РОЛЬ ПАТОЛОГИИ АКРОСОМЫ ПРИ МУЖСКОМ БЕСПЛОДИИ

Полный текст

ВВЕДЕНИЕ
 В настоящее время бесплодием страдает около 15% семейных пар во всем мире, или каждая шестая пара репродуктивного возраста [1]. В России количество бесплодных браков составляет от 17 до 24% в разных регионах, что, по данным ВОЗ, является критическим уровнем в аспекте демографии [2, 3, 4]. При этом на долю мужского фактора инфертильности приходится около 50%, из которых 20-30% случаев являются идиопатическими. Значимыми факторами мужского бесплодия являются нарушение структуры и функции сперматозоидов, в частности, патология акросомы [5]. Акросома играет ключевую роль в акросомной реакции - процессе, обеспечивающем проникновение сперматозоида через zona pellucida яйцеклетки [6].
Акросома представляет собой мембранную органеллу сперматозоида, содержащую ферменты: нейраминидазу, гиалуронидазу, кислую фосфатазу, арилсульфатазу и трипсиноподобную протеазу, известную как акрозин, необходимые для проникновения сперматозоида через оболочки яйцеклетки. Она состоит из внутренней акросомальной мембраны, которая тесно связана с ядром и является продолжением внешней акросомальной мембраны. Акросомальный матрикс расположен между двумя мембранами. [7]
Формирование акросомы - сложный процесс, включающий слияние проакросомальных везикул, транспорт белков и их взаимодействие с ядром сперматозоида. Структурные и функциональные нарушения акросомы являются самостоятельным фактором мужского бесплодия. 
СТРУКТУРНЫЕ И ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ НАРУШЕНИЯ АКРОСОМЫ
Различают структурные и функциональные нарушения акросомы. 
Структурные дефекты акросомы включают её полное отсутствие, частичное или неправильное развитие. Эти дефекты могут быть результатом мутаций в генах. Генетические мутации в ключевых белках, таких как PICK1, SPATA16 и DPY19L2, приводят к нарушениям акросомогенеза, например, к глобозооспермии, что делает естественное зачатие невозможным. При таких генетических дефектах стимуляция сперматогенеза не способна повлиять на морфологию акросомы, поскольку основной патогенетический механизм лежит в нарушении внутриклеточного транспорта и сборки акросомальных структур. Мутации в генах CIB1, ADAM1A нарушают нормальную структуру акросомы и способность к акросомной реакции.  
Основными генами, мутации в которых связаны с патологией акросомы, являются:
1) Ген PICK1 (Protein Interacting with C Kinase 1) расположен на 22-й хромосоме - Он кодирует белок, содержащий PDZ-домен, который участвует во внутриклеточном транспорте мембранных белков, регуляции синаптической пластичности и развитии акросомы в сперматозоидах [8]. Удаление этого гена приводит к образованию сперматозоидов с круглой головкой и олигозооспермии. Обнаружили гомозиготную миссенс-мутацию (G198A) в экзоне 13 гена PICK1 в китайской семье [9]. PICK1 - цитозольный протеин, находящийся в проакросомальных везикулах округлых сперматозоидов. Он участвует в белковом обмене. Проакросомальные пузырьки не сливаются, вследствие чего формируется округлая головка и, как результат, неспособность оплодотворения ооцита [8, 10, 11].
2) Ген SPATA16 (spermatogenesis associated 16). Кодируемый белок участвует в биогенезе акросомы во время проакросомального транспорта везикул. Гомозиготная мутация в этом специфичном для сперматогенеза гене была выявлена у трех братьев из кровнородственной семьи, страдающих глобозооспермией - редкой формой тератозооспермии, характеризующейся отсутствием акросомы. Это первый задокументированный случай несиндромного мужского бесплодия у человека, вызванного дефектом аутосомного гена, что подчеркивает возможную роль SPATA16 и его партнеров в формировании акросомы [12]. Для носительства мутаций в гене SPATA 16 характерно снижение концентрации сперматозоидов в эякуляте. Мутации в вышеуказанных генах приводят к тотальной глобозооспермии. Поскольку медицине не известны причины, вызывающие такое нарушение, то и отсутствует эффективное лечение. Мужчинам, имеющим подобный эякулят до того, как был разработан метод ИКСИ, невозможно было помочь, и при подобной патологии они считались абсолютно бесплодными. В 1994 году Lundin K. и соавт. сообщили о первой успешной беременности у пациента с глобозооспермией с помощью ИКСИ [11, 13]. 
3) Ген DPY19L2 (dpy-19-like 2) считается основным геном, вовлеченным в этиопатогенез глобозооспермии [14, 15, 16]. Он кодирует белок, участвующий в прикреплении акросомы к ядру сперматозоида [17]. У пациентов без DPY19L2 наблюдается нормальная или субнормальная концентрация сперматозоидов, что указывает на то, что этот ген играет роль в спермиогенезе, но не в пролиферации половых клеток или мейозе [16, 18, 19]. Кроме того, существует корреляция между тяжестью фенотипа и оплодотворением ооцита и типом мутации DPY19L2 [10, 15, 19, 20]. DPY19L2 - наиболее часто встречающаяся мутация при глобозооспермии. Это трансмембранный протеин, локализованный на акросоме сперматозоида. Он способствует формированию нормальной акросомы посредством прикрепления ее к ядру сперматозоида. Округлая головка в результате мутации не позволяет связаться с блестящей оболочкой (zona pellucida) и оплодотворить ооцит. Замечено, что для пациентов с DPY19L2 характерна тотальная глобозооспермия с нормальной или близкой к нормальной концентрации сперматозоидов в эякуляте. 
Нарушения функции акросомы также могут проявляться неспособностью сперматозоидов к акросомной реакции вследствие прекращения высвобождения гидролитических ферментов, необходимых для оплодотворения яйцеклетки, таких как акрозин, гиауронидаза, фосфолипаза A2.  Эти ферменты играют важнейшую роль в разрушении оболочек яйцеклетки, что необходимо для проникновения сперматозоида и успешного оплодотворения [6, 7]. 
Согласно современным представлениям, существует 4 основных вида патологии акросомы:
1.Глобозооспермия - полное отсутствие акросомы, связанное с мутациями генов (SPATA16, DPY19L2, PICK1) [10].
2.Частичная гипоплазия акросомы - неполное развитие структуры, что снижает эффективность акросомной реакции [21, 22].
3.Дефекты акросомальной мембраны -повреждение мембранного аппарата акросомы, препятствующее высвобождению ферментов [23, 24].
4.Функциональные нарушения акросомной реакции -неспособность сперматозоида активировать акросомную реакцию даже при наличии нормальной структуры [25].
По данным руководства ВОЗ по исследованию и обработке эякулята человека 2023 года выделяют следующие критерии патологии акросомы: 1) акросома составляет менее 40% или более 70% нормальной области головки; 2) отношение длины к ширине менее 1,5 (круглая) или более 2 (вытянутая); 3) форма: грушевидная, аморфная, асимметричная или не овальная в апикальной части; 4)  вакуоли составляют более одной пятой части области головки или расположены в постакросомной области; 5) двойные головки; 6) любые сочетания  вышеописанных нарушений. Различные варианты структурных нарушений акросомы представлены на рис. 1-3 [5].
          
Рис. 1. Варианты избыточности акросомы: A - дисплазия акросомы, ее избыточность, складчатость, х 14000; B -  избыточность акросомы, ее удаленное положение с расширением постакросомального пространства (показано стрелками), х 14000 [26]. 
Fig. 1. Variants of acrosomal excess: A - acrosome dysplasia, its redundancy and folding, ×14,000; B - excessive acrosome with its displaced position and expansion of the postacrosomal space (indicated by arrows), ×14,000 [26].
    
Рис. 2. Варианты патологических изменений акросомы: A, B -некомпактное содержание акросомы; C, D -деградация акросомы (показано стрелками), х 14000 [26]. 
Fig. 2. Variants of pathological changes in the acrosome: A, B - non-compacted acrosomal contents; C, D -acrosomal degradation (indicated by arrows), ×14,000 [26].
 
Рис. 3. Сперматозоиды с нормальной формой головки и аномальной морфологией акросомы (1): A - сперматозоид с прореагировавшей акросомой (стрелка) и сохранным постакросомным сегментом (2); B - сперматозоид с расширенным субакросомным пространством и отсутствием постакросомного сегмента (стрелка); C - гипоплазия акросомы, акросома неправильной формы с неравномерно распределенным веществом акросомного матрикса; D - двуядерный сперматозоид с Т-образной акросомой  [27].
Fig. 3. Spermatozoa with normal head shape and abnormal acrosome morphology (1):
A - spermatozoon with a reacted acrosome (arrow) and preserved postacrosomal sheath (2);
B - spermatozoon with expanded subacrosomal space and absence of the postacrosomal sheath (arrow); C - acrosomal hypoplasia: irregularly shaped acrosome with unevenly distributed acrosomal matrix material; D -binuclear spermatozoon with T-shaped acrosome [27].
Ультраструктурные исследования показывают, что у пациентов с астенозооспермией часто наблюдаются комплексные нарушения структуры сперматозоидов, включая изменения в акросоме. Анализ комбинаций этих нарушений может помочь в понимании механизмов снижения подвижности сперматозоидов и разработке методов коррекции. 
Патология акросомы может сочетаться с различными другими дефектами сперматозоидов, такими как фрагментация ДНК, тератозооспермия и астенозооспермия.
Фрагментация ДНК и патология акросомы. 
Фрагментация ДНК в сперматозоидах является важным показателем ухудшения репродуктивного потенциала и её наличие связано с пониженной способностью сперматозоидов к успешному оплодотворению и нормальному развитию эмбрионов. У мужчин с патологией акросомы наблюдается высокая частота фрагментации ДНК, что может объясняться не только структурными дефектами сперматозоидов, но и повреждениями в процессе сперматогенеза, вызываемыми окислительным стрессом или генетическими аномалиями. Это сочетание нарушений требует особого внимания при планировании лечения бесплодия, так как использование сперматозоидов с фрагментированной ДНК может снизить шансы на успешное оплодотворение и развитие эмбрионов [28].
Тератозооспермия и патология акросомы.
Тератозооспермия, характеризующаяся высокой частотой аномальных форм сперматозоидов, может сочетаться с патологией акросомы. Сперматозоиды с дефектами в структуре акросомы могут иметь аномальные морфологические характеристики, что приводит к тератозооспермии. Нарушения акросомы могут быть связаны с различными изменениями головки сперматозоида, что способствует возникновению аномальных форм. Важно отметить, что такие дефекты могут снижать вероятность успешного оплодотворения даже при использовании метода ИКСИ (интрацитоплазматическая инъекция сперматозоида), поскольку визуальный контроль за акросомой в процессе выбора сперматозоида может быть ограничен, а методика ИКСИ не исключает оплодотворения дефектным сперматозоидом [28].
Астенозооспермия и патология акросомы
Астенозооспермия, характеризующаяся низкой подвижностью сперматозоидов, также может сочетаться с патологией акросомы. Нарушения в акросоме могут затруднять процесс активации сперматозоидов и их способность двигаться к ооциту. Кроме того, дефекты акросомы могут сопровождаться нарушениями в других структурах сперматозоида, таких как хвост или центросома, что ведет к нарушению его подвижности. У мужчин с астенозооспермией и патологией акросомы вероятность успешного оплодотворения значительно снижается, что требует применения методов вспомогательных репродуктивных технологий (ВРТ) для обеспечения максимального успеха [29, 30]. 

ДИАГНОСТИКА ПАТОЛОГИИ АКРОСОМЫ
Современные методы диагностики акросомных патологий включают электронную микроскопию и тесты на акросомную реакцию.
 Электронная микроскопия. Одним из наиболее информативных методов для диагностики таких нарушений является электронно-микроскопическое исследование сперматозоидов (ЭМИС), позволяющее с высокой разрешающей способностью выявить аномалии на уровне аксонемы и других структур. Такие дефекты, как неправильное расположение микротрубочек аксонемы или отсутствие динеиновых ручек, могут существенно снижать подвижность сперматозоидов [29, 31]. Динеиновые ручки (или динеиновые плечи) - это белковые комплексы, расположенные на периферических микротрубочках аксонемы которые разделяются на внешние динеиновые ручки (ODA - outer dynein arms) и внутренние динеиновые ручки (IDA - inner dynein arms). Функция динеиновых ручек заключается в обеспечении движение микротрубочек за счёт АТФ-зависимого скольжения, что в итоге вызывает движение жгутика. Это движение необходимо для прогрессивной подвижности сперматозоида [32, 33].
В случае выявления таких аномалий, которые преимущественно обусловлены генетическими дефектами, чаще всего выполняют методы искусственного оплодотворения (ИКСИ) или рекомендуют донорский материал. Важно отметить, что в случаях идиопатического мужского бесплодия, когда диагноз нормозооспермия не объясняет причины бесплодия, ЭМИС может стать ключом к более точной диагностике причин мужского бесплодия, расширению показаний к программам ВРТ. Таким образом, ЭМИС является неотъемлемым инструментом в отделениях ВРТ, повышающим эффективность лечения [29, 31].
  Тесты на акросомную реакцию
Тесты включают использование кальциевых ионофоров для стимуляции акросомной реакции, а также HBA-тест (Hyaluronic Binding Assay), который оценивает способность сперматозоидов связываться с гиалуроновой кислотой, специфическое окрашивание (например, с использованием Coomassie Brilliant Blue), микрофлуоресцентные тесты и др. 
Применяемый, чаще всего, HBA-тест основан на том, что оценивается способность сперматозоида связываться с гиалуроновой кислотой, которая в свою очередь находится в клеточной оболочке яйцеклетки. Способность сперматозоида связываться с ней является признаком нормальной акросомной реакции [34, 35]. 

СПОСОБЫ КОРРЕКЦИИ АКРОСОМНЫХ ПАТОЛОГИЙ
При легких формах акросомных патологий, которые наблюдаются в 10-20% случаев, возможна коррекция с использованием антиоксидантной и гормональной терапии. Тяжелые формы (глобозооспермия, акросомальная агенезия) в большинстве случаев требуют ВРТ. Эффективность ИКСИ с активацией ооцита ионофором Ca2+ составляет 30 - 40% [36]. Смешанные формы (частичные дефекты акросомы), которые диагностируются у 40–50% пациентов, коррегируют достигается комбинацией антиоксидантов и ВРТ [37, 38, 39].
   Антиоксидантная терапия (например, назначение L-карнитина; L-аргинина; коэнзима Q10; цинка лактат; фолиевой кислоты, витамина Е и N-ацетилцистеина), приводит к снижению уровня активных форм кислорода и тем самым способствуют сохранению целостности структуры акросомы [40-43]. Достоверно доказано, что антиоксидантная терапия способствует повышению подвижности и жизнеспособности сперматозоидов, снижению фрагментации ДНК, а главное - к улучшению морфологии клеток [40-45].
   Гормональная терапия целесообразна только при наличии эндокринных нарушений, влияющих на сперматогенез, таких как гипогонадизм. Гормональная терапия в большинстве случаев показана при вторичном (гипогонадотропном) гипогонадизме. Этот тип гипогонадизма связан с недостаточной стимуляцией яичек из-за дефицита гонадотропинов (ЛГ и ФСГ), что приводит к снижению выработки тестостерона и нарушению сперматогенеза. К причинам вторичного гипогонадизма относятся синдром Кальмана (врожденный дефицит гонадотропин-рилизинг гормона), идиопатический гипогонадотропный гипогонадизм, опухоли гипофиза (пролактинома, краниофарингиома), последствия черепно-мозговых травм, облучение или хирургического вмешательства. Лечение направлено на стимуляцию сперматогенеза с помощью гонадотропной терапии или импульсного введения гонодотропин-рилизин гормона при гипоталамических формах гипогонадизма. Если речь идет о первичном (гипергонадотропном) гипогонадизме, когда проблема связана с повреждением яичек, то восстановить сперматогенез сложнее, и чаще применяют тестостерон-заместительную терапию, но она подавляет сперматогенез, поэтому не используется при планировании зачатия [46, 47].
   Гонадотропины, такие как хорионический гонадотропин человека (ХГЧ) и ФСГ, стимулируют выработку тестостерона и сперматогенез. ХГЧ используют для стимуляции выработки тестостерона в клетках Лейдига и назначают в дозе 1500-2000 МЕ 2-3 раза в неделю, подкожно или внутримышечно, до достижения нормального уровня тестостерона. Если это не приводит к восстановлению сперматогенеза в течение 4-6 месяцев, терапию можно дополнить препаратом-аналогом ФСГ - 75 МЕ подкожно или внутримышечно через день [48, 49]. Комбинированная терапия ХГЧ и ФСГ позволяет повысить шансы на восстановление фертильности [49, 50]. 
Кломифен - это антиэстроген, который блокирует рецепторы эстрогена в гипоталамусе, повышая уровень ЛГ и ФСГ, что стимулирует выработку тестостерона и сперматогенез. Препарат кломифен цитрат применяют в дозировке, которая может варьироваться от 25-50 мг в день до 25-50 мг через день в течение 3-6 месяцев. Кломифен может быть показан при нормальном уровне тестостерона, но сниженной концентрации сперматозоидов. Это предпочтительный метод лечения для мужчин с нарушениями сперматогенеза, которые противопоказана заместительная терапия тестостероном [51].
Ароматазные ингибиторы могут быть эффективны для мужчин с повышенным уровнем эстрогенов, что может ингибировать продукцию тестостерона. Применяют анастразол в дозировке 1 мг 2–3 раза в неделю. Анастразол ингибирует ароматазу, фермент, превращающий тестостерон в эстроген, и может способствовать повышению уровня тестостерона у мужчин с дефицитом этого гормона [52, 53, 54].
Стимуляция сперматогенеза не оказывает прямого влияния на морфологию акросомы сперматозоидов, так как формирование акросомы происходит на стадии спермиогенеза (заключительная стадия сперматогенеза) и зависит от работы клеток Сертоли, аппарата Гольджи и регуляции экспрессии генов, ответственных за акросомогенез. Однако за счет увеличения общей активности сперматогенеза повышается абсолютное количество морфологически нормальных сперматозоидов, что в конечном итоге улучшает качественные показатели эякулята, несмотря на неизменный процент патологических форм. [55, 56]
Важно отметить, что терапия гонадотропинами (ХГЧ, ФСГ) у мужчин с гипогонадотропным гипогонадизмом способствует увеличению концентрации сперматозоидов, но при этом не всегда оказывает значимое влияние на морфологические показатели акросомы. Аналогично, применение антиоксидантов (L-карнитин, коэнзим Q10, витамин Е) снижает уровень окислительного стресса в яичках, что улучшает общее качество сперматозоидов, но не всегда корректирует нарушения формирования акросомы. Это связано с тем, что антиоксидантная терапия преимущественно влияет на целостность мембран и ДНК, тогда как дефекты акросомы обусловлены проблемами в ранних этапах спермиогенеза. При неэффективности консервативной терапии прибегают к методам ВРТ [40-54] 
ВРТ и выбор сперматозоидов для ИКСИ при акросомальных нарушениях
Использование ВРТ, таких как ИКСИ, когда патологические сперматозоиды вводятся микрошприцом в яйцеклетку, позволяет преодолеть механические барьеры, связанные с дефектами акросомы. Комбинированные подходы лечения, включающие антиоксидантную терапию и ВРТ, могут значительно увеличить вероятность наступления беременности у семейной пары при мужском факторе бесплодия, связанным с акросомной патологией [57]
Нередко к невозможности естественного оплодотворения приводит отсутствие нормальной акросомной реакции [10, 21]. В этих случаях выполняют интрацитоплазматическую инъекцию сперматозоида в яйцеклетку (ИКСИ) и интрацитоплазматическаю инъекцию сперматозоида с морфологическим анализом сперматозоидов (ИМСИ) [57].
ИКСИ - стандартная методика для большинства случаев мужского бесплодия, когда подвижность и количество сперматозоидов ограничены. Это метод, при котором один сперматозоид вводится в яйцеклетку с помощью тонкой иглы, используя микропипетку [36, 57]. Дополнительно при сниженной способности сперматозоида запускать активацию ооцита может использоваться метод ИКСИ с искусственной активацией ооцита, в том числе с применением ионофоров кальция (например, A23187). Это особенно актуально в случаях, когда в предыдущих попытках наблюдалась низкая или нулевая степень оплодотворения. Ионофоры кальция повышают внутриклеточную концентрацию ионов Ca²⁺, имитируя естественные сигналы, инициирующие активацию ооцита и последующие стадии эмбрионального развития. Клинические исследования показали, что применение ионофоров кальция после ИКСИ увеличивает частоту оплодотворения и повышает шансы на благоприятный исход беременности, особенно у пациентов с тератозооспермией и предшествующими неудачами ИКСИ [36, 58, 59]
ИМСИ - улучшенная версия ИКСИ, применяемая при сложных формах бесплодия, таких как тератозооспермия или когда ИКСИ не принесло результата. Этот метод дает возможность более тщательно оценить морфологию сперматозоидов и выбрать наиболее подходящий для инъекции. Это усовершенствованный метод ИКСИ, при котором сперматозоиды выбираются для инъекции в яйцеклетку не просто по подвижности или жизнеспособности, а с использованием высокоразрешающего микроскопа (обычно с увеличением 6000-8000 раз), чтобы оценить морфологию сперматозоидов на клеточном уровне. Это позволяет выбрать сперматозоиды с наименьшими морфологическими аномалиями. К преимуществам ИМСИ относятся более высокое увеличение и точный морфологический анализ сперматозоидов, что позволяет выбрать те из них, которые, возможно, не будут выбраны при стандартной ИКСИ. ИМСИ повышает вероятность успешного оплодотворения и улучшает исход беременности, особенно при сложных формах мужского бесплодия, таких как тяжелая тератозооспермия [60, 61, 62].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Таким образом, стимуляция сперматогенеза может повысить вероятность зачатия за счет увеличения общего количества сперматозоидов и числа клеток с нормальной морфологией. Однако при наличии первичных генетических дефектов акросомы наибольшую эффективность демонстрируют вспомогательные репродуктивные технологии, такие как интрацитоплазматическая инъекция сперматозоида (ИКСИ), интрацитоплазматическая инъекция сперматозоида с активацией ооцита ионофорами кальция и интрацитоплазматическая инъекция сперматозоида с морфологическим анализом сперматозоидов (ИМСИ). В ряде случаев данная методика позволяет преодолеть механические барьеры, возникающие вследствие дефектов акросомы, и достичь успешного оплодотворения. 
Акросомальные патологии играют ключевую роль в патогенезе мужского бесплодия. Современные методы диагностики, включающие HBA-тест, электронную микроскопию позволяют точнее выявить нарушения структуры и функции акросомы, чем стандартная микроскопия. Современные консервативные подходы, включающие антиоксидантную, гормональную терапию и ВРТ, могут значительно повысить вероятность успешного лечения мужского бесплодия.

Об авторах

Сергей Юрьевич Боровец

ФГБОУ ВО «Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет им. акад. И.П. Павлова» Минздрава РФ

Email: sborovets@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-2162-6291
SPIN-код: 2482-0230

Д-р мед. наук, профессор

Россия, 197022, г. Санкт-Петербург, ул. Льва Толстого, д.6-8

Мария Кирилловна Францишевская

ФГБОУ ВО «Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет им. акад. И.П. Павлова» Минздрава РФ

Email: maria.potapova.92@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-0288-9777
SPIN-код: 5235-3154

Канд. мед. наук

Россия, 197022, г. Санкт-Петербург, ул. Льва Толстого, д. 6-8

Светослав Игоревич Терещенко

СПб ГБУЗ «Городская поликлиника №77 Невского района»

Автор, ответственный за переписку.
Email: teresh555@yandex.ru

Врач-уролог

Россия, 192177, г. Санкт-Петербург, Шлиссельбургский пр-кт, 25/1

Сальман Хасунович Аль-Шукри

ФГБОУ ВО «Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет им. акад. И.П. Павлова» Минздрава РФ

Email: alshukri@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-4857-0542
SPIN-код: 2041-8837
Scopus Author ID: 6601962854

Д-р мед. наук, профессор, заведующий кафедрой урологии

Россия, 197022, г. Санкт-Петербург, ул. Льва Толстого, д. 6-8

Список литературы

Дополнительные файлы