ThS. Trương Quốc Thịnh – IVF Tâm Anh
 
Giới thiệu
Globozoospermia là một dạng bất thường hình dạng tinh trùng nặng, được đặc trưng bởi sự xuất hiện của tinh trùng có đầu tròn. Có hai loại globozoospermia được mô tả: globozoospermia toàn phần (100% tinh trùng có đầu tròn và không có acrosome) và globozoospermia một phần. Các biến đổi hình thái trong globozoospermia còn liên quan đến các khía cạnh phân tử. Các nghiên cứu trước đây đã cho thấy tỷ lệ bất thường DNA tăng cao hơn ở nhóm globozoospermia so với nhóm đối chứng có khả năng sinh sản bình thường thông qua xét nghiệm TUNEL. Ngoài ra, nhiều nghiên cứu về mối quan hệ giữa globozoospermia và acrosome đã chỉ ra sự thiếu hụt hoặc phát triển kém của acrosome. Trong nghiên cứu này trình bày một nghiên cứu toàn diện về cấu trúc, chức năng các biomarker chất lượng tinh trùng mới trong globozoospermia toàn phần. Việc xác định các biomarker chất lượng tinh trùng mới sẽ hỗ trợ chẩn đoán globozoospermia và cải thiện việc lựa chọn các phương pháp điều trị hiệu quả hơn. Trong số các ứng viên tiềm năng, có thể kể đến các thông số liên quan đến khả năng thụ tinh ở bệnh nhân không mắc globozoospermia, bao gồm sự phân bố các phân tử cấu trúc như α-tubulin, các phân tử tham gia nhận diện tinh trùng – noãn như Heat shock-related 70 kDa protein 2 (HSPA2), hoặc các marker chức năng của quá trình hoạt hoá tinh trùng như tyrosine phosphorylation.

Trong nghiên cứu này, mẫu tinh trùng được thu nhận từ một người đàn ông 38 tuổi, có tình trạng globozoospermia toàn bộ. Mẫu tinh trùng này được chia thành 2 phần, một phần đưa đi xử lý để tiêm ICSI. Sau ICSI, chỉ có 1 noãn MII thụ tinh và phát triển thành 1 phôi ngày 5 loại I (5AA). Phôi được sinh thiết và chuẩn đoán là phôi nguyên bội, tuy nhiên bệnh nhân đã không có thai sau khi chuyển phôi. Phần mẫu tinh trùng còn lại được mang đi phân tích các dấu ấn sinh học của tinh trùng, bao gồm: đánh giá hình thái bằng kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường (field-emission
scanning electron microscopy - FE-SEM), đánh giá cấu trúc siêu vi bằng kính hiển vi điện tử truyền qua (transmission electron microscopy - TEM), cũng như đánh giá các chỉ số khác như α-tubulin, trạng thái của túi cực đầu (acrosome), phosphoryl hóa tyrosine, phân mảnh DNA, và HSPA2 được đánh giá bằng kính hiển vi đồng tiêu.
 
Kết quả
Phân tích hình thái tinh trùng bằng kính hiển vi quang học ghi nhận không phát hiện tinh trùng bình thường, toàn bộ tinh trùng đều có đầu tròn (globozoospermia toàn phần). Ngoài ra, chúng tôi còn ghi nhận một số bất thường khác như đuôi cuộn hoặc giọt bào tương lớn quanh cổ. Khi quan sát chi tiết bằng TEM cho thấy globozoospermia thường liên hệ với nhân hình tròn, có xuất hiện các không bào lớn, không có acrosome, và chromatin thường có kết cấu dạng hạt, cho thấy vật liệu di truyền không nén chặt.

Nhuộm tubulin cho thấy hai kiểu cấu trúc đuôi khác nhau: 33% tinh trùng có sự đánh dấu liên tục của α-tubulin dọc theo đuôi; và 67% tinh trùng còn lại có tín hiệu huỳnh quang chỉ xuất hiện ở đoạn cuối đuôi.

Phân tích trạng thái acrosome cho thấy không phát hiện tín hiệu huỳnh quang ở vùng acrosome của tinh trùng. Ngoài ra, chỉ 0,5% tinh trùng đầu tròn có sự phosphoryl hóa tyrosine, trong khi 95,5% tinh trùng còn lại không biểu hiện màu huỳnh quang.

Tổn thương DNA được phát hiện ở 11% tinh trùng khi đánh giá trạng thái của nhân. Quan sát cấu trúc siêu vi bằng TEM cho thấy vùng nhân có mật độ điện tử thấp, biểu hiện cho sự không nén chặt của vật liệu di truyền. Cuối cùng, việc đánh dấu miễn dịch của HSPA2 cho thấy chỉ 15% tinh trùng có biểu hiện dương tính quanh đầu, trong khi 85% không có dấu hiệu miễn dịch nào.
 
Bàn luận
Globozoospermia chỉ được phát hiện ở < 0,1% bệnh nhân vô sinh, điều này gây khó khăn cho việc nghiên cứu. Tuy nhiên, tỷ lệ thành công thấp khi ICSI đã thúc đẩy nhu cầu hiểu biết sâu hơn về các đặc điểm mới của globozoospermia.

Về hình thái học, đây là thông số đáng chú ý nhất của globozoospermia. Nghiên cứu đã thực hiện mô tả chi tiết thông qua kính hiển vi quang học, kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) và kính hiển vi điện tử quét trường (FE-SEM). FE-SEM cho thấy những bất thường cụ thể như tỉ lệ hình dạng bình thường 0%, 100% tinh trùng đầu tròn, đuôi cuộn quanh nhân và giọt bào tương nổi bật. Nghiên cứu xác định các dạng cuộn từ nhẹ (vùng giữa quấn quanh đầu) đến cuộn hoàn toàn, chỉ ra sự bất thường trong quá trình trưởng thành của tinh trùng. TEM cũng cung cấp thông tin chi tiết hơn về sự cuộn đuôi, đặc biệt trong các trường hợp đuôi được bao phủ bởi màng bào tương. Ngoài ra nghiên cứu cũng quan sát được giọt bào tương quanh cổ, một dấu hiệu của tinh trùng chưa trưởng thành, và có chứa nhiều bào quan bên trong.

Một phát hiện quan trọng khác liên quan đến cấu trúc đuôi tinh trùng là sự phân bố của α-tubulin. Trong nghiên cứu, chỉ có một tỷ lệ nhỏ tinh trùng có tín hiệu huỳnh quang liên tục trên toàn bộ đuôi, thể hiện hoạt động chức năng đúng chuẩn của đuôi và được mô tả ở tinh trùng bình thường. Tuy nhiên, hầu hết tinh trùng còn lại chỉ có tín hiệu ở đoạn cuối đuôi, và có liên quan đến sự bất thường về cấu trúc đuôi tinh trùng.

Các bất thường về hình thái tinh trùng có liên quan đến sự thay đổi cấu trúc nhân. Trong nghiên cứu của chúng tôi, TEM cho thấy kết cấu dạng hạt ở nhân, đặc trưng cho quá trình giải nén chromatin; và tỉ lệ histone / protamine cao có thể có liên quan đến bất thường về nhiễm sắc thể ở bệnh nhân globozoospermia. Nghiên cứu cũng ghi nhận tỷ lệ DNA phân mảnh tăng cao ở bệnh nhân globozoospermia, điều này có thể giải thích vì sao tỷ lệ thụ tinh và mang thai thấp sau khi tiêm ICSI.

Trong nghiên cứu này, chúng tôi ghi nhận chỉ 0,5% tinh trùng có sự phosphoryl hóa tyrosine dương tính ở đuôi, thấp hơn nhiều so với tỷ lệ được quan sát ở các mẫu tinh trùng bình thường (~9%). Ngoài ra, sự phân bố α-tubulin ở phần cuối của đuôi tinh trùng và tỉ lệ thấp phosphoryl hóa tyrosine có thể gợi ý về một rối loạn cấu trúc hoặc chức năng của đuôi tinh trùng.

Globozoospermia còn liên quan đến sự mất đoạn gen DPY19L2, dẫn đến sự không ổn định của acrosome. Tuy nhiên, một tỷ lệ nhỏ tinh trùng dường như có túi cực đầu nhỏ đã được mô tả và có khả năng mang thai thành công. Trong các hình ảnh từ TEM, nghiên cứu xác nhận sự thiếu vắng của cực đầu hoặc các túi cực đầu.
 
Kết luận
Trong nghiên cứu này đã báo cáo những đặc điểm mới về cấu trúc, chức năng và phân tử ở tinh trùng của một bệnh nhân globozoospermia hoàn toàn. Việc sử dụng phối hợp FE-SEM và TEM đã giúp phát hiện và phân biệt tám kiểu bất thường hình thái của tinh trùng globozoospermia. Nhìn chung, kết quả của nghiên cứu cung cấp một góc nhìn mới, có thể mang lại ý nghĩa tiềm năng trong việc cải thiện các phương pháp chọn lọc tinh trùng cho điều trị globozoospermia.
 
Nguồn: Sáez-Espinosa P, Robles-Gómez L, Ortega-López L, Aizpurua J, Gómez-Torres MJ. Immunofluorescence and High-Resolution Microscopy Reveal New Insights in Human Globozoospermia. Int J Mol Sci. 2022 Feb 2;23(3):1729. doi: 10.3390/ijms23031729. PMID: 35163651; PMCID: PMC8836125.

Từ khóa: lai miễn dịch huỳnh quang, hình thái học, tinh trùng đầu tròn, globozoospermia, kính hiển vi điện tử truyền qua, kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường