CNSH Nguyễn Lê Hữu Tài, Ths Nguyễn Huyền Minh Thụy – IVF Tâm Anh

Giới thiệu
Đông lạnh tinh trùng là quy trình quan trọng trong lĩnh vực hỗ trợ sinh sản (ART), nhằm bảo tồn khả năng sinh sản nam giới và hỗ trợ điều trị vô sinh hoặc hiến tinh trùng. Có hai phương pháp đông lạnh tinh trùng chính là đông lạnh chậm và thủy tinh hóa. Đặc điểm màng tế bào linh hoạt do sự hiện diện của các axit béo không bão hòa trong cấu trúc lipid kép và hàm lượng nước thấp giúp tinh trùng có khả năng chịu được các biến đổi nhiệt độ khác nhau trong quá trình trữ - rã. Sức sống của tinh trùng sau khi trữ - rã chủ yếu phụ thuộc vào việc giảm hình thành tinh thể đá nội bào. Điều này có thể được thực hiện thông qua sử dụng các chất bảo vệ đông lạnh và áp dụng tốc độ trữ - rã phù hợp. Có nhiều chất bảo vệ đông lạnh có sẵn trên thị trường, được phân thành hai loại: thẩm thấu và không thẩm thấu.
 
Đông lạnh tinh trùng có thể gây tổn thương cho tinh trùng thông qua stress oxy hóa, làm phân mảnh DNA hoặc gây apoptosis. Quá trình này còn làm giảm tỉ lệ các phiên mã liên quan khả năng di động và chất lượng tinh trùng, kết quả điều trị và sự thành công của thai kỳ. So sánh các phiên mã ở tinh trùng tươi và trữ, cho thấy đông lạnh tinh trùng thường gây ra nhiều biến đổi liên quan đến quá trình apoptosis và phản ứng miễn dịch. Gần đây, một phân tích đa gen đã xác nhận rằng đông lạnh tinh trùng làm giảm đáng kể khả năng di động và cấu trúc ty thể của tinh trùng. Nghiên cứu này so sánh mức độ biểu hiện của các phiên mã từ 13 cặp mẫu tinh trùng tươi và trữ, nhằm tìm hiểu các thay đổi trong hệ phiên mã của tinh trùng và ảnh hưởng của chúng đối với ART.           
 
Vật liệu và phương pháp
Mẫu tinh trùng được thu thập từ 13 người đàn ông không có vấn đề vô sinh trong khoảng thời gian từ tháng 4 đến tháng 5 năm 2022, với độ tuổi trung bình là 35,0 tuổi (phạm vi từ 29,0 đến 46,0 tuổi). Mỗi mẫu được chia thành hai phần, một phần sẽ được phân lập RNA ngay lập tức, phần còn lại được trữ trong nitơ lỏng trong một tuần trước khi phân lập. Các mẫu RNA sau khi phân lập sẽ được phân ngẫu nhiên vào bốn nhóm và được phân tích bằng mảnh vi mô (Significance Analysis of Microarrays – SAM). Các gen biểu hiện khác biệt sẽ được xác định bằng cách áp dụng các bộ lọc phương sai và mức độ. Các gen quan trọng (có tỷ lệ phát hiện sai False Discovery Rate – FDR = 0) đã được nhóm lại bằng cách chia theo cấp bậc bằng liên kết trung bình và khoảng cách Euclid.
 
Kết quả
Có 219 phiên mã giảm và 28 phiên mã tăng ở tinh trùng trữ so với tinh trùng tươi. Những thay đổi này được chú thích bằng thuật ngữ Gene Onology (GO) để làm rõ vai trò của chúng trong chức năng phân tử (Molecular Function – MF), quá trình sinh học (Biological Process – BP) và các thành phần tế bào (Cellular Components – CC). Các con đường MF, BP, CC có sự khác biệt (p ≤ 0,05) được xác định dựa trên số lượng gen liên quan đến từng loại GO (n ≥ 3) và tinh trùng được phân tích.
 
Các phiên mã giảm chủ yếu ảnh hưởng đến sự sinh tinh, chức năng ty thể, quá trình thụ tinh, liên kết ion canxi và cân bằng nội môi, biệt hóa tế bào, phát triển phôi sớm, đa ubiquitin hóa và dị hóa protein, phản ứng protein gấp trung gian. Ngược lại, các phiên mã tăng liên quan đến đáp ứng miễn dịch và xử lý kháng nguyên thông qua MHC lớp II. Nghiên cứu cho thấy những thay đổi đáng kể về hệ phiên mã ở tinh trùng trữ đối với cấu trúc, chức năng và khả năng thụ tinh của tinh trùng.
 
Bàn luận
Đông lạnh tinh trùng làm thay đổi cấu trúc và chức năng của tinh trùng, dẫn đến phân mảnh và tổn thương DNA. Các phiên mã bị giảm chủ yếu ảnh hưởng đến tổ chức khung tế bào, hình thái đầu (CCIN), cấu trúc đuôi (ODF2) và liên kết đầu và đuôi (SPATA6). Quá trình trữ làm tổn thương protein cấu trúc trung thể, giảm các phiên mã liên quan đến tổ chức ty thể (CHCHD3), duy trì cấu trúc và chức năng của ty thể (SPATA19). Từ đó, ảnh hưởng đến khả năng di động và năng lượng của tinh trùng.
 
Khả năng thụ tinh cũng bị suy giảm do sự giảm các phiên mã tham gia vào quá trình hình thành cấu trúc và chức năng acrosome. TBC1D21 tham gia vào quá trình hình thành acrosome, tái tổ chức tế bào trong quá trình sinh tinh. ACTL7A đóng vai trò gắn kết acrosome và duy trì tính toàn vẹn cấu trúc siêu vi. Sự giảm các phiên mã này ảnh hưởng đến khả năng thụ tinh của tinh trùng và sự tương tác giữa tinh trùng và noãn.
 
Khả năng thẩm thấu qua màng tinh trùng có sự thay đổi sau khi đông lạnh. Nồng độ canxi nội bào tăng cao ngay sau hồi phục, sau vài phút lại giảm do màng tinh trùng bị tổn thương do quá trình trữ - rã. Hơn nữa, quá trình đông lạnh làm giảm các phiên mã liên quan đến mức độ dao động canxi (PLCZ1, SELENOK), liên kết canxi (S100A4, ALOX15B, AMY1C, ANKEF1, CABS1, CPNE9, KCNIP2), ảnh hưởng đến chức năng và khả năng thụ tinh của tinh trùng.
 
Sự giảm của các nhóm phiên mã (HSPA1L, HSP90AA1, HSPA5, HSPA6, DNAJB8 (HSP40), DNAJC3, DNAJC5B DNAJB11) liên quan đến quá trình phân hủy protein lưới nội chất, dẫn đến giảm tỉ lệ di động của tinh trùng sau trữ lạnh. HSP40 và HSP90AA1 có hoạt tính ATPase, nên sự giảm này làm hạn chế sản xuất ATP. Ngoài ra, các nhóm phiên mã liên quan đến phát triển sớm của phôi (CNN1, EPB41L2, GPI, IFT172, KRTDAP, MICAL2, NF2, NRDC, PHACTR1, POPDC3, ROBO1, SPRR2D, TIAM2, TNNI3), phân hóa tế bào (CCIN, CPNE9, GLRX2, HEMGN, KRTDAP, MEA1, ODF2, SYAP1, SPATA6, SPATA19, SPMIP6, TCF4, TXNDC) bị giảm do sự tổn thương DNA của tinh trùng sau trữ lạnh.
 
Tinh trùng trưởng thành có cơ chế kích hoạt hệ thống miễn dịch trong hệ thống sinh sản của nữ giới thông qua HLA lớp I và lớp II. Tuy nhiên ở tinh trùng trữ, sự tăng các phiên mã HLA lớp II có thể làm giảm khả năng thành công của cấy phôi từ tinh trùng đông lạnh.
 
Ngoài sự giảm của các phiên mã quan trọng cho thụ tinh và phát triển phôi sớm, cũng có sự tăng các phiên mã khác nhằm bù đắp cho tổn thương tinh trùng sau trữ lạnh. Các phiên mã tăng trong quá trình trữ chủ yếu liên quan đến con đường xử lý trình diện kháng nguyên, kích hoạt phản ứng miễn dịch. Quá trình đông lạnh có thể kích thích sự điều tiết tích cực của phản ứng miễn dịch. Các gen liên quan đến viêm của tinh trùng có thể tạo điều kiện cho sự tương tác của tinh trùng với các tế bào miễn dịch niêm mạc của đường sinh dục nữ.
 
Nghiên cứu còn nhiều hạn chế, chủ yếu do thiếu xác thực dữ liệu trên một nhóm mẫu rộng hơn bằng cách sử dụng phân tích PCR định lượng hoặc mức độ protein, mặc dù các tiêu chí lựa chọn gen nghiêm ngặt (FDR = 0). Các nghiên cứu trong tương lai nên tập trung vào các biến thể phiên mã gây ra bởi các chất bảo vệ lạnh, để xác định các dấu hiệu dễ bị tổn thương của tinh trùng. Những dấu hiệu này có thể dự đoán các mẫu có nguy cơ bị tổn thương lạnh cao hơn, cải thiện việc tư vấn cho bệnh nhân và tạo điều kiện phát triển các chiến lược bảo quản lạnh an toàn hơn.
 
Nhìn chung, phân tích cấu trúc phân tử trên có thể đưa ra bằng chứng lâm sàng đáng tin cậy liên quan đến việc sử dụng tinh trùng đông lạnh trong ART. Đối với việc theo dõi trẻ sinh ra từ tinh trùng đông lạnh, đã có các báo cáo sử dụng tinh trùng đông lạnh từ 21 đến 40 năm. Việc sử dụng tinh trùng đông lạnh không ảnh hưởng đến kết quả lâm sàng, sản khoa và trẻ sơ sinh. Để đánh giá đầy đủ tính an toàn của việc bảo quản và sử dụng tinh trùng trữ, nên tiến hành các nghiên cứu đa trung tâm.
 
Nguồn: Stigliani, S.; Amaro, A.; Reggiani, F.; Maccarini, E.; Massarotti, C.; Lambertini, M.; Anserini, P.; Scaruffi, P. A Pilot Analysis of Whole Transcriptome of Human Cryopreserved Sperm. Int. J. Mol. Sci. 2024, 25, 4131.
https://doi.org/10.3390/ijms25074131

Từ khóa: đông lạnh tinh trùng, tinh trùng trữ, hệ phiên mã, transcripts, mảng vi mô.