Влияние аномальной организации хроматина сперматозоидов на развитие эмбрионов человека

О.А. Воробьева, М.В. Филатов, О.А. Леонтьева, Е.В. Семенова

Институт акушерства и гинекологии им. Д.О. Отта, Центр ЭКО, Институт ядерной физики им. А.К. Константинова РАН, С.-Петербург

В начало...

При нормальных показателях спермограммы частота наступления беременности также была достоверно выше у супружеских пар с нормальной компактизацией хроматина ядер сперматозоидов и составила в расчете на перенос эмбрионов 24% (во 2-й группе - 7%; см. табл. 1). При патоспермии при нормальной компактизации хроматина ядер сперматозоидов частота наступления беременности в расчете на перенос эмбрионов составила 14%, а в группе с аномальным состоянием хроматина беременность получить не удалось. Таким образом, при аномалиях в структуре хроматина ядер сперматозоидов частота наступления беременности уменьшалась.

Рис. 2. Динамика 24-(а) и 48-часового (б) развития эмбрионов in vitro. Заштрихованные столбики - нормальное состояние хроматина сперматозоидов, темные - аномальное.

Обсуждение

Связь нарушений организации генетического материала мужских половых клеток с бесплодием представляет собой как общебиологическую, так и важную медицинскую проблему.

Общебиологическую - поскольку выбраковка эмбрионов с отклонениями в организации генетического материала в процессе ранних этапов развития могла бы играть роль фильтра, исключающего серьезные аномалии развития. Значение этого гипотетического механизма для понимания процесса онтогенеза и генетики популяций трудно переоценить.

Медицинскую - потому что может выявлять случаи мужского бесплодия, обусловленные не только изменением показателей нормальной спермограммы, морфологии или неспособностью сперматозоидов связываться с блестящей оболочкой ооцитов, но и отклонениями в организации их генетического материала.

Причины, ведущие к нарушениям в упаковке хроматина спермиев, сегодня не ясны. Вероятно, наиболее частой причиной этих нарушений являются не наследственные генетические изменения, а нарушения сперматогенеза в результате каких-либо патологических процессов или неблагоприятных воздействий окружающей среды. Эти факторы могут приводить либо к нарушениям созревания и увеличению числа незрелых форм, либо к нарушениям в упаковке хроматина у вполне зрелых спермиев. Не исключая значения первого из этих процессов, наши результаты свидетельствуют о доминировании второго механизма, поскольку незрелые формы спермиев не могут участвовать в оплодотворении.

Благодаря разработанному количественному методу определения степени компактизации хроматина нам удалось исследовать вопрос о его влиянии на раннее развитие эмбрионов человека. Данные литературы о возможной взаимосвязи этих двух показателей достаточно противоречивы. Это существенно связано с применением разных методов выявления дефектов организации хроматина и высокой степенью субъективизма в анализе результатов. Некоторые авторы обнаружили снижение частоты оплодотворения в культуре при увеличении в эякуляте доли сперматозоидов с "незрелыми" ядрами [4]. Однако в других работах такой взаимосвязи обнаружить не удалось. В то же время частота оплодотворения при использовании метода SUZI (введение сперматозоидов под зону пеллюцида) была достоверно ниже в тех случаях, когда в эякуляте отмечена повышенная доля сперматозоидов с изменениями в структуре хроматина [7]. В программе ICSI в таких случаях отмечено повышение доли неконденсированных ядер сперматозоидов в цитоплазме неоплодотворенных ооцитов [5].

Вопрос о влиянии состояния хроматина сперматозоидов на эмбриональное развитие изучен крайне недостаточно. Возможность получения беременности при увеличении в эякуляте сперматозоидов с аномальной структурой хроматина доказана. Однако сравнительных количественных данных нам найти не удалось [7]. В программе ICSI применяется инъекция незрелых гамет, при этом частота наступления беременности ниже в тех случаях, когда эти клетки выделяют из более дистальных участков эпидидимиса [5]. В работе M. Ibrahim и соавт. [16] обнаружено, что у супружеских пар, у которых отмечена повышенная гетерогенность хроматина сперматозоидов, часто наблюдается привычное прерывание беременности на ранних сроках. При этом доля сперматозоидов с аномалиями в структуре хроматина превышает 39%, а этот показатель у фертильных доноров не выше 9%. При использовании в программе ICSI тестикулярных сперматозоидов способность эмбрионов к имплантации была существенно ниже, чем при использовании эпидидимальных сперматозоидов [17].

В серии работ D. Evenson и соавт. [8, 13] доказывается взаимосвязь повышения доли сперматозоидов с нарушениями организации хроматина и мужского бесплодия. Аналогичные результаты получены и для сельскохозяйственных животных (быков). В одной из последних работ этих авторов показано наличие строгой корреляции между плодовитостью быков и структурой хроматина их сперматозоидов [6].

Таким образом, согласно нашим данным, аномалии в организации хроматина ядер сперматозоидов влияют на раннее развитие эмбрионов в программе ЭКО и частоту наступления беременности. Известно, что экспрессия мужского генома происходит у эмбрионов человека на стадии 4-8 бластомеров. Возможно, что аномалии в механизмах, контролирующих компактизацию хроматина, сказываются уже на ранних стадиях развития эмбрионов, что проявляется в замедлении темпов дробления в культуре.

На основании полученных результатов можно сделать заключение о существовании механизма прерывания ранних стадий развития эмбрионов в случаях нарушения организации генетического материала мужских половых клеток - аномальной компактизации хроматина. Можно также предложить простой и эффективный метод диагностики мужского бесплодия.

Проблемы репродукции, N1-1998, с.14-18

Литература

1. Руководство ВОЗ по лабораторному исследованию спермы человека и взаимодействия спермы с цервикальной слизью. Тбилиси 1987; 21.

2. Воробьева О.А., Скрипкина О.А., Корсак В.С. Методы оценки морфологии сперматозоидов и их прогностическое значение в программе ЭКО. Пробл репрод 1995; 3: 71-76.

3. Воробьева О.А., Леонтьева О.А., Корсак В.С. Влияние морфологии сперматозоидов на частоту оплодотворения и нарушения развития эмбрионов в программе ЭКО. Цитология. 1996; 38: 12: 1248-1254.

4. Liu Y., Baker H.W.G. Sperm nuclear chromatin normality: relationship with sperm morphology, sperm - zona pellucida binding, and fertilization rates in vitro. Fert Steril 1992; 58: 6: 1178-1184.

5. Sakkas D., Urner E., Bianchi P.G., Bizzaro D. et al. Sperm chromatin anomalies can influence decondensation after intracytoplasmic sperm injection. Hum Reprod 1996; 4: 837-843.

6. Sailer B.L., Jost L.K., Evenson D.P. Bull sperm head morphometry related to abnormal chromatin structure and fertility. Cytometry 1996; 24: 167-173.

7. Bianchi P.G., Manicardi G.C., Urner F., Campana A., Sakkas D. Chromatin packaging and morphology in ejaculated human spermatozoa: evidence of hidden anomalies in normal spermatozoa. Mol Hum Reprod 1996; 2: 3: 139-144.

8. Evenson D.P., Darzynkewicz Z., Melamed M.R. Relation of mammalian sperm chromatin heterogeneity to fertility. Science. 1980; 240: 1131-1133.

9. Liu D.Y., Baker H.W.G. Tests of human sperm function and fertilization. Fert Steril 1992; 58: 3: 465-485.

10. Claassens О.E., Menkveld R., Franken D.R. et al. The acridine orange test: determing the relationship between sperm morphology and fertilization in vitro. Hum Reprod 1992; 7: 242- 247.

11. Jeulin C.D., Feneux C., Serres P., Jouannet P. et al. Sperm factors related to failure of human in vitro fertilization. 1986; 76: 735-744.

12. Корсак В.С., Исакова Э.В., Воробьева О.А., Каменецкий Б.А., Кирсанов А.А. Применение золадекса (гозерелина) в схеме индукции суперовуляции в программе ЭКО. Пробл репрод 1996; 2: 3: 23-17.

13. Evenson D.P., Melamed M.R. Rapid analysis of normal and abnormal cell types in human semen and testis biopsies by flow cytometry. J Histochem Cytochem 1983; 31: 248-253.

14. Liu D.V., Baker H.W.G. Test of human sperm function and fertilization in vitro. Fertil Steril 1992; 58: 58: 3: 455-473.

15. Schlegel P.N., Alikani M., Berkeley A.S. Epididymal micropuncture with in vitro fertilization and oocyte micromanipulation for the treatment of unreconstructable obstructive azospermia. Fertil Steril 1994; 61: 895-901.

16. Ibrahim M.E., Moussa M.A., Pedersen H. Sperm chromatin heterogeneity as an infertility factor. Arch Androl 1988; 21: 129-133.

17. Vanderzwalmen P. et al. Частота оплодотворения и беременности после интрацитоплазматической инъекции сперматозоида (ICSI) при использовании эякулированных, эпидидимальных и тестикулярных сперматозоидов. Пробл репрод 1995; 2: 52-60.