1. Mở đầu

Đánh giá khả năng sinh sản của nam giới trong thực hành lâm sàng chủ yếu dựa trên các thông số tinh dịch đồ như mật độ, độ di động và hình dạng tinh trùng. Tuy nhiên, các thông số này không phản ánh trực tiếp tính toàn vẹn của vật chất di truyền. Do đó, phân mảnh DNA tinh trùng (Sperm DNA Fragmentation – SDF) được quan tâm như một thông tin bổ sung trong đánh giá khả năng sinh sản nam, đặc biệt ở những trường hợp kết quả tinh dịch đồ chưa giải thích được tình trạng vô sinh hoặc kết quả điều trị hỗ trợ sinh sản không thuận lợi^[1].

SDF có thể hình thành từ nhiều cơ chế khác nhau, bao gồm bất thường trong quá trình đóng gói chromatin, quá trình apoptosis không hoàn toàn (abortive apoptosis) trong quá trình sinh tinh và stress oxy hóa. Trong đó, stress oxy hóa nhận được nhiều sự quan tâm do tinh trùng đặc biệt nhạy cảm với tổn thương oxy hóa, liên quan màng tế bào giàu acid béo không bão hòa đa, lượng bào tương hạn chế và khả năng sửa chữa DNA sau khi trưởng thành không đầy đủ^[2,3].

Stress oxy hóa hình thành khi sự tạo ra các dạng oxy phản ứng (Reactive Oxygen Species – ROS) vượt quá khả năng kiểm soát của hệ thống chống oxy hóa. Tuy nhiên, ROS không chỉ liên quan đến tổn thương tế bào. Ở nồng độ thấp và được kiểm soát, ROS tham gia vào nhiều quá trình sinh lý của tinh trùng. Khi quá trình cân bằng oxy hóa – khử bị phá vỡ, ROS có thể gây peroxy hóa lipid, ảnh hưởng chức năng ty thể và làm tăng tổn thương DNA^[2,3].

Tổn thương DNA do stress oxy hóa có thể được khảo sát bằng nhiều phương pháp. Sperm Chromatin Structure Assay (SCSA) đánh giá mức độ nhạy cảm của chromatin tinh trùng với biến tính acid và biểu thị kết quả chủ yếu qua DNA Fragmentation Index (DFI). Tuy nhiên, DFI không chỉ phản ánh stress oxy hóa mà còn có thể thay đổi theo những bất thường khác liên quan đến DNA và cấu trúc chromatin. Vì vậy, mối liên quan giữa stress oxy hóa và DFI cần được xem xét từ cơ chế tổn thương chromatin đến cách SCSA phản ánh những thay đổi này.

2. Stress oxy hóa trong sinh lý và bệnh lý của tinh trùng

2.1. Vai trò sinh lý của ROS

ROS không chỉ liên quan đến tổn thương tế bào mà ở nồng độ thấp còn tham gia điều hòa nhiều quá trình sinh lý của tinh trùng. Các phân tử này tham gia điều hòa quá trình trưởng thành chức năng (capacitation), tăng hoạt động di động (hyperactivation) và phản ứng cực đầu (acrosome reaction). Một trong những cơ chế được ghi nhận là sự điều hòa các con đường phosphoryl hóa protein, đặc biệt phosphoryl hóa tyrosine, trong quá trình tinh trùng chuẩn bị cho thụ tinh^[4].

Do đó, sự hiện diện của ROS không đồng nghĩa với stress oxy hóa. Yếu tố quan trọng là sự cân bằng giữa quá trình tạo ROS và khả năng kiểm soát của hệ thống chống oxy hóa. Trong tinh dịch, các enzyme như superoxide dismutase, catalase và glutathione peroxidase cùng nhiều chất chống oxy hóa không enzyme góp phần duy trì trạng thái cân bằng này^[2].

Khi lượng ROS tạo ra vượt quá khả năng chống oxy hóa, stress oxy hóa xuất hiện và có thể ảnh hưởng đến nhiều thành phần của tinh trùng. Tinh trùng trưởng thành đặc biệt nhạy cảm với tình trạng này do lượng bào tương và hệ thống chống oxy hóa nội bào tương đối hạn chế. Đồng thời, màng tinh trùng chứa nhiều acid béo không bão hòa đa (polyunsaturated fatty acids – PUFAs), là những phân tử dễ tham gia phản ứng peroxy hóa lipid^[2,3].

Vì vậy, tác động của ROS phụ thuộc vào mức độ và thời gian phơi nhiễm. ROS ở mức sinh lý tham gia điều hòa chức năng tinh trùng, trong khi sự mất cân bằng kéo dài có thể chuyển từ vai trò tín hiệu sang gây tổn thương cấu trúc và chức năng tế bào.

2.2. Peroxy hóa lipid và rối loạn chức năng ty thể

Màng tinh trùng giàu PUFAs là một trong những vị trí nhạy cảm với stress oxy hóa. ROS có thể khởi phát quá trình peroxy hóa lipid, trong đó các acid béo của màng tạo thành các gốc lipid và tiếp tục tham gia phản ứng dây chuyền với oxy. Quá trình này tạo ra nhiều sản phẩm oxy hóa thứ phát, trong đó malondialdehyde (MDA) và 4-hydroxynonenal (4-HNE) thường được sử dụng hoặc nghiên cứu như các dấu ấn liên quan đến tổn thương lipid^[2,3].

Peroxy hóa lipid làm thay đổi tính chất của màng tế bào và có thể ảnh hưởng đến độ di động, khả năng tương tác với noãn cũng như tính ổn định của các protein màng. Đồng thời, các sản phẩm tạo thành trong quá trình peroxy hóa có thể tiếp tục tương tác với protein và các thành phần nội bào, qua đó mở rộng ảnh hưởng của stress oxy hóa ra ngoài màng tinh trùng.

Ty thể cũng tham gia vào vòng tương tác này. Rối loạn chức năng ty thể có thể làm thay đổi quá trình tạo năng lượng và đồng thời làm tăng sự rò rỉ electron trong chuỗi hô hấp, tạo thêm ROS. Ngược lại, ROS dư thừa có thể gây tổn thương protein, lipid và DNA ty thể. Do đó, stress oxy hóa và rối loạn chức năng ty thể có thể duy trì lẫn nhau, góp phần làm kéo dài tình trạng tổn thương của tinh trùng^[2].

Bên cạnh màng tế bào và ty thể, khi khả năng kiểm soát ROS giảm, DNA nhân của tinh trùng cũng có thể trở thành mục tiêu của các phản ứng oxy hóa.

3. Stress oxy hóa ảnh hưởng đến chromatin tinh trùng như thế nào?

3.1. Oxy hóa base DNA và hình thành đứt gãy DNA

DNA tinh trùng có thể chịu nhiều dạng tổn thương dưới tác động của ROS. Trong số các base của DNA, guanine đặc biệt nhạy với quá trình oxy hóa và có thể tạo thành 8-hydroxy-2′-deoxyguanosine (8-OHdG, thường cũng được ký hiệu 8-oxo-dG). Sự gia tăng 8-OHdG được sử dụng như một chỉ dấu của tổn thương DNA do oxy hóa và đã được ghi nhận có liên quan với suy giảm một số thông số chức năng của tinh trùng^[3].

Tổn thương oxy hóa không chỉ giới hạn ở sự biến đổi base. Khi tổn thương tích lũy hoặc quá trình sửa chữa không hoàn tất, DNA có thể xuất hiện đứt gãy sợi đơn và sợi đôi. Tinh trùng trưởng thành có khả năng sửa chữa DNA rất hạn chế, vì nhiều thành phần của các con đường sửa chữa đã bị mất hoặc giảm trong quá trình biệt hóa. Do đó, một phần tổn thương hình thành trước hoặc sau khi tinh trùng rời tinh hoàn có thể tồn tại đến thời điểm thụ tinh^[3].

Cần phân biệt tổn thương base do oxy hóa với phân mảnh DNA. Hai hiện tượng có thể liên quan nhưng không hoàn toàn đồng nhất. Một tinh trùng có thể mang các base bị oxy hóa mà chưa xuất hiện đứt gãy DNA rõ rệt; ngược lại, SDF cũng có thể hình thành từ các cơ chế khác ngoài stress oxy hóa. Sự phân biệt này đặc biệt quan trọng khi sử dụng DFI để suy luận về mức độ stress oxy hóa.

3.2. Đóng gói chromatin và vai trò của protamine

Trong quá trình biệt hóa tinh tử, phần lớn histone được thay thế bằng protamine, cho phép DNA được nén chặt trong nhân tinh trùng. Ở người, protamine 1 (P1) và protamine 2 (P2) tham gia hình thành cấu trúc chromatin cô đặc, góp phần bảo vệ DNA trong quá trình tinh trùng trưởng thành và di chuyển qua đường sinh dục.

Các bất thường trong quá trình thay thế histone bằng protamine có liên quan đến tăng tổn thương DNA tinh trùng. Phân tích gộp của Ni và cộng sự (2016) cho thấy tình trạng thiếu protamine có mối liên quan với mức độ tổn thương DNA tinh trùng cao hơn, mặc dù mối liên quan giữa tỷ lệ P1/P2 và tổn thương DNA không đồng nhất giữa các phương pháp đánh giá^[5].

Chromatin được đóng gói không hoàn chỉnh có thể làm DNA dễ tiếp xúc với các tác nhân oxy hóa hơn. Ngược lại, tổn thương oxy hóa cũng có thể ảnh hưởng đến tính ổn định của DNA và các thành phần liên quan đến cấu trúc chromatin. Điểm này cũng liên quan trực tiếp đến cách diễn giải SCSA: chromatin càng kém ổn định hoặc DNA càng có nhiều vùng tổn thương, khả năng bị biến tính trong điều kiện acid càng tăng. Tuy nhiên, SCSA không xác định nguyên nhân gây ra sự bất ổn này. Vì vậy, DFI tăng có thể phù hợp với tình trạng tổn thương do stress oxy hóa nhưng không đủ để xác định stress oxy hóa là nguồn gốc duy nhất của tổn thương DNA.

4. DFI đo bằng SCSA phản ánh điều gì trong bối cảnh stress oxy hóa?

SCSA đánh giá tính toàn vẹn DNA/chromatin tinh trùng dựa trên mức độ nhạy cảm với biến tính acid. Sau khi xử lý mẫu ở pH thấp, Acridine Orange được sử dụng để phân biệt DNA còn ở dạng sợi đôi và DNA đã chuyển sang dạng sợi đơn. Tín hiệu huỳnh quang sau đó được định lượng bằng dòng chảy tế bào. DNA Fragmentation Index (DFI) biểu thị tỷ lệ tinh trùng thuộc quần thể có mức biến tính DNA tăng cao^[6].

Trong bối cảnh stress oxy hóa, DFI có thể tăng khi tổn thương base, đứt gãy DNA hoặc bất ổn cấu trúc chromatin làm DNA trở nên nhạy hơn với điều kiện biến tính. Vì vậy, mối liên quan giữa stress oxy hóa và DFI có cơ sở sinh học. Tuy nhiên, SCSA không trực tiếp đo ROS hay các sản phẩm oxy hóa của DNA, đồng thời cũng không xác định nguyên nhân tạo ra bất thường chromatin ở từng tinh trùng. Điều này có nghĩa DFI cao không đồng nghĩa với stress oxy hóa cao. Ngoài stress oxy hóa, bất thường trong quá trình đóng gói chromatin, tổn thương hình thành trong quá trình sinh tinh hoặc trưởng thành tinh trùng và nhiều yếu tố khác cũng có thể liên quan đến SDF. Các phương pháp đánh giá SDF hiện nay dựa trên những nguyên lý khác nhau và không phản ánh hoàn toàn cùng một dạng tổn thương DNA^[7].

5. Mối liên quan giữa DFI, phát triển phôi và kết quả sinh sản

5.1. Từ tổn thương DNA tinh trùng đến phát triển phôi

Tinh trùng mang tổn thương DNA vẫn có thể thụ tinh với noãn, đặc biệt trong ICSI khi nhiều bước chọn lọc sinh lý của đường sinh dục nữ và quá trình xâm nhập noãn được bỏ qua. Vì vậy, ảnh hưởng của SDF không nhất thiết biểu hiện ngay ở tỷ lệ thụ tinh mà có thể xuất hiện trong các giai đoạn phát triển tiếp theo của phôi.

Tuy nhiên, bằng chứng về mối liên quan giữa SDF và kết quả hỗ trợ sinh sản chưa hoàn toàn đồng nhất. Phân tích gộp của Cissen và cộng sự (2016) trên 30 nghiên cứu cho thấy các xét nghiệm SDF có khả năng dự báo thai kỳ sau IVF/ICSI còn hạn chế; mức độ dự báo cũng khác nhau giữa các phương pháp xét nghiệm^[8].

Sự không đồng nhất này có thể liên quan đến nhiều yếu tố, bao gồm phương pháp đánh giá SDF, giá trị ngưỡng được sử dụng, đặc điểm quần thể nghiên cứu, phương pháp thụ tinh và các yếu tố từ phía người nữ. Vì vậy, DFI tăng có thể liên quan với nguy cơ kết quả sinh sản kém thuận lợi hơn ở một số nhóm, nhưng chưa phù hợp để sử dụng như một chỉ số độc lập nhằm dự đoán kết quả của từng noãn, phôi hoặc chu kỳ điều trị.

5.2. Vai trò sửa chữa DNA của noãn

Sau thụ tinh, noãn và phôi giai đoạn sớm có thể tham gia sửa chữa một phần tổn thương DNA có nguồn gốc từ tinh trùng. Tổng quan hệ thống của Newman và cộng sự (2022) cho thấy các cơ chế sửa chữa có nguồn gốc từ mẹ được huy động trong giai đoạn sớm của quá trình phát triển phôi. Tuy nhiên, khả năng này có giới hạn và có thể giảm theo tuổi noãn^[9]. Điều này giúp giải thích vì sao cùng một mức độ tổn thương DNA tinh trùng có thể không dẫn đến kết quả giống nhau ở tất cả các cặp điều trị. Tác động của SDF phụ thuộc không chỉ vào mức độ tổn thương từ tinh trùng mà còn vào khả năng đáp ứng và sửa chữa của noãn.

Khả năng sửa chữa có thể thay đổi theo tuổi và chất lượng noãn, nhưng chưa thể dự đoán mức độ sửa chữa DNA tinh trùng ở từng noãn dựa trên tuổi người nữ. Vì vậy, tuổi người nữ nên được xem là một yếu tố có thể ảnh hưởng đến mối liên quan giữa SDF và phát triển phôi, thay vì một ngưỡng xác định khả năng sửa chữa. Một tổng quan gần đây cũng tiếp tục nhấn mạnh vai trò của khả năng sửa chữa DNA của noãn đối với tính sống của phôi, đồng thời cho thấy vấn đề này vẫn cần thêm dữ liệu lâm sàng^[10].

6. Các yếu tố có thể ảnh hưởng đến DFI

DFI không phải là một đặc điểm cố định của mỗi cá thể. Mức SDF có thể thay đổi theo thời gian và chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố liên quan đến quá trình sinh tinh, môi trường đường sinh dục và điều kiện lấy mẫu. Một số tình trạng nam khoa như giãn tĩnh mạch thừng tinh, viêm nhiễm đường sinh dục và các yếu tố lối sống có thể liên quan với tăng stress oxy hóa và SDF^[1,2]. Tuổi nam giới cũng được ghi nhận có liên quan với sự gia tăng DFI trong phần lớn các nghiên cứu được tổng hợp^[11].

Thời gian kiêng xuất tinh là một yếu tố khác có thể ảnh hưởng đến kết quả. Một số nghiên cứu ghi nhận SDF thấp hơn khi thời gian kiêng được rút ngắn^[1]. Tuy nhiên, dữ liệu giữa các nghiên cứu chưa hoàn toàn đồng nhất, vì vậy sự thay đổi DFI sau điều chỉnh thời gian kiêng hoặc các can thiệp khác không nên được xem trực tiếp là bằng chứng cho thấy kết quả sinh sản cũng sẽ cải thiện tương ứng.

Nguồn tinh trùng được khảo sát cũng cần được lưu ý. Ở một số nam giới có SDF cao trong tinh dịch, mức tổn thương DNA của tinh trùng lấy từ tinh hoàn được ghi nhận thấp hơn tinh trùng xuất tinh. Dữ liệu này hỗ trợ giả thuyết rằng một phần tổn thương có thể xuất hiện trong quá trình tinh trùng di chuyển và lưu trữ sau tinh hoàn. Tuy nhiên, sự khác biệt về DFI giữa các nguồn mẫu không xác định trực tiếp cơ chế gây tổn thương và cũng không đủ để tự quyết định phương pháp điều trị^[1].

7. Kết luận

Stress oxy hóa là một trong những cơ chế có thể góp phần gây tổn thương DNA và chromatin tinh trùng. Khi ROS vượt quá khả năng kiểm soát của hệ thống chống oxy hóa, peroxy hóa lipid, rối loạn chức năng ty thể và tổn thương DNA có thể xuất hiện đồng thời, trong khi bất thường đóng gói chromatin có thể làm DNA nhạy cảm hơn với các tác nhân oxy hóa.

DFI đo bằng SCSA phản ánh tỷ lệ tinh trùng có DNA/chromatin nhạy cảm với biến tính acid và có thể tăng trong bối cảnh stress oxy hóa. Tuy nhiên, DFI không trực tiếp đo ROS và cũng không xác định nguyên nhân gây tổn thương DNA. Vì vậy, kết quả cần được diễn giải cùng đặc điểm mẫu, các yếu tố nam khoa và những thông tin lâm sàng liên quan. Trong thực hành, DFI cung cấp thông tin bổ sung về tình trạng DNA/chromatin của quần thể tinh trùng hơn là một dấu ấn đặc hiệu của stress oxy hóa.

[1] Esteves SC, Zini A, Coward RM, Evenson DP, Gosálvez J, Lewis SEM, et al. Sperm DNA fragmentation testing: summary evidence and clinical practice recommendations. Andrologia. 2021;53(2):e13874. doi:10.1111/and.13874.

[2] Barati E, Nikzad H, Karimian M. Oxidative stress and male infertility: current knowledge of pathophysiology and role of antioxidant therapy in disease management. Cell Mol Life Sci. 2020;77(1):93-113. doi:10.1007/s00018-019-03253-8.

[3] Rashki Ghaleno L, Alizadeh A, Drevet JR, Shahverdi A, Rezazadeh Valojerdi M. Oxidation of sperm DNA and male infertility. Antioxidants (Basel). 2021;10(1):97. doi:10.3390/antiox10010097.

[4] Aitken RJ. Reactive oxygen species as mediators of sperm capacitation and pathological damage. Mol Reprod Dev. 2017;84(10):1039-1052. doi:10.1002/mrd.22871.

[5] Ni K, Spiess AN, Schuppe HC, Steger K. The impact of sperm protamine deficiency and sperm DNA damage on human male fertility: a systematic review and meta-analysis. Andrology. 2016;4(5):789-799. doi:10.1111/andr.12216.

[6] Evenson DP. Sperm Chromatin Structure Assay (SCSA®) for fertility assessment. Curr Protoc. 2022;2(8):e508. doi:10.1002/cpz1.508.

[7] Conti D, Calamai C, Muratori M. Sperm DNA fragmentation in male infertility: tests, mechanisms, meaning and sperm population to be tested. J Clin Med. 2024;13(17):5309. doi:10.3390/jcm13175309.

[8] Cissen M, van Wely M, Scholten I, Mansell S, de Bruin JP, Mol BW, et al. Measuring sperm DNA fragmentation and clinical outcomes of medically assisted reproduction: a systematic review and meta-analysis. PLoS One. 2016;11(11):e0165125. doi:10.1371/journal.pone.0165125.

[9] Newman H, Catt S, Vining B, Vollenhoven B, Horta F. DNA repair and response to sperm DNA damage in oocytes and embryos, and the potential consequences in ART: a systematic review. Mol Hum Reprod. 2022;28(1):gaab071. doi:10.1093/molehr/gaab071.

[10] Pardiñas ML, de Celis C, Gil J, Ortega-Jaen D, Martin A, Mercader A, de Los Santos MJ. Oocyte-mediated repair of sperm DNA fragmentation: a critical determinant of embryo viability. Reprod Biomed Online. 2026;52(2):105165. doi:10.1016/j.rbmo.2025.105165.

[11] Gonzalez DC, Ory J, Blachman-Braun R, Nackeeran S, Best JC, Ramasamy R. Advanced paternal age and sperm DNA fragmentation: a systematic review. World J Mens Health. 2022;40(1):104-115. doi:10.5534/wjmh.200195.