CNXN. Nguyễn Thị Thanh Huệ
Bệnh viện Đại học Y Dược Buôn Ma Thuột

GIỚI THIỆU
Tổn thương DNA ở tinh trùng là một trong các nguyên nhân gây vô sinh nam. Tổn thương DNA ở tinh trùng xảy ra trong quá trình sản xuất và trưởng thành của tinh trùng, cũng như trong quá trình tinh trùng di chuyển qua đường sinh dục nam. Theo một số tài liệu nghiên cứu thấy rằng, tổn thương DNA tinh trùng cao ảnh hưởng tiêu cực đến quá trình thụ tinh, sự hình thành phôi nang và tỷ lệ phôi hữu dụng (1). Những tổn thương này có thể được sửa chữa dựa vào cơ chế sửa sai của noãn bào. Nhưng nếu sự sửa chữa không hiệu quả có thể dẫn đến phôi chậm phát triển, phôi ngừng phát triển hoặc các bất thường nhiễm sắc thể.

TỔN THƯƠNG DNA TINH TRÙNG
Tổn thương DNA tinh trùng được biết đến dưới các dạng đứt gãy DNA. Sự đứt gãy này có thể do tác động từ bên ngoài và các nguyên nhân bên trong cơ thể. Các yếu tố này tác động trực tiếp hoặc gián tiếp đến các base nito trên DNA làm đứt gãy mạch đơn hoặc mạch đôi. Đã có nhiều nghiên cứu cho thấy các yếu tố sinh học, lối sống và môi trường sống có thể gây tổn thương DNA tinh trùng. Có 3 cơ chế gây ra tổn thương DNA tinh trùng, (i) sai hỏng trong quá trình sinh tinh, cụ thể là sự tái cấu trúc DNA và chromatin; (ii) sự chết theo chương trình của tế bào; (iii) do ảnh hưởng từ các gốc oxy hóa tự do (2).
Sự tái cấu trúc DNA và chromatin trong quá trình sinh tinh
Quá trình sinh tinh bắt đầu từ tinh nguyên bào và trải qua các giai đoạn phân bào giảm phân để hình thành tinh tử đơn bội và cuối cùng biệt hóa thành tinh trùng trưởng thành. Trong quá trình này, sự thay thế histone bằng protamine đóng vai trò then chốt trong việc nén chặt DNA, bảo vệ tính ổn định di truyền và ngăn ngừa phiên mã bất thường. Tuy nhiên, quá trình chuyển đổi histone–protamine có thể tạo ra các đứt gãy DNA mạch đôi. Những tổn thương này nếu không được sửa chữa sẽ tích lũy dẫn tới phân mảnh DNA tinh trùng. Các bất thường trong hoạt động của topoisomerase hoặc quá trình sửa chữa, các nuclease nội sinh tham gia cắt DNA trong giai đoạn này có thể làm suy giảm chất lượng tinh trùng. Ngoài ra, các thay đổi biểu sinh liên quan có vai trò quan trọng, đặc biệt là metyl hóa. Methyl hóa bất thường tại các gen in dấu (MEST, H19) và gen không in dấu (PSMA8, SYCP1, TEX12) đã được chứng minh liên quan đến vô sinh nam và đứt gãy DNA tinh trùng cao. Ngoài ra, đột biến hoặc rối loạn các protein điều hòa như BAF-L dẫn tới rối loạn đóng gói chromatin và giảm khả năng thụ tinh. Gần đây, phân tích đa omics (RNA-seq, SWATH-MS) đã phát hiện hàng trăm gen và protein biểu hiện khác biệt ở nhóm tinh trùng có chỉ số phân mảnh DNA tinh trùng cao, trong đó đáng chú ý là sự tăng biểu hiện gen DFFA có chức năng tham gia sửa chữa DNA. Những phát hiện này gợi ý rằng stress oxy hóa, tín hiệu p53, và chuyển hóa năng lượng có thể tham gia điều hòa cơ chế tổn thương và sửa chữa DNA tinh trùng (3).
Chết theo chương trình của tế bào (Apoptosis)
Chết theo chương trình ở các tế bào mầm sinh tinh là một quá trình chết tế bào tự nhiên được kích hoạt bởi các yếu tố kích hoạt các cơ chế đã có từ trước đảm bảo tỷ lệ tế bào mầm tối ưu (4). Quá trình apoptosis làm giảm khả năng vận động của tinh trùng và dẫn đến sự phân mảnh DNA, từ đó làm giảm khả năng bám vào noãn của tinh trùng bất thường. Stress oxy hóa kích hoạt quá trình apoptosis bằng cách gây rối loạn chức năng ty thể, giải phóng cytochrome C, kích hoạt caspase và tổn thương DNA.
Các gốc oxy hóa tự do (Reactive oxygen species - ROS)
ROS là các gốc oxy hoá hoạt động có nguồn gốc từ oxy gồm các gốc tự do và một số phân tử đặc biệt không phải là gốc tự do có khả năng tham gia phản ứng mạnh. ROS thường tồn tại dưới dạng các gốc tự do như: superoxide, hydrogen peroxide, ion hydroxyl, peroxyl radical và hypochlorite ion, ... Ở mức độ sinh lý, ROS đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm soát khả năng hoạt động của tinh trùng, phản ứng acrosome và sự liên kết giữa tinh trùng và noãn. Tuy nhiên, nếu nồng độ ROS tạo ra không được kiểm soát hoặc quá mức có thể ảnh hưởng đến chức năng của tinh trùng. Từ đó, gây ra tổn thương màng, mất tính toàn vẹn và tổn thương DNA ty thể cũng như DNA nhân tinh trùng. Ở nam giới vô sinh, ROS có thể gây mất thông tin di truyền và phá vỡ DNA mạch đơn hoặc mạch đôi. Sự biểu hiện của gen superoxide dismutase bị thay đổi do quá trình peroxy hóa lipid do ROS gây ra, dẫn đến sự gia tăng phân mảnh DNA tinh trùng (3).
CÁC CƠ CHẾ SỬA CHỮA DNA TINH TRÙNG CỦA NOÃN
Vào thời điểm thụ tinh, tinh trùng và noãn hợp nhất để tạo thành hợp tử. Do vậy, việc đảm bảo tính nguyên vẹn vật chất di truyền của tinh trùng là vô cùng quan trọng. Ở giai đoạn đầu của quá trình sinh tinh, các tế bào tinh trùng biểu hiện mức độ phân mảnh DNA cao có thể được sửa chữa trước khi chúng hoàn tất quá trình trưởng thành hoặc bị loại bỏ thông qua quá trình chết tế bào theo chương trình (5). Mặc dù tinh trùng có khả năng tự sửa chữa tổn thương DNA, nhưng cơ chế sửa chữa dường như kém hiệu quả hơn ở giai đoạn sau do sự nén chặt chromatin khiến sự biểu hiện gen bị mất điều hòa. Khi thụ tinh xảy ra, tinh trùng thiếu các con đường sửa chữa chủ động, buộc noãn bào phải đảm nhận trách nhiệm xử lý mọi tổn thương DNA của tinh trùng. Các gen sửa chữa DNA trong noãn được biểu hiện ở mức độ cao hơn đáng kể so với phôi nang, đảm bảo khả năng xử lý các tổn thương DNA và bảo tồn tính toàn vẹn của bộ gen sau khi chromatin tinh trùng được giải nén (6).
  Khả năng sửa chữa tổn thương DNA của noãn thụ tinh cũng sẽ phụ thuộc vào loại tổn thương DNA của tinh trùng. Đối với đứt gãy DNA mạch đôi, con đường sửa chữa chính trong noãn là tái tổ hợp tương đồng và kết nối đầu cuối có tính chất không tương đồng. Trong trường hợp đứt gãy mạch đơn, các cơ chế sửa chữa chủ yếu bao gồm sửa chữa cắt bỏ base và sửa chữa đứt gãy mạch đơn (7).
Sửa chữa đứt gãy DNA mạch đơn (single-strand breaks – SSBs)
Sửa chữa cắt bỏ base (base excision repair - BER)
BER là con đường chính để chống lại tổn thương oxy hóa tinh trùng, chịu trách nhiệm sửa chữa các tổn thương ở các base đơn lẻ hoặc tổn thương DNA mạch đơn. Các tổn thương DNA được nhận biết bởi enzyme DNA glycosylase, loại bỏ base bị hư hỏng và cắt bỏ nó, tạo ra một vị trí không có base được gọi là vị trí AP (AP site). Enzyme APE1 cắt liên kết phosphodiester tại vị trí AP, tạo ra một đầu tự do tạo điều kiện cho bộ máy sửa chữa đi vào. Trong quá trình này, có sự tham gia của DNA polymerase β để tổng hợp bổ sung, còn DNA ligase nối lại sợi DNA.
Sửa chữa đứt gãy mạch đơn (single-strand break repair – SSBR)
Đứt gãy mạch đơn có thể do nhiều yếu tố gây ra, bao gồm stress oxy hóa, tiếp xúc với bức xạ, hóa chất hoặc do các quá trình tế bào như sao chép và phiên mã DNA (8). Nếu đứt gãy không được sửa chữa nó có thể tạo thành các tổn thương nghiêm trọng hơn và gây hại nhiều hơn cho phôi. Khi đứt gãy xảy ra, poly (ADP-Ribose) polymerase 1 (PARP1) là một trong những chất phản ứng đầu tiên của con đường. PARP1 liên kết với vị trí bị hư hỏng và chiêu mộ các protein SSBR để bắt đầu sửa chữa. Sau khi phát hiện, các enzyme thuộc họ nhóm nuclease phá vỡ liên kết phosphodieste và loại bỏ từng nucleotide khỏi đầu 5' hoặc đầu 3' bị hư hỏng hoặc bắt cặp không tương thích. Sau đó, DNA polymerase β chịu trách nhiệm chèn hoặc thay thế nucleotide mới để tổng hợp bổ sung. Cuối cùng, đoạn DNA được nối lại nhờ sự xúc tác bởi DNA ligase III hoặc DNA ligase I. Cơ chế này cũng có thể được thực hiện với sự tham gia của một số chất trung gian từ con đường BER, giúp tạo điều kiện cho việc sửa chữa thông qua hoạt động tuần tự phối hợp của các enzyme chịu trách nhiệm xử lý đầu cuối DNA, lấp đầy và hàn nối.
Sửa chữa đứt gãy DNA mạch đôi (double-strand breaks - DSBs)
Tái tổ hợp tương đồng (homologous recombination - HR)
Con đường HR được kích hoạt khi cảm biến đột biến Ataxia telangiectasia (ATM) phát hiện ra DSB. Phức hợp Mre11-Rad50-Nbs1 (MRN) hoạt động trong một mạng lưới phức tạp chịu trách nhiệm nhận dạng tổn thương, truyền tín hiệu và phối hợp sửa chữa. Đóng vai trò quan trọng trong nhận diện DSB và kích hoạt các chuỗi tín hiệu trung gian ATM thiết lập các điểm kiểm tra chu kỳ tế bào. Ngoài ra, phức hợp này còn xác định con đường sửa chữa phù hợp và tham gia tích cực vào quá trình sửa chữa. Cùng với các yếu tố hỗ trợ như protein tương tác với CtBP (CtIP) và MRE11A, phức hợp MRN bắt đầu cắt bỏ đầu DNA, tạo ra các phần nhô ra của DNA mạch đơn 3′. DNA mạch đơn này sau đó được bao phủ bởi protein sao chép A (RPA) để ổn định. Ở giai đoạn này, RAD51 thay thế RPA và phối hợp với BRCA2, tạo thành một phức hợp tìm kiếm và ghép cặp với một trình tự tương đồng trên nhiễm sắc thể chị em. Mạch nguyên được sử dụng làm khuôn mẫu để sửa chữa DNA. Quá trình tổng hợp mạch bổ sung hoàn thiện dựa vào sự xúc tác của DNA polymerase và DNA ligase giúp hàn gắn mạch. Việc sử dụng các nhiễm sắc thể chị em làm khuôn mẫu để sửa chữa các trình tự DNA bị hư hỏng, con đường HR đảm bảo khôi phục thông tin di truyền chính xác và không có lỗi. Sau khi thụ tinh, HR được kích hoạt trong pha S/G2 của chu kỳ tế bào, ngay trước lần phân chia tế bào đầu tiên, yêu cầu các nhiễm sắc thể chị em đóng vai trò là khuôn mẫu để sửa chữa chính xác.
Kết nối đầu cuối có tính chất không tương đồng (non-homologous end joining - NHEJ)
Con đường NHEJ cổ điển bao gồm ba bước riêng biệt: nhận diện, xử lý và nối DNA. Khi xảy ra sự đứt gãy DNA mạch đôi, phức hợp protein Ku70/80 xác định tổn thương bằng cách liên kết trực tiếp với các đầu DNA bị đứt. Sự liên kết này ổn định các đầu và ngăn ngừa sự phân hủy của chúng. Sau đó, tiểu đơn vị xúc tác của protein kinase phụ thuộc DNA (DNA-PKcs) được chiêu mộ, tạo thành một phức hợp hoạt động giúp sắp xếp các đầu bị đứt để tạo điều kiện cho hoạt động của các enzyme. Trong trường hợp DSB đơn giản không có cấu hình phức tạp, các đầu DNA bị đứt có thể dễ dàng được nhận biết và nối lại. Tuy nhiên, khi DSB liên quan đến các cấu trúc phức tạp, cần có các yếu tố bổ sung để tạo điều kiện cho quá trình xử lý và nối lại sau đó. Yếu tố liên quan phổ biến nhất là protein Artemis với hoạt tính endonuclease, cùng với các yếu tố khác như polynucleotide kinase-phosphatase (PNKP), aprataxin (APTX) hoặc nhiều loại DNA polymerase. Quá trình này có thể bao gồm việc loại bỏ các nucleotide bị hư hỏng hoặc bổ sung các base mới. Khi các đầu được sắp xếp thẳng hàng, DNA ligase IV, kết hợp với cofactor XRCC4, sẽ hàn nối các vết đứt, hoàn tất quá trình sửa chữa.
GIỚI HẠN KHẢ NĂNG SỬA CHỮA CỦA NOÃN
Noãn đóng vai trò quan trọng trong việc sửa chữa DNA tinh trùng. Tuy nhiên, noãn chỉ có thể sửa chữa hiệu quả tổn thương DNA của tinh trùng khi tổn thương này không vượt quá 8% (9). Nếu bộ máy sửa chữa của noãn bị suy yếu, các con đường sửa chữa DNA sẽ cần nhiều thời gian hơn để xử lý những tổn thương DNA tinh trùng, nguy cơ dẫn đến các đột biến de novo. Bên cạnh đó, noãn đã sửa chữa một số tổn thương DNA tinh trùng, nhưng quá trình apoptosis tế bào vẫn có thể xảy ra nếu mức độ tổn thương DNA vượt quá khả năng sửa chữa hoàn toàn của noãn. Kết quả gây suy giảm chất lượng phôi hoặc thậm chí phôi dừng phát triển ở giai đoạn sớm (10). 
Tác động của tổn thương DNA tinh trùng lên kết quả lâm sàng khác nhau tùy thuộc vào nguồn gốc của noãn (11). Khi noãn lấy từ phụ nữ trẻ, nhận thấy rằng có thể làm giảm tác động của mức độ tổn thương DNA tinh trùng lên tỷ lệ làm tổ và tỷ lệ trẻ sinh sống, trái ngược với việc sử dụng noãn từ phụ nữ lớn tuổi trong các chu kỳ hỗ trợ sinh sản (12). Trong một nghiên cứu của Seda Karabulut và cộng sự (2025), với tổng cộng 540 cặp vợ chồng trải qua ICSI được phân nhóm dựa trên tuổi của mẹ và mức độ tổn thương DNA, gồm phân mảnh DNA thấp (< 30% SDF) và phân mảnh DNA cao (≥ 30% SDF) (13). Kết quả cho thấy không có sự khác biệt đáng kể nào được quan sát thấy ở những bệnh nhân trẻ tuổi (≤ 36 tuổi) và những bệnh nhân từ 37 – 40 tuổi. Tuy nhiên, khi tuổi của mẹ > 40, chất lượng phôi, sự phát triển của phôi nang, tỷ lệ mang thai và làm tổ thấp hơn đáng kể. Điều đó chứng minh rằng noãn ở phụ nữ lớn tuổi (>40 tuổi) có thể có khả năng sửa chữa tổn thương DNA của tinh trùng kém hơn dẫn đến kết quả IVF kém hơn ở các cặp vợ chồng có SDF và tuổi mẹ cao. Khi tuổi mẹ tăng lên có liên quan đến sự suy giảm mRNA của gen sửa chữa DNA như APE1, PARP1, XRCC1, Polβ (POLB) và LIG3, … dẫn tới hiệu quả sửa chữa DNA giảm và những tác động tiêu cực về sau đến sự phát triển phôi sớm, đồng thời tích tụ tổn thương di truyền ngày càng tăng (14). Sự suy giảm hiệu quả sửa chữa này là một trong những yếu tố chính góp phần vào sự suy giảm chất lượng noãn theo tuổi tác (14).

KẾT LUẬN
Noãn đóng vai trò then chốt trong sữa chữa DNA tinh trùng đảm bảo tính toàn vẹn của bộ gen phôi và sự thành công điều trị hỗ trợ sinh sản. Tuy nhiên, hiệu quả của quá trình sửa chữa tổn thương DNA này không chỉ phụ thuộc vào mức độ tổn thương DNA tinh trùng mà còn chịu ảnh hưởng lớn tuổi tác và chất lượng noãn. Chính vì vậy, việc nghiên cứu sâu hơn về vai trò của noãn mở ra hướng đi mới cho các can thiệp trong tương lai nhằm tối ưu hóa công nghệ hỗ trợ sinh sản và cải thiện kết quả lâm sàng cho các cặp vợ chồng đang đối mặt với tình trạng vô sinh.

Tài liệu tham khảo
1.   Yang B, Xia L, Deng R, Wu L, Zhang Z, Wu X, et al. Impact of sperm DNA fragmentation index on assisted reproductive outcomes: a retrospective analysis. Front Endocrinol. 2025 Jan 21;15.
2.   Gunes S, Al-Sadaan M, Agarwal A. Spermatogenesis, DNA damage and DNA repair mechanisms in male infertility. Reprod Biomed Online. 2015 Sep 1;31(3):309–19.
3.   Liu K, Chen Y, An R. The Mechanism and Clinical Significance of Sperm DNA Damage in Assisted Reproductive. Front Biosci-Landmark. 2024 Dec 17;29(12):416.
4.   Murat F, Mbengue N, Winge SB, Trefzer T, Leushkin E, Sepp M, et al. The molecular evolution of spermatogenesis across mammals. Nature. 2023 Jan;613(7943):308–16.
5.   Aitken, Robert John. "Paternal age, de novo mutations, and offspring health? New directions for an ageing problem." Human Reproduction 39.12 (2024): 2645-2654.
6.   Jaroudi S, Kakourou G, Cawood S, Doshi A, Ranieri DM, Serhal P, et al. Expression profiling of DNA repair genes in human oocytes and blastocysts using microarrays. Hum Reprod. 2009 Oct 1;24(10):2649–55.
7.   Pardiñas, Maria Luisa, et al. "Oocyte-mediated repair of sperm DNA fragmentation: a critical determinant of embryo viability." Reproductive BioMedicine Online (2025): 105165.
8.   Caldecott KW. Causes and consequences of DNA single-strand breaks. Trends Biochem Sci. 2024 Jan 1;49(1):68–78.
9.   Ahmadi A, Bongso A, Ng SC. Induction of Acrosome Reaction in Human Sperm by Exposing to an Electrical Field. Arch Androl. 1997 Jan 1;38(1):57–65.
10. Sadeghi MR. The Possibility of Increasing Oocyte Capacity to Repair Sperm DNA Fragmentation. J Reprod Infertil. 2021;22(2):75–6.
11. Braga DPAF, Setti A, Morishima C, Provenza RR, Iaconelli Jr. A, Borges Jr. E. The effect of sperm DNA fragmentation on ICSI outcomes depending on oocyte quality. Andrology. 2023;11(8):1682–93.
12. Chua SC, Yovich SJ, Hinchliffe PM, Yovich JL. The Sperm DNA Fragmentation Assay with SDF Level Less Than 15% Provides a Useful Prediction for Clinical Pregnancy and Live Birth for Women Aged under 40 Years. J Pers Med. 2023 Jul;13(7):1079.
13. Karabulut S, Kutlu P, Korkmaz O, Oria L. Impact of Maternal Age on the Repairing Capacity of Oocytes on Paternal DNA Damage. Reprod Sci. 2025 Jul 1;32(7):2397–403.
14. Horta F, Catt S, Ramachandran P, Vollenhoven B, Temple-Smith P. Female ageing affects the DNA repair capacity of oocytes in IVF using a controlled model of sperm DNA damage in mice. Hum Reprod. 2020 Mar 27;35(3):529–44.