Роль эпигенетики в мужском и женском бесплодии

Введение / Introduction

На сегодняшний день бесплодие является глобальной проблемой, которая затрагивает около 48,5 млн супружеских пар во всем мире [1]. По разным данным, в 30–50 % случаев причиной бесплодия является мужской фактор, 20–35 % приходится на женский фактор, 25–40 % случаев связаны с обоюдными проблемами, а в 10–20 % случаев причину установить не удается [1–4]. Распространенность женского бесплодия за период с 2011 по 2021 г. в Москве выросла почти в 3 раза, мужского – почти в 2 раза и в Российской Федерации женского – на треть, мужского – почти в 2 раза [5]. Одним из наиболее распространенных методов решения проблемы бесплодия являются вспомогательные репродуктивные технологии (ВРТ). Наиболее эффективным методом ВРТ является экстракорпоральное оплодотворение (ЭКО) [6]. Важно отметить, что применение методов ВРТ не всегда приводит к беременности и/или живорождению [7]. Высокая частота бесплодия может зависеть от многих параметров, включая возраст, влияние окружающей среды, образ жизни и общее состояние здоровья [8].

Было высказано предположение, что эпигенетические аберрации имеют большое значение для репродуктивного здоровья, поскольку они объясняют интерактивную взаимосвязь между геномным ландшафтом, взаимодействия с генной средой и фенотипом заболевания [9]. Новое понимание этиологии сложных неменделевских признаков заболеваний вызвало растущий интерес к области репродуктивной эпигенетики. В настоящее время тщательно изучается то, как ряд эпигенетических механизмов может по-разному влиять на мужскую и женскую зародышевую линию, а также на процесс развития. Активация и деактивация эпигенетических меток в процессе развития на этапе до имплантации обеспечивает предполагаемую связь между ВРТ и нарушениями импринтинга. Возникновение ошибок импринтинга нарушает рост и развитие плаценты при процедуре ЭКО [3].

Цель: проанализировать литературу, посвященную эпигенетическим аспектам бесплодия, как у мужчин, так и у женщин, а также факторам риска, связанными с питанием.

Материалы и методы / Materials and Methods

Авторы провели поиск публикаций в электронных базах данных PubMed, Google Scholar и еLibrary. Алгоритм поиска публикаций включал в себя использование следующих ключевых слов и их сочетаний на русском и английском языках: «фертильность», «бесплодие», «эпигенетика», «геном», «модификация последовательности ДНК», «экспрессия генов», «диета и бесплодие», «диетические привычки», «параметры спермы», «особенности питания», «продукты питания», «питательные вещества», «fertility», «infertility», «epigenetics», «genome», «DNA sequence modification», «gene expression», «diet and infertility», «dietary habits», «semen parameters», «dietary patterns», «foods», «nutrients». Авторы независимо друг от друга анализировали названия и аннотации статей, после чего извлекался полный текст релевантных исследований. В обзор включались экспериментальные и клинические исследования, соответствующие теме настоящего обзора, опубликованные на русском и английском языках.

Отбор публикаций осуществляли в соответствии с рекомендациями PRISMA. Все соответствующие статьи, опубликованные до ноября 2023 г., были включены в настоящий обзор. В результате поиска было извлечено 530 публикаций из PubMed, 57 публикаций из eLibrary и 23 публикации из Google Scholar. Дубликаты и не полнотекстовые версии статей были исключены. Публикации оценивались на соответствие следующим критериям включения: исследование из области репродуктологии; исследование включает только взрослых людей или животных; исследование описывает эпигенетические механизмы;

Авторы независимо друг от друга оценили названия и аннотации всех выявленных публикаций. Полный текст потенциально подходящих публикаций вычитывался для окончательного отбора. Разногласия между авторами разрешались путем консенсуса. Алгоритм поиска представлен на рисунке 1.

Результаты / Results

Эпигенетические механизмы / Epigenetic mechanisms

В организме человека существует более 200 различных типов клеток и каждый из этих типов обладает одной и той же копией генома. Однако различные типы клеток формируют разные серии генов, которые зависят от эпигенетической регуляции. Эпигенетика изучает митотические и/или мейотические наследственные изменения, которые влияют на экспрессию генов при отсутствии модификации последовательности ДНК. Считается, что эпигеном функционирует как второе измерение последовательности ДНК, которое высокоэффективно в поддержании паттернов, относящихся к экспрессии генов, специфичных для типа клетки [10].

Поскольку эпигеном клетки обладает большой пластичностью и может быть перепрограммирован, эпигенетические модификации динамически и обратимо контролируют экспрессию генов. Эпигенетическое перепрограммирование изменяет судьбу клеток на протяжении всей жизни. Примечательно, что факторы окружающей среды играют важную роль в создании и поддержании эпигенетических меток [11].

Мужское бесплодие и эпигенетика / Male infertility and epigenetics

Эпигенетические процессы влияют на потенциал оплодотворения у мужчин, а также на функцию сперматозоидов. Надлежащее функционирование эпигенетических механизмов, а именно, метилирования ДНК, ремоделирования хроматина и модификации гистонового хвоста во время развития гонад, а также сперматогенеза имеет важное значение для нормального производства и функционирования сперматозоидов [10]. Как правило, в диагностике мужского бесплодия используется анализ спермы, который включает анализ фрагментации ДНК и микроскопическое исследование, что часто является недостаточным для полноценной диагностики. Например, в случаях необъяснимого мужского бесплодия показатели спермограммы бесплодных пациентов невозможно отличить от спермограмм фертильных лиц. Тем не менее недавние достижения в области технологий секвенирования являются многообещающими, поскольку они могут помочь определить причины идиопатического бесплодия [12]. Ремоделирование хроматина, остаточные изменения гистонов наряду с метилированием ДНК отражают ключевые эпигенетические сдвиги, которые происходят в РНК сперматозоидов [13]. Активность фермента метилентетрагидрофолат-редуктазы (англ. methylenetetrahydrofolate reductase, MTHFR) и его продукта S-аденозилметионина (англ. S-adenosylmethionine, SAM) играют важную роль в развитии, морфологии и подвижности сперматозоидов. Было замечено, что фермент MTHFR участвует в метаболизме фолиевой кислоты, и его активность может быть важным фактором сперматогенеза [14]. J.C. Rotondo с соавт. установили, что промотор гена гиперметилирования MTHFR часто встречается в сперме, полученной от бесплодных индивидуумов, и несколько чаще встречается у мужчин в супружеских парах с самопроизвольными абортами в анамнезе, а также часто влияет на всю популяцию сперматозоидов. Результаты этого исследования указывают на новый мужской фактор, ассоциированный с самопроизвольным абортом. По этой причине промотор гена гиперметилирования MTHFR, по-видимому, становится новым предполагаемым фактором риска в этиологии самопроизвольного аборта [15]. В другом исследовании, проведенном B. Song с соавт., было обнаружено аномальное метилирование в промоторах генов, связанных с импринтингом, сперматогенезом, а также защитной системой антиоксидантного типа в сперме пациентов с нарушенным статусом целостности ДНК сперматозоидов [16].

Женское бесплодие и эпигенетика / Female infertility and epigenetics

Известно, что эпигенетические отклонения, которые являются важным биологическим фактором, вызывают заболевания и нарушение регуляции генов. Например, аномальная экспрессия гена Homeobox A10 (HOXA10) играет важную роль в патофизиологии эндометриоза [17]. Неоднократно сообщалось, что ген HOXA10 демонстрирует отклонения в эндометрии женщин, страдающих эндометриозом [18]. Расположенный на хромосоме 7p15.2, этот главный регуляторный ген является членом более крупного семейства, относящегося к ДНК-связывающим параметрам транскрипции, разделяющим полностью консервативную последовательность из 183 нуклеотидов, кодирующую гомеодомен из 61 аминокислоты. Известно, что гомеобокс HOXA10 контролирует органогенез матки на протяжении всего развития эмбриона, а также функциональную дифференцировку эндометрия у взрослых [19]. Экспрессия гена HOXA10 у здоровых женщин зависит от фазы цикла. Уровни матричной РНК (мРНК) HOXA10 значительно повышаются в средней секреторной фазе, когда происходит имплантация эмбриона, пик дифференцировки на гистологическом уровне, а также повышение системного уровня эстрогена наряду с уровнями прогестерона [17]. Высокая экспрессия HOXA10 в эндометрии необходима для децидуальной трансформации стромальных клеток эндометрия вследствие имплантации эмбриона. Дефекты экспрессии HOXA10 проявляются привычным выкидышем, бесплодием, а также нарушением имплантации и децидуализации [20].

Причинами большинства случаев женского бесплодия являются синдром поликистозных яичников (СПКЯ) и эндометриоз; кроме того, значительное количество случаев является бесплодием с невыясненной причиной [21]. СПКЯ является одной из основных причин женского бесплодия во всем мире. Известно, что предрасположенность к СПКЯ может наследоваться не только генетическими аллелями, но и эпигенетическими изменениями [22]. Средовые факторы, индуцированные гормональными и метаболическими нарушениями, способствуют формированию генетической предрасположенности к развитию СПКЯ на протяжении всей жизни. На развитие и клинические проявления СПКЯ непосредственно влияют гормональные изменения и изменения окружающей среды, поэтому эпигенетические перестройки также могут влиять на исходы СПКЯ [11].

Метилирование ДНК / DNA methylation

Метилирование ДНК является одним из центральных регуляторных процессов в эпигенетике живых организмов. Данное эпигенетическое изменение необходимо для функционирования женского и мужского гаметогенеза. В геноме млекопитающих метилирование ДНК происходит главным образом в структуре гуанина (CpG-динуклеотидов) и цитозина в пятой позиции, относящейся к основаниям цитозина, с образованием 5-метилцитозина [23]. Эти динуклеотиды называются дифференциально метилированными регионами (ДМР), которые обычно расположены ближе к областям, известным как регуляторные гены, таким как промотор. Метилирование ДНК включает как неимпринтированные, так и импринтированные элементы, повторяющиеся элементы, а также метилирование ДНК на глобальном уровне [24].

Метилирование цитозина в ДМР ингибирует процесс связывания факторов транскрипции с участками, которые считаются регуляторными по отношению к соответствующим генам, на грани сайленсинга или инактивации транскрипции. Напротив, гипометилирование регуляторных областей связывают с усиленной экспрессией генов [10]. ДНК-метилтрансферазы (англ. DNA methyltransferases, DNMTs) – группа ферментов, катализирующих метилирование нуклеотидных остатков в составе ДНК, которая включает DNMT3L, DNMT1, DNMT3A и DNMT3B [25]. Одним из ферментов, поддерживающих метилирование на протяжении всей репликации ДНК, является DNMT1. Отсутствие DNMT1 приводит к аберрациям на протяжении всего сперматогенеза, а также к потере метилирования в импринтированных генах отцовской линии. Ферменты DNMT3B, DNMT3L, наряду с DNMT3A, принимают участие в метилировании ДНК на протяжении всего развития половых клеток в эмбриональной фазе. Все DNMT необходимы для надлежащего сперматогенеза [26].

Метилирование ДНК сперматозоидов может быть связано с развитием бесплодия. Гены, ассоциированные с мужским бесплодием, содержат дефекты метилирования ДНК импринтирующих генов мезодермоспецифического транскрипта (англ. mesoderm-specific transcript, MEST) наряду с геном H19, а также генов неимпринтирующего типа MTHFR. Метилирование регулирует экспрессию импринтированных генов посредством ключевого процесса, который вызывает появление аллеля, относящегося к материнской или отцовской линии. Как только материнские/отцовские аллели деметилируются при оплодотворении, импринтированные гены сохраняют метильные метки, относящиеся к родительскому геному [27].

Импринтированные гены указывают на специфическую активность родителей и функционально гаплоидны. Следовательно, они становятся уязвимыми для эпигенетической дисрегуляции. Говоря более конкретно, как материнские, так и отцовские аллели подвергаются деметилированию после оплодотворения. Внутри эмбриона происходит перепрограммирование генетического типа, состоящее из новых специфических метилирований. Гены, которые импринтируются, изолируются от перепрограммирования эпигенетического типа после оплодотворения, что делает возможной передачу аномальных паттернов метилирования потомству [24]. Rasgrfl, Igf2/H19, Zdbf2 и Dlk-Gtl2 – это гены, которые метилированы в сперматозоидах. Модельный ген H19 кодирует белок 29k, а также цитоплазматическую РНК нетранслируемого типа, участвующую в транспорте/синтезе и процессинге РНК. ДМР H19 не метилирован по материнскому аллелю. По этой причине становится возможной экспрессия H19, что подавляет ген инсулиноподобного фактора роста 2 (англ. insulin-like growth factor, IGF2). Метилирование аллеля H19 ДМР отцовского рода блокирует экспрессию гена IGF2 [10]. У мужчин с нормозооспермией метилирование гена H19 связано с повышением уровня активных форм кислорода (АФК). Согласно данным метаанализа, в котором анализировались отклонения в метилировании ДНК сперматозоидов, относящиеся к импринтированным генам, MEST и уровни метилирования малого ядерного рибонуклеопротеина N (англ. small nuclear ribonucleoprotein polypeptide N, SNRPN) были значительно выше у мужчин с идиопатическим бесплодием по сравнению с фертильными мужчинами. Кроме того, было обнаружено, что уровни метилирования H19 ДМР у бесплодных мужчин ниже, чем у фертильных [28]. Согласно этим данным, гиперметилирование SNRPN и гипометилирование импринтированной контрольной области H19 (англ. imprinted control region, ICR) связаны с бесплодием. Риск этой взаимосвязи возрастает при наличии привычки к курению. Более того, употребление алкоголя приводит к метилированию ДНК в областях регуляторного типа, относящихся к импринтированному гену H19 в сперматозоидах человека и мыши. Однако влияние метилирования ДНК, индуцированного алкоголем, на фертильность следует исследовать дополнительно [12, 28]. Глобальное гипометилирование ДНК происходит при использовании ВРТ. Более того, на фоне ВРТ был зарегистрирован повышенный риск, связанный с импринтированными расстройствами. Это привело к появлению аргумента о том, что ВРТ может привести к гипометилированию. В ходе исследования спермы, полученной от лиц с олигоастенотератозооспермией, было выявлено глобальное метилирование ДНК, которое значительно отличалось от контрольной группы. Было показано, что вышеуказанные эпигенетические аномалии могут снижать фертильность человека [24].

Реорганизация хроматина / Chromatin reorganization

Благодаря реорганизации хроматина сперматозоидов становится возможной упаковка большого количества ДНК в крошечное ядро. Протамины известны как небольшие белки, которые специфичны для сперматозоидов. Протамины служат для организации хроматина в ядрах сперматозоидов, замещая в нем гистоны. Таким образом, это вызывает уплотнение ядер сперматозоидов, увеличивая их подвижность. Более того, протаминирование предотвращает деградацию генома сперматозоидов, а также окисление и образование вредных молекул [10]. На заключительных фазах сперматогенеза подвижные сперматозоиды появляются из гаплоидных круглых сперматид. Хроматин подвергается радикальной перестройке, в ходе которой почти все (90–95 %) H2A, H2B, H3 и H4 (гистоны ядра нуклеосом) сначала заменяются переходными белками, а затем протаминами [12].

Известно, что сперматозоиды являются клетками чрезвычайно специализированного типа. В процессе сперматогенеза почти все гистоны хроматина (90–95 %) заменяются протаминами, которые представляют собой крошечные ядерные белки, богатые аргинином. Вышеуказанный процесс обеспечивает значительное уплотнение ДНК, снижает уязвимость к внешним факторам и представляет собой механизм глушения генов. На ранних стадиях протаминирования усиливается ацетилирование гистонов, что поддерживает действие фермента ДНК-топоизомеразы, за которым следует замена гистонов, содержащих переходные белки (англ. transition proteins, ТРs) TP1 и TP2. Указанные ДНК-связывающие белки запускают удаление, а также последующую замену гистонов одинаково экспрессируемыми протамином 1 (P1) и протамином 2 (P2) [10, 29].

После протаминирования хроматина сперматозоидов можно наблюдать организацию ДНК на трех уровнях: тороидальные структуры, образованные протаминами (90–95 %), нуклеосомы (5–10 %), участвующие в основных стадиях развития эмбриона наряду с так называемыми участками связывания с матриксом. Сегменты ДНК не содержат тороидальных структур или нуклеосом. Области прикрепления к матриксу (англ. matrix attachment regions, MAR) обеспечивают структурную поддержку хроматина, действуют как промоторы в формировании отцовского пронуклеара после оплодотворения и способствуют нормальному эмбриогенезу. Таким образом, отклонения, связанные с содержанием протамина, могут влиять на эпигенетическую информацию, передаваемую ДНК отцовской линии. Соответственно, состояние протаминирования сперматозоидов также влияет на результаты ВРТ [24].

Повреждения гистонов / Histone damage

Модификации гистона (англ. histone, Н) отрицательно или положительно влияют на связывание регуляторных факторов с ДНК, что приводит к снижению или усилению активности экспрессии генов. Специфические модификации, например, ацетилирование H3 и H4, метилирование H3K4, а также убиквитинирование H2B увеличивают экспрессию генов в ткани яичек. Напротив, метилирование H3K27 наряду с H3K9 и убиквитинирование H2A приводят к подавлению экспрессии генов. Было высказано предположение, что метилирование H3K4 и H3K27 стимулирует как инактивацию, так и активацию экспрессии генов [24, 30]. Сохранившиеся гистоны видны в генных кластерах импринтированного типа, и поэтому протаминирование, а также изменения в остаточных гистонах могут быть распространенной причиной мужского бесплодия. Соответственно, исследование, оценивающее 291 цикл ВРТ, выявило влияние соотношения гистонов и протаминов (англ. histone-protamine ratio, HPR) на эмбриональное развитие и результаты ВРТ. Частота образования бластоцист при значении HPR 6–26 % была значительно выше (87 ± 8 %), чем та, которая была достигнута при HPR > 6 % (74 ± 6 %) или < 6 % (71 ± 2 %). Таким образом, HPR, по-видимому, оказывает влияние на развитие эмбриона [31]. Исходя из этих данных, можно предположить, что в программах ВРТ должны использоваться сперматозоиды, не содержащие протамина.

Кодирующие и некодирующие молекулы РНК сперматозоидов / Sperm coding and non-coding RNAs

Исследования в большей степени сместились в сторону выяснения функций этих кодирующих и некодирующих РНК. Хотя в транскрипционном отношении сперматозоиды находятся в состоянии покоя, показано, что они содержат некодирующую (нкРНК) и кодирующую (мРНК) РНК. Эти молекулы РНК являются ключевыми факторами для эпигенетического наследования в широком спектре, эмбрионального развития, а также сперматогенеза. Сперматозоиды несут тысячи различных РНК, включая нкРНК, антисмысловую РНК, малые интерферирующие РНК, микроРНК, длинную нкРНК, а также piwi-РНК (наиболее крупный класс малых некодирующих РНК, экспрессируемых в клетках животных), и с помощью различных механизмов участвуют в модуляции экспрессии генов посредством прерывания трансляции мРНК [24]. Анализ транскриптомных данных сперматозоидов мужчин с идиопатическим бесплодием выявил различные профили РНК среди когорт пациентов и подчеркнул их потенциальную роль в мужской фертильности [32]. Было показано, что токсиканты окружающей среды влияют на заболевания яичек и эпигенетическое трансгенерационное наследование мужского бесплодия. Она включает эпигенетические изменения в зародышевой линии (например, в сперматозоидах), влияющие на эпигеном и транскриптом ранних эмбриональных стволовых клеток. Поскольку у мужского населения наблюдается снижение количества сперматозоидов и резкий рост бесплодия, наблюдения показывают, что заболевания яичек могут быть важным компонентом этиологии мужского бесплодия, способствующим эпигенетическому трансгенерационному наследованию [33]. В другом исследовании анализ метиломы отдельных бластоцист выявил значительные изменения в 6609 участках CpG, связанных с длительным бесплодием (≥ 60 мес) у мужчин, по сравнению с контрольной группой. Таким образом, длительное бесплодие связано с модифицированным метиломом в эуплоидных бластоцистах с особой концентрацией на регуляции геномного импринтинга [34].

Эпигенетические аспекты терапии бесплодия / Epigenetic aspects of fertility treatment

ЭКО является наиболее часто используемым методом ВРТ. Другие методы лечения бесплодия, включающие контролируемую стимуляцию яичников и индукцию овуляции, обеспечивают 4–6 % живорождений [35]. ВРТ могут повышать риск артериальной гипертензии, предлежания плаценты, отслойки плаценты, гестационного сахарного диабета, преждевременных родов, послеродовых кровотечений, а также перинатальной смертности [36]. Бесплодие по материнской линии обусловлено несколькими причинами, которые могут повлиять на последующую плацентацию, а также на имплантацию, приводя к неблагоприятным исходам, таким как СПКЯ, необъяснимое бесплодие, эндометриоз и плацентарная дисфункция. В структуре женского бесплодия на долю СПКЯ приходится около 5–10 % случаев. СПКЯ – это эндокриннометаболическое расстройство, которым страдают 8–21 % женщин в России [37]. Даже после достижения овуляции у женщин с СПКЯ, по-видимому, снижается кумулятивный показатель беременности по сравнению с субфертильными популяциями [38]. Эндометриоз представляет собой заболевание, проявляющееся, как правило, разрастанием эндометрия за пределами матки, приводящее к бесплодию, дисменорее, а также тазовым болям. Им страдают примерно 10 % женщин репродуктивного возраста. Примерно 25–50 % бесплодных женщин могут быть больны эндометриозом, а 30–50 % женщин с эндометриозом могут быть бесплодны [39]. Эпигенетические и генетические причины бесплодия наряду с ВРТ влияют на процессы плацентации и имплантации. Это приводит как к краткосрочным, так и к долгосрочным неблагоприятным исходам для матери и плода [22].

Нарушения в одном гене могут быть причиной как первичного бесплодия, так и заболевания, которое может способствовать развитию бесплодия. Тем не менее это не объясняет многие многофакторные причины [40]. Недавно появились данные о роли однонук-
леотидных полиморфизмов (англ. single nucleotide polymorphisms, SNP) в развитии заболеваний, вызывающих бесплодие [41].

Наследуются эпигенетические модификации, которые не могут быть вызваны изменениями в последовательности ДНК. На заболевания влияют факторы окружающей среды и генетическая изменчивость [42]. Эти механизмы регуляции генов содержат некодирующие регуляторные элементы и метилирование ДНК. Они регулируют паттерны экспрессии генов, изменяя доступность ДНК и структуру хроматина [22]. Короткие некодирующие РНК, содержащие длинные некодирующие РНК, а также микроРНК влияют на общую экспрессию генов в транскриптоме. Более длинные некодирующие РНК представляют собой одноцепочечные некодирующие РНК, содержащие 200 нуклеотидов. МикроРНК состоят из 18–24 нуклеотидов, которые модулируют экспрессию генов посредством эффектов посттранскрипционного типа [43]. У людей было обнаружено более 2000 микроРНК, и они составляют треть всех генов, обнаруженных в геноме [44]. Несмотря на этиологические основы бесплодия, эпигенетические изменения, возникающие в результате его лечения, играют определенную роль в хронических долгосрочных нарушениях, включая дифференциальное метилирование генов, которое жизненно важно для развития и роста [22]. Пока не определено, связан ли какой-либо из указанных дифференциально измененных генов с лечением или с бесплодием. В одном исследовании было подчеркнуто, что введение антиоксидантов детям, рожденным в результате ЭКО, повышает биодоступность оксида азота и реакцию сосудов как в системном, так и в легочном кровообращении [45]. Результаты подчеркивают, что индуцированная ВРТ сосудистая дисфункция у молодых людей обратима, несмотря на окислительно-восстановительную регуляцию. Таким образом, важно получить полное представление о факторах, которые играют важную роль в лечении бесплодия и могут улучшить его результаты.

Факторы питания, повышающие риск бесплодия / Dietary factors that increase infertility risk

Ключевая модель питания, характерная для развитых и развивающихся стран, получила название западной диеты. Западная диета характеризуется простыми углеводами, насыщенными и трансжирными кислотами, а также высоким потреблением животного белка наряду с незаменимыми ненасыщенными жирными кислотами с низким содержанием пищевых волокон [46]. Широкое распространение такой диеты привело к снижению качества спермы [46]. Обработанное мясо или, как указано в ряде источников, красное мясо, жирные молочные продукты, алкоголь, сладости и подслащенные напитки, кофе, картофель, дефицит цельнозерновых продуктов, фруктов и овощей, рыбы и морепродуктов, орехов, птицы и обезжиренных молочных продуктов ослабляют показатели спермы и вызывают низкую фертильность [47, 48].

Диета с высоким содержанием жиров в сочетании с ожирением негативно влияет на природу сперматозоидов, а также на развитие и здоровье потомства на протяжении всей жизни. Неправильные модели питания, такие как недостаточное потребление антиоксидантов, высокая калорийность, а также нарушение режима питания наблюдались у бесплодных мужчин [48]. Было замечено, что более низкое содержание фолиевой кислоты в рационе может модифицировать эпигеном сперматозоидов мышей и индуцировать неблагоприятные исходы беременности [49]. В систематическом обзоре и метаанализе была выявлена взаимосвязь между уровнем фолиевой кислоты и качеством спермы, фертильностью, врожденными пороками развития, а также массой плаценты [50]. Неправильное питание отца и/или матери может повлиять на эпигенетические признаки потомства и в итоге привести к бесплодию [51].

Фитоэстрогены / Phytoestrogens

Существуют некоторые разногласия относительно влияния фитоэстрогенов на репродуктивное здоровье мужчин. Фитоэстрогены – это соединения растительного происхождения, обладающие эстрогеноподобной активностью. Сродство фитоэстрогенов к рецепторам эстрогена в 100–1000 раз ниже, чем у эстрогена [52]. После того как фитоэстрогены связываются с рецепторами с помощью лигандов, они транспортируются из цитоплазмы в ядро, обеспечивая экспрессию специфических генов. В то же время, поскольку фитоэстрогены имеют стероидоподобную структуру, они могут связываться с рецепторами на поверхности клеток [53]. Благодаря этим свойствам фитоэстрогены могут оказывать влияние на все процессы, которые подавляют синтез глобулина, связывающего половые гормоны (англ. sex hormone binding globulin, SHBG), регулируемого эстрогенами, и ароматизацию тестостерона [54]. Помимо эффектов эстрогенного характера, они обладают антимутагенными и антиоксидантными свойствами [55]. Существующие исследования не показывают, что потребление сои в умеренных количествах связано с повышенным риском бесплодия, ухудшением качества спермы или снижением уровня тестостерона в крови. Наоборот, в некоторых случаях было выявлено повышение качества спермы [56]. Несмотря на наличие исследований, которые связывают регулярное потребление соевых продуктов со снижением количества сперматозоидов у мужчин и снижением фертильности у женщин, большинство исследований показали, что потребление соевых продуктов или соевых добавок не влияет на фертильность у людей и может даже увеличить коэффициент живорождения при ВРТ [57–59]. Кроме того, потребление соевых продуктов может даже снизить риск овуляторного бесплодия у женщин [59]. Однако необходимы дальнейшие исследования, изучающие влияние фитоэстрогенов, чтобы иметь возможность точно определить влияние потребления изофлавонов на фертильность.

Антиоксиданты / Antioxidants

В Кокрановском обзоре, в котором были опубликованы рандомизированные контролируемые исследования антиоксидантных добавок при лечении бесплодия, сообщалось, что антиоксидантные добавки не оказывают никакого влияния на увеличение продолжительности беременности или живорождаемости [60]. Тем не менее дефицит селена связан с нарушениями в репродуктивной системе. Сообщается, что селен поглощает молекулы перекиси водорода, уменьшая выработку АФК в сперматозоидах и повышая активность глутатионпероксидазы-1. Ежедневное введение 400 МЕ витамина Е и 200 мкг селена в течение 100 дней бесплодным мужчинам в возрасте 20–45 лет привело к увеличению подвижности сперматозоидов на 52,6 %, а беременность наступила в 10,8 % случаев в результате проводимой терапии [61]. С другой стороны, при лечении бесплодия прием добавок селена в качестве монотерапии неэффективен. Например, добавки селенита в дозе 200–300 мг/сут, дрожжи, обогащенные селеном, а также высокое потребление селена с пищей не оказали положительного влияния на активность сперматозоидов, несмотря на повышенную концентрацию селена в сперме [62]. Другое исследование показало, что комбинация 100 мкг селена и 1 мг витамина А улучшает подвижность сперматозоидов у субфертильных мужчин с низким уровнем селена. Цинк, еще один микроэлемент-антиоксидант, необходим для конденсации ДНК сперматозоидов. Низкое содержание цинка в хроматине сперматозоидов связано с мужским бесплодием. Известно, что селен и цинк положительно влияют на концентрацию сперматозоидов и их подвижность [63]. Также было высказано предположение, что недостаточное потребление цинка может нарушить антиоксидантную защиту и быть важным фактором риска высвобождения АФК, что способствует окислительному повреждению сперматозоидов. Было обнаружено, что у мужчин с идиопатической астенозооспермией или олигоспермией пероральные добавки цинка положительно влияют на подвижность, морфологию и количество сперматозоидов [64].

Витамины / Vitamins

Витамин В₁₂ и фолиевая кислота находятся в стадии изучения на предмет их благотворного влияния на фертильность. В то время как влияние дефицита фолиевой кислоты, а также метаболизма гомоцистеина на дефекты нервной трубки хорошо известны, доказательства влияния фолиевой кислоты на фертильность менее очевидны [65]. Считается, что фолиевая кислота может оказывать благотворное влияние на фертильность при лечении бесплодия. Фолиевая кислота участвует в синтезе ДНК и является очень важным витамином для гаметогенеза, оплодотворения и беременности [66]. Низкое потребление фолиевой кислоты связано с ановуляцией. Было показано, что увеличение запасов фолиевой кислоты в организме улучшает качество яйцеклеток во время процедуры ЭКО [67]. Когортное исследование показало, что прием добавок фолиевой кислоты у бесплодных женщин снижает концентрацию гомоцистеина и увеличивает концентрацию фолиевой кислоты в фолликулярной жидкости, что было связано с повышением шансов формирования беременности и улучшением качества эмбриона [68]. Другое исследование, проведенное в Польше, определило, что у женщин, принимавших добавки фолиевой кислоты до лечения, были обнаружены яйцеклетки лучшего качества, а также более высокая степень их зрелости по сравнению с контрольной группой [69]. Рекомендуется, чтобы все женщины детородного возраста принимали добавку фолиевой кислоты в дозе 400 мкг/сут и включали в свой рацион темно-зеленые листовые овощи, которые являются богатыми источниками фолиевой кислоты [52]. В исследовании, проведенном на субфертильных женщинах, было продемонстрировано, что вероятность забеременеть была на 16 % выше в группе, принимавшей поливитаминную добавку с 400 мкг/сут фолиевой кислоты, по сравнению с группой, принимавшей плацебо [70]. Cтоит отметить, что высокие уровни фолиевой кислоты связаны с худшими исходами беременности после ЭКО, о чем свидетельствуют результаты ряда проведенных исследований [71, 72]; именно поэтому важно не допускать ее избытка (не использовать препараты с 800 мкг, 5 мг и т. п.).

Недостаточное потребление фолиевой кислоты, витаминов В₆ и В₁₂, которые влияют на выработку гомоцистеина в период до зачатия, связано с нарушением фертильности. Недостаточное потребление этих витаминов может вызвать повышение уровня гомоцистеина, вызывая гипергомоцистеинемию. Очевидно, что повышенный уровень гомоцистеина в фолликулярной жидкости обратно пропорционален качеству яйцеклеток и эмбрионов и ухудшает результаты ВРТ, включая ЭКО и стимуляцию яичников [69].

Витамины А, С и Е (каротиноиды, аскорбиновая кислота, α-токоферол) могут обеспечивать антиоксидантно–прооксидантную стабильность и защищать генетическое единство сперматозоидов, предотвращая окислительное повреждение ДНК, увеличивая количество подвижных сперматозоидов, а также их количество. Сообщалось, что добавка витамина С оказывает положительное влияние на бесплодие, индуцированное стрессовым фактором, благодаря повышению уровня тестостерона и антиоксидантному эффекту. Также утверждается, что прием высоких доз витамина С повышает уровень тестостерона, воздействуя на ось гипоталамус–гипофиз–яички [73]. Считается, что антиоксиданты, связанные с бесплодием, – это витамины А, С, Е, цинк, селен, глутатион, коэнзим Q10 (англ. coenzyme Q10, СоQ10), карнитин и ликопин. В дополнение к их положительному воздействию на свободные радикалы они также оказывают положительный эффект при бесплодии [74].

Рецепторы витамина D находятся в яичниках, матке, эндометрии и плаценте. Сообщалось, что влияние витамина D на бесплодие может также проявляться в повышении уровня интерлейкина-6 (англ. interleukin-6, IL-6), который является одним из провоспалительных цитокинов. В ходе исследования было обнаружено, что женщины как с низким уровнем витамина D в сыворотке крови, так и с высоким уровнем IL-6 имели в 6–10 раз более высокий риск бесплодия из-за трубных факторов [75]. Также было обнаружено, что воспалительные факторы, такие как IL-6, были повышены у лиц с эндометриозом, осложненным бесплодием [76].

Кроме того, установлено, что существует прямая корреляция между качеством спермы и уровнем 25(OH) витамина D в сыворотке крови у мужчин, а рецепторы витамина D (англ. vitamin D receptors, VDR) значительно ниже у бесплодных мужчин по сравнению с фертильными межчинами [67]. У взрослых низкий уровень витамина D в сыворотке крови также связан с низким количеством сперматозоидов и изменениями морфологии сперматозоидов и их подвижности [77]. В другом исследовании, проведенном на бесплодных женщинах, было установлено, что не существует статистически значимой разницы между женщинами с адекватным уровнем 25(OH) витамина D в сыворотке крови и без него с точки зрения фолликулостимулирующего гормона (ФСГ) и антимюллерова гормона (АМГ) [78]. Утверждается, что благотворное воздействие витамина D на репродуктивное здоровье проявляется не только через VDR в половых клетках, но и через способность других органов мужской репродуктивной системы экспрессировать VDR. Витамин D также необходим для трансклеточного переноса кальция из сыворотки в придаток яичка, который необходим для подвижности сперматозоидов при их созревании [67]. Пищевые добавки с антиоксидантами, такими как L-карнитин и CoQ10, могут значительно улучшить параметры спермы [78]. Использование антиоксидантных пищевых добавок при лечении мужского бесплодия может быть в центре внимания будущих исследований. Существуют также исследования, утверждающие обратное [58]. В другом исследовании сообщалось, что добавки питательных микроэлементов, таких как витамины В₆, С, а также D и Е наряду с фолиевой кислотой, железом, селеном и йодом, могут оказывать положительное влияние на лечение бесплодия [4]. Железо, медь и марганец играют важную роль в развитии плода, положительно влияя на женскую репродуктивную систему. Но тем не менее как избыток, так и дефицит необходимых микроэлементов связывают с неблагоприятными исходами беременности, то же касается и бесплодия у женщин [79].

Заключение / Conclusion

Лечение бесплодия – трудоемкий, дорогостоящий, а также психологически сложный процесс. Поскольку существуют некоторые немодифицируемые факторы, определяющие успех вспомогательных репродуктивных технологий, основное внимание следует уделять оптимизации поддающихся модификации параметров, повышающих фертильность и эффективность лечения бесплодия. На эпигенетические механизмы могут влиять многочисленные параметры, а именно, старение, факторы окружающей среды, энергетическая ценность рациона питания, а также потребление трансжирных и насыщенных кислот, потребление моно- и полиненасыщенных жирных кислот (особенно омега-3), источников животного белка и других соединений.

Несмотря на то что эпигенетические механизмы, питание и пищевые добавки, обсуждаемые в этом обзоре, влияют на бесплодие, а рекомендуемая доза еще не определена, было отмечено, что они могут оказывать положительное влияние на фертильность. Однако необходимы более всесторонние и лонгитюдные исследования на людях, изучающие связь эпигенетических механизмов, а также факторов питания с мужскими и женскими репродуктивными функциями.