Status atual e progresso da pesquisa sobre metabolômica do plasma seminal masculino Ⅱ

2. Pesquisa sobre metabolômica do plasma seminal no campo da saúde reprodutiva masculina

Qualidade do esperma masculinoestá intimamente relacionado com a janela crítica deespermatogênese(armazenamento epididimal, desenvolvimento da motilidade espermática e espermatogênese). Fatores genéticos inatos (como ausência congênita bilateral dos canais deferentes, mutação genética da fibrose cística, deleção do cromossomo Y, síndrome de Kallmann e anomalias cromossômicas que levam à deterioração da função testicular) e fatores adquiridos (doenças reprodutivas masculinas, como varicocele, exposição ambiental ou ocupacional a produtos químicos tóxicos, como metais pesados ​​e desreguladores endócrinos, e vários fatores de estilo de vida, como fumar e beber) podem afetar o processo de espermatogênese, levando assim à qualidade anormal do esperma [2].

ERVA CISTANCHE PARA MELHORAR A QUALIDADE DO ESPERMA MASCULINO

Devido ao papel fundamental do plasma seminal no sistema reprodutor masculino, o uso da metabolômica do plasma seminal para explorar potenciais biomarcadores e mecanismos patogênicos de doenças reprodutivas masculinas tem grande potencial. As doenças do aparelho reprodutor masculino são altamente complexas e requerem o uso combinado de múltiplos biomarcadores para alcançar previsão, diagnóstico e análise etiológica. A Figura 1 mostra as vias metabólicas do plasma seminal perturbadas por doenças ou fatores ambientais, envolvendo principalmente o metabolismo energético,metabolismo lipídico, metabolismo de aminoácidos, evias do metabolismo dos esteróides. O Apêndice 3 mostra especificamente as alterações em diferentes metabólitos na infertilidade masculina. Vermelho indica regulação positiva de metabólitos e azul indica regulação negativa de metabólitos. Estas alterações envolvem principalmente alterações nos metabolitos de aminoácidos e lípidos e nos seus metabolitos. Este artigo combinará a pesquisa da metabolômica do plasma seminal resumida na Tabela 1 para apresentar especificamente o status de aplicação da metabolômica do plasma seminal a partir das perspectivas de diferentes doenças reprodutivas masculinas e fatores de exposição ambiental.

2.1 Aplicação da metabolômica do plasma seminal no diagnóstico e pesquisa de mecanismos da infertilidade masculina

2.1.1 Oligospermia, astenospermia, teratospermia e infertilidade idiopática

Oligospermia refere-se a uma concentração de espermatozoides inferior a 1,5 × 107/mL[37] e é a doença mais comum na infertilidade masculina. A metabolômica do plasma seminal baseada em LC-MS e 1H-RMN mostrou que existem diferenças significativas nos níveis de aminoácidos e colina no plasma seminal de homens oligospérmicos e homens normais [12, 15, 18, 32].

Um estudo metabolômico do plasma seminal baseado em RMN de 1H descobriu que os níveis de arginina e aspartato no plasma seminal de pacientes com oligospermia foram reduzidos, o que foi significativamente correlacionado com a diminuição na contagem de espermatozoides [15, 18, 38]. Outro estudo baseado em LC-MS descobriu que, além da diminuição dos níveis de aspartato, os níveis de glutamato, metionina, triptofano, prolina e alanina no plasma seminal de pacientes com oligospermia também foram significativamente reduzidos [32]. Além dos aminoácidos, o metabolismo da colina também é crucial para a espermatogênese. A falta de enzimas relacionadas à colina pode levar à diminuição da função espermática, e a suplementação de colina pode ser benéfica para a saúde reprodutiva masculina. No entanto, existe alguma controvérsia sobre o efeito positivo da suplementação de colina na qualidade do esperma in vivo, o que pode ser devido à falta de um grupo controle com placebo ou da dosagem de colina [39]. Mais estudos populacionais ainda são necessários.

A astenospermia também é uma causa comum de infertilidade masculina e é caracterizada por uma diminuição significativa na motilidade dos espermatozoides. A análise metabolômica do plasma seminal baseada em GC-MS mostrou que os níveis de ácido oleico, ácido palmítico e valina no plasma seminal em pacientes com astenozoospermia estavam significativamente aumentados, sugerindo que anormalidades no metabolismo dos ácidos graxos podem afetar a motilidade dos espermatozoides [23]. A membrana espermática contém uma variedade de ácidos graxos, e níveis excessivos de ácido oleico no plasma seminal podem interromper o processo de metabolismo dos fosfolipídios na membrana espermática, levando ainda a uma diminuição na motilidade espermática (40). Altos níveis de ácidos graxos (especialmente ácido palmítico e ácido araquidônico) [14, 41] nas membranas espermáticas também são fatores importantes para a baixa qualidade do esperma. O ácido araquidônico (AA) desempenha um papel importante no metabolismo lipídico, mas o efeito do AA na qualidade do sêmen permanece obscuro [42-43]. Metabolismo direcionado ao plasma seminal

A análise de grupo revelou alterações nas vias metabólicas do AA no plasma seminal de pacientes com astenozoospermia [28]. Verificou-se que os distúrbios metabólicos do AA podem ser ainda induzidos pela lipoxigenase (LOX), citocromo P450 (CYP450) e ciclooxigenase. (ciclooxigenase, COX) ativa a proteína quinase ativada por mitógeno P38, reduzindo assim a motilidade dos espermatozoides. Além dos ácidos graxos do plasma seminal, os metabólitos envolvidos em várias vias metabólicas, como energia, purina, ciclo da metionina e metabolismo de aminoácidos de cadeia ramificada, também são significativamente alterados no plasma seminal de pacientes com astenospermia [14, 30]. A energia necessária para o movimento dos espermatozoides vem de vias de decomposição aeróbica, como a glicólise ou o ciclo do ácido tricarboxílico (TCA). A inibição desta via levará à redução da produção de ATP, fornecimento insuficiente de energia e redução da motilidade espermática.

A teratospermia é uma doença caracterizada pela presença de um grande número de espermatozoides anormalmente morfológicos no sêmen, cuja patogênese é desconhecida (44). Um estudo metabolômico baseado em RMN de 1H descobriu que 18 metabólitos relacionados ao ciclo do ácido tricarboxílico estavam significativamente desregulados no plasma seminal de pacientes com teratozoospermia [17], indicando que o metabolismo energético pode ser a principal causa da morfologia anormal do esperma. Os níveis de aminoácidos no plasma seminal de pacientes com teratozoospermia também estão alterados, principalmente a taurina, que tem efeito antioxidante [45]. A morfologia anormal dos espermatozoides pode estar relacionada à produção excessiva de espécies reativas de oxigênio ou à redução de antioxidantes.

A infertilidade masculina idiopática refere-se à infertilidade masculina inexplicável, na qual os resultados da análise de sêmen de rotina estão dentro da faixa normal e as anormalidades físicas e endócrinas são excluídas. A análise metabolômica baseada na espectroscopia Raman encontrou diferenças na expressão de metabólitos relacionados ao estresse oxidativo em amostras de plasma seminal de homens inférteis idiopáticos e homens férteis [21].

A pesquisa do metaboloma baseada em GC-MS encontrou 44 metabólitos expressos diferencialmente no plasma seminal de homens com infertilidade idiopática [25], que estão principalmente envolvidos no metabolismo de aminoácidos e nos processos de estresse oxidativo. O catabolismo de aminoácidos relacionado à qualidade do esperma é aumentado. Os metabólitos relacionados aos antioxidantes são reduzidos. Os estudos acima indicam o importante papel do estresse oxidativo na infertilidade idiopática, sugerindo que o estado metabólico pode ser melhorado através de suplementos correspondentes.

2.1.2 Varicocele

A incidência de varicocele em homens inférteis é muito alta, com aproximadamente 40% dos homens inférteis primários e 80% dos homens inférteis secundários sofrendo da doença [46]. Pacientes com varicocele apresentam aumento da produção de espécies reativas de oxigênio e níveis mais elevados de estresse oxidativo [46], que afetam lipídios, proteínas e ácidos nucléicos no sêmen, levando a anormalidades espermáticas [48]. A análise metabolômica do plasma seminal baseada em 1H-RMN encontrou 19 metabólitos diferenciais importantes envolvendo alterações no metabolismo de aminoácidos, lipídios e energia, principalmente envolvidos em processos de estresse oxidativo [16]. Outro estudo metabolômico do plasma seminal não direcionado baseado em LC-MS também mostrou que os níveis de 8 metabólitos relacionados ao metabolismo de aminoácidos, lipídios e energia no plasma seminal de pacientes com varicocele foram alterados. Por exemplo, a diminuição dos níveis de leucina pode levar à diminuição da capacidade antioxidante ou anti-inflamatória, levando a anomalias espermáticas. A ressecção cirúrgica pode reverter o estado metabólico anormal da varicocele, manifestado principalmente na restauração dos níveis de glicerofosfolipídios e esfingolipídios [33]. Os fosfolipídios do glicerol estão intimamente relacionados à atividade mitocondrial, enquanto os esfingolipídios são componentes importantes das membranas celulares e participam de múltiplas vias de transdução de sinal. A regulação positiva restauradora desses dois tipos de moléculas lipídicas pode ser a razão para a melhora da morfologia espermática após a intervenção cirúrgica e também confirma a viabilidade dos metabólitos plasmáticos seminais como marcadores de varicocele [33].

2.2 A metabolômica do plasma seminal é usada para revelar o mecanismo molecular da exposição ambiental que afeta a qualidade do esperma

A exposição a várias substâncias nocivas ou benéficas no ambiente pode afetar significativamente a qualidade do esperma, interferindo no processo metabólico do plasma seminal. O método de análise MIMA (análise de encontro no metabólito) que propusemos anteriormente é adequado para estudar as vias bioquímicas que levam a resultados adversos da exposição ambiental e revelar a complexa relação entre exposição e saúde [49]. Utilizamos este método para conduzir o primeiro estudo sobre a associação entre a exposição ambiental ao arsênico e doenças reprodutivas masculinas, e descobrimos que a exposição ao arsênico em concentrações ambientais normais não apenas mostrou uma relação dose-efeito com a incidência de infertilidade masculina, mas também foi significativamente correlacionada com uma série de marcadores de metabólitos de doenças (acilcarnitina, ácido aspártico, metabólitos de estradiol e uridina, etc.) [50]. Isto lançou as bases para o uso da metabolômica do plasma seminal para explorar o mecanismo molecular da exposição ambiental que leva à diminuição da qualidade do esperma. Analisamos pela primeira vez a complexa associação entre os níveis de exposição interna de desreguladores endócrinos ftalatos, compostos perfluorados e vários elementos metálicos e não metálicos, o metaboloma do plasma seminal e os parâmetros de qualidade do esperma [7, 26, 29]. Os resultados mostram que os metabólitos do plasma seminal são objetos de pesquisa ideais para estudar a relação entre exposição ambiental e qualidade do esperma [7]; desreguladores endócrinos ftalatos podem afetar a qualidade do esperma, afetando o conteúdo de ácidos graxos poliinsaturados, acilcarnitinas e aminoácidos [26, 29], enquanto o zinco e o selênio ambientais aumentam a concentração do esperma, afetando o conteúdo de acilcarnitinas [7], e o arsênico inorgânico reduz a concentração do esperma afetando o metabolismo dos ácidos graxos e da carnitina [29].

3 Conclusão e Perspectiva

Estudos recentes sobre o metaboloma do plasma seminal mostraram que o metabolismo anormal de carboidratos, aminoácidos, lipídios e carnitina do plasma seminal podem ser as principais vias de doenças do sistema reprodutor masculino e da toxicologia reprodutiva da exposição ambiental. No entanto, a investigação nesta área ainda enfrenta enormes desafios.

A interpretação biológica dos dados metabolômicos é altamente dependente do conhecimento prévio das vias moleculares descobertas, mas os efeitos fisiológicos das moléculas plasmáticas seminais ainda não foram totalmente elucidados. Portanto, ainda é impossível analisar de forma abrangente e profunda as vias moleculares específicas pelas quais os metabólitos do plasma seminal desempenham papéis fisiológicos através da tecnologia metabolômica. Além disso, a janela crítica da espermatogênese é sensível e complexa, com enormes diferenças entre os indivíduos. Os metabolomas individuais também apresentam diferenças temporais e espaciais, dificultando a obtenção de um marcador metabólico único e específico. Portanto, o uso de uma combinação de marcadores é um método viável para melhorar significativamente as capacidades de previsão de doenças [51]. Finalmente, há uma necessidade urgente de integrar efetivamente dados ômicos do plasma seminal em vários níveis (incluindo transcriptômica, proteômica e lipidômica) para conduzir estudos mecanicistas aprofundados de doenças relacionadas à reprodução e fornecer uma base para medidas de intervenção clínica para melhorar o sêmen masculino. qualidade.

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