CNSH. Nguyễn Ngọc Trúc Phương, CNSH. Tăng Lê Thái Ngọc,
ThS. Đặng Thị Huyền Trang
Bệnh viện Mỹ Đức

I.Giới thiệu chung

Ngày nay, những tiến bộ trong lĩnh vực sinh sản cho thấy tinh dịch không chỉ là môi trường vận chuyển tinh trùng mà còn là một dịch thể sinh học phức tạp chứa nhiều thành phần có hoạt tính sinh lý. Trong tinh dịch có chứa một loại phân tử đặc biệt là các túi ngoại bào (exosome) được bài tiết từ mào tinh, tuyến tiền liệt và túi tinh. Các túi này có khả năng mang theo vật chất sinh học giữ vai trò quan trọng trong quá trình hoàn thiện chức năng tinh trùng và hỗ trợ các sự kiện đầu tiên trong quá trình của thụ tinh. Nhờ sự đa dạng về thành phần và chức năng, exosome trong tinh dịch đang trở thành một chủ đề nghiên cứu nổi bật, góp phần làm sáng tỏ những cơ chế điều hòa tinh vi của khả năng sinh sản nam [1].

II.Nguồn gốc của exosome trong hệ sinh sản nam

Exosome trong tinh dịch là một loại túi ngoại bào có kích thước khoảng 30 - 150 nm, với cấu trúc màng phospholipid kép đặc trưng và mang theo nhiều phân tử có hoạt tính như protein, lipid và RNA. Khi tiếp cận tế bào nhận, chúng có thể gắn lên bề mặt hoặc được nội hoá để chuyển giao các phân tử này, từ đó điều chỉnh hoạt động và biểu hiện gen của tế bào đích [2].
Cơ chế hình thành và thành phần exosome
Quá trình hình thành exosome bắt đầu khi màng tế bào thực hiện nội bào hoá và tạo ra các endosome sớm đóng vai trò như một ngăn trung gian, nơi tế bào phân loại những phân tử vừa được tiếp nhận từ môi trường ngoại bào (Hình 1). Khi endosome sớm trải qua quá trình trưởng thành, thành phần protein đánh dấu và cấu trúc màng của chúng thay đổi, dẫn đến sự chuyển đổi thành endosome muộn. Sự trưởng thành này tạo điều kiện cho hiện tượng nảy chồi màng vào phía trong, qua đó hình thành các túi nội bào nhỏ (Intraluminal vesicles - ILVs) khiến endosome trở thành thể đa túi (Multivesicular bodies - MVBs). Việc tạo ra ILVs được tế bào điều hòa thông qua hai cơ chế phụ thuộc và không phụ thuộc ESCRT (Endosomal sorting complex transport). Đối với cơ chế phụ thuộc, các phức hợp ESCRT đảm nhiệm việc nhận diện và tuyển chọn các thành phần sinh học trước khi đưa chúng vào các túi nội bào. Trong khi đó, con đường không phụ thuộc ESCRT dựa vào sự tổ chức của các microdomain lipid đặc hiệu, chẳng hạn như các vùng giàu ceramide hoặc tetraspanin, để thúc đẩy quá trình nảy chồi vào trong mà không cần sự tham gia của hệ thống ESCRT. Hai cơ chế này phối hợp với nhau nhằm bảo đảm ILVs được hình thành theo cách có kiểm soát và mang theo những phân tử sinh học có hoạt tính [3].
Sau khi các túi nội bào được đóng gói, tế bào sẽ quyết định số phận của MVBs thông qua các tín hiệu điều hòa nội bào. Một số MVBs được vận chuyển đến lysosome để hợp nhất màng và phân hủy. Ngược lại, một số MVBs được định hướng đến màng tế bào nhằm chuẩn bị cho quá trình xuất bào. Sự lựa chọn này chịu ảnh hưởng bởi thành phần lipid của màng MVBs và hoạt động của các protein thuộc họ Rab GTPase, những yếu tố có vai trò quan trọng trong việc điều phối hướng vận chuyển của MVBs [3].
Khi MVBs được đưa đến màng tế bào, các protein Rab GTPase điều phối việc định vị chúng đến vị trí hợp nhất màng thích hợp. Tại đây, hệ thống protein SNARE gồm v-SNARE (Vesicle-associated SNARE) trên MVBs và t-SNARE (Target membrane SNARE) trên màng tế bào xúc tiến sự hợp nhất màng. Quá trình này cho phép các túi nội bào bên trong MVBs được giải phóng vào môi trường ngoại bào dưới dạng exosome [2, 3, 4].

Hình 1: Cơ chế hình thành exosome [4]

Dựa trên cơ chế này, tế bào có khả năng vận chuyển chọn lọc các protein, lipid và các loại RNA điều hòa thông qua những túi nano ổn định, hình thành một hệ thống truyền tín hiệu liên bào có tính chuyên biệt (Hình 2). Chính đặc điểm tuyển chọn và đóng gói mang tính chủ đích này đã tạo nên sự đa dạng phân tử của exosome. Về mặt protein, exosome chứa nhiều nhóm protein đặc trưng gồm tetraspanin (CD9, CD63, CD81, CD82), protein ESCRT (ALIX và TSG1010), protein vận chuyển - hợp nhất màng (Rab GTPase, flotillin, annexin) và protein sốc nhiệt (Hsp70, Hsp90) [5]. Thành phần lipid giàu sphingomyelin, GM3, phosphatidylserine và cholesterol góp phần ổn định cấu trúc màng và điều chỉnh khả năng tương tác với tế bào đích [6]. Nhờ chứa hàng nghìn phân tử được tuyển chọn có hệ thống, exosome đóng vai trò như một trung tâm truyền thông tin điều hòa các quá trình sinh học quan trọng của tế bào.



Hình 2: Cấu tạo các thành phần sinh học của exosome [7]

III.Vai trò điều hòa của exosome trong sinh tinh, trưởng thành và hoạt hoá tinh trùng

Với cơ chế hình thành có tính chọn lọc và khả năng vận chuyển phong phú, exosome tinh dịch tham gia điều hòa nhiều quá trình sinh lý từ giai đoạn sinh tinh trong tinh hoàn, quá trình trưởng thành tại mào tinh cho đến các biến đổi chức năng chuẩn bị cho thụ tinh.
Quá trình sinh tinh và trưởng thành tinh trùng
Trong hệ sinh sản nam, exosome tinh dịch truyền tín hiệu giữa các tế bào soma của đường sinh dục và tinh trùng. Cụ thể, exosome được tế bào mầm và tế bào Leydig hấp thu, từ đó điều hòa tăng sinh, biệt hoá và sống còn của dòng tế bào sinh tinh. Một số miRNA được đóng gói trong exosome của tế bào Sertoli như miR-210-3p, miR-486-5p hay miR-30a-5p có khả năng điều chỉnh các trục tín hiệu quan trọng liên quan đến kiểm soát apoptosis, biệt hoá và tăng sinh của tế bào mầm [7]. Bên cạnh đó, exosome còn có khả năng vượt qua hàng rào máu - tinh hoàn, tác động đến tế bào Leydig, ảnh hưởng đến quá trình sinh tổng hợp hormone steroid và gián tiếp điều hòa sinh tinh.
Sau khi rời ống sinh tinh, tinh trùng vẫn chưa có khả năng di động hay thụ tinh. Trong quá trình di chuyển qua mào tinh, chúng tiếp xúc với các exosome có nguồn gốc từ biểu mô mào tinh, đóng vai trò trong việc hoàn thiện chức năng sinh lý. Các exosome này mang các protein, lipid và RNA không mã hoá gồm CRISP1, SPAM1 (PH-20), MIF và các enzyme chuyển hoá, giúp hoàn thiện cấu trúc và khả năng hoạt động. Nhiều nghiên cứu cho thấy các exosome này có thể hòa màng với tinh trùng và giải phóng miRNA cùng tRFs (tRNA fragments) vào bào tương. Sự bổ sung này góp phần định hình lại hồ sơ RNA nhỏ của tinh trùng và tham gia điều chỉnh các dấu ấn biểu sinh chức năng trong giai đoạn sau tinh hoàn. Bên cạnh đó, thành phần exosome tại mào tinh còn mang tính đặc trưng theo từng giai đoạn (đầu, thân và đuôi), chính sự biến đổi đặc trưng này phản ánh quá trình trưởng thành tinh trùng được điều hòa liên tục, tinh vi và có tính chọn lọc cao [4, 7].
Ổn định màng tinh trùng, điều hòa hoạt hoá
Một vai trò quan trọng khác của exosome tinh dịch là điều hòa quá trình hoạt hoá tinh trùng, giai đoạn sinh lý thiết yếu để tinh trùng đạt được khả năng thụ tinh. Cụ thể, các exosome từ tuyến tiền liệt và mào tinh cùng phối hợp trong việc cung cấp lipid (cholesterol và sphingomyelin), giúp tăng độ bền màng và ức chế hiệu quả sự khởi phát hoạt hoá sớm. Bên cạnh đó, còn các protein điều chỉnh độ nhạy màng gồm AWN và PSP-1, giúp điều tiết khả năng liên kết với màng trong suốt của noãn và khởi phát phản ứng cực đầu [4, 7].
Chống stress oxy hoá và bảo vệ ty thể
Exosome tinh dịch còn có chức năng bảo vệ tinh trùng khỏi các tác nhân gây stress oxy hoá, nguyên nhân gây tổn thương màng ty thể. Các exosome này mang theo nhiều enzyme chống oxy hoá như superoxide dismutase (SOD), catalase và glutathione peroxidase (GPx). Các enzyme này có khả năng trung hòa gốc tự do và hạn chế quá trình peroxy hoá lipid trên màng tinh trùng, qua đó giảm tổn thương oxy hoá, gián tiếp bảo vệ chức năng ty thể, duy trì hoạt động hiệu quả của chuỗi truyền electron và ổn định điện thế màng. Nhờ chức năng này, exosome góp phần duy trì tính toàn vẹn của hệ thống năng lượng nội bào, đảm bảo quá trình tạo ATP cung cấp năng lượng cho di động tiến tới của tinh trùng. Sự hiện diện của các exosome giàu enzyme chống oxy hoá trong tinh dịch được xem là cơ chế bảo vệ tự nhiên, giúp tinh trùng duy trì khả năng thụ tinh ngay cả trong điều kiện stress oxy hoá tăng cao [4].

IV.Tiềm năng chẩn đoán và tiên lượng

Trong những năm gần đây, exosome trong tinh dịch đang nổi lên như một hướng nghiên cứu đầy tiềm năng trong đánh giá chức năng sinh sản nam nhờ khả năng phản ánh các biến đổi xảy ra trong quá trình sinh tinh và hoạt động của tinh trùng.
Nhiều nghiên cứu cho thấy các rối loạn sinh sản nam thường đi kèm những thay đổi đáng kể về số lượng, kích thước và thành phần phân tử của exosome tinh dịch, qua đó mở ra triển vọng sử dụng chúng như dấu ấn sinh học cho chẩn đoán và tiên lượng vô sinh nam [7]. Nghiên cứu của Abu và cộng sự (2016) đã chứng minh thành phần miRNA được đóng gói trong exosome tinh dịch bị biến đổi đáng kể ở nhóm bệnh nhân OAT (Oligo-astheno-teratozoospermia). Cụ thể, kết quả microarray ghi nhận đa số miRNA trong exosome giảm biểu hiện, qRT-PCR kiểm chứng tám miRNA đại diện và xác nhận ba miRNA thay đổi mức độ biểu hiện gồm miR-765 (tăng, p < 0,01), miR-1275 (tăng, p < 0,05) và miR-15a (giảm, p < 0,05) cho thấy exosome tinh dịch mang dấu ấn phân tử đặc trưng của rối loạn sinh tinh và có thể là nguồn chỉ dấu sinh học tiềm năng trong vô sinh nam [8]. Một nghiên cứu khác của Yi Ma và cộng sự (2021) khảo sát vai trò của miRNA trong exosome tinh dịch như một chỉ dấu phát hiện tổn thương tế bào Sertoli ở bệnh nhân giãn tĩnh mạch thừng tinh. Kết quả qRT-PCR cho thấy biểu hiện của miR-210-3p trong exosome tinh dịch tăng đáng kể ở nhóm bệnh nhân độ 2 - 3 (p < 0,01), tương quan nghịch với mật độ tinh trùng và nồng độ hormone Inhibin-B (r = -0,39; p < 0,01). Ở bệnh nhân được vi phẫu thắt tĩnh mạch, mức độ biểu hiện của miRNA này giảm rõ sau phẫu thuật (p < 0,01) [9]. Những nghiên cứu này đều cho thấy exosome tinh dịch mang những thành phần phân tử biến đổi đặc trưng cho rối loạn sinh sản nam và do đó có tiềm năng trở thành dấu ấn sinh học đầy hứa hẹn.
Bên cạnh chẩn đoán thông qua sự thay đổi biểu hiện miRNA, exosome còn mang tiềm năng ứng dụng điều trị nhờ khả năng điều hòa vi môi trường quanh tinh trùng, giúp cải thiện chức năng và bảo vệ chúng trước các tác nhân gây stress. Trong nghiên cứu của Murdica và cộng sự (2019), exosome được phân lập từ tinh dịch của nhóm người bình thường (Normozoospermic - NSP), nhóm bệnh nhân có tinh trùng di động kém ở thể nặng (Severe asthenozoospermic - SA) và nhóm bệnh nhân vô tinh do yếu tố di truyền (Azoospermic - VAZ) sau thắt ống dẫn tinh cùng được ủ với tinh trùng người hiến khỏe mạnh. Kết quả cho thấy exosome từ nhóm NSP làm tăng đáng kể tỉ lệ tinh trùng di động tiến tới (p < 0,05), thúc đẩy phản ứng cực đầu với tỉ lệ trên 50% sau 1 giờ ủ, cao hơn nhóm VAZ (p < 0,01) và nhóm SA (p < 0,001). Ngược lại, exosome từ nhóm SA không cải thiện chức năng tinh trùng và làm giảm tỉ lệ di động tiến tới (p < 0,05) [10]. Một nghiên cứu khác của Mahdavinezhad và cộng sự (2022), trong đó exosome và microvesicle (vi túi ngoại bào) được phân lập từ tinh dịch người và ủ cùng tinh trùng trước khi trữ lạnh. Kết quả cho thấy sau trữ lạnh, tỉ lệ tinh trùng di động tăng (p = 0,007), trong khi tỉ lệ sống và hình dạng được duy trì ổn định (p < 0,001). Đồng thời, mức ROS giảm kèm theo sự cải thiện năng lực chống oxy hoá (p ≈ 0,001), phản ánh chất lượng tế bào được bảo tồn tốt hơn sau xử lý. Điện thế màng ty thể cũng được bảo tồn tốt hơn ở nhóm xử lý, trong khi tỉ lệ apoptosis không ghi nhận khác biệt [11]. Các bằng chứng thực nghiệm này cho thấy exosome tinh dịch không chỉ phản ánh tình trạng sinh lý mà còn có khả năng tác động trực tiếp lên chức năng tinh trùng, qua đó mở ra triển vọng sử dụng chúng như một yếu tố tiềm năng trong các chiến lược can thiệp nhằm cải thiện chất lượng tinh trùng.

V.Hạn chế và thách thức:

Mặc dù exosome mở ra nhiều hướng tiếp cận mới trong nghiên cứu sinh sản và tiềm năng ứng dụng lâm sàng, lĩnh vực này vẫn đối mặt với không ít rào cản kỹ thuật và sinh học cần được giải quyết trước khi các kết quả nghiên cứu có thể được chuẩn hoá và áp dụng vào lâm sàng. Một thách thức lớn trong nghiên cứu exosome là khó thu nhận được quần thể tinh khiết và đồng nhất. Các kỹ thuật tách chiết hiện nay như siêu ly tâm, lọc kích thước hay sắc ký đều dễ tạo mẫu lẫn với protein hòa tan, lipoprotein hoặc các túi nội bào khác, cản trở việc chuẩn hoá dữ liệu. Bên cạnh đó, exosome rất nhạy với các yếu tố như nhiệt độ và thời gian lưu trữ vì những yếu tố này có thể làm thay đổi tính toàn vẹn màng và hoạt tính của protein, lipid, RNA bên trong. Những yếu tố này dễ gây sai lệch khi đánh giá chức năng hoặc phân tích phân tử, dẫn đến sự khác biệt đáng kể giữa các nghiên cứu. Do đó, các quy trình chuẩn hoá quốc tế về việc thu nhận, phân lập và định lượng exosome hiện vẫn chưa được thống nhất. Khi hướng đến ứng dụng lâm sàng, các vấn đề an toàn như nguy cơ mang theo tác nhân gây bệnh, khả năng kích hoạt đáp ứng miễn dịch hay sự chưa rõ ràng về phân bố sinh học của exosome vẫn chưa được giải quyết. Những hạn chế này tạo ra khoảng cách đáng kể giữa nghiên cứu cơ bản và ứng dụng điều trị [7].
Vì vậy, những thách thức này cho thấy việc chuẩn hoá quy trình thu nhận và phân tích exosome là cần thiết để nâng cao độ tin cậy của kết quả và hỗ trợ ứng dụng chúng trong lâm sàng.

 TÀI LIỆU THAM KHẢO

  1. Xie, Yanshe, et al. "Seminal Plasma Extracellular Vesicles: Key Mediators of Intercellular Communication in Mammalian Reproductive Systems." Veterinary Sciences 12.6 (2025): 585.

  2. Dehghan, Zeinab, et al. "Exosomes as modulators of embryo implantation." Molecular Biology Reports 51.1 (2024): 284.

  3. Krylova, Sofia V., and Daorong Feng. "The machinery of exosomes: biogenesis, release, and uptake." International journal of molecular sciences 24.2 (2023): 1337.

  4. Kowalczyk, Alicja, et al. "Exosomes–Spectacular role in reproduction." Biomedicine & Pharmacotherapy 148 (2022): 112752.

  5. Zhang, Yuan, et al. "Exosomes: biogenesis, biologic function and clinical potential." Cell & bioscience 9.1 (2019): 19.

  6. Kharazi, Uldouz, and Reza Badalzadeh. "A review on the stem cell therapy and an introduction to exosomes as a new tool in reproductive medicine." Reproductive biology 20.4 (2020): 447-459.

  7. Mehdinejadiani, Shayesteh, et al. "Role of Seminal Exosomes in Reproduction." Journal of Cellular Physiology 240.11 (2025): e70106.

  8. Abu-Halima, Masood, et al. "Altered micro-ribonucleic acid expression profiles of extracellular microvesicles in the seminal plasma of patients with oligoasthenozoospermia." Fertility and sterility 106.5 (2016): 1061-1069.

  9. Ma, Yi, et al. "Seminal exosomal miR‐210‐3p as a potential marker of Sertoli cell damage in Varicocele." Andrology 9.1 (2021): 451-459.

  10. Murdica, Valentina, et al. "Seminal plasma of men with severe asthenozoospermia contain exosomes that affect spermatozoa motility and capacitation." Fertility and sterility 111.5 (2019): 897-908.

  11. Mahdavinezhad, Forough, et al. "Protective roles of seminal plasma exosomes and microvesicles during human sperm cryopreservation." Reproductive BioMedicine Online 45.2 (2022): 341-353.