CNSH. Phạm Thị Kim Ngân - IVFMD Tân Bình
 
Tinh hoàn đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì khả năng sinh sản của nam giới,  thực hiện hai chức năng chính: sinh tinh và sản xuất testosterone. Tuy nhiên, chức năng tinh hoàn suy giảm dần theo tuổi tác. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng lão hóa ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng tinh trùng, tính toàn vẹn DNA của tinh trùng, đột biến DNA bộ gen, cấu trúc nhiễm sắc thể và các yếu tố thượng di truyền. Mặc dù vậy, nam giới ở các nước phát triển ngày càng có xu hướng trì hoãn việc làm cha đến khi lớn tuổi, điều này làm dấy lên lo ngại về sự suy giảm khả năng thụ tinh và hậu quả đối với sức khỏe của con cái. Ngoài ra, lão hóa còn ảnh hưởng xấu đến quá trình tổng hợp testosterone, dẫn đến tình trạng suy sinh dục nam. Tình trạng này biểu hiện thông qua nhiều triệu chứng bao gồm giảm ham muốn tình dục, rối loạn cương dương, vô sinh, yếu cơ, béo phì, loãng xương, suy giảm nhận thức và các biến chứng khác. Do đó, lão hóa tinh hoàn không chỉ làm suy giảm khả năng sinh sản của nam giới mà còn ảnh hưởng sâu sắc đến sức khỏe tổng thể và chất lượng cuộc sống của họ. Vì vậy, điều quan trọng là phải làm sáng tỏ các cơ chế tiềm ẩn của lão hóa tinh hoàn và xác định các biện pháp can thiệp có thể làm chậm hoặc trì hoãn quá trình này.

Tinh hoàn là một cơ quan sinh sản nam phức tạp, bao gồm nhiều loại tế bào khác nhau. Trong đó, có hai nhóm tế bào chính: tế bào mầm và tế bào soma. Tế bào mầm trải qua nhiều giai đoạn phát triển, cuối cùng tạo ra tinh trùng. Quá trình này được hỗ trợ bởi các tế bào soma, tạo nên môi trường vi mô đặc biệt gọi là "ổ tinh hoàn". "Ổ tinh hoàn" không chỉ cung cấp hỗ trợ về mặt vật lý mà còn điều tiết sự sống sót và biệt hóa của tế bào mầm thông qua các tín hiệu sinh hóa. Các tế bào soma quan trọng trong ổ tinh hoàn bao gồm tế bào Sertoli, tế bào Leydig (LCs) và tế bào cơ quanh ống. Đặc biệt, tế bào Leydig còn chịu trách nhiệm sản xuất testosterone - hormone đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển và duy trì các đặc điểm sinh dục nam, cũng như thúc đẩy quá trình sinh tinh. Tinh hoàn lão hóa trải qua những thay đổi đáng kể về cấu trúc và chức năng, ảnh hưởng đến cả tế bào mầm và tế bào soma. Những thay đổi này dẫn đến suy giảm khả năng sinh sản và các vấn đề sức khỏe khác ở nam giới. Mặc dù đã có nhiều nghiên cứu về lão hóa tinh hoàn, nhưng những thay đổi ở cấp độ tế bào và phân tử vẫn chưa được khám phá đầy đủ.
Đối với một mô phức tạp và không đồng nhất như tinh hoàn, phương pháp giải trình tự RNA truyền thống gặp nhiều khó khăn trong việc nghiên cứu biểu hiện gen ở từng loại tế bào. Sự ra đời của giải trình tự RNA đơn bào (scRNA-seq) đã khắc phục được hạn chế này. Gần đây, các nghiên cứu scRNA-seq đã dần làm sáng tỏ bức tranh biểu hiện gen ở từng loại tế bào, đồng thời chỉ ra những thay đổi trong tế bào sinh tinh và tế bào soma, khẳng định tiềm năng của scRNA-seq trong việc nghiên cứu tinh hoàn ở cấp độ đơn bào. Trong nghiên cứu này, tác giả Kai Xia và cộng sự (2024) cũng đã áp dụng scRNA-seq để phân tích biểu hiện gen ở từng loại tế bào trong tinh hoàn người trẻ tuổi và lớn tuổi, qua đó làm sáng tỏ những thay đổi ở cấp độ phân tử trong quá trình lão hóa tinh hoàn.

Phương pháp:
Nghiên cứu được thực hiện trên các mẫu sinh thiết tinh hoàn từ 3 nam giới trẻ và 3 nam giới lớn tuổi để thực hiện giải trình tự RNA đơn bào (scRNA-seq). Kết quả ban đầu này sau đó được xác nhận lại bằng cách lặp lại nghiên cứu trên một nhóm lớn hơn gồm 10 người trẻ và 10 người lớn tuổi nhằm đảm bảo tính chính xác và loại trừ các yếu tố ngẫu nhiên có thể ảnh hưởng đến kết quả ở nhóm nhỏ ban đầu (nhóm trẻ tuổi: độ tuổi từ 24-31 và nhóm lớn tuổi: độ tuổi từ 61-87 tuổi). Kỹ thuật scRNA-seq được sử dụng để xác định các đặc trưng biểu hiện gen của các tế bào trong tinh hoàn người trong quá trình lão hóa. Các thay đổi biểu hiện gen liên quan đến tuổi tác ở tế bào gốc tinh trùng (SSCs) và tế bào Leydig (LCs) được phân tích bằng phương pháp phân tích làm giàu tập gen (GSEA) và được xác thực bằng các xét nghiệm miễn dịch huỳnh quang và xét nghiệm chức năng. Cuối cùng, phân tích tương tác tế bào được thực hiện bằng công cụ CellChat.
Kết quả chính thu được như sau:

• Xây dựng bản đồ phiên mã đơn bào của tinh hoàn người:

• Tinh hoàn nam giới lớn tuổi có những thay đổi về cấu trúc: diện tích ống sinh tinh (nơi sản xuất tinh trùng) giảm và mô ở vùng ranh giới dày lên.
• 11 loại tế bào khác nhau trong tinh hoàn được xác định, bao gồm: tế bào gốc sinh tinh (SSCs), tinh nguyên bào biệt hóa (diff-SPGs), tinh bào (SPCs), tinh tử tròn (RSs), tinh tử đang kéo dài (ESs), tế bào Sertoli (SCs), tế bào Leydig (LCs), tế bào cơ quanh ống (PTMs), đại thực bào (Ms), tế bào nội mô (ECs) và tế bào cơ trơn (SMCs).
• Mỗi loại tế bào có bộ gen biểu hiện riêng biệt, phù hợp với chức năng của chúng.
• Sự khác biệt về biểu hiện gen giữa tinh hoàn của người trẻ và người lớn tuổi  không đáng kể.

• Ảnh hưởng của tuổi tác đến quá trình sản xuất tinh trùng:

• Quá trình sinh tinh diễn ra ở cả nam giới trẻ và lớn tuổi.
• Số lượng tế bào gốc tinh trùng (SSCs) không thay đổi đáng kể theo tuổi tác.
• Số lượng tinh tử tròn (RSs) và tinh tử kéo dài (ESs) giảm đáng kể ở nam giới lớn tuổi. Điều này cho thấy quá trình biệt hóa tế bào mầm (từ SSCs thành tinh trùng trưởng thành) bị ảnh hưởng bởi lão hóa.

• Ảnh hưởng của tuổi tác đến hoạt động của các gen trong quá trình sản xuất tinh trùng:

• Hoạt động của các gen trong tế bào mầm trở nên kém ổn định hơn khi nam giới lớn tuổi, đặc biệt là ở các tế bào gốc sinh tinh (SSCs) và các giai đoạn đầu của quá trình biệt hóa. Điều này có nghĩa là các gen dễ bị "bật tắt" nhầm lẫn, hoạt động không chính xác như ở người trẻ tuổi.
• Khả năng sửa chữa DNA của SSCs bị suy giảm. Các gen chịu trách nhiệm sửa chữa các "hư hỏng" trong DNA hoạt động kém hiệu quả hơn ở nam giới lớn tuổi. Điều này làm tăng nguy cơ đột biến gen, có thể ảnh hưởng đến sức khỏe sinh sản.

• Những thay đổi trong hoạt động của gen ở tế bào soma trong quá trình lão hóa tinh hoàn:

• Số lượng tế bào soma không thay đổi đáng kể theo tuổi tác.
• Tuy nhiên, hoạt động của gen trong một số loại tế bào soma, đặc biệt là tế bào Leydig và tế bào cơ quanh ống, trở nên kém ổn định hơn ở nam giới lớn tuổi.
• Các gen liên quan đến stress, viêm nhiễm và phản ứng miễn dịch hoạt động mạnh hơn ở tế bào soma của nam giới lớn tuổi; ngược lại, các gen liên quan đến sự phát triển và sửa chữa mô hoạt động yếu đi.

• Rối loạn chức năng tế bào Leydig trong quá trình lão hóa tinh hoàn:

• Tế bào Leydig (LCs) ở nam giới lớn tuổi sản xuất testosterone ít hơn so với nam giới trẻ tuổi.
• Hoạt động của các gen liên quan đến stress oxy hóa tăng cao trong tế bào Leydig của nam giới lớn tuổi, trong khi hoạt động của các gen liên quan đến sản xuất testosterone giảm. Điều này cho thấy stress oxy hóa có thể là một trong những nguyên nhân gây suy giảm chức năng của LCs và giảm sản xuất testosterone.

• Chất chống oxy hóa giúp cải thiện chức năng của tế bào Leydig và tăng cường sản xuất testosterone ở tinh hoàn nam giới lớn tuổi:

• Nghiên cứu cho thấy việc sử dụng chất chống oxy hóa (như N-acetylcysteine và vitamin E) giúp giảm stress oxy hóa trong tế bào Leydig (LCs), từ đó tăng cường sản xuất testosterone.
• Các thí nghiệm trên mô tinh hoàn được cấy ghép vào chuột cũng cho thấy kết quả tương tự. Chất chống oxy hóa không chỉ giúp tăng sản xuất testosterone mà còn cải thiện hoạt động của các gen quan trọng trong LCs.

• Thay đổi giao tiếp tế bào trong quá trình lão hóa tinh hoàn ở người:

• Nghiên cứu phát hiện ra rằng sự suy giảm của một loại tín hiệu quan trọng gọi là pleiotrophin có thể góp phần làm suy giảm khả năng sinh sản ở nam giới lớn tuổi. Pleiotrophin giúp các tế bào trong tinh hoàn giao tiếp và phối hợp hoạt động để sản xuất tinh trùng. Khi pleiotrophin giảm, quá trình sản xuất tinh trùng bị ảnh hưởng.
• Các thí nghiệm cho thấy việc ức chế pleiotrophin làm giảm số lượng tế bào mầm và tinh trùng, trong khi bổ sung pleiotrophin có thể phục hồi quá trình này.

Tóm lại, nghiên cứu này đã cung cấp một bức tranh toàn cảnh chi tiết về hoạt động của các gen trong từng tế bào của tinh hoàn người, ở cả người trẻ và người lớn tuổi. Thông qua phương pháp giải trình tự RNA đơn bào (scRNA-seq), nghiên cứu đã làm sáng tỏ các đặc trưng biểu hiện gen riêng biệt của từng loại tế bào trong tinh hoàn, đồng thời hé lộ những thay đổi quan trọng liên quan đến quá trình lão hóa. Những phát hiện này cung cấp cái nhìn sâu sắc về cơ chế phân tử của lão hóa tinh hoàn, mở ra tiềm năng cho việc phát triển các liệu pháp can thiệp nhằm làm chậm quá trình lão hóa, bảo vệ và trẻ hóa các tế bào quan trọng, góp phần duy trì chức năng sinh sản và sức khỏe tổng thể của nam giới.

Nguồn: Xia, K., Luo, P., Yu, J., He, S., Dong, L., Gao, F., ... & Xiang, A. P. Single-cell RNA sequencing reveals transcriptomic landscape and potential targets for human testicular ageing. Human Reproduction, 2024, 39(10), 2189-2209.

Từ khóa: đơn bào, lão hóa tinh hoàn người, tế bào gốc sinh tinh, tế bào Leydig, sửa chữa cắt bỏ bazơ, cân bằng nội môi oxy hóa khử, pleiotrophin