Hiếm muộn
Trong chẩn đoán và điều trị hiếm muộn, tinh dịch đồ thường được dùng làm thước đo để đánh giá khả năng sinh sản của nam giới. Tuy nhiên, có khoảng 15% trường hợp vô sinh không rõ nguyên nhân với tinh dịch đồ nằm trong giới hạn bình thường . Như chúng ta biết, chỉ có tinh trùng trưởng thành mới có khả năng thụ tinh với trứng. Với xét nghiệm tinh dịch đồ thông thường không thể đánh giá chính xác sự trưởng thành của tinh trùng. Do vậy, từ những năm 90, nghiên cứu các chất đánh dấu sinh học nhằm đánh giá sự trưởng thành của tinh trùng được nhiều nhà khoa học quan tâm. Trong giới hạn của bài viết này, chúng tôi sẽ giới thiệu 3 chất đánh dấu sinh học của tinh trùng trưởng thành được thường được dùng nhiều là Creatine Kinase, Heat Shock Protein HspA2 chaperone và Hyaluronic Acid.
Khái quát quá trình trưởng thành của tinh trùng
Tinh trùng được sinh ra từ các tế bào mầm ở ống sinh tinh trong tinh hoàn. Sau khi trải qua hai lần phân bào giảm nhiễm, từ một tế bào mầm sẽ tạo ra 4 tinh tử. Tinh tử trải qua quá trình biệt hóa (spermiogenesis) để thành tinh trùng trưởng thành. Quá trình biệt hóa này xảy ra ở tinh hoàn, mào tinh và trong cơ quan sinh dục nữ. Quá trình biệt hóa của tinh trùng trong tinh hoàn bao gồm sự cô đặc nhân tế bào, tạo đuôi tinh trùng và phóng thích phần lớn bào tương ra khỏi tế bào. Tinh trùng rời khỏi ống sinh tinh chỉ còn chứa túi bào tương thừa nhỏ (residual body) ở phần cổ và tinh trùng được dự trữ ở mào tinh (Hình 1). Về mặc chức năng, tinh trùng ở tinh hoàn và đoạn gần mào tinh là bất động và chưa trưởng thành nên không có khả năng thụ tinh. Sự trưởng thành của tinh trùng ở đoạn xa mào tinh giúp tinh trùng có khả năng di chuyển tiến tới và có khả năng thụ tinh (như loại bỏ túi bào tương thừa và có điểm gắn kết với màng zona pellucida).
Hình 1: Quá trình trưởng thành của tinh trùng trong tinh hoàn và mào tinh
1- Creatine kinase (CK
Thực nghiệm cho thấy CK có thể được dùng như là một chất đánh dấu sinh học nhằm đánh giá mức độ trưởng thành của tình trùng . Creatine kinase (CK) hay creatine-N-phosphotransferase là một loại men liên quan đến việc tổng hợp và sử dụng năng lượng của tinh trùng (Hình 2). Nhiều nghiên cứu cho thấy CK đóng vai trò quan trọng trong quá trình thụ tinh. Nồng độ CK trong tinh dịch giúp tiên lượng sự trưởng thành của tinh trùng. Nếu nồng độ CK trong tinh dịch cao phản ánh sự chưa trưởng thành của tinh trùng. Nguyên nhân có thể do tinh trùng ngừng trưởng thành ở giai đoạn cuối của quá trình biệt hóa làm cho túi bào tương thừa không được loại bỏ dẫn đến sự gia tăng nồng độ của CK và các protein khác trong bào tương. Anna và cs (1999) báo cáo không có sự tương quan giữa mật độ tinh trùng và nồng độ CK trong tinh dịch. 28% nam giới có mật độ tinh trùng < 10 triệu/ml có nồng độ CK bình thường (< 0.43 CK IU/108 tinh trùng), trong khi có 36% nam giới có mật độ tinh trùng 20-30 triệu/ml và 5% nhóm có mật độ tinh trùng > 30 triệu/ml có nồng độ CK tăng .
Trên lâm sàng. CK được sử dụng rộng rãi trong chẩn đoán hoại tử cơ tim, phì đại cơ và suy thận cấp. Trong lĩnh vực hiếm muộn, định lượng nồng độ CK của tinh dịch đồ được dùng để chẩn đoán nguyên nhân vô sinh. Tuy nhiên, vì xét nghiệm mắc tiền và tốn thời gian nên việc sử dụng còn hạn chế.
Hình 2: Cấu trúc và vai trò chuyển hóa năng lượng của Creatine kinase
CK sử dụng năng lượng từ adenosine triphosphate (ATP) cắt cầu nối H2 của creatine để tổng hợp phosphocreatine.
2- Heat Shock Protein HspA2 chaperone
HspA2 là protein đặc hiệu của tinh hoàn được tìm thấy ở tinh trùng trưởng thành. Ở một tinh trùng trưởng thành bình thường, nồng độ HspA2 tăng ở kỳ giảm phân từ tế bào mầm để tạo ra tinh tử và ở giai đoạn cuối của quá trình biệt hóa của tinh trùng, khi túi bào tương thừa được loại bỏ, tái thiết lập màng bào tương và hình thành vùng gắn kết với màng zona pellucida ( Hình 3). Tinh trùng ngừng trưởng thành không hoặc giảm tổng hợp HspA2, hậu quả có thể dẫn đến bất thường quá trình giảm phân, tăng tần suất mang bộ nhiễm sắc thể (NST) dị bội, tạo tinh trùng dị dạng, hay không có khả năng thụ tinh.
Một số nghiên cứu gần đây cho thấy có sự liên quan giữa vô sinh nam do tinh trùng ít và tần suất bất thường NST. Một trong những nguyên nhân có thể là do thiếu hụt HspA2. HspA2 là thành phần của phức hợp gắn kết (synaptonemal complex) đóng vai trò quan trọng trong quá trình giảm phân tạo tinh trùng. Thiếu hụt HspA2 dẫn đến các cặp NST tiếp hợp bất thường khiến tạo tinh trùng bất thường hay ngừng trưởng thành (Kovanci 2001) .
Theo Huszar và cs (1992) xác định nam giới có khả năng sinh sản cao khi tinh dịch đồ có nồng độ HspA2 > 10%, và ngược lại khả năng sinh sản thấp khi nồng độ HspA2 < 10% mặc dù mật độ tinh trùng của họ ở giới hạn bình thường. Điều này giải thích vì sao có những trường hợp vô sinh không rõ nguyên nhân. Như vậy, tỷ lệ giữa nồng độ CK và HspA2 (CK/HspA2) phản ánh tỷ lệ tinh trùng trưởng thành và không trưởng thành trong mẫu tinh dịch. Tỷ lệ này càng cao chứng tỏ tinh trùng chưa trưởng thành hay ngược lại tỷ lệ này càng thấp chứng tỏ người nam có khả năng sinh sản cao.
Hình 3 So sánh tinh trùng trưởng thành và chưa trưởng thành
Tinh trùng trưởng thành bình thường (bên trái) không có túi bào tương thừa, có vùng gắn kết với màng zona và acid hyaluronic (màu đỏ). Tinh trùng ngừng trưởng thành (bên phải) có nồng độ HspA2 thấp dẫn đến sự bất thường của quá trình giảm phân và bộ NST. Ngoài ra tinh trùng ngừng trưởng thành có nồng độ CK, lipid peroxidation (LP) cao làm gia tăng hiện tượng phân mảnh của DNA, tạo tinh trùng dị dạng và không có khả năng gắn kết với màng zona.
3- Vùng gắn kết Hyaluronic Acid (HA binding sites-HABs)
Trong quá trình thụ tinh tự nhiên, HA đóng vai trò quan trọng trong việc chọn lọc tinh trùng. HA là thành phần của chất nhầy cổ tử cung và chất nền bên ngoài noãn bào (extracellular matrix), là môi trường xung quanh của các tế bào bao quanh noãn bào (cumulus oophorus). Chỉ có tinh trùng trưởng thành mới có thể đi qua được lớp chất nền này để tiến đến màng zona của trứng. Vùng gắn kết HA nằm ở màng ngoài bào tương tinh trùng (Hình 3), tinh trùng sẽ gắn kết với HA và tiết ra men tiêu hủy liên kết của HA, tạo điều kiện cho tinh trùng tiến lên phía trước. Đồng thời, HA làm tinh trùng di động nhanh hơn và làm tăng khả năng sống của tinh trùng. Ngược lại, tinh trùng chưa trưởng thành sẽ không có khả năng gắn kết với HA do bất thường vùng HABs và sẽ không được kích thích bởi hyaluronic acid.
Các ứng dụng lâm sàng hiện nay
Yakin and Kahraman (2001) tìm thấy tinh trùng có hình dạng bình thường có thể mang bộ NST bất thường qua thử nghiệm lai huỳnh quang tại cho (Fluorescence in situ hybridisation). Mặc dù ta có thể tăng cường đánh giá hình thái tinh trùng bằng kính hiển vi có độ phóng đại cao hơn để chọn tinh trùng được coi là có hình dạng “đẹp” nhất. Nhưng theo các nghiên cứu ở trên, tinh trùng đó vẫn có thể mang những khiếm khuyết về mặt di truyền như lệch bội, dị bội … dẫn đến tình trạng trứng đã được tiêm tinh trùng không thụ tinh, hay vẫn có phôi nhưng phôi bị bất thường dẫn đến ngừng phát triển, v.v… Do vậy, việc chọn lựa tinh trùng trưởng thành có bộ nhiễm sắc thể bình thường để ICSI dựa trên các tiêu chí hình dạng như hiện nay là phương pháp không hoàn toàn chính xác . Các nghiên cứu thực nghiệm lâm sàng về HA đã mở ra hướng đi mới trong đánh giá và chọn lọc tinh trùng nhằm gia tăng hiệu quả quá trình TTTON.
Cùng với tinh dịch đồ, HBA (Sperm-Hyaluronan Binding Assay –HBA) góp phan đánh gía độ trưởng thành của tinh trùng và khả năng sinh sản của nam giới, do đó giúp lựa chọn và tối ưu hóa phương pháp điều trị (IUI, IVF hay ICSI).
Hình 4-Thử nghiệm khả năng gắn kết HA của tinh trùng
(Sperm-Hyaluronan Binding Assay -HBA http://www.biocoat.com/products.htm).
Trong thử nghiệm này, lam hai buồng đếm (Cell-Vu®) được phủ HA trên bề mặt được sử dụng. Tinh dịch đồ sau khi lọc rửa sẽ được nhỏ lên một trong hai buồng đếm này. Từ đó, tinh trùng di động gắn kết với HA và không gắn kết với HA sẽ được quan sát dưới kính hiển vi. Tỷ lệ tinh trùng trưởng thành được xác định dựa trên tỷ lệ tinh trùng gắn kết với HA so với tinh trùng không gắn kết với HA trên tổng số tinh trùng di động.
Ngoài ra, HA còn được dùng để thay thế PVP (polyvinylpyrrolidone) trong quá trình ICSI. PVP là chất dẻo tổng hợp thường được sử dụng để làm giảm sự di động của tinh trùng để quá trình ICSI được thực hiện dễ dàng hơn. Tuy nhiên, PVP không có đặc tính chọn lựa tinh trùng như HA. Nhiều nghiên cứu đã và đang thực hiện nhằm đánh giá và so sánh hiệu quả lâm sàng của HA với PVP. Tuy nhiên, HA là thành phần tự nhiên của môi trường quanh noãn bào và có tính chọn lọc tinh trùng là một điều không thể chối cãi. Bên cạnh đó, trong quá trình ICSI, HA cũng có tác dụng giới hạn sự di động của tinh trùng và bôi trơn kim.
Tóm lại, với sự tiến bộ của khoa học, những nghiên cứu đánh giá về sự trưởng thành tinh trùng ngày càng hoàn thiện hơn. Creatine kinase (CK), Heat Shock Protein HspA2 chaperone, Hyaluronic Acid là những tâm điểm được nghiên cứu hiện nay nhằm đánh giá mức độ trưởng thành và phản ánh phần nào bộ gen bên trong của tinh trùng. Ta có thể hy vọng rằng những nghiên cứu trên ngày càng được phổ biến và ứng dụng rộng rãi trên lâm sàng. Nhờ vậy, các bác sĩ sẽ có thêm thông tin để có thể lựa chọn phương pháp điều trị thích hợp nhất, tránh lãng phí thời gian và chi phí điều trị của bệnh nhân. Các nhân viên phôi học sẽ có thêm phương tiện lựa chọn tinh trùng trưởng thành có bộ gen bình thường để có thể tạo ra những phôi tốt nhất về mặt hình thái lẫn di truyền, nhằm nâng cao hiệu quả điều trị của TTTON.
Tài liệu tham khảo
Templeton, AA, Penney, GC. The incidence, characteristics, and prognosis of patients whose infertility is unexplained. Fertil Steril 1982; 37:175.
Huszar G, Vigue L, Corrales M: Sperm creatine phosphokinase M-isoform ratios and fertilizing potential of men: A blinded study of 84 couples treated with in vitro fertilization. Fertil Steril 1992;57:882-888
Anna G., Janos S., Gyorgy F., Bela R., Laszlo K. & Gabor H. (1999) Sperm Creatine Kinase Activity in Normospermic and Oligozospermic Hungarian Men. Journal of Assisted Reproduction and Genetics, 16.
Kovanci E, Kovacs T, Moretti E et al. 2001 FISH assessment of aneuploidy frequencies in mature and immature human spermatozoa classifi ed by the absence or presence of cytoplasmic retention. Human Reproduction 16, 1209–1217
Huszar G, Vigue L, Morshedi M 1992 Sperm creatine phosphokinase M-isoform ratios and fertilizing potential of men: a blinded study of 84 couples treated with in vitro fertilization. Fertility and Sterility 57, 882–888.
Gabor H., Attila J., Denny S., Ciler-Celik O., Sevil C., Elenad D. & Sinan O. (2007) Fertility testing and ICSI sperm selection by hyaluronic acid binding: clinical and genetic aspects. Reproductive BioMedicine Online, 14, 650-663
Zavaczki Z, Celik-Ozenci C, Ovari L et al. 2006 Dimensional assessment of X-bearing and Y-bearing haploid and disomic human sperm with the use of fl uorescence in situ hybridization and objective morphometry. Fertility and Sterility 85, 121–127.
http://www.biocoat.com/products.htm
