Ths. Hoàng Đắc Khải, CNSH. Lê Thị Quỳnh, CN. Đinh Thị Ngọc Ánh, CNSH. Nguyễn Thị Trang, Ths. Hồ Lan Trâm, Ths. Dương Nguyễn Duy Tuyền

         IVFMD Mỹ Đức

  1. Tổng quan

        Vô sinh ảnh hưởng đến khoảng 15% các cặp vợ chồng trên toàn thế giới, trong đó yếu tố nam giới đóng góp khoảng 50% các trường hợp vô sinh - hiếm muộn[1]. Tinh dịch đồ được xem là xét nghiệm cơ bản để đánh giá khả năng sinh sản của nam giới, với hình thái tinh trùng được xem là một trong những thông số quan trọng cho kết quả của các kỹ thuật hỗ trợ sinh sản (HTSS)[1,2]. Trong số các bất thường hình thái, sự hiện diện của không bào trong nhân tinh trùng (nuclear vacuoles) đã thu hút sự quan tâm đặc biệt do mối liên hệ tiềm tàng với tổn thương DNA tinh trùng và giảm khả năng thụ tinh.
        Theo hướng dẫn xét nghiệm và xử lý tinh dịch người phiên bản 6 của Tổ chức Y tế Thế giới (World Health Organization - WHO 2021), không bào trong phần đầu tinh trùng được phân loại theo vị trí xuất hiện và kích thước, với không bào lớn trong nhân (Large Nuclear Vacuoles – LNVs) (chiếm > 4% thể tích đầu tinh trùng) được xem là bất thường đáng lo ngại hơn. Những không bào chiếm thể tích <4% thể tích đầu được gọi là không bào nhỏ nhỏ (Small Vacuoles - SVs). Theo cẩm nang hướng dẫn về xét nghiệm tinh dịch của WHO, vùng trước cực đầu (acrosome region) không được có không bào lớn và không quá hai không bào nhỏ. Tỷ lệ không bào so với tổng thể tích đầu tinh trùng không được ≥ 20%, và vùng sau cực đầu (post-acrosomal region) không được có bất kỳ không bào nào[1]. Không bào nhỏ thường phản ánh những khiếm khuyết cấu trúc nhân ít nghiêm trọng hơn so với LNVs và ít ảnh hưởng đến chức năng của tinh trùng[2]. Ngược lại, sự hiện diện của LNVs không chỉ liên quan đến chất lượng tinh dịch giảm mà có mối tương quan nghịch với sự toàn vẹn DNA tinh trùng và kết quả HTSS[1-5].
        Các nghiên cứu trước đây cho thấy LNVs có thể xuất phát từ nhiều nguyên nhân, bao gồm rối loạn quá trình ngưng tụ nhiễm sắc chất trong quá trình chuyển hóa từ tinh tử đến tinh trùng, stress oxy hóa, hoặc khiếm khuyết trong cấu trúc nhân. Tuy nhiên, cơ chế phân tử cụ thể dẫn đến hình thành LNVs vẫn chưa được làm sáng tỏ đầy đủ.
        Mặc dù nhiều nghiên cứu đã ghi nhận mối liên hệ giữa LNVs và kết quả HTSS kém, nhưng bằng chứng về giá trị tiên lượng của các loại không bào khác nhau trong các kỹ thuật HTSS cụ thể (IVF, ICSI) vẫn còn mâu thuẫn. Do đó, bài viết này nhằm mục đích tổng hợp kiến thức hiện có về bản chất, cấu trúc, cơ chế hình thành LNVs, đồng thời làm rõ mối liên hệ giữa LNVs với các thông số chất lượng tinh trùng và kết cục lâm sàng trong HTSS.

  1. Cơ chế hình thành không bào ở tinh trùng

Bản chất và cấu trúc của không bào
Theo quan điểm truyền thống, không bào trong đầu tinh trùng được mô tả là các khoảng trống rỗng hoặc túi chứa dịch lỏng[3]. Tuy nhiên, các nghiên cứu siêu cấu trúc gần đây sử dụng kính hiển vi điện tử truyền qua kết hợp với kỹ thuật miễn dịch hóa học đã làm thay đổi nhận thức này. Không bào trong đầu tinh trùng thực chất là các vùng uốn cong và lõm vào sâu bên trong (invaginations) của màng nhân (nuclear envelope) và vỏ cận nhân (perinuclear theca). Màng nhân kép (bao gồm lớp ngoài và lớp trong) vẫn duy trì tính liên tục khi hình thành các vùng lõm này, đồng thời vỏ cận nhân (lớp cấu trúc protein dưới màng nhân) cũng bị biến dạng theo. Các vùng lõm này chứa protein khung xương tế bào, các enzyme nội bào thay vì là khoảng trống hoàn toàn như quan niệm ban đầu[4].
Nguồn gốc và thời điểm hình thành không bào
Nguồn gốc của các không bào vẫn chưa được làm sáng tỏ hoàn toàn, tuy nhiên các nghiên cứu mô học và siêu cấu trúc ủng hộ giả thuyết rằng không bào hình thành trong quá trình sinh tinh (spermatogenesis), cụ thể là giai đoạn biến đổi từ tinh tử (spermiogenesis). Các nghiên cứu trên mẫu sinh thiết tinh hoàn cho thấy sự hiện diện của không bào đã được ghi nhận sớm ở cả tinh tử tròn (round spermatids) và tinh tử dài (elongated spermatids).
Đặc biệt, tỷ lệ xuất hiện của không bào tăng dần theo giai đoạn phát triển của tinh tử: chỉ 18% ở giai đoạn Sb1 (pha hình thành mũ acrosome sớm) nhưng lên đến 93,8% ở giai đoạn SC (ở pha acrosome hoàn thiện). Sự gia tăng đáng kể này cho thấy không bào có thể liên quan đến quá trình tái cấu trúc nhiễm sắc chất và hình thành acrosome trong giai đoạn biến đổi từ tinh tử[3,4].
Cơ chế hình thành không bào
Các nghiên cứu siêu cấu trúc và sinh hóa chỉ ra rằng sự hiện diện của không bào là biểu hiện gián tiếp của rối loạn chức năng nhân tinh trùng. Cụ thể, không bào thường liên kết với các vùng nhiễm sắc chất bị khiếm khuyết trong quá trình nén (chromatin condensation). Điều này phản ánh sự bất thường ở mức độ phân tử trong quá trình thay thế histone bằng protamine - bước quan trọng để tái cấu trúc và đóng gói chặt chẽ DNA tinh trùng trong quá trình sinh tinh[3].
Tuy nhiên, cơ chế hình thành có thể khác nhau giữa SVs và LNVs. Không bào nhỏ được cho là liên quan đến quá trình phân giải histone sinh lý bình thường thông qua hệ thống ubiquitin-proteasome (UPS) trong giai đoạn chuyển đổi histone - protamine. Ngược lại, LNVs có thể phản ánh sự rối loạn nghiêm trọng hơn, bao gồm hoạt động quá mức hoặc mất điều hòa của hệ thống UPS, dẫn đến thay thế protamine không hoàn toàn hoặc không đồng đều[2-4].
Hậu quả của rối loạn nén nhiễm sắc chất là DNA tinh trùng không được bảo vệ tối ưu, do đó dễ bị tổn thương bởi các gốc oxy tự do (Reactive Oxygen Species - ROS)[3]. Trong điều kiện bình thường, nhiễm sắc chất được nén chặt với protamine tạo cấu trúc bảo vệ DNA khỏi stress oxy hóa. Tuy nhiên, tại các vùng LNVs, sự đóng gói bị suy giảm đáng kể, làm tăng nguy cơ phân mảnh DNA tinh trùng và ảnh hưởng tiêu cực đến khả năng thụ tinh[3].

3. Mối liên hệ giữa LNVs và chất lượng tinh trùng
Hình dạng và khả năng di động
        Nghiên cứu về mối liên quan giữa LNVs với hình dạng và khả năng di động của tinh trùng vẫn còn hạn chế. Ghazali và cs. (2015) ghi nhận tương quan nghịch giữa tỷ lệ LNVs và tỷ lệ tinh trùng có hình dạng bình thường (r = –0,48; p = 0,006). Ngoài ra, tỷ lệ tinh trùng không có acrosome ở nhóm LNVs cao hơn đáng kể so với nhóm bình thường (23,2 ± 3,56% so với 17,4 ± 4,90%, p = 0,014)[6].
        Về khả năng vận động, LNVs có tương quan thuận với tỷ lệ tinh trùng di động không tiến tới (r = 0,38; p = 0,02)[5], nghĩa là tinh trùng mang LNVs có xu hướng vận động yếu hơn. Các bằng chứng trên cho thấy LNVs liên quan đến chất lượng tinh trùng giảm, biểu hiện qua cả hình dạng bất thường, khiếm khuyết acrosome và khả năng di động kém[5,6].
Phân mảnh DNA tinh trùng
        Mối tương quan giữa LNVs và tỷ lệ phân mảnh DNA (DNA Fragmentation Index - DFI) tinh trùng còn nhiều tranh luận. Franco và cs. (2008) ghi nhận DFI ở nhóm LNVs (29,1%) cao hơn có ý nghĩa thống kê so với nhóm không có LNVs (15,9%, p<0,001)[7]. Ngược lại, Fortunato và cs. (2016) đã cho thấy LNVs không ảnh hưởng đến DFI tinh trùng[8]. Những kết quả trái ngược này cho thấy ảnh hưởng của LNVs lên DFI có thể phụ thuộc vào phương pháp đánh giá và cỡ mẫu, và hiện vẫn chưa có kết luận thống nhất.
Lệch bội nhiễm sắc thể
        Tinh trùng có LNVs có tần suât lệch bội cao hơn, đặc biệt với các nhiễm sắc thể (NST) X, Y và 18. Nghiên cứu của Perdrix và cs. (2011) ghi nhận tỷ lệ lệch bội (bao gồm disomy XX, YY, XY, disomy 18 và diploidy ở nhóm LNVs là 7,8 ± 1,98% cao hơn đáng kể so với 1,3 ± 0,18% ở nhóm không chọn lọc LNVs (p < 0,0001)[8].
        Như vậy, sự hiện diện của LNVs ở đầu tinh trùng thường đi kèm với bất thường về hình dạng, độ di động kém, tăng phân mảnh DNA và lệch bội NST. Tuy nhiên, ảnh hưởng cụ thể phụ thuộc vào phương pháp đánh giá, quần thể nghiên cứu và đặc điểm hình thái chi tiết của không bào. Cần thêm bằng chứng để làm rõ mối tương quan này nhằm cải thiện kết quả HTSS[8].

4. Mối liên hệ giữa LNVs trong tinh trùng và kết cục hỗ trợ sinh sản
Tỷ lệ thụ tinh và tỷ lệ phôi phân chia
        Mặc dù các báo cáo ban đầu lo ngại về ảnh hưởng tiêu cực của LNVs lên tỷ lệ thụ tinh trong ICSI, các nghiên cứu gần đây không tìm thấy mối tương quan nào có ý nghĩa thống kê[9]. Setti và cs. (2014) ghi nhận tỷ lệ thụ tinh đạt 83,6% và tỷ lệ phôi tốt ngày 3 đạt 77,3% khi sử dụng tinh trùng có LNVs, cho thấy không có sự suy giảm rõ rệt ở giai đoạn phát triển phôi sớm. Trường hợp này có thể được giải thích bởi khả năng sửa chữa DNA của noãn và phôi sớm, giúp khắc phục những tổn thương ở mức độ nhẹ trong DNA tinh trùng người thông qua cơ chế do bào tương noãn điều khiển[10]. Tuy nhiên, ảnh hưởng của LNVs có xu hướng biểu hiện rõ ràng hơn sau khi bộ gen phôi được kích hoạt (embryonic genome activation - EGA), xảy ra ở giai đoạn 4-8 tế bào. Do đó, tác động của bất thường DNA liên quan đến LNVs thường trở nên rõ ràng ở giai đoạn phôi nang, khi yêu cầu về tính toàn vẹn di truyền[9].
Tỷ lệ phôi nang và tỷ lệ làm tổ
        Khác với giai đoạn thụ tinh và phôi phân chia sớm, tỷ lệ tinh trùng có LNVs cao tương quan nghịch với khả năng hình thành phôi nang và làm tổ[9]. Nghiên cứu của Setti và cs. (2014) cho thấy tác động tiêu cực rõ rệt của LNVs lên sự phát triển phôi từ giai đoạn phôi nang.
         Tổn thương DNA liên quan đến LNVs gây ngừng phát triển phôi sau giai đoạn nén, khi bộ gen phôi được kích hoạt. Mặc dù cơ chế sửa chữa DNA do noãn điều khiển có thể bù trừ tổn thương nhẹ ở giai đoạn sớm, tuy nhiên các bất thường di truyền nghiêm trọng hơn (lệch bội hay phân mảnh DNA cao) liên quan đến LNVs biểu hiện rõ ở giai đoạn phôi nang và ảnh hưởng đến khả năng làm tổ. Điều này khiến tỷ lệ LNVs cao trở thành yếu tố tiên lượng bất lợi cho cả sự phát triển phôi nang và khả năng làm tổ trong chu kỳ ICSI[9].
Kết cục thai kỳ
        Mối liên quan giữa LNVs và kết cục thai kỳ vẫn còn nhiều tranh cãi trong y văn. Fortunato và cs. (2016) cho rằng LNVs không ảnh hưởng đến tính toàn vẹn DNA. Tuy nhiên, nghiên cứu này không đánh giá trực tiếp kết cục thai kỳ[8]. 
        Trong khi đó, nhiều bằng chứng cho thấy tác động tiêu cực của LNVs. Setti và cs. (2014) cho thấy nhóm sẩy thai có tỷ lệ tinh trùng LNVs cao hơn nhóm mang thai thành công (28,5% vs 22,4%, p < 0,001) với nguy cơ sẩy thai tăng 1,46 lần. Quan trọng hơn, Berkovitz và cs. (2018) chứng minh rằng tinh trùng LNVs có tỷ lệ bất thường NST cao hơn, do đó có thể dẫn đến nguy cơ sảy thai sớm. Nghiên cứu tổng quan của Cariati và cs. (2024) cũng cho thấy tỷ lệ sẩy thai ở nhóm sử dụng tinh trùng có không bào cao hơn đáng kể so với nhóm không có không bào[11].
        Gần đây, đánh giá hình thái bào quan trong tinh trùng di động (Motile Sperm Organelle Morphology Examination – MSOME) là một công cụ được nghiên cứu rộng rãi cho mục đích đánh giá cấu trúc nội bào trong đầu của tinh trùng còn sống trong thời gian thực với độ phóng đại lên đến 6300-6600 lần [12]. Với sự hỗ trợ của MSOME, kỹ thuật tiêm tinh trùng chọn lọc hình thái vào bào tương noãn (Intracytoplasmic Morphologically Selected Sperm Injection - IMSI) được giới thiệu lần đầu vào năm 2001 nhằm chọn lọc các tinh trùng không chứa LNVs trong phần đầu tinh trùng để cải thiện hiệu quả ICSI [12].
        Trong bối cảnh ảnh hưởng của LNVs tinh trùng lên kết quả thai kỳ vẫn còn nhiều mâu thuẫn, cần có thêm nhiều bằng chứng từ các nghiên cứu lâm sàng ngẫu nhiên có đối chứng (RCT). Ở thời điểm hiện tại, việc sử dụng các công cụ hỗ trợ như IMSI để chọn được những tinh trùng không có LNVs cho ICSI có thể là một cách tiếp cận hiệu quả.

5. Kết luận
        Không bào lớn trong nhân tinh trùng (LNVs) là một dạng bất thường hình thái phát sinh trong quá trình sinh tinh, biểu hiện là sự lõm vào của màng nhân chứa các thành phần nội bào. Mặc dù bản chất và thời điểm hình thành chưa được làm sáng tỏ hoàn toàn, các bằng chứng ủng hộ giả thuyết rằng LNVs là biểu hiện gián tiếp của rối loạn chức năng hạt nhân, đặc biệt là sự nén nhiễm sắc chất thất bại và hoạt động quá mức của hệ thống UPS. LNVs cho thấy mối liên hệ tiêu cực với hình dạng và khả năng di động của tinh trùng. Ngoài ra, LNVs có liên quan đến lệch bội nhiễm sắc thể. Tuy nhiên, mối liên hệ giữa LNVs và phân mảnh DNA tinh trùng vẫn còn tranh cãi trong y văn. Do đó, sự hiện diện của LNVs hiện tại được xem là một yếu tố tiên lượng xấu đến sự phát triển của phôi nang và khả năng làm tổ sau đó. Tuy nhiên, để đưa ra các khuyến nghị lâm sàng thống nhất và can thiệp điều trị IMSI cần có thêm các nghiên cứu RCT làm rõ mối tương quan giữa LNVs và kết cục trẻ sinh sống.


Tài liệu tham khảo:
[1] World Health Organization. WHO laboratory manual for the examination and processing of human semen (6th ed.). (2021). https://www.who.int/publications/i/item/9789240030787
[2] Boitrelle F, Guthauser B, Alter L, và cs. The nature of human sperm head vacuoles: A systematic literature review. Basic Cli Andro. 2013;23(1), 3.
[3] Bendayan M, Caceres L, Saïs E, và cs. Human sperm morphology as a marker of its nuclear quality and epigenetic pattern. Cells. 2022;11(11), 1788.
[4] Gómez-Torres MJ, Luna-Romero J, Fernández-Colom PJ, và cs. Human sperm head vacuoles are related to nuclear-envelope invaginations. Int J Mol Sci. 2023;24(12), 10027.
[5] Ghazali S, Talebi AR, Khalili MA, và cs. Large nuclear vacuoles in spermatozoa negatively affect pregnancy rate in IVF cycles. Iranian J Repro Med. 2015;13(7), 425.
[6] Perdrix A, Travers A, Chelli MH, và cs. Assessment of acrosome and nuclear abnormalities in human spermatozoa with large vacuoles. Hum Repro. 2011;26(1), 47-58.
[7] Franco JJG, Baruffi RLR, Mauri AL, và cs. Significance of large nuclear vacuoles in human spermatozoa: Implications for ICSI. Repro Biomed Onl. 2008;17(1), 42-45.
[8] Fortunato A, Boni R, Leo R, và cs. Vacuoles in sperm head are not associated with head morphology, DNA damage and reproductive success. Repro Biomed Onl. 2016;32(2), 154-161.
[9] Setti AS, de Almeida FBDP, Vingris L, và cs. The prevalence of sperm with large nuclear vacuoles is a prognostic tool in the prediction of ICSI success. J Ass Repro Genetics. 2014.31(3), 307-312.
[10] De Vos A, Polyzos NP, Verheyen G, và cs. Intracytoplasmic morphologically selected sperm injection (IMSI): A critical and evidence-based review. Basic Clin Andro. 2013;23(1), 10.
[11] Cariati F, Orsi MG, Bagnulo, và cs. Advanced sperm selection techniques for assisted reproduction. J Personalized Med. 2024;14(7), 726.
[12] Lukaszuk K, Jakiel G, Potocka IW, và cs. IMSI-guidelines for sperm quality assessment. Diagnostics. 2022;12, 192.