao tuổi. Ở cấp độ tinh hoàn, các nghiên cứu đoàn hệ đã mô tả sự sụt giảm chung về số lượng tế bào mầm cũng như số lượng tinh tử bị giảm đi khi độ tuổi ngày càng cao. Đối với kết quả lâm sàng cũng cho thấy tuổi cha cao có liên quan đến việc tăng nguy cơ sinh non và con cái bị động kinh. Khi nam giới già đi, số lượng phân chia tế bào gốc tăng lên dẫn đến tích lũy dần các lỗi sao chép DNA (DNA replication errors); chẳng hạn như việc sản xuất tinh trùng ở một người đàn ông 20 tuổi được ước tính là khoảng 190 lần phân chia tế bào thì con số này được cho rằng sẽ tăng lên đến gần 650 sau 40 tuổi.
 
Hội chứng ảnh hưởng của tuổi cha (paternal age effect disorder – PAE) thường liên quan đến đột biến de novo trong tế bào mầm biểu hiện sự gia tăng lỗi sao chép DNA do các chu kỳ sinh tinh lặp lại liên tục trong suốt đời người đàn ông. Sự chính xác của quá trình sao chép DNA bị giảm và cơ chế sửa chữa không hiệu quả trong dòng mầm cũng góp phần làm tăng tốc độ đột biến khi tuổi càng cao.
 
Sự cạn kiệt tế bào sinh tinh do lão hóa
Tế bào gốc trưởng thành làm trung gian cho quá trình tái tạo và cân bằng nội môi của mô trong suốt thời gian tồn tại của chúng. Do đó, việc suy giảm khả năng tăng sinh tế bào gốc và giảm số lượng tế bào gốc có thể ảnh hưởng tiêu cực đến quá trình này ở người lớn tuổi được gọi là sự cạn kiệt tế bào gốc (stem cell exhaustion), đại diện cho dấu hiệu của sự lão hóa. Bên cạnh đó, sự suy giảm của các ngăn tế bào gốc như tổn thương DNA, thay đổi thượng di truyền và tiêu hao telomere cũng góp phần cho sự cạn kiệt này.
 
Việc mất tế bào mầm trong tinh hoàn liên quan đến tuổi tác là kết quả của sự suy giảm tế bào gốc do tăng sinh và mất tinh nguyên bào ở trạng thái tĩnh (quiescent spermatogonia) được mô tả dựa trên hai điều kiện là tăng nhu cầu đối với tế bào đang hoạt động hoặc biệt hóa và mất trạng thái tĩnh dẫn đến tỉ lệ tăng sinh tinh nguyên bào cao hơn.
 
Trên thực tế, những suy giảm liên quan đến lão hóa đã được mô tả trước đây trong các tế bào của ổ tế bào gốc tinh hoàn (testicular stem cell niche) gồm tế bào Sertoli, Leydig và các tế bào bao quanh ống sinh tinh. Đa dạng nghiên cứu từ những năm 1980 đã chứng minh số lượng tế bào Sertoli giảm và thay đổi hình thái trong Sertoli như các lysosome thứ cấp tích tụ giọt lipid và không bào trong tinh hoàn ở người từ 65 tuổi trở lên và đặc biệt là kích thước nhân (phản ánh quá trình sinh học ribosome) trong tế bào Sertoli tăng lên ở người từ 45 tuổi. Các nghiên cứu gần đây cũng nhận thấy số lượng tế bào Leydig và Sertoli giảm, đa nhân, không bào, biệt hóa ngược trong tế bào Leydig có liên quan đến việc giảm khả năng sản xuất androgen và tín hiệu nội tiết ở tinh hoàn già. Ở điều kiện sinh lý, các đại thực bào quanh ống sinh tinh với tế bào Leydig tương tác với nhau giữa tế bào và tế bào nhưng kết nối này với tế bào chất sẽ bị mất khi tinh hoàn già đi. Tế bào mầm tinh hoàn cho thấy nồng độ ROS tăng và tổn thương DNA tăng cao trong tế bào sinh tinh cũng như mức độ tăng sinh tinh trùng chết khi tuổi càng cao. Lão hóa tinh hoàn là kết quả của sự suy giảm tế bào mầm và tế bào gốc sinh tinh.
 
Sự bất ổn định về hệ gene của dòng mầm
Sự phân mảnh DNA do phóng xạ dẫn đến sự bất ổn định về bộ gene trong giai đoạn phôi sớm, sự sắp xếp lại nhiễm sắc thể và sự phân cắt không đồng đều dẫn đến hiện tượng khảm hỗn loạn (chaotic mosaicism). Tổn thương DNA tích lũy gây ra suy giảm chức năng tế bào và dẫn đến mất tế bào do rối loạn điều hòa biểu hiện gene, giảm quá trình phiên mã, ngừng các chu kỳ tế bào và tăng quá trình apoptosis.
 
Phân mảnh DNA tinh trùng thường sẽ do các yếu tố sau:  
- Các khiếm khuyết trong sự nén chặt DNA của tinh trùng do bất thường trong quá trình chuyển đổi histone thành protamine có liên quan đến sự hình thành đứt gãy sợi đôi (double-strand break - DSB).
- Quá trình apoptosis, tinh trùng biểu hiện các chỉ thị apoptosis bị loại bỏ bởi tế bào Sertoli trong quá trình sinh tinh
- Sự sản sinh ROS trong quá trình lão hóa
- Các yếu tố ngoài như điều trị ung thư
Trong các bài nghiên cứu đoàn hệ về vô sinh nam cũng cho thấy được sự gia tăng tỉ lệ phân mảnh DNA ở những người đàn ông khỏe mạnh từ tuổi 56. Hiện nay 3 phương pháp để đánh giá sự phân mảnh DNA tinh trùng là SCSA, TUNEL và Comet nhưng không thể phân biệt giữa đứt gãy sợi đơn (single-strand break – SSB) và sợi đôi cũng như phát hiện số lượng đứt gãy đôi trong tinh trùng trong khi DSB có tác động đến kết quả sinh sản hơn SSB do DSB cung cấp nhiều thông tin hơn về khả năng thụ tinh của tinh trùng vì khó được tế bào noãn sửa chữa hơn.  
 
Telomere trong tinh trùng và dòng mầm
Telomere là các đoạn lặp lại song song DNA hexameric (TTAGGG) che các đầu cực của nhiễm sắc thể và giúp duy trì tính toàn vẹn của bộ gene trong mỗi chu kỳ sao chép DNA. Việc xác định chiều dài telomere (telomere length – TL) được sử dụng rộng rãi để đo độ tuổi sinh học của tế bào sinh dưỡng. Trái lại, TL của tinh trùng không bị ngắn đi theo tuổi tác mà dài hơn khi tuổi lớn. Hoạt động của telomerase đã được hiển thị trong viêm tinh hoàn ở người trưởng thành.
 
Một số nghiên cứu năm 2014 cho thấy đàn ông vô sinh có số lượng telomere của tinh trùng ngắn hơn và TL của tinh trùng tương quan với số lượng tinh trùng nhưng sự phân mảnh DNA tinh trùng lại tỉ lệ nghịch với TL. Tuy nhiên, một bài báo cáo khác vào 2 năm sau đó trên đối tượng nam sản xuất tinh trùng bình thường (normozoospermia) lại kết luận rằng không có mối tương quan giữa TL tinh trùng và sự phân mảnh DNA. Tương tự, mới đây nhất là bài nghiên cứu đoàn hệ năm 2020 trên người đàn ông lớn tuổi khỏe mạnh cũng không cho thấy mối liên quan giữa TL tinh trùng ngắn và phân mảnh DNA tinh trùng cao. Do đó, bất kỳ ảnh hưởng nào của sự sinh tinh đối với TL tinh trùng đều có thể không liên quan đến phân mảnh DNA tinh trùng và sự thay đổi TL liên quan đến tuổi tác.
 
Các thay đổi thượng di truyền trong tinh trùng có liên quan đến tuổi tác
Thượng di truyền (Epigenetics) được định nghĩa là những thay đổi với chức năng của gene không can thiệp trực tiếp vào trình tự chuỗi DNA. Những thay đổi thượng di truyền liên quan đến tuổi trong tinh trùng bị bỏ qua vì sự khan hiếm của các histone trong tinh trùng người chủ yếu được thay thế bởi protamine, chỉ những thay đổi về DNA methyl hóa mới được nghiên cứu ở tinh trùng già. Các tác giả của bài đã thực hiện nghiên cứu trên những đàn ông lớn tuổi khỏe mạnh và tìm thấy 254 vùng methyl hóa khác biệt (differentially methylated regions – DMRs) trong tinh trùng giữa hai nhóm tuổi 60 và 80 có liên quan đến các gene bảo tồn cao (homeobox genes) và gene góp phần phát triển hệ thần kinh. Điều này chỉ ra được sự di truyền thượng di truyền trong tinh trùng gây ra các rối loạn phát triển thần kinh ở con cái của những người cha lớn tuổi. Tuy nhiên, những thay đổi trong DNA methyl hóa khi già đi không có tiềm năng di truyền qua các thế hệ.
Nhìn chung, các nghiên cứu trong tương lai sẽ phải tập trung vào việc xác định không chỉ các vùng gene dễ bị tổn thương do oxy hóa mà còn sự đứt gãy DNA nói chung ở cả nam giới vô sinh và lớn tuổi để thấy được tác động bất ổn về bộ gene của tinh trùng phân mảnh DNA cao đối với kết quả sinh sản và con cái. Hơn nữa, việc giải mã cơ chế mà telomere của tinh trùng có xu hướng dài hơn ở người tuổi cao và liệu khả năng di truyền của TL từ cha lớn tuổi có mang lại lợi thế thích nghi tiến hóa. Chẳng những vậy, sự tăng sinh của các tinh nguyên bào song song với việc giảm hiệu suất sinh tinh vì biểu hiện sự mất cân bằng trong điều hòa SSCs ở nam giới có tuổi đã dẫn đến mất trạng thái tĩnh của các tinh nguyên bào Adark. Vì vậy, mức độ phản ánh sự suy giảm các SSCs liên quan đến lão hóa trong ổ tế bào gốc cần được đánh giá thêm. 
 
Tóm lại, bản chất của sự lão hóa có ảnh hưởng lớn đến quá trình sinh tinh, chất lượng giao tử và có lẽ là sức khỏe của thế hệ con cháu. Sự gia tăng tỉ lệ đột biến của tế bào mầm được mô tả rõ ràng cùng với những thay đổi quan sát được trong tế bào gốc tinh hoàn về chiều dài telomere, sự ổn định bộ gene và những thay đổi về DNA methyl hóa cũng thể hiện được tuổi của người cha nên phải được xem xét một cách nghiêm túc.  
 
Nguồn: Eva P, Jorg G, Joachim W và cộng sự. Healthy ageing and spermatogenesis. Society for reproduction and fertility. 2021 Feb 11.

Từ khóa: Lão hóa và sự sinh tinh