Астенозооспермия и протеомные факторы регуляции подвижности сперматозоидов

Астенозооспермия – снижение подвижности сперматозоидов, которое часто обнаруживается при анализе спермы у мужчин из бесплодных пар. К астенозооспермии могут приводить различные заболевания и факторы образа жизни, но конкретные патогенетические механизмы нарушения подвижности сперматозоидов остаются не до конца изученными. К настоящему моменту накоплены данные протеомных исследований, указывающие на то, что регуляторами подвижности мужских половых клеток являются многочисленные белковые молекулы, реализующие разнообразные биологические функции. Дальнейшее изучение протеомных регуляторов подвижности позволит более точно выделять этиологию астенозооспермии, объективизировать ее диагностику, а в перспективе – разработать методы таргетной терапии мужского бесплодия, направленные на увеличение количества подвижных сперматозоидов в эякуляте.

Астенозооспермия – сперматологический синдром, который характеризуется снижением доли подвижных сперматозоидов. Это частая диагностическая находка у бесплодных мужчин. Так, в одном из исследований более 80% образцов спермы, полученных у пациентов из бесплодных пар, характеризовались снижением подвижности сперматозоидов [1]. В нескольких протеомных исследованиях продемонстрировано, что некоторые белки сперматозоидов способны влиять на их подвижность [2, 3]. Тем не менее, наше понимание того, как посттестикулярные процессы влияют на подвижность сперматозоидов и мужскую фертильность в целом, пока ограничено. Молекулярные факторы, лежащие в основе астенозооспермии, остаются плохо изученными. Это связано с тем, что относительно мало известно о белках, регулирующих функцию сперматозоида в нормальных физиологических условиях, и с тем, что доступ к инструментам для изучения протеомного профиля есть далеко не у всех исследователей. Отклонения в экспрессии белков сперматозоидов и семенной плазмы можно обнаружить, используя различные методы очищения и идентификации молекул. Для того чтобы оценить имеющиеся результаты и перспективы применения протеомного анализа для изучения механизмов развития астенозооспермии, мы провели поиск в базах данных PubMed и Google Scholar с использованием ключевых слов «asthenozoospermia», «sperm motility», «proteomics», «mass spectrometry» и проанализировали публикации с 1996 по 2019 гг.

В настоящее время методика двухмерного электрофореза в геле в сочетании с идентификацией белков сперматозоидов при помощи масс-спектрометрии дает возможность сравнения протеомных карт независимых образцов эякулята [4]. Этот подход позволил выявить несколько белков, нарушение экспрессии которых наблюдается при астенозооспермии [3]. Для идентификации белков, присутствующих в сперматозоидах человека, применялась тандемная масс-спектрометрия [5, 6]. Однако потенциал протеомных исследований для выяснения фундаментальных аспектов функций сперматозоидов и молекулярных причин астенозооспермии еще не раскрыт полностью. Martinez-Heredia et al. сравнили экспрессию белков по 101 наиболее богатому участку, выявленных при двухмерном гелевом электрофорезе образцов сперматозоидов от 20 пациентов с астенозооспермией и 10 здоровых доноров [2]. Им удалось идентифицировать белки, содержащиеся при астенозооспермии в ином количестве. Этим белкам соответствовало 17 участков при выполнении гелевого электрофореза, и часть из них имели повышенную, а часть – сниженную экспрессию при астенозооспермии.

Семенная плазма содержит секреты яичек, придатков яичек, простаты, семенных пузырьков и бульбоуретральных желез. Высокая концентрация фруктозы в семенной плазме обеспечивает энергию и нутритивную поддержку для сперматозоидов. Многие белки семенной плазмы, такие как инсулиноподобный фактор роста 1, альфа-2-макроглобулин, фибронектин и энкефалин-деградирующие ферменты, ассоциированы с подвижностью сперматозоидов [7, 8, 9]. Для изучения протеома семенной плазмы используются специальные методы, такие как двумерный гель-электрофорез и масс-спектрометрия. Эти исследования начались достаточно давно. Еще в 2001 г. Starita-Geribaldi et al. идентифицировали с помощью этих методов 750 участков на электрофоретической карте семенной плазмы фертильного мужчины [10]. Позже эти же авторы сообщили об обнаружении 61 белка с дифференциальной экспрессией с помощью тандемной масс-спектрометрии [11]. Pilch B. и Mann M. каталогизировали 932 белка семенной плазмы с помощью масс-спектрометрии с преобразованием Фурье [12]. Li et al. идентифицировали 115 белков в секрете простаты, который является компонентом семенной плазмы [13]. Однако данных по сравнительному протеомному анализу семенной плазмы у фертильных и субфертильных мужчин не так уж много. Глубокое понимание протеома семенной плазмы помогло бы прояснить роль белковых компонентов эякулята в регуляции подвижности и других важных функций сперматозоидов. Возможно обнаружение новых диагностически ценных биомаркеров мужской инфертильности, более объективных, чем рутинная спермограмма.

Последние достижения протеомных технологий и масс-спектрометрии сделали их ценными инструментами для изучения разнообразных биологических жидкостей, в том числе и семенной плазмы. Интересно, что наибольшее количество работ по протеомике и репродуктивным нарушениям у мужчин посвящено именно нарушениям подвижности сперматозоидов [14]. Wang et al. с высокой точностью идентифицировали 741 белок в образцах семенной плазмы пациентов с астенозооспермией и здоровых фертильных мужчин, причем 327 не были обнаружены в базе Pilch B. и Mann M. [15].

Они наблюдали значительную положительную регуляцию 45 белков и отрицательную регуляцию 56 белков в группе астенозооспермии. Анализ обогащения генной онтологии показал, что белки с наибольшей экспрессией в образцах, полученных у пациентов с астенозооспермией, являются метаболическими ферментами, участвующими, в частности, в протеолизе.

Функция белков, потенциально ассоциирова...

Шатылко Т.В., Гамидов С.И., Франкевич В.Е., Стародубцева Н.Л., Гасанов Н.Г., Тамбиев А.Х.