Миоинозитол и D-хироинозитол в комплексе с фолатами и марганцем как факторы мужского здоровья: воздействие на структуру и фертильность сперматозоидов

Введение / Introduction

Бесплодие определяется как неспособность пары зачать ребенка по прошествии одного года без контрацепции. Это состояние стало глобальной проблемой здравоохранения, затрагивающей около 187 млн пар по всему миру, и примерно в половине случаев оно обусловлено мужским фактором. Окислительный стресс является распространенной причиной ряда состояний, связанных с мужским бесплодием. Высокий уровень активных форм кислорода (АФК) ухудшает качество спермы, снижая ее подвижность и усиливая окисление ДНК, белков и липидов. Прием мультиантиоксидантных добавок считается эффективным для улучшения показателей мужской фертильности благодаря синергетическому эффекту антиоксидантов [1].

Помимо микронутриентов и нутрицевтиков с ярко выраженными антиоксидантными свойствами (витамины С, Е, полифенолы и др.), другие микронутриенты также улучшают качество спермы [1]. В частности, инозитолы (витамин В₈) играют регулирующую роль в мужской и женской репродуктивной функции, влияя на развитие ооцитов, сперматозоидов и эмбрионов [2]. Такие формы инозитолов, как миоинозитол (МИ) и D-хироинозитол (ДХИ), являются субстратом для биосинтеза фосфатидилинозитол фосфатов (англ. phosphatidylinositol phosphates, PIPs) – важной разновидности сигнальных молекул, играющих важнейшие роли в цитогенезе, морфогенезе и росте клеток, в том числе развитии гаметоцитов и оплодотворении [3].

Инозитолы важны для матурации гаметоцитов: и ооцитов, и сперматозоидов, и оплодотворения. Комбинированная терапия МИ плюс ДХИ улучшает результаты экстракорпорального оплодотворения (ЭКО) [4]. Добавление МИ к фолиевой кислоте у пациенток без синдрома поликистозных яичников (СПКЯ), проходящих циклы интрацитоплазматической инъекции сперматозоида (ИКСИ), т. е. процедуру введения сперматозоида в цитоплазму ооцита, позволяет уменьшить число используемых для ИКСИ зрелых ооцитов и увеличить число случаев успешной имплантации оплодотворенных ооцитов [5]. Высокие концентрации МИ в фолликулярной жидкости играют важную роль в созревании фолликулов и в эмбриональном развитии [6]. Концентрация МИ в семенных канальцах существенно выше, чем в сыворотке крови [7], и увеличивается при движении клеток через придатки яичка и семявыносящие протоки [8].

В настоящей статье представлены результаты систематического анализа воздействия инозитолов на структуру и функцию мужских гамет – сперматозоидов. Как показал проведенный анализ, МИ/ДХИ, их биологически активные производные, марганец и фолаты играют ключевые роли в функционировании сперматозоидов, начиная с их вызревания и заканчивая оплодотворением ооцитов. Далее последовательно рассмотрено участие МИ и ДХИ в оплодотворении ооцитов, в том числе через инозитол-зависимые ферменты и формирование гликозил-инозитоловых «якорей» белков. Рассмотрены результаты экспериментальных и клинических исследований моделей глубокого дефицита инозитолов (делеции определенных генов), а также воздействия МИ/ДХИ и их синергистов на подвижность сперматозоидов, в том числе через модуляцию их электрических полей.

Молекулярные механизмы участия миоинозитола и D-хироинозитола в поддержке функционирования гамет / Myonositol and D-chiroinositol molecular mechanisms in supporting gamete functioning

Сложность сигнальных путей, в которые вовлечены производные МИ и ДХИ, позволяет утверждать, что внутриклеточная сигнализация с участием МИ/ДХИ – своего рода «биологический код», который нуждается в расшифровке. Системно-биологический анализ белков протеома человека, проведенный в рамках такой расшифровки, показал, что МИ и ДХИ участвуют в поддержке сердечно-сосудистой системы, иммунитета (снижение аутоиммунных воспалительных реакций), функционировании центральной нервной системы (профилактика когнитивных расстройств, депрессий), метаболизме сахаров (прежде всего, в сигнальном каскаде инсулина и профилактике диабета), в функционировании почек и печени, в других физиологических процессах и способствуют торможению полиорганной патологии [9].

Хорошо известно, что МИ и ДХИ полезны при женском бесплодии, а их влияние на мужское бесплодие интенсивно изучается. Применение МИ и ДХИ улучшает биофункциональные параметры гамет, повышая мембранный потенциал митохондрий, компактность хроматина сперматозоидов, снижая фрагментацию ДНК и окислительный стресс. Благодаря инсулиносенсибилизирующему действию МИ и ДХИ (особенно в соотношениях МИ:ДХИ = 10:1 и 5:1 [10]), эти молекулы весьма полезны для лечения бесплодия, ассоциированного с инсулинорезистентностью и ожирением. Способствуя повышению внутриклеточного уровня кальция, инозитолы могут усиливать подвижность сперматозоидов, в том числе через поддержку функции митохондрий [11].

МИ и ДХИ улучшают подвижность сперматозоидов и могут быть назначены пациентам с идиопатической патоспермией. На метаболическое бесплодие, вызванное ожирением, нарушением соотношения эстрогенов и андрогенов и инсулинорезистентностью, можно воздействовать как МИ, так и ДХИ, благодаря их инсулиносенсибилизирующему действию. Наконец, МИ может повышать чувствительность к эффектам эндогенного фолликулостимулирующего гормона (ФСГ) (рис. 1).

Благодаря участию в описанных выше каскадах передачи эндокринных сигналов, дотации МИ и ДХИ способствуют улучшению функционирования сперматозоидов. Будучи эффективной альтернативой классическим инсулиновым сенсибилизаторам, МИ и ДХИ хорошо переносятся и являются полезными средствами для профилактики и лечения метаболических и репродуктивных нарушений, в том числе приводящих к нарушениям мужской фертильности (например, к аномалиям сперматогенеза). Криоконсервация гамет с разбавителем, обогащенным МИ, улучшала общее количество подвижных и прогрессивно подвижных клеток (p < 0,05) [12]. МИ и ДХИ влияют на стероидогенез, регулируя уровни андрогенов и эстрогенов. В частности, ДХИ опосредует инсулин-индуцированный биосинтез тестостерона и напрямую влияет на синтез эстрогенов, модулируя экспрессию фермента ароматазы [13].

Миоинозитол/D-хироинозитол и процесс оплодотворения ооцитов // Myoinositol/D-chiroinositol and oocyte fertilization

Обеспеченность МИ/ДХИ важна для вызревания, движения сперматозоидов по маточным трубам и для процесса оплодотворения. МИ/ДХИ оказывают воздействие на созревание и функционирование сперматозоидов, регулируя осмолярность и объем семенной плазмы, экспрессию белков, необходимых для эмбриогенетического развития, и подвижность сперматозоидов [14]. Достаточные концентрации МИ/ДХИ в питательной среде культуры клеток значительно увеличивают процент подвижных сперматозоидов как у здоровых мужчин, так и у пациентов с олигоастенотератозооспермией. Улучшение подвижности в последней группе было связано, в частности, со значительным увеличением доли сперматозоидов с высоким мембранным потенциалом митохондрий [15].

Сигнальный миоинозитол-зависимый белок фосфатидилинозитол-3-киназа (англ. phosphatidylinositol- 3-kinase, PI3K) участвует в передаче сигнала от рецепторов различных гормонов, ростовых факторов и цитокинов, активность которых важна для вызревания сперматозоидов. В частности, фермент PI3K необходим для передачи внутриклеточного сигнала от рецептора интерлейкина-1β (англ. interleukin, IL-1β) в клетках Сертоли (рис. 2). IL-1β обеспечивает тонкую настройку клеточных процессов, вовлеченных в поддержание сперматогенеза. Ингибитор PI3K вортманнин уменьшает стимулируемый IL-1β транспорт глюкозы и синтез молочной кислоты, необходимых для нормального развития сперматозоидов [16]. Клетки предварительно инкубировали в течение 15 минут с вортманнином (0,01 и 0,1 ммоль/л) и затем стимулировали в течение 15 минут 50 нг/мл IL-1β. В норме активация миоинозитол-зависимой PI3K при связывании IL-1β одноименным рецептором приводит к увеличению фосфорилированной формы важнейшего сигнального белка – протеинкиназы В (англ. phosphorylated protein kinase B, P-РКВ) без изменения общего уровня протеинкиназы В (англ. total PKB, T-РКВ). Очевидно, что применение ингибитора PI3K привело к значительному снижению фосфорилированной формы (P-РКВ).

Фосфат-производные миоинозитола необходимы для поддержания термотаксического ответа сперматозоидов при движении по маточным трубам. В норме капацитированные сперматозоиды обладают термотаксисом, т. е. способны различать даже небольшую разницу в температуре (доли градуса) и передвигаться по яйцеводу из области с более низкой температурой в область с более высокой температурой. Исследование in vitro показало, что процесс термотаксиса подавляется ионом гадолиния (Gd³⁺), который является блокатором кальциевых каналов, и 2-аминоэтоксидифенил боратом (англ. 2-aminoethoxydiphenyl borate, 2-APB), который является специфическим ингибитором инозитол-1,4,5-трифосфат рецепторов (англ. inositol-1,4,5-triphosphate receptors, IP3R) (рис. 3).

Таким образом, активация миоинозитол-зависимых рецепторов (IP3R) стимулирует секрецию кальция из внутриклеточных компартментов в цитоплазму [17], обеспечивая термотаксис сперматозоидов. Сперматозоиды предварительно инкубировали в течение 20 минут с 2-APB (0,3 ммоль/л) – ингибитором IP3R или с Gd³⁺ (40 мкмоль/л) – ингибитором кальциевых каналов.

Инозитол-зависимая фосфолипаза С-дзета как основной белок, инициирующий капацитацию и акросомную реакцию в сперматозоидах в процессе оплодотворения / Inositol-dependent phospholipase С-zeta as the major protein initiating capacitation and acrosome reaction in sperm during fertilization

Перед взаимодействием с ооцитом сперматозоиды претерпевают ряд биохимических и физиологических изменений, известных как «капацитация», которая включает удаление с апикального тельца сперматозоида гликопротеиновой оболочки, после чего сперматозоид, не меняясь морфологически, приобретает способность к оплодотворению. Затем происходит так называемая «акросомная реакция» – определенное изменение в форме гамет. Акросома является своего рода «покрытием» передней половины головки сперматозоида, которая по мере того как сперматозоид приближается к ооциту, претерпевает изменение формы, направленное на слияние спермы с плазматической мембраной ооцита.

Специфический для сперматозоидов белок фосфолипаза С-дзета (англ. phospholipase C-zeta, PLCz) участвует в активации яйцеклетки, и недостаток активности PLCz связан с мужским бесплодием. Некоторые типы генетического мужского бесплодия включают нарушения экспрессии, внутриклеточной локализации, структуры и функции PLCz в мужских гаметах [18].

В норме внутриклеточная локализация PLCz наблюдается в области акросомы, экваториальном сегменте и в постакросомной области, а при нарушениях фертильности отмечается резкое снижение уровня PLCz наряду с абнормальной локализацией фермента в головке сперматозоида (рис. 4) [19].

Фосфолипаза С-дзета принципиально необходима для успешного оплодотворения ооцита и развития эмбриона, так как участвует в формировании колебаний уровня кальция в ооците (рис. 5) в ходе «активации ооцитов» – одной из самой ранних стадий эмбриогенеза. По оплодотворении самым ранним событием является резкий подъем ионов кальция (Ca²⁺) ооцита, за которым следует деление оплодотворенной яйцеклетки. Именно PLCz, поступающая из сперматозоида, и опосредует секрецию Ca²⁺ из внутриклеточных депо путем гидролиза мембраны с образованием инозитол-1,4,5-трифосфата (англ. inositol-1,4,5-triphosphate, IP3).

Фермент PLCz активирует синтез IP3, который стимулирует высвобождение кальция из внутриклеточных компартментов ооцита. Фермент PLCz наиболее активен в начале капацитации, в результате чего происходит временная инактивация PI3K. Одновременно IP3 взаимодействует с IP3-рецепторами (IP3R) 1-го и 3-го типов [20], которые и стимулирует секрецию Ca²⁺, ведущую к активации ооцита [21]. В процессе капацитации PLCz постепенно инактивируется протеинкиназой А, что снова активирует PI3K [22], что и приводит к возникновению колебаний уровня кальция (рис. 6).

Другие механизмы участия миоинозитола/D-хироинозитола в капацитации сперматозоидов / Other mechanisms for myoinositol/D-chiroinositol role in sperm capacitation

Возникающие при оплодотворении миоинозитол-опосредованные колебания внутриклеточной концентрации Са²⁺ стимулируют активность митохондрий. Митохондриальный синтез АТФ поддерживает колебания Са²⁺ и имеет принципиальное значение для фертильности [23].

МИ/ДХИ опосредуют воздействие стероидного гормона прогестерона на функционирование сперматозоидов. Прогестерон стимулирует приток Са²⁺ с помощью кальциевых каналов типов SOC (англ. store-operated channel; канал, управляемый депо кальция) и ROC (англ. receptor-operated channel; канал, управляемый рецептором кальция) и упоминаемой выше PLCz [24]. Кроме того, в некапацитированных сперматозоидах лептин повышает отток холестерина. В капацитированных сперматозоидах инсулин и лептин увеличивают активность инозитол-зависимого фермента PI3K [25].

Важно отметить, что инозитолы принимают участие в функции гаметоцитов через регуляцию взаимодействия этих клеток с электрическими полями. Функционирование гаметоцитов, также как кардиомиоцитов, нейронов и других видов клеток, существенно зависит от отклика клеток на внешние и внутренние электрические поля. В частности, белок потенциал-чувствительная фосфатаза (англ. voltage-sensitive phosphatase, VSP) проявляет потенциал-зависимую фосфатазную активность в отношении фосфопроизводных МИ/ДХИ. VSP активируется во время созревания сперматозоидов, что указывает на важность электрических сигналов в незрелых сперматозоидах. Примечательно, что мутантная форма фосфатазы VSP (V312R) со сниженной чувствительностью к электрическим полям демонстрирует аномальную подвижность сперматозоидов именно после капацитации (рис. 7). Кроме того, мутантная форма V312R демонстрирует значительные нарушения в структуре цепочек инозитолфосфатов. В целом, сбалансированное содержание фосфопроизводных МИ/ДХИ имеет важное значение для электрически-зависимой подвижности сперматозоидов [26].

Участие миоинозитола/D-хироинозитола в формировании гликозил-инозитоловых «якорей» белков // Myoinositol/D-chiroinositol in protein glycosyl-inositol anchor formation

МИ/ДХИ принципиально важны для поддержания структуры и функции сперматозоидов, так как участвуют в закреплении определенных белков на поверхности гамет. МИ/ДХИ входят в состав гликозилфосфатидилинозитолов (англ. glycosylphosphatidylinositol, GPI) – гликолипидных «якорей», посредством которых тот или иной белок закрепляется в клеточной мембране через липид на основе пальмитиновой кислоты. Нарушение процесса прикрепления и открепления белков, закрепленных на поверхности сперматозоидов с помощью МИ/ДХИ-зависимых GPI-якорей, приводит к мужскому бесплодию [27].

Например, белок PGAP1 (англ. post-GPI attachment protein-1; пост-GPI соединяющий белок-1) отделяет пальмитиновую кислоту от молекул МИ/ДХИ в GPI-якорях. Экспериментальная делеция гена PGAP1 приводит к тяжелым врожденным порокам развития и высокой ранней смертности. У выживших животных отмечались задержка роста (рис. 8) и выраженное снижение фертильности [27].

Важно отметить, что снижение фертильности животных с делецией PGAP1 было связано не со сниженным количеством сперматозоидов и не со снижением подвижности гамет, а с нарушением вхождения в маточные трубы и продвижения по ним (рис. 9). Такое нарушение оплодотворения, вероятно, связано с упоминавшейся выше взаимосвязью МИ/ДХИ со взаимодействием гамет с электрическими полями, направляющими движение клеток [28].

Кроме того, при делеции гена PGAP1 сперматозоиды характеризуются слабым связыванием с zona pellucida. Так, мутантная форма спермы показала связывание 2,9 сперматозоидов на яйцо, в норме – 11,9 (р = 0,0001). Фертильность мутантной формы составила 2,7 % по сравнению с 51,0 % для нормальных сперматозоидов (рис. 10) [28].

В целом, МИ/ДХИ-содержащие GPI-якоря играют важную роль в высвобождении внеклеточных белков во время капацитации, что позволяет сперматозоиду оплодотворять яйцеклетку. Обработка сперматозоидов фосфатидилинозитол-специфической фосфолипазой С (англ. рhosphatidylinositol-specific phospholipase С, PIPLC) приводит к расщеплению инозитоловых GPI-якорей этих белков – CD52 [29], GP20 [30] и др. и ухудшает фертильность спермы (рис. 11) [31].

Миоинозитол/D-хироинозитол и подвижность сперматозоидов // Myoinositol/D-chiroinositol and sperm motility

Делеция МИ/ДХИ-зависимого гена инозитол-полифосфат-5-фосфатазы (англ. inositol polyphosphate 5-phosphatase, INPP5B) является одной из известных экспериментальных моделей глубокого дефицита МИ/ДХИ. Сперматозоиды с делецией INPP5B-/- характеризуются значительным снижением оплодотворения ооцитов даже с удаленной zona pellucida [32]. Делеция INPP5B-/- приводит к снижению параметров подвижности (табл. 1) и фертильности сперматозоидов (рис. 12), несмотря на то что капацитация и акросомная реакция происходят.

Кроме того, отмечено снижение уровня белка фертилина на поверхности сперматозоида, который в норме проходит протеолиз при прохождении придатков яичка. Отклонения в созревании и функционировании сперматозоидов при делеции гена INPP5B ассоциированы с нарушениями функционирования клеток Сертоли [33].

В эксперименте прием МИ улучшал показатели состояния сперматозоидов у крыс со стрептозотоциновой моделью сахарного диабета. Животные (n = 18) были разделены на 3 группы: контрольная (n = 6), диабет (n = 6) и диабет+МИ (300 мг/кг, 56 суток). В группе с диабетом количество сперматозоидов, их жизнеспособность и нормальная морфология значительно снизились наряду с более низкими уровнями супероксиддисмутазы, тестостерона, ФСГ и лютеинизирующего гормона (ЛГ). В группе, получавшей МИ, количество сперматозоидов, их жизнеспособность, морфология и подвижность значительно улучшились (р < 0,001) на фоне повышения уровней тестостерона, ЛГ и ФСГ (р < 0,001) [34].

Клинические данные по использованию миоинозитола и D-хироинозитола при мужском бесплодии / Clinical data on myoinositol and D-chiroinositol use in male infertility

Прием пациентами 550 мг/сут МИ + 300 мг/сут ДХИ (приблизительно 2:1) в течение 3 месяцев улучшал состояние плазматической мембраны, zona pellucida и цитоплазмы сперматозоидов [35]. МИ повышал подвижность сперматозоидов от пациентов с астенозооспермией за счет повышения мембранного потенциала митохондрий (МПМ) сперматозоидов – биофункционального параметра сперматозоидов, тесно связанного с их подвижностью. Образцы 15 пациентов с астенозооспермией и 15 здоровых мужчин с нормозооспермией инкубировали с возрастающими концентрациями ДХИ (75 и 750 мкг/мл) или с фосфатным буферным физиологическим раствором (30 минут). Инкубация гамет с ДХИ значительно улучшала МПМ, показывая, что ДХИ положительно влияет на функцию митохондрий сперматозоидов in vitro [36] (рис. 13).

Метаанализ 16 рандомизированных исследований подтвердил влияние МИ на улучшение качества спермы и результатов ЭКО: терапия МИ оказывала положительное влияние на показатели спермы (общее количество подвижных и прогрессивно подвижных сперматозоидов), а также на уровень тестостерона (рис. 14). Терапия МИ была ассоциирована со значительным увеличением общего количества подвижных сперматозоидов (0,90 у.е.; 95 % доверительный интервал (ДИ) = 0,34–1,46; p = 0,001) и прогрессивно подвижных сперматозоидов (1,48 у.е.; 95 % ДИ = 0,37–2,59; p = 0,008). Кроме того, наблюдалось значительное повышение уровня тестостерона (0,54 у.е.; 95 % ДИ = 0,34–0,73; p < 0,0001) и значительное снижение количества сперматозоидов с фрагментацией ДНК (–1,37 у.е.; 95 % ДИ от –2,43 до –0,32; p = 0,01) [37].

Миоинозитол улучшает подвижность и митохондриальную функцию сперматозоидов у пациентов с олигоастенотератозооспермией (ОАТС). Сперматозоиды от 20 пациентов с ОАТС и от 20 здоровых мужчин инкубировали в пробирке с 2 мг/мл МИ или плацебо (фосфатно-солевой буфер) в течение 2 часов (рис. 15). Были определены параметры спермограммы, цитометрия была использована для анализа МПМ. МИ значимо (р < 0,05) улучшал подвижность клеток от пациентов: общее количество подвижных (с 28 ± 4 % до 42 ± 4 %), прогрессивно подвижных (с 25 ± 1 % до 33 ± 2 %), процент сперматозоидов с нормальным МПМ (с 58 ± 4 % до 80 ± 2 %). Отметим, что в соответствии с критериями Всемирной организации здравоохранения нормальные значения для общего количества подвижных сперматозоидов > 40 % и > 32 % для прогрессивно подвижных [38].

Марганец в поддержке функции гамет / Manganese in supporting gamete function

В настоящее время диагностирование мужского бесплодия основано на оценке показателей семенной жидкости, количества и качества сперматозоидов. Достаточно высокая частота диагностических ошибок свидетельствует о необходимости использования дополнительных биомаркеров в оценке функции сперматозоидов.

Такими биомаркерами являются уровни определенных микроэлементов. Микроэлементы являются жизненно важными компонентами для улучшения работы мужской репродуктивной системы из-за их участия в антиоксидантных и клеточных сигнальных путях [39].

Например, сравнение содержания микроэлементов у самцов стерильных мышей с делецией гена PМСА4 (кодирует Ca²⁺-АТФазу плазматической мембраны гамет) со здоровыми животными показало выраженные изменения в профилях эссенциальных элементов, особенно с антиоксидантыми свойствами (железо, марганец, селен, медь и цинк). Микроэлементный анализ образцов спермы (в том числе на содержание марганца) может быть весьма полезен для оценки жизнеспособности гамет [40].

Систематический анализ молекулярной физиологии марганца позволил выявить 27 молекулярных механизмов и 35 патологий, коморбидных нарушениям гомеостаза этого микроэлемента. Ионы марганца необходимы не только для поддержания менструального цикла, структуры соединительной ткани у беременной и плода, системы антиоксидантной защиты и лечения железодефицитной анемии, но и для поддержки функционирования гамет [41].

Марганец играет центральную роль в активации секреции репродуктивных гормонов и полового созревания у самцов крыс. В экспериментах in vitro наблюдалась дозозависимая стимуляция секреции ЛГ-рилизинг-гормона (ЛГРГ) медиальным базальным гипоталамусом, а введение антагониста рецепторов ЛГРГ in vivo блокировало вызванное марганцем высвобождение ЛГ. Когда мышам вводили MnCl₂ (25 мкг/кг per os, с 15-х по 55-е сутки), у животных наблюдалось повышение уровней ЛГ (p < 0,05), ФСГ (p < 0,01) и тестостерона (p < 0,01) (рис. 16). Кроме того, наблюдалось сопутствующее увеличение суточной продукции спермы (p < 0,05) и эффективности сперматогенеза (p < 0,05), что свидетельствует об ускорении сперматогенеза в присутствии марганца [42].

Исследование различных фармацевтических форм меди, цинка и марганца (сульфаты, гидроксихлориды, аминохелаты), скармливаемых баранам, указало на воздействия марганца на концентрацию тестостерона в плазме и на характеристики спермы. Концентрация тестостерона в плазме, активность антиоксидантных ферментов семенной плазмы и общая антиоксидантная емкость были выше (p < 0,05) в группах гидроксихлорида и аминохелата марганца, тогда как в группе сульфата марганца не было значительных изменений со дня 0, в то время как в контроле значения снизились (p < 0,05). С 42-го дня в группах гидроксихлорида и аминохелата марганца подвижность, жизнеспособность и функциональность мембран сперматозоидов улучшились (p < 0,05), а в контроле снизились (p < 0,05). В контрольной группе установлен самый высокий процент морфологически аномальных сперматозоидов на 70‑й день эксперимента (p < 0,05), а в группе аминохелата марганца найдено наименьшее число апоптотических сперматозоидов [43].

Добавление наносукцинатов марганца, цинка или меди к замораживающему разбавителю улучшало некоторые характеристики спермы баранов после размораживания. Например, добавление 5,0 мкг/л наносукцината Mn²⁺ значительно увеличило количество прогрессивно подвижных сперматозоидов и общую кинетику движения сперматозоидов на фоне повышения активности глутатионпероксидаз и каталаз, что важно для сохранения структурной целостности гамет [44].

Дотации марганца влияют на целостность мембран и мембранный потенциал митохондрий спермы быков. Шестьдесят быков Bos taurus indicus в возрасте 18–20 месяцев были случайным образом разделены на 4 группы по 15 особей, получавших диету, обогащенную марганцем, в течение 70 суток. Уровень Mn²⁺ в сперме положительно коррелировал с частотой неповрежденных сперматозоидов и отрицательно коррелировал с количеством поврежденных сперматозоидов и гамет с низким МПМ. Дотации марганца в рационе быков должны быть ограничены дозой 540 мкг/кг, так как более высокие дозы пагубно влияли на целостность плазматических и акросомальных мембран сперматозоидов [45].

Фолаты в поддержке функции гамет / Folates in supporting gamete function

Фолаты (витамин В₉) участвуют в биосинтезе и метилировании геномной ДНК, различных видов РНК и белков, тем самым будучи принципиально важными для роста и развития клеток. Дефицит фолатов связан с мужской субфертильностью и с нарушениями сперматогенеза, в том числе через повышение гомоцистеина – характерной особенности фолатного дефицита [46]. Установлено влияние уровней фолатов в крови, витаминов B₁₂, D₃ и E, мелатонина в фолликулярной жидкости, полученной методом ИКСИ, на беременность [47].

В эксперименте низкое содержание фолатов в рационе отрицательно влияло на сперматогенез мышей: общее количество сперматозоидов значительно снижалось (p < 0,001), а количество сперматозоидов с дефектами головки значительно увеличивалось (p < 0,05). Дефицит фолатов в среде культивации сперматозоидов in vitro вызывает дисфункцию сборки митотического веретена, способствуя хромосомной нестабильности при делении клеток. По сравнению с условиями достаточного содержания фолата в среде культивации (2000 нМ), гаметоциты, культивируемые с 0, 20 или 200 нМ фолата, демонстрировали дозозависимую задержку роста и усиление апоптоза [48].

Дефекты метилирования ДНК сперматозоидов у мышей с мутацией 5,10-метилентетрагидрофолатредуктазы (MTHFR 677C>T) могут быть скорректированы приемом фолиевой кислоты. Хорошо известно, что распространенный у людей генетический вариант MTHFR 677C>T связан с пониженной активностью этого фермента и с различными нарушениями, в том числе с мужским бесплодием. В сперме мышей с генотипом 677TT установлено существование 360 фрагментов генома, дифференциально метилированных по сравнению с мышами 677CC. Было обнаружено, что добавление фолиевой кислоты частично корректирует нарушения метилирования ДНК в сперматозоидах, связанные с генотипом 677TT [49].

В эксперименте фолиевая кислота, проявляя детоксикационные свойства, способствует восстановлению нормальной репродуктивной функции белых мышей-самцов, подвергшихся воздействию ядов: бисфенола А [50] или ацетамиприда [51]. Как известно, фенолы и их различные производные (бисфенолы, парабены и др.) вмешиваются в гомеостаз эстрогенов, стимулируют онкогенез и тератогению [52]. Совместный прием пищевого сульфата цинка и фолиевой кислоты улучшает объем яичек и гемодинамику, уровень тестостерона и качество спермы у баранов в условиях теплового стресса [53].

У мужчин с бесплодием показана взаимосвязь целостности ДНК сперматозоидов с уровнями фолатов и витамина В₁₂ в сыворотке крови. Уровень фолатов в сыворотке положительно коррелировал с количеством прогрессивно подвижных сперматозоидов и индексом фрагментации ДНК гамет от мужчин с бесплодием. Сравнение стандартных показателей спермы между двумя группами пациентов по концентрации фолатов (< 4,8 нг/мл и > 4,8 нг/мл) показало значительно более высокую концентрацию сперматозоидов и прогрессивно подвижных сперматозоидов в группе с более высокими уровнями фолатов в крови [54].

Метаанализ 50 клинических исследований подтвердил, что добавление цинка и фолиевой кислоты повышало концентрацию сперматозоидов [55]. Метаанализ 8 рандомизированных исследований (n = 2168) показал, что фолиевая кислота значительно увеличивала подвижность сперматозоидов (стандартное отклонение (SD) = 3,63 у.е.; 95 % ДИ = –1,22–6,05; р = 0,003) и улучшала морфологию сперматозоидов (SD = –0,02 у.е.; 95 % ДИ = –0,29–0,24; р = 0,86) у бесплодных мужчин [56].

Таким образом, МИ, ДХИ, фолаты и ионы марганца принимают важное участие в сперматогенезе и в оплодотворении (рис. 17). В начале сперматогенеза пул стволовых клеток и его микроокружение поддерживается и регулируется посредством межклеточных взаимодействий, pH, концентрациями ионов электролитов. Клетки Сертоли в эпителии семенных канальцев играют важную роль в развитии гаметоцитов, обеспечивая структурную и питательную поддержку. Электролит-ионы Na⁺, Cl⁻, HCO₃⁻, K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺ переносятся через различные мембранные насосы, ионные каналы и аквапорины, обеспечивая надлежащий ионный состав, осмолярность и pH жидкости во время сперматогенеза и оплодотворения. Концентрации этих ионов и соответствующие показатели электрического поля изменяются по ходу морфологического развития гаметоцитов [57].

В России зарегистрирован витаминно-минеральный комплекс Дикироген^® (Pizeta Pharma S.p.A., Италия), включающий 1000 мг МИ и 200 мг ДХИ (т.е. в соотношении 5:1), фолиевую кислоту (200 мкг) и Mn (5 мг). Дикироген^® рекомендован для улучшения функционального состояния женской репродуктивной системы, в том числе при нарушениях менструального цикла и в период прегравидарной подготовки, в том числе при подготовке к ЭКО, применении вспомогательных репродуктивных технологий. Дикироген^® рекомендован для улучшения функционального состояния мужской репродуктивной системы, в том числе при снижении фертильности, при ухудшении качества спермы (патозооспермии). Mn в составе средства Дикироген^® представлен в виде органической соли (пироглутамата марганца), характеризующейся хорошими органолептическими свойствами, высокой биодоступностью и низкой токсичностью [10]. Пироглутамат-анион повышает биодоступность марганца, способствуя эффективному транспорту ионов Mn²⁺ в клетки, также проявляя нейропротекторные, антигипертензивные, антидепрессивные свойства и др. [41].

Заключение / Conclusion

Важным фактором мужского бесплодия является дефицит витаминов и микроэлементов. В настоящей работе систематизированы результаты исследований МИ, ДХИ, их фармакодинамических синергистов (ионы марганца, фолаты) в поддержании структуры и функционирования мужских гамет. МИ и ДХИ улучшают подвижность сперматозоидов и функцию митохондрий посредством участия в сигнальных каскадах рецепторов репродуктивных гормонов, что нормализует обмен андрогенов, и способствуют профилактике инсулинорезистентности. МИ и ДХИ оказывают воздействие на вызревание/функционирование сперматозоидов, общее количество подвижных и прогрессивно подвижных сперматозоидов, восприятие биоэлектрических полей и процесс оплодотворения ооцитов. Клинические данные по использованию МИ и ДХИ при мужском бесплодии указывают на улучшение состояния zona pellucida, плазматической мембраны, цитоплазмы и рецепции сперматозоидов. Ионы марганца важны для функции гамет посредством влияния на концентрацию тестостерона, повышение активности антиоксидантных ферментов и МПМ. Фолаты, снижая уровни гаметотоксичного гомоцистеина, способствуют сохранению целостности ДНК сперматозоидов. Перспективно назначение МИ/ДХИ в сочетании с органическими солями марганца и фолатами пациентам с идиопатической патоспермией, а также на фоне нарушения обмена углеводов (инсулинорезистентности), ожирения и в условиях действия факторов, повышающих оксидативный стресс.