CN. Nguyễn Hoàng Bảo Ngân, Th.S Nguyễn Huyền Minh Thụy – IVF Tâm Anh
 
Ngày càng có nhiều quan tâm về vai trò của tinh trùng trong việc truyền các đặc điểm di truyền và thượng di truyền, chủ yếu liên quan đến quá trình hoạt hóa noãn và phân chia nhiễm sắc thể trong hình thành bào thai.
 
Nghiên cứu này đề cập đến cấu trúc, chức năng cũng như nhấn mạnh các bất thường của tinh trùng để giải thích cơ chế cơ bản của thụ tinh, phát triển phôi sớm, và rối loạn phát triển liên quan đến khiếm khuyết trung thể.
 
Thành phần trước nhân
Acrosome, một túi tiết có nguồn gốc từ bộ máy Golgi, nằm ở nửa phần trước của đầu tinh trùng. Màng ngoài của acrosome kết hợp với màng sinh chất của tinh trùng, cho phép giải phóng các men (enzyme) phân giải protein cần thiết cho tinh trùng đi qua khối tế bào cumulus.
 
Tế bào quanh nhân (perinuclear theca) nằm bên dưới đầu tinh trùng, phía trên nhân, chứa yếu tố kích hoạt tế bào noãn, gọi là đồng phân phospholipase C đặc hiệu duy trì các dao động canxi cho hoạt hóa noãn và cuối cùng là kích hoạt quá trình thụ tinh. Sự thiếu hụt của yếu tố kích hoạt này dẫn đến khả năng thụ tinh kém ở một số cá thể. Một số nghiên cứu phát hiện sự hiện diện của yếu tố kích hoạt tế bào noãn như một phương pháp khắc phục sự thất bại trong quá trình thụ tinh.
 
Thành phần nhân
Bộ gen tinh trùng được cô đặc để vận chuyển vật liệu di truyền hiệu quả đến tế bào noãn. Trong quá trình sinh tinh, DNA tinh trùng thay thế protein histone bằng protamine, giúp DNA siêu xoắn và cô đặc. Khi quá trình này hoàn tất, hơn 85% chất nhiễm sắc liên kết với protamine, phần còn lại tồn tại dưới dạng nucleosome trong vùng dễ tổn thương, làm bộ gen tinh trùng nhạy cảm với tác động môi trường và lối sống, ảnh hưởng quá trình thụ tinh và phát triển phôi. Đánh giá phân mảnh DNA hữu ích cho mẫu tinh trùng thiểu tinh hoặc từ phẫu thuật.
 
Thành phần trong nhân
Sai sót trong quá trình đóng gói chất nhiễm sắc dẫn đến DNA dễ bị tổn thương và phân mảnh do oxy hóa. Đánh giá việc thay thế histone bằng protamine cung cấp thông tin về tiềm năng sinh sản của tinh trùng. Thiếu hụt protamine có liên quan đến vô sinh, tinh trùng di động và hình thái kém. Nam giới có tinh trùng đầu tròn (Globozoospermia) cho khả năng thụ tinh kém trong ICSI, phân mảnh chất nhiễm sắc tăng, và ảnh hưởng tiêu cực đến phôi. Tinh trùng thu được từ đuôi mào tinh có nhiễm sắc chất toàn vẹn nhất và cho tỷ lệ thụ tinh, làm tổ và mang thai lâm sàng cao hơn.
 
Ngoài ra, vai trò của gen và hệ gen biểu sinh của tinh trùng trong kết quả lâm sàng đang được chú trọng. Công nghệ giải trình tự thế hệ mới phát hiện nguyên nhân vô sinh nam và các đột biến gen liên quan đến phát triển tế bào mầm, bao gồm trao đổi chéo trong giảm phân (RBMY1F), phát triển tinh trùng (DPY19L2), dung hợp tinh trùng-noãn (ADAM3A) và vận chuyển RNA nhân-tế bào chất (NXF2). Cặp vợ chồng được chỉ định bơm tinh trùng vào buồng tử cung có gen bất hoạt (TPTE2P4) bị ảnh hưởng, trong khi cặp vợ chồng làm TTTON cổ điển có đột biến gen (RBMY1F) liên quan đến sinh tinh. Bệnh nhân nam có chỉ định ICSI có gen hình thành acrosome (DPY19L2) bị ảnh hưởng, và bệnh nhân có chỉ định sinh thiết tinh hoàn có các đột biến gen chức năng tế bào (ANKRD36B), điều chỉnh sản xuất androgen (SIRPB1), và kích hoạt tế bào mầm (CSF2RA).
 
Đánh giá RNA tinh trùng từ nam giới vô sinh cho thấy sự giảm đáng kể biểu hiện của các gen liên quan đến apoptosis (MORC1, TNFRSF21, ZFAND6) và sửa chữa DNA (APLF, ERCC4). Sự thay đổi gấp cuộn trong các gen này tương quan nghịch với phân mảnh DNA. Ngoài ra, chuỗi RNA dài, không mã hóa được tạo ra bởi tinh trùng tại thời điểm thụ tinh là các phân tử điều hòa ảnh hưởng đến sự phát triển phôi.
 
Exosome trong tinh dịch chứa các phân tử hoạt tính sinh học như protein, lipid, DNA, mRNA và microRNA (miRNA), và tham gia vào các quá trình giao tiếp giữa các tế bào, di động và khả năng hóa tinh trùng, tương tác với nội mạc tử cung và noãn. Chức năng chính xác của các exosome đang được nghiên cứu, nhưng dấu ấn sinh học trong túi này có thể cung cấp thông tin về nguyên nhân gây vô sinh nam.
 
Thành phần sau nhân

1. Trung thể

• Vai trò

Tinh trùng trưởng thành chứa hai trung tử riêng biệt về hình thái. Trung tử gần điển hình, có cấu trúc 9 + 0 với mỗi nhánh chứa một bộ ba vi ống. Trung tử xa không điển hình, đóng vai trò hình thành đuôi tinh trùng. Do noãn không có trung thể và trung tâm tổ chức vi ống (microtubule organizing center - MTOC) nên trong quá trình thụ tinh, noãn sử dụng trung thể tinh trùng để tái hình thành MTOC hỗ trợ hình thành thoi vô sắc, giúp di chuyển và dung hợp tiền nhân và hợp tử phân chia. Khi tinh trùng xâm nhập vào noãn, trung thể và vật liệu ngoại vi (pericentriolar materials- PCM) bị phân hủy, trung tử tách ra và hình thành MTOC mới cho thoi vô sắc.
 
Trong trường hợp đa tinh trùng ở hợp tử ba tiền nhân (3PN) sau TTTON cổ điển, sự phân chia không đều gây ra khảm hỗn loạn. Hợp tử 3PN từ ICSI dẫn đến tam bội do noãn không tống xuất thể cực thứ hai. Sự toàn vẹn của tinh trùng trong ICSI rất quan trọng, vì trung tử gần dễ tổn thương. Nếu chỉ tiêm đầu tinh trùng, quá trình thụ tinh vẫn xảy ra nhưng sự phát triển của phôi bị suy giảm nghiêm trọng.
 

• Nguyên nhân gây vô sinh và sảy thai từ trung thể

Các khiếm khuyết ở trung thể tinh trùng là một trong những nguyên nhân dẫn đến vô sinh nam và gây thụ tinh kém, phân chia nhiễm sắc thể bất thường trong hợp tử, bất thường nhiễm sắc thể ở phôi, ngừng phát triển phôi và sảy thai. Đáng chú ý là nam giới có tình trạng tinh trùng ít - yếu - dị dạng (OAT) có nhiều khả năng bị khiếm khuyết trung thể, dẫn đến phôi lệch bội do lỗi phân chia ở giai đoạn phôi sớm.
 
Khiếm khuyết trung thể tinh trùng khá hiếm nhưng có thể phát hiện ở các cặp vợ chồng bị sảy thai liên tục do bất thường nhiễm sắc thể ở phôi. Trung thể là một cấu trúc phức tạp và ước tính mang 251 protein có vai trò trong định vị và thực hiện chức năng. Do đó, các đột biến trong các gen kiểm soát sự phát triển và chức năng trung thể ảnh hưởng trực tiếp hoặc gián tiếp đến kết quả lâm sàng của các cặp vợ chồng vô sinh. Một nghiên cứu gần đây đã tiến hành phân tích toàn bộ hệ gen của tinh trùng, từ đó phát hiện ra các đột biến gen mới liên quan đến sự toàn vẹn của trung thể và vi ống ở những người đàn ông có phôi phát triển kém (gen XRN1, HAUS1, và KIF4A), thất bại làm tổ (gen SUPT5H, MAP1S, và PLK4), và sảy thai (gen TRIP13).
 
Trung tử rất cần thiết cho hình thành trung thể hợp tử, bên cạnh đó noãn cũng cung cấp PCM để xây dựng MTOC. Có giả thuyết cho rằng tế bào chất noãn của phụ nữ trẻ tuổi có thể sửa chữa những khiếm khuyết nhỏ ở trung thể tinh trùng.
 

2. Sợi trục

Trung tử xa hình thành sợi trục trong quá trình tạo tinh trùng và liên kết đầu với đuôi, đóng vai trò trong khả năng di động của tinh trùng. Một đuôi điển hình có cấu trúc vi ống 9+2 được hỗ trợ bởi các cấu trúc quanh trục, giúp đuôi chuyển động. Ở những bệnh nhân có mẫu tinh trùng di động cực yếu và rối loạn vận động lông mao nguyên phát, những cấu trúc trục và quanh trục thường có biểu hiện khiếm khuyết như sự sắp xếp vi ống bất thường, thiếu nhánh dynein hoặc rối loạn sắp xếp vi sợi. Các nghiên cứu di truyền đã xác định các đột biến ở nam giới vô sinh không rõ nguyên nhân, đặc biệt là đột biến các gen ảnh hưởng đến tính toàn vẹn của trung thể (HAUS1, PLK4), sự ổn định của vi ống (KIF4A, XRN1) và chức năng chuyển động của lông mao (SPAG17, CATSPER).
 
Kết luận
Tóm tại, những thành phần cấu trúc và chức năng của trung thể cũng như các bất thường di truyền có thể cung cấp thêm thông tin về các yếu tố gây vô sinh và mở ra các hướng điều trị mới.
 
Nguồn: Xie P, Kocur OM, Cheung S, Ng L, Albertini DF, Rosenwaks Z, Palermo GD. Sperm centriolar factors and genetic defects that can predict pregnancy. Fertil Steril. 2023 Oct;120(4):720-728. doi: 10.1016/j.fertnstert.2023.07.007. Epub 2023 Jul 22. PMID: 37487819.
 

Từ khóa: trung thể tinh trùng, sảy thai, sợi trục