CNSH. Nguyễn Trần Phương Duyên – IVFMD Tân Bình

1. Giới thiệu:
Phân mảnh DNA tinh trùng (Sperm DNA Frangmentation – SDF) là tình trạng đứt gãy trong chuỗi DNA của tinh trùng, có thể là đứt gãy sợi đơn hoặc đôi [1]. Chỉ số phân mảnh DNA tinh trùng (DNA Frangmentation Index - DFI) cao có thể liên quan đến tỷ lệ thụ tinh thấp hơn, sự phát triển phôi kém, thất bại làm tổ, tăng tỷ lệ sảy thai và tăng nguy cơ dị tật bẩm sinh ở con cái [1]. Hiệp hội Tiết niệu Hoa Kỳ (American Urological Association – AUA) và Hiệp hội Tiết niệu Châu Âu (European Association of Urology – EAU) đã công nhận mức độ nghiêm trọng của SDF trong các hướng dẫn của họ về vô sinh nam [2]. Điều này cho thấy rằng DFI là chỉ số quan trọng phản ánh về chất lượng tinh trùng liên quan đến khả năng sinh sản của nam giới.
Một số nghiên cứu cho thấy mức độ DFI thấp hơn đáng kể ở tinh trùng từ tinh hoàn so với tinh trùng trong tinh dịch đối với trường hợp nam giới có DFI tinh trùng trong tinh dịch cao [3]. Các phân tích tổng hợp chỉ ra sự khác biệt trung bình thấp hơn khoảng 25% về DFI giữa tinh trùng từ tinh hoàn so với tinh trùng trong tinh dịch [3]. Sự khác biệt này cho thấy tinh trùng từ tinh hoàn có thể có mức độ toàn vẹn DNA cao hơn, do đó có khả năng cải thiện kết quả ART (Assisted reproductive technology) ở những bệnh nhân có DFI tinh trùng trong tinh dịch cao. Như vậy, tính toàn vẹn DNA giữa tinh trùng từ các nguồn khác nhau trong cùng một cá nhân có thể bị ảnh hưởng bởi môi trường sau tinh hoàn. Điều này ngụ ý rằng các yếu tố gặp phải trong quá trình vận chuyển và lưu trữ ở mào tinh đóng góp đáng kể vào tổn thương DNA tinh trùng.
Bài viết này sẽ làm rõ các cơ chế sinh học góp phần vào DFI thấp hơn ở tinh trùng từ tinh hoàn, cung cấp cơ sở lý thuyết cho việc sử dụng TESE (Testicular Sperm Extraction) ở những bệnh nhân có DFI tinh trùng trong tinh dịch cao. Mục tiêu là cung cấp lý thuyết hỗ trợ ứng dụng lâm sàng của TESE cho một nhóm bệnh nhân vô sinh cụ thể.

2. Cơ sở lý thuyết cho thấy DFI cao hơn ở tinh trùng trong tinh dịch
Stress oxy hóa, sự mất cân bằng giữa sản xuất ROS (Reactive Oxygen Species) và hệ thống chống oxy hóa, là một yếu tố chính gây ra rối loạn chức năng tinh trùng và phân mảnh DNA [1]. Các nguồn ROS bao gồm bạch cầu (đặc biệt trong trường hợp viêm hoặc nhiễm trùng), rối loạn chức năng ty thể và các yếu tố bên ngoài như hút thuốc và ô nhiễm môi trường sống [1]. ROS có thể gây ra các đứt gãy sợi đơn và sợi đôi trong DNA tinh trùng, cũng như các tổn thương oxy hóa base [1]. Stress oxy hóa có thể trầm trọng hơn do sự suy giảm khả năng chống oxy hóa cục bộ trong quá trình tinh trùng trưởng thành ở mào tinh [4]. Stress oxy hóa dường như là một cơ chế chủ yếu gây phân mảnh DNA ở tinh trùng xuất tinh, với nhiều nguồn ROS và khả năng sửa chữa hạn chế của tinh trùng trưởng thành góp phần vào sự tổn thương này.
Trước khi xuất tinh, tinh trùng sẽ được vận chuyển và lưu trữ tại mào tinh. Mào tinh có chức năng góp phần vào tính toàn vẹn DNA của tinh trùng, và các khiếm khuyết có thể phát sinh trong quá trình vận chuyển ở mào tinh [5]. Thành phần dịch mào tinh, bao gồm cả nồng độ canxi, có thể ảnh hưởng đến sự phân mảnh DNA [5]. Các protein giàu cysteine (CRISPs), đặc biệt là CRISP1 và CRISP3, được biểu hiện ở mào tinh, có liên quan đến việc duy trì tính toàn vẹn DNA của tinh trùng [5]. Sự thiếu hụt của các protein này có thể dẫn đến tăng sự phân mảnh DNA. Bên cạnh đó, thời gian vận chuyển và lưu trữ kéo dài ở mào tinh có thể làm tăng nguy cơ tổn thương DNA do thời gian tiếp xúc kéo dài với ROS và các yếu tố gây hại khác [1]. Mào tinh đóng một vai trò phức tạp, vừa cần thiết cho sự trưởng thành vừa có khả năng góp phần gây tổn thương DNA. Điều này cho thấy thời gian và điều kiện tối ưu cho quá trình vận chuyển ở mào tinh là rất quan trọng để duy trì tính toàn vẹn DNA của tinh trùng.
Các yếu tố bên ngoài như hút thuốc lá, uống rượu, chế độ ăn uống kém, béo phì và thiếu tập thể dục có liên quan đến stress oxy hóa tăng lên và DFI cao hơn [1]. Các độc tố môi trường, bao gồm thuốc trừ sâu, phthalate, polychlorinated biphenyl (PCB), kim loại và ô nhiễm không khí, có liên quan đến sự gia tăng tổn thương DNA tinh trùng [1]. Nhiễm trùng và viêm bộ phận sinh dục có thể làm tăng mức ROS và DFI [1]. Bạch cầu trong tinh dịch (leukocytospermia), sự hiện diện của bạch cầu tăng cao trong tinh dịch, có liên quan đến ROS và DFI cao hơn [6]. Thời gian kiêng xuất tinh kéo dài có thể ảnh hưởng tiêu cực đến khả năng di động, hình thái và DFI của tinh trùng, có thể do tăng tiếp xúc với ROS trong mào tinh [7]. Các tình trạng bệnh lý như giãn tĩnh mạch thừng tinh (varicocele), tiểu đường và điều trị ung thư cũng có thể góp phần làm tăng DFI [1]. Tinh trùng trong tinh dịch dễ bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố bên ngoài có thể làm tăng DFI. Do đó với kỹ thuật TESE, bằng cách thu nhận tinh trùng trực tiếp từ tinh hoàn, phần lớn có thể sẽ tránh được những ảnh hưởng sau tinh hoàn này, mang lại lợi thế tiềm năng về tính toàn vẹn DNA. Song song đó, việc điều chỉnh các yếu tố lối sống có thể thay đổi ở những bệnh nhân có DFI cao cũng rất quan trọng.

3. Cơ sở lý thuyết cho thấy DFI thấp hơn ở tinh trùng từ tinh hoàn
Sinh tinh là quá trình sản xuất tinh trùng diễn ra trong các ống sinh tinh của tinh hoàn [8]. Trong quá trình sinh tinh, các histone được thay thế bằng protamine để đạt được trạng thái đóng xoắn DNA cực đại, giúp bảo vệ bộ gen của bố [8]. Bất kỳ sự gián đoạn nào trong quá trình này có thể dẫn đến tăng tính nhạy cảm của DNA đối với các tổn thương sau này [8]. Trạng thái đóng xoắn cực đại của nhiễm sắc thể tinh trùng đạt được thông qua quá trình protamine hóa nhằm bảo vệ vật liệu di truyền trong suốt quá trình di chuyển của nó và trước khi thụ tinh. Quá trình này phần lớn diễn ra trong tinh hoàn.
Sự đóng gói chặt chẽ DNA với protamine trong tinh hoàn mang lại sự bảo vệ đáng kể chống lại các tác nhân gây phân mảnh [8]. Hàng rào máu-tinh hoàn (Blood-testis barrier – BTB) trong tinh hoàn tạo ra một môi trường bảo vệ cho các tế bào mầm đang phát triển, hạn chế tiếp xúc với các tế bào miễn dịch và các phân tử gây viêm có thể góp phần gây ra stress oxy hóa [9]. Mặc dù tinh trùng thiếu cơ chế sửa chữa DNA hoàn chỉnh sau khi sinh tinh, nhưng vẫn có một số quá trình sửa chữa DNA xảy ra trong quá trình sinh tinh trong tinh hoàn [1]. Tinh hoàn sở hữu các cơ chế bảo vệ vốn có, chẳng hạn như đóng gói nhiễm sắc thể và BTB, góp phần duy trì tính toàn vẹn DNA của tinh trùng trong quá trình phát triển. Các cơ chế này hoạt động tích cực hoặc hiệu quả hơn trong môi trường tinh hoàn so với môi trường sau tinh hoàn.
Tinh trùng được thu nhận trực tiếp từ tinh hoàn thông qua các thủ thuật như TESE hoặc TESA, có thể tránh được môi trường có khả năng gây hại của mào tinh và túi tinh [10].Bằng cách bỏ qua các quá trình vận chuyển và lưu trữ tại mào tinh, tinh trùng từ tinh hoàn ít tiếp xúc với nồng độ ROS cao hơn có thể tích tụ trong dịch mào tinh và tinh dịch khi xuất tinh [1]. Tinh trùng từ tinh hoàn cũng tránh được những tổn thương tiềm ẩn liên quan đến việc kiêng xuất tinh kéo dài gây phân mảnh DNA. Từ những giả thuyết trên cho thấy DFI thấp hơn ở tinh trùng từ tinh hoàn là do giảm tiếp xúc với môi trường sau tinh hoàn, nơi được biết là chứa các yếu tố có thể làm tổn thương DNA. Việc trực tiếp tránh các tác nhân gây hại này là lý do chính để xem xét TESE đối với trường hợp nam giới có DFI tinh trùng trong tinh dịch cao.
Tuy nhiên, cũng cần lưu ý rằng tổn thương DNA có thể xảy ra ngay trong quá trình sinh tinh [8]. Mặc dù đây là giai đoạn mới hình thành và phát triển của tinh trùng, có nghĩa là ít thời gian để tích lũy những tổn thương sau tinh hoàn, nhưng tính toàn vẹn DNA vốn có thể bị tác động. Bên cạnh stress oxy hóa, quá trình apoptosis (chết theo chương trình) và các enzyme nội sinh cắt DNA cũng góp phần gây phân mảnh DNA tinh trùng. Trong tinh hoàn, một số tinh trùng bị đào thải thông qua apoptosis nhằm loại bỏ tế bào bất thường; quá trình này bao gồm sự kích hoạt các endonuclease phân cắt DNA. Nếu quá trình apoptotis không hoàn toàn (apoptosis “bán hủy”), tinh trùng trưởng thành có thể mang theo một số vết cắt DNA từ giai đoạn sinh tinh [11]. Ngoài ra, tinh trùng còn sót lại một ít bào tương thừa ở phần đuôi có thể sinh ra ROS nội bào, tự kích hoạt các phản ứng oxy hóa ngay cả khi không có tác nhân bên ngoài. Các nghiên cứu chỉ ra rằng ba cơ chế chính gây phân mảnh DNA tinh trùng là: (i) apoptosis (hoàn toàn hoặc không hoàn toàn) trong quá trình sinh tinh, (ii) bất thường đóng gói chromatins (chẳng hạn thiếu protamin), và (iii) stress oxy hóa trong và sau quá trình vận chuyển [11], [12]. Cụ thể, Khalafalla và cs. nhấn mạnh stress oxy hóa vẫn là cơ chế chủ yếu làm gia tăng peroxy hóa lipid và apoptosis “bán hủy”, dẫn đến tổn thương DNA tinh trùng [12].
Mặc dù kỹ thuật TESE giúp thu hồi tinh trùng gần với nguồn gốc hơn, nhưng điều quan trọng là phải xem xét liệu các vấn đề tiềm ẩn trong tinh hoàn này có thể vẫn ảnh hưởng đến tính toàn vẹn DNA của tinh trùng được thu hồi hay không.

4. Bằng chứng lâm sàng cho việc sử dụng kỹ thuật TESE ở các bệnh nhân nam có DFI tinh dịch cao
Một phân tích tổng hợp năm 2023, tổng hợp phân tích các nghiên cứu từ năm 2004 đến năm 2020, cho thấy mức DFI thấp hơn đáng kể ở tinh trùng từ tinh hoàn (MD = -25,42%) và CPRs (OR = 2,36), LBRs (OR = 3,10) cao hơn đáng kể và MRs (OR = 0,28) thấp hơn so với tinh trùng trong tinh dịch [13]. Một phân tích tổng hợp khác năm 2025, tổng hợp phân tích các nghiên cứu từ năm 2005 đến năm 2024 cho thấy việc sử dụng tinh trùng từ tinh hoàn (T-ICSI) trong các trường hợp DFI xuất tinh cao, thiểu tinh hoặc các chu kỳ ICSI thất bại trước đó cho kết quả tỷ lệ thai lâm sàng (Clinical pregnancy rate – CPRs), tỷ lệ trẻ sinh sống (Live birth rate – LBRs) được cải thiện và tỷ lệ sảy thai (Miscarriage rate – MRs) thấp hơn so với việc sử dụng tinh trùng trong tinh dịch (E-ICSI) [3]. Các bài báo phân tích tổng hợp này chỉ ra rằng T-ICSI hiệu quả hơn ở nam giới có thông số tinh dịch đồ bình thường nhưng có DFI cao và thất bại ICSI trước đó [3], [13]. Mặc dù tỷ lệ thụ tinh có thể tương đương giữa T-ICSI và E-ICSI, nhưng tính toàn vẹn DNA được cải thiện của tinh trùng từ tinh hoàn dường như được thể hiện qua kết quả sinh sản tổng thể tốt hơn [3], [13].Các kết cục lâm sàng tích cực liên quan đến T-ICSI ở nam giới có DFI xuất tinh cao cung cấp chứng cứ hỗ trợ mạnh mẽ cho tính hữu ích khi áp dụng vào lâm sàng của phương pháp này. DFI thấp hơn ở tinh trùng từ tinh hoàn dường như khắc phục được một số hậu quả tiêu cực của sự phân mảnh DNA cao ở tinh trùng trong tinh dịch.

5. Kết luận và các hướng nghiên cứu trong tương lai
DFI thấp hơn ở tinh trùng từ tinh hoàn có thể là do sự kết hợp của các yếu tố: giảm tiếp xúc với các yếu tố gây stress sau tinh hoàn (chủ yếu là stress oxy hóa ở mào tinh hoàn và túi tinh), giai đoạn phát triển sớm hơn của tinh trùng với khả năng ít tích lũy tổn thương hơn và các cơ chế bảo vệ vốn có của môi trường tinh hoàn trong quá trình sinh tinh. Cơ sở sinh học để sử dụng TESE ở nhóm bệnh nhân này dựa trên bằng chứng cho thấy tinh trùng từ tinh hoàn có mức độ phân mảnh DNA thấp hơn đáng kể, một yếu tố được biết là ảnh hưởng tiêu cực đến kết quả ART. Bằng cách sử dụng tinh trùng có tính toàn vẹn DNA cao hơn, tinh trùng từ tinh hoàn có khả năng cải thiện khả năng thụ tinh, sự phát triển phôi, khả năng làm tổ và cuối cùng là tỷ lệ trẻ sinh sống đồng thời giảm tỷ lệ sảy thai.
Cần có thêm các thử nghiệm đối chứng ngẫu nhiên được thiết kế tốt để xác nhận các phát hiện của các nghiên cứu hiện có và cung cấp bằng chứng mạnh mẽ hơn về lợi ích của TESE trong bối cảnh này. Cần nhiều nghiên cứu hơn để hiểu đầy đủ về kết quả sức khỏe lâu dài của trẻ được thụ tinh bằng tinh trùng từ tinh hoàn, đặc biệt là liên quan đến khả năng bất thường nhiễm sắc thể. Nghiên cứu về các phương pháp không xâm lấn để giải quyết DFI cao ở tinh trùng xuất tinh vẫn quan trọng, do tính xâm lấn của TESE. Nghiên cứu sâu hơn về các cơ chế cụ thể bảo vệ và gây tổn thương DNA trong tinh hoàn và mào tinh hoàn là cần thiết để phát triển các biện pháp can thiệp nhắm vào mục tiêu hơn cho vô sinh nam. Mặc dù bằng chứng hiện tại ủng hộ việc sử dụng TESE, nhưng tiếp tục các nghiên cứu là rất quan trọng để tinh chỉnh các tiêu chí lựa chọn bệnh nhân, tối ưu hóa các quy trình TESE và hiểu đầy đủ các tác động đối với sức khỏe của con cái.

6. Tài liệu tham khảo
[1]      S. C. Esteves, “From Double Helix to Double Trouble: Sperm DNA Fragmentation Unveiled – A Reproductive Urologist Perspective (AUA Bruce Stewart Memorial Lecture – ASRM 2024),” International Brazilian Journal of Urology : Official Journal of the Brazilian Society of Urology, vol. 51, no. 1, p. e20249924, Jan. 2025, doi: 10.1590/S1677-5538.IBJU.2024.9924.
[2]      B. Yang et al., “Impact of sperm DNA fragmentation index on assisted reproductive outcomes: a retrospective analysis,” Front Endocrinol (Lausanne), vol. 15, p. 1530972, 2025, doi: 10.3389/FENDO.2024.1530972.
[3]      M. Cano-Extremera et al., “Superior Live Birth Rates, Reducing Sperm DNA Fragmentation (SDF), and Lowering Miscarriage Rates by Using Testicular Sperm Versus Ejaculates in Intracytoplasmic Sperm Injection (ICSI) Cycles from Couples with High SDF: A Systematic Review and Meta-Analysis,” Biology (Basel), vol. 14, no. 2, p. 130, Feb. 2025, doi: 10.3390/BIOLOGY14020130/S1.
[4]      R. J. Aitken and G. N. De Iuliis, “On the possible origins of DNA damage in human spermatozoa,” Mol Hum Reprod, vol. 16, no. 1, pp. 3–13, Jan. 2010, doi: 10.1093/MOLEHR/GAP059.
[5]      V. Sulzyk, L. Curci, L. N. González, A. R. Cid, M. W. Muñoz, and P. S. Cuasnicu, “The epididymis contributes to sperm DNA integrity and early embryo development through Cysteine-Rich Secretory Proteins,” Elife, vol. 13, p. RP97105, Apr. 2025, doi: 10.7554/ELIFE.97105.
[6]      Y. Wang, X. Fu, and H. Li, “Mechanisms of oxidative stress-induced sperm dysfunction,” Front Endocrinol (Lausanne), vol. 16, p. 1520835, 2025, doi: 10.3389/FENDO.2025.1520835.
[7]      M. L. Pardiñas et al., “Sperm DNA fragmentation and microfluidics: A new era in human sperm selection,” Medicina Reproductiva y Embriología Clínica, vol. 9, no. 3, p. 100121, Sep. 2022, doi: 10.1016/J.MEDRE.2022.100121.
[8]      K. Liu, Y. Chen, and R. An, “The Mechanism and Clinical Significance of Sperm DNA Damage in Assisted Reproductive,” Front Biosci (Landmark Ed), vol. 29, no. 12, p. 416, Dec. 2024, doi: 10.31083/J.FBL2912416/2768-6698-29-12-416/FIG3.JPG.
[9]      H. Hasan, S. Bhushan, M. Fijak, and A. Meinhardt, “Mechanism of Inflammatory Associated Impairment of Sperm Function, Spermatogenesis and Steroidogenesis,” Front Endocrinol (Lausanne), vol. 13, p. 897029, Apr. 2022, doi: 10.3389/FENDO.2022.897029/TEXT.
[10]   M. Romano et al., “High sperm DNA fragmentation: do we have robust evidence to support antioxidants and testicular sperm extraction to improve fertility outcomes? a narrative review,” Front Endocrinol (Lausanne), vol. 14, p. 1150951, 2023, doi: 10.3389/FENDO.2023.1150951.
[11]    M. Muratori, S. Marchiani, L. Tamburrino, and E. Baldi, “Sperm DNA Fragmentation: Mechanisms of Origin,” Adv Exp Med Biol, vol. 1166, pp. 75–85, 2019, doi: 10.1007/978-3-030-21664-1_5.
[12]   R. F. Ambar et al., “The Use of Testicular Sperm for Intracytoplasmic Sperm Injection in Patients with High Sperm DNA Damage: A Systematic Review,” World J Mens Health, vol. 39, no. 3, pp. 391–398, Jul. 2021, doi: 10.5534/WJMH.200084.
[13]   G. Zhao et al., “Outcomes comparison of testicular versus ejaculated sperm for intracytoplasmic sperm injection in infertile men with high DNA fragmentation: updated systematic review and meta-analysis,” Transl Androl Urol, vol. 12, no. 12, pp. 1785–1802, Dec. 2023, doi: 10.21037/TAU-23-415/COIF.