Az elhízással kapcsolatos metabolikus endotoxémia oxidatív stresszel és a spermium DNS integritásának károsodásával jár

Absztrakt

Háttér

Az elhízásról ismert, hogy gyulladással, oxidatív stresszel és a spermium DNS integritásának ebből következő csökkenésével jár. Fontos, hogy az elhízás a bélpermeabilitás növekedésével jár együtt a bélbaktériumok keringésbe jutásával (metabolikus endotoxémia), amely szisztémás gyulladásos állapotot és ebből eredő oxidatív stresszt vált ki. Ezért feltételeztük, hogy ez az elhízással összefüggő bélpermeabilitás-növekedés és az ebből eredő metabolikus endotoxémia (ME) aktiválhatja a gyulladást a férfi reproduktív traktusban, ami fokozott reaktív oxigénfajok termeléséhez, spermiumok oxidatív stresszéhez és a DNS integritásának csökkenéséhez vezet.

Eredmények

37 meddő férfit vizsgáló kísérleti vizsgálatunk szignifikáns pozitív összefüggést igazolt a testtömeg-index (BMI), a megnövekedett bélpermeabilitás (szérum zonulin), metabolikus endotoxaemia (LBP), a spermium DNS oxidatív károsodása (szeminal 8 OhDG) és a spermium DNS fragmentációjának növekvő szintje között (Halosperm). A metabolikus endotoxémia pozitívan korrelált a spermium DNS oxidatív károsodásának növekvő szintjével, ez a kapcsolat továbbra is szignifikáns maradt, még a releváns zavaró tényezők, például az életkor, a BMI és az absztinencia napjainak korrekciója után is. Ezek a megfigyelések azt sugallják, hogy a metabolikus endotoxémia és a hozzá kapcsolódó oxidatív stressz kulcsfontosságú mozgatója lehet a hímivarsejtek károsodásának elhízott férfiaknál.

Következtetés

Ez a tanulmány megerősíti az elhízás, a fokozott béláteresztő képesség és az endotoxin expozíció, valamint az oxidatív közvetítésű spermium DNS károsodás közötti kapcsolatot. Ez további vizsgálatokat indokol, hogy teljes mértékben megértsük a metabolikus endotoxémia hatását a férfi reproduktív funkcióra, ami új terápiákat eredményezhet a férfiak termékenységi potenciáljának javítására.

Sajnáljuk, úgy tűnik, valami nem működik megfelelően.

Kérjük, próbálja meg frissíteni az oldalt. Ha ez nem működik, vegye fel a kapcsolatot az ügyfélszolgálattal, hogy megoldhassuk a problémát.

Háttér

A meddőség jelentős közegészségügyi probléma, amely világszerte a párok 15% -át érinti [1]. A férfiak tényezői az esetek 50% -ában vesznek részt, az apai elhízás pedig a spermiumok számának csökkenése [2,3,4,5] és a spermium DNS károsodásának növekedése [6], valamint az epigenetikai okok egyik oka. változások, amelyek hosszú távú egészségügyi következményekkel járhatnak a gyermek számára, ha a fogantatás bekövetkezne [6]. Továbbá, az asszisztált reproduktív kezelés alkalmazása ellenére, az apai elhízás néhány vizsgálatban összefüggésbe hozható csökkent in vitro megtermékenyítési (IVF) kezelést követően, még az anya súlyának ellenőrzése után is [7, 8]. Ez különösen fontos lehet, mivel a fejlett világban a reproduktív korú férfiak túlsúlyos vagy elhízott férfiak aránya meghaladja az 50% -ot, és úgy tűnik, hogy az idő múlásával növekszik [9].

Mushtaq és mtsai közelmúltbeli áttekintése. [10] beszámolt arról, hogy az elhízott férfiaknál nagyobb valószínűséggel csökken a spermatérfogat, az összes spermiumszám és az összes spermiumszám, ami csökkent termékenységet és termékenységet eredményez. Ezenkívül 52 állatkísérlet nemrégiben készült metaanalízise, amely a magas zsírtartalmú obesogén diéta hatásait vizsgálta, azt is kimutatta, hogy a fokozott zsírtartalom a sperma minőségének csökkenésével, a megtermékenyülés csökkenésével és a természetes termékenység csökkenésével jár [11]. Kahn és mtsai. [12] arról számolnak be, hogy a zsírszövetből származó tényezők, például az adipokinek és a leptin szabályozzák a gyulladást, illetve a tesztoszteron termelést. A fokozott szisztémás gyulladás megnövekedett reaktív oxigénfajokat (ROS) és viszont a sperma DNS-széttöredezését eredményezi. Továbbá a megnövekedett herehőmérséklet és inaktivitás szintén rontja a spermatogenezist. Az elhízás hormonszintre, spermaparaméterekre és a spermium DNS integritására gyakorolt teljes hatása azonban változó, ami arra utal, hogy több mechanizmus is játszható [12].

A vizsgálat célja a metabolikus endotoxémia (LPS) spermatermelésre és minőségre gyakorolt hatásának vizsgálata volt. Feltételezzük, hogy az endotoxin szintjének növekedése aktiválja a gyulladást a férfi reproduktív traktusban, ami megnövekedett leukocita aktivitást és spermium oxidatív stresszt eredményez, ami a spermium DNS minőségének csökkenését eredményezi.

Mód

Tanulmányi kohorsz

2017 februárja és 2017 júniusa között 45, 18-50 év közötti férfit toboroztak egy dél-ausztráliai (Repromed) magán termékenységi klinikáról hirdetések útján. A felvételi kritériumok terméketlen kapcsolatban voltak, és a kizárási kritériumokat dokumentálták: gyulladásos vagy fertőző betegség, primer hipogonadizmus (Klinefelters-szindróma, kriptorchidizmus vagy herekárosodás), immunszuppresszív gyógyszerek (pl. Nem szteroid gyulladáscsökkentők (NSAID), kortikoszteroidok vagy halak) fogyasztása. olaj), kiegészítők, amelyek megváltoztathatják a bélműködést (pl. probiotikumok, antibiotikumok az elmúlt 1 hónapban), vagy bármilyen férfihormonterápia (azaz aromatáz inhibitorok, klomifen-citrát, humán koriongonadotropin (hCG) vagy tesztoszteron). Valamennyi férfit szubklinikai genitális traktus fertőzése szempontjából szeminális plazmaelasztáz alkalmazásával vizsgáltuk [33]. Ezt a tanulmányt a Dél-ausztrál Egyetem Etikai Bizottsága hagyta jóvá (jóváhagyási szám: 0000036399), minden résztvevő tájékozott írásbeli beleegyezésével.

Tanulmányi protokoll

A tesztelés napján 7:30 és 11:00 óra között minden résztvevő biztosította a nem szedett vér- és spermamintákat. A résztvevőknek 2–7 napos absztinencia periódus megtartása után spermamintát kellett készíteniük maszturbációval. A spermát a gyűjtéstől számított 2 órán belül elemeztük. Antropometriai intézkedéseket is gyűjtöttek; a magasságot 1 cm pontossággal mértük (Seca, 216, Németország). A testsúlyt és a testzsír százalékot bio-elektromos impedancia skálával mértük (Tanita, UM051, Tanita Corporation of America Inc.). A derék kerületét a csípőcsík teteje és a tizenkettedik borda közötti távolság középpontjától mértük, és 1 cm pontossággal mértük. A testtömeg-indexet (BMI) a testtömeg (kg)/magasság (m 2) egyenlet felhasználásával számoltuk, és a WHO tartományok alapján osztályoztuk; alsúly (2), normál súly (18,50 kg/m 2 - 24,99 kg/m 2), túlsúlyos (25,00 kg/m 2 - 29,99 kg/m 2) és elhízott (> 30 kg/m 2) [34].

Endotoxin elemzés

A metabolikus endotoxémiát kvantitatív módon kvantifikáltuk a lipopolysaccaride Binding Protein (LBP) plazma-analízissel, két példányban, 1: 1000 hígítással, a gyártó útmutatásai szerint (Hycult, Uden, Hollandia), és amint arról csoportunk korábban beszámolt [15, 16]. A minimális kimutatható LBP koncentráció 4,4 ng/ml. A vizsgálati protokoll szerint nincs keresztreakció a nem humán LBP-vel.

Béláteresztő képesség: Zonulin

A bélpermeabilitást úgy vizsgáltuk, hogy a plazulinban levő zonulin szintjét két példányban, emberi zonulin ELISA készlettel mértük a gyártó utasításainak megfelelően (Crux, Melbourne; Cusabio, USA). Ez a vizsgálat 3% -os inter-assay variációs koefficienst és 0,156 ng/ml - 40 ng/ml referencia tartományt jelentett.

Seminalis plazma gyulladásos aktivitás markerek

A hím reproduktív traktusban a neutrofil aktivitás markerét, az elasztázt fagyasztott állapotban (−80 ° C) mértük, majd a gyártó utasításainak megfelelően (Crux, Melbourne) a Human Elastase 2 Neutrophil ELISA kit segítségével kétszer felolvasztott magvas plazmát alkalmaztuk. Ennek a tesztnek a variációs koefficiense 2% volt, referencia-tartománya 1,56 ng/ml – 400 ng/ml, a 290 ng/ml-t meghaladó szintek genitális-húgyúti fertőzésre/gyulladásra utalnak [13].

Seminalis oxidatív stressz: 8-hidroxi-2′-deoxi-guanozin (8-OHdG)

A gyulladásos markert, a 8-hidroxi-2′-deoxi-guanozint (8OHdG) fagyasztott (-80 ° C) hőmérsékleten is megmértük, majd megolvasztott szeminás plazmát két példányban, emberi 8OHdG ELISA készlet alkalmazásával, a gyártó utasításainak megfelelően (Crux, Melbourne). Ennek a vizsgálatnak a referencia tartománya 2,0 - 800 ng/ml volt.

Sperma elemzés

A spermiumok teljes koncentrációját a WHO V irányelvei szerint számítottuk [35]. A DNS-fragmentációt szintén ugyanazon elemző értékelte két példányban a gyártó útmutatásai szerint (Halosperm G2, Halotech, Spanyolország). Röviden, a spermiumok teljes mozgékonyságát cseppfolyósítás után számoltuk ki. Kétszáz spermiumot számláltak és határoztak meg mozgásképtelennek vagy mozdulatlannak, a WHO által osztályozott mozgástól függően [35]. A számokat rögzítettük, és meghatároztuk a teljes mozgékonyság százalékos arányát. Morfológiai tárgylemezt készítettünk, rögzítettünk, festettünk és pontoztunk a spermium morfológiájának szigorú WHO előírások szerint történő meghatározása érdekében, a jó morfológiai spermiumok százalékos arányát jelentve 400 spermiumban [35]. A fragmentált DNS százalékát 400 egyedi spermium meghatározása után határoztuk meg. Laboratóriumunkban a jó minőségű spermiumminták (pl. Spermadonorok) Halosperm DNS károsodási szintje kevesebb, mint 5%, a 20% feletti betegek eredményeit általában kórosnak tekintik.

Hormonelemzés

A szérumot tesztelték tesztoszteronra, ösztradiolra, follikulusstimuláló hormonra (FSH) és luteinizáló hormonra (LH) automatizált kemilumineszcencia immunvizsgálat (Cobas 6000 e 601, Roche Diagnostics, USA) alkalmazásával, az egyes hormonok kimutatható tartománya 18,4–110,10 pmol/L, 0,087–52,0 nmol/L, 0,1–200 mIU/ml és 0,2–100 mIU/ml.

Statisztikai analízis

A statisztikai elemzéseket a Statisztikai Termék és Szolgáltatás Megoldás Szoftver 23. verziójával (SPSS Inc., Chicago, IL, USA) végeztük. Az adatokat átlagként (+ szórás) fejeztük ki normális eloszlás esetén, vagy mediánként (interkvartilis tartomány), amikor a Shapiro-Wilk teszt szerint nem voltak normálisan elosztva. A korrelációkat a Pearson-módszer alkalmazásával értékeltük, a nem normálisan elosztott adatok log transzformációjával a statisztikai elemzés előtt. Adott esetben kiigazításokat hajtottak végre az életkor, a dohányzás állapota és az adipozitás mértéke alapján.

Eredmények

A résztvevők jellemzői

Míg 43 férfit vizsgáltak jogosultsággal; 5-et kizártak a halolaj és 1-et antibiotikumok szedése miatt az elmúlt hónapban. Az elemzésre rendelkezésre álló fennmaradó 37 férfi közül átlagéletkoruk 36,9 ± 5,2 év, a BMI pedig 30,2 ± 4,7 kg/m 2 volt. A kohorsz csak 10,8% -a volt normális BMI-vel, a fennmaradó rész túlsúlyos (BMI 25–29,9, 45,9%) vagy elhízott (BMI> 30, 43,2%) [34]. A résztvevők többségének férfi termékenységi potenciálja a felvétel idején nem volt ismert. Teljes értékelés után a meddőség oka a tiszta 14-es faktor (37,8%), a 10-es női tiszta faktor (27%), a 6-os kombinált férfi és női faktor (16,2%) és az ismeretlen okból 7 személy volt (19%). A kohorsz demográfiai adatokat az 1. táblázat ismerteti.

BMI, bélpermeabilitás és endotoxin expozíció

A várakozásoknak megfelelően szignifikáns pozitív összefüggés volt a bélpermeabilitási marker szérum zonulin és a BMI között (R = 0,331, o = 0,045). Jelentős pozitív kapcsolat volt a zonulin és az LBP endotoxémia marker (R = 0,374, o = 0,025). Nem volt azonban szignifikáns kapcsolat a szérum zonulin és a hím reproduktív traktus gyulladásának (elasztáz), a spermium oxidatív károsodásának (8 OHdG) vagy bármely spermiumminőségi marker között.

Az endotoxémia (LBP) pozitívan korrelált a BMI-vel és a testzsír% -ával (R = 0,375, o = 0,024; R = 0,407, o = 0,017), (1. ábra). Nem volt szignifikáns kapcsolat az LBP és az összes spermiumszám között (R = 0,266, o = 0,148), spermiumok morfológiája (R = 0,305, o = - 0,102) vagy a spermiumok mozgékonysága (R = 0,107, o = 0,208), ezek az összefüggések változatlanok maradnak az életkor, a testzsír százalékának és az absztinencia napjai számának ellenőrzése után. A legfontosabb megállapítás a sperma DNS-fragmentációja és a metabolikus endotoxémia (LBP; R = 0,460, o = 0,021), ez a kapcsolat az életkor és a testzsír százalékának (r = 0,462, o = 0,023) (1. ábra). Ez a pozitív korreláció a napi absztinencia további kiigazítását követően is megmaradt, amely a spermium DNS integritásának kulcsfontosságú meghatározója (R = 0,434, o = 0,027) [36].

A BMI és mindkettő, valamint a spermium DNS károsodása és a 8-hidroxi-2′-deoxiguanozin (8OHdG) közötti kapcsolat. a Kapcsolat a testtömeg-index (BMI) és a spermium DNS-károsodása között. b A testtömeg-index (BMI) és a 8-hidroxi-2′-deoxi-guanozin (8OHdG) közötti kapcsolat

Spermium DNS minőségi markerek

A spermium DNS-fragmentációja szintén pozitívan kapcsolódott az összes zsírszint mértékéhez (BMI; R = 0,468, o = 0,010% testzsír; R = 0,512, o = 0,006, derék kerülete; R = 0,460, o = 0,012) (1. ábra).

A várakozásoknak megfelelően a szeminális 8OHdG, a szeminális oxidatív stressz markere szignifikánsan pozitívan korrelált a BMI-vel (R = 0,418, o = 0,021). A spermiumok motilitása és a szeminális 8OHdG közötti negatív kapcsolatot (a spermiumok számának kiigazítását követően) szintén megfigyelték (R = -0,624, o = 0,002). Ezzel szemben szignifikáns pozitív kapcsolatot figyeltünk meg az endotoxin-expozíció (LBP) és a szeminális 8OHdG (R = 0,440) között., o = 0,016), megerősítve az endotoxémia és az oxidatív stressz közötti kapcsolatot (2. ábra). A 8OHdG seminal szorosan korrelált a BMI-vel (R = 0,418, o = 0,021) (2. ábra).

Az LBP hatása mind a szeminális DNS-fragmentációra, mind a 8-hidroxi-2′-deoxi-guanozinra (8OHdG). a Kapcsolat az endotoxin (LBP) közvetett mértéke és a szeminalis DNS-fragmentáció között. b Kapcsolat az endotoxin (LBP) közvetett mértéke és a 8-hidroxi-2′-deoxi-guanozin (8OHdG) közvetett mértéke között

Hormonok

A várakozásoknak megfelelően a szérum tesztoszteron fordítottan korrelált a BMI-vel, a testzsírszázalékkal és a derék kerületével, mindegyiknél erős hatásmérettel (R = -0,623, o 0,05 minden).

Vita

Kutatócsoportunk a közelmúltban bebizonyította, hogy kis dózisú endotoxin (0,8 ng Escherichia coli O113: H10/testtömeg kg) a tesztoszterontermelés gyors csökkenését eredményezi egészséges reproduktív korú férfiaknál [16], ezáltal közvetlenül megerősítve a bakteriális endotoxin képességét a herék működésének károsítására. Ennek a kísérleti vizsgálatnak az eredményei azonban elsőként azonosítanak szignifikáns pozitív összefüggést a bakteriális endotoxin-expozíció (LBP) és a spermium DNS-integritásának károsodása között, és ez a kapcsolat akkor is jelentős marad, ha alkalmazkodunk a releváns zavarokhoz, például az életkorhoz, a BMI-hez és az absztinencia időtartamához. . Vizsgálatunk eredménye némi betekintést enged az elhízott férfiaknál tapasztalt sperma DNS károsodásának megnövekedett mechanizmusába. Összefoglalva úgy gondoljuk, hogy az elhízás és a hozzá kapcsolódó rossz étrend a bél permeabilitásának növekedését okozza, amely lehetővé teszi a baktériumok számára, hogy a bél lumenéből a vérkeringésbe vándoroljanak (metabolikus endotoxémia), ami gyulladásos válasz aktiválódását eredményezi. Ez az endotoxin által kiváltott gyulladás átterjed a férfi reproduktív traktusba, ahol növeli a leukociták ROS termelését, ami spermium DNS oxidatív támadásához és a spermium DNS integritásának csökkenéséhez vezet.

A zonulin, a bélhám és a máj által dinamikusan előállított fehérje, amely reverzibilisen szabályozza a bélpermeabilitást az intercelluláris szoros csomópontok modulálásával, és általában a bélpermeabilitás hasznos, nem invazív helyettesítő markerének tekintik. Elhízott állapotban a zonulin alaptermelésének növekedése és ebből következő két epitheliális szoros kapcsolódási fehérje expressziójának csökkenése tapasztalható; elzáródás és a zonula occludens-1 [37], amelyek ezután lehetővé teszik a baktériumok transzlokációját a bél lumenje és a véráram között [38], kihívással az immunrendszert [13, 22, 23].

Pilatz és mtsai. [46] kimutatta, hogy az elhízáshoz kapcsolódó szisztémás gyulladás (a CRP és az IL-6 növekedése) nem eredményezte seminalis plazma citokinek növekedését vagy seminalis plazmaelasztáz növekedést, ami szintén összhangban áll saját eredményeinkkel. Ez azt sugallja, hogy az elhízással kapcsolatos szisztémás gyulladás nem érheti el a férfi reproduktív traktust, vagy hogy az LPS lokalizált gyulladást indított az epididymisben és a herében nem okozhat kimutatható változásokat a szeminális plazma citokinekben vagy az elasztázban, ugyanakkor a lokalizált oxidatív stressz megindításával közvetíti a spermium károsodását.

Eredményeink azt sugallják, hogy az elhízással kapcsolatos oxidatív DNS károsodás összefüggésében a hagyományos antioxidáns megközelítés lehetséges alternatív megközelítése lehet a bélsorompó funkciót erősítő terápiák alkalmazása, csökkentve a későbbi metabolikus endotoxémiát és gyulladást, valamint az ezzel járó spermiumok oxidatív károsodását. Az egyik lehetséges megközelítés a probiotikumok alkalmazása lenne, amelyekről beszámoltak a bélsorompó működésének javításáról, a metabolikus endotoxémia és a gyulladás csökkentéséről [47]. Számos állatkísérlet [48] és egy közelmúltbeli emberi RCT [49] arról számolt be, hogy a probiotikumok valóban növelhetik a sperma minőségét és a tesztoszteron szintjét. Azt feltételeztük, hogy ezt a jótékony hatást a metabolikus endotoxémia csökkenése közvetíti [50].

Következtetések

Ennek a tanulmánynak az eredményei először utalnak kapcsolatra az ME által kiváltott elhízás, a bélpermeabilitás és az endotoxin szintjének növelése, valamint az oxidatív közvetítésű spermium DNS károsodása között. Bár nem tudtuk kimutatni a bélpermeabilitás (plazma zonulin) és a spermiumminőség bármely markere közötti közvetlen összefüggést, úgy gondoljuk, hogy ez azt a tényt tükrözi, hogy a zonulin csak a para-celluláris bélpermeabilitás változását tükrözi, a bél endotoxin transz-sejtes áthaladását nem. zsír- és epemicellák közvetítik. Ezek az eredmények fontosak, mivel azt sugallják, hogy a bélgát működésének javítására irányuló új terápiák képesek csökkenteni az elhízással kapcsolatos gyulladásos oxidatív stresszt, ezáltal javítva a sperma minőségét.