HỘI CHỨNG TINH TRÙNG “KHÔNG đầu” (ACEPHALIC SPERMATOZOA SYNDROME – ASS)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ Y TẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC Y HÀ NỘI ĐẶNG THỊ HUYỀN NHUNG CHUYÊN ĐỀ HỘI CHỨNG TINH TRÙNG “KHÔNG ĐẦU” (ACEPHALIC SPERMATOZOA SYNDROME – ASS) HÀ NỘI - 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ Y TẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC Y HÀ NỘI ======= ĐẶNG THỊ HUYỀN NHUNG CHUYÊN ĐỀ HỘI CHỨNG TINH TRÙNG “KHÔNG ĐẦU” (ACEPHALIC SPERMATOZOA SYNDROME – ASS) Chuyên ngành: Mô – Phôi Thai Học Mã số: 62720102 HÀ NỘI – 2019 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT VÀ THUẬT NGỮ ASS : Acephalic Spermatozoa Syndrome – Hội chứng tinh trùng “không đầu” WHO : World Health Organization – Tổ chức y tế giới PAS : Periodic Acid Schiff – Phương pháp nhuộm PAS ICSI : Intra-cytoplasmic Sperm Injection – Kỹ thuật tiêm tinh trùng vào bào tương trứng MỤC LỤC ĐẶT VẤN ĐỀ ĐẠI CƯƠNG .2 Sơ lược cấu tạo tinh trùng 1.1 Cấu tạo tinh trùng bình thường Tinh trùng hình thành nằm lòng ống sinh tinh có hai loại loại mang nhiễm sắc thể X loại mang nhiễm thể Y 1.1.1 Cấu tạo vi thể tinh trùng Tinh trùng bình thường có cấu tạo dài khoảng 60 µm, gồm ba đoạn đầu, cổ đuôi Đầu tinh trùng hình bầu dục, dài khoảng – µm, rộng µm, có nhân lớn chiếm gần hết phần đầu tinh trùng Cổ tinh trùng đoạn ngắn, hẹp, gắn thẳng trục với phần đầu .2 Đuôi tinh trùng dài khoảng 55 µm, chia thành ba đoạn: .2 - Đoạn trung gian: đoạn tiếp nối với phần cổ, dài khoảng – µm Giữa đoạn trung gian đoạn chính, màng tế bào dày lên tạo thành vòng Zensen - Đoạn chính: đoạn dài phần đi, khoảng 45 µm, cấu tạo gồm dây trục nằm trung tâm vây quanh bao xơ bọc màng tế bào - Đoạn cuối: dài khoảng -3 µm, tạo thành dây trục trung tâm bọc màng tế bào [15] 1.1.2 Cấu tạo siêu vi thể tinh trùng Đầu tinh trùng chứa nhân nằm phần phình phía giáp với cổ Đoạn 2/3 trước nhân chụp túi cực đầu có hình mũ Thành túi cực đầu cấu tạo màng kép gồm hai Ở túi cực đầu phần bào tương phía trước có loại protein đặc hiệu gọi protein gắn vào noãn nguyên phát (primary egg binding protein), tác dụng gây kết hợp tinh trùng màng suốt nỗn q trình thụ tinh Ở túi cực đầu có loại protein đặc hiệu khác protein gắn vào nỗn thứ phát (secondary egg binding protein) có tác dụng gắn màng túi cực đầu với màng suốt nỗn lớp bào tương mỏng phía trước túi cực đầu bị tiêu hủy túi cực đầu bị rách trình tiếp xúc với màng suốt Những protein mang tính đặc hiệu cho lồi, kết hợp tinh trùng màng suốt noãn xảy cá thể lồi Lòng túi cực đầu chứa nhiều enzym có tác dụng tiêu hủy chướng ngại bao quanh noãn để tinh trùng tiến vào bào tương noãn thụ tinh như: Hyaluronidase, neuramidase, acrosin… Phía sau túi cực đầu, chen vào màng bào tương màng nhân có lớp bào tương đặc có chức quan trọng lớp có tiếp xúc đầu tinh trùng màng tế bào noãn trình thụ tinh .2 Phần cổ tinh trùng có đáy, hố cắm, tiểu thể trung tâm chín cột chia đoạn xếp thành hình ống Dây trục nằm cổ chạy suốt từ cổ đến chỗ tận Có chín sợi đặc nối tiếp với chín cột chia đoạn tiến phía tinh trùng Những ti thể hình que dài xếp thành hàng nằm phía bên ngoài, song song với cột chia đoạn đoạn cổ sợi đặc phần đuôi .3 Đuôi tinh trùng gồm ba đoạn: - Đoạn trung gian có dây trục nằm giữa, chín sợi đặc bao quanh Bao ti thể bao bên sợi đặc cấu tạo ti thể xếp với theo kiểu xoắn ốc, quanh dây trục Bọc màng tế bào - Đoạn chính: Từ trung tâm ngoại vi cấu tạo dây trục, chín sợi đặc, bao xơ màng tế bào - Đoạn cuối: cấu tạo đơn giản gồm dây trục bọc màng tế bào [15] .3 I Thiết đồ đứng dọc toàn tinh trùng II Phóng to phần đoạn đầu, cổ phần đoạn trung gian tinh trùng III Thiết đồ cắt ngang qua đoạn cổ tinh trùng theo đường A hình II IV Thiết đồ cắt ngang đoạn trung gian theo đường B hình II V Thiết đồ cắt ngang đoạn theo đường C hình I VI Thiết đồ cắt ngang đoạn cuối theo đường D hình I Đầu; Cổ; Đoạn trung gian; Đoạn chính; Đoạn cuối; Túi cực đầu; Khoảng túi cực đầu; Màng nhân; Nếp gấp màng nhân; 10 Tấm đáy; 11 Cột chia đoạn; 12 Tiểu thể trung tâm gần; 13 Ti thể dài; 14 Ti thể tạo thành bao ti thể hình lò xo; 15 Lưới nội bào; 16 Giọt bào tương; 17 Sợi đặc; 18 Dây trục; 19 Vòng Zensen; 20 Bao xơ; 21 Cột dọc .4 1.2 Tinh trùng bất thường .5 Trong mẫu tinh dịch người bình thường, tinh trùng có cấu tạo bất thường chiếm khoảng 70% gồm loại chính: - Tinh trùng chưa trưởng thành: có nhiều bào tương đầu, cổ đuôi - Tinh trùng già: đầu lỗ rỗ bào tương có nhiều không bào chứa sắc tố - Tinh trùng thối hóa: đầu tinh trùng biến dạng bị teo, có hai đầu, hai - Tinh trùng có cấu tạo hình thái bất thường: đầu to hay nhỏ, tròn hay nhọn [15] .5 1.3 Tinh dịch đồ Các số tinh dịch đồ bình thường theo tiêu chuẩn Tổ chức y tế giới (World Health Organization – WHO) năm 2010 [16]: - Màu sắc: trắng đục, đồng - Thời gian ly giải 15 – 60 phút nhiệt độ 37oC - Thể tích ≥ 1,5 ml - pH ≥ 7,2 .5 - Tỷ lệ tinh trùng sống ≥ 58% .5 - Mật độ tinh trùng ≥ 15 triệu/ml - Tổng số tinh trùng lần phóng tinh ≥ 39 triệu - Tổng số tinh trùng di động tiến tới ≥ 32% tổng số tinh trùng di động ≥ 40% - Tỷ lệ tinh trùng có hình thái bình thường ≥ 4% Quá trình sinh tinh .5 Quá trình sinh tinh trình sinh học phức tạp biến đổi tế bào tạo tế bào sinh dục đơn bội từ tế bào mầm sinh dục lưỡng bội Toàn trình sinh tinh người kéo dài 70 ± ngày [17], [18] Mỗi ngày số lượng tinh trùng tạo ước tính người đàn ông dao động từ 150 đến 275 triệu tinh trùng [17] Quá trình sinh tinh chia thành giai đoạn: giai đoạn nguyên phân (mitosis), giai đoạn giảm phân (meiosis) giai đoạn biệt hóa tinh trùng (Spermiogenesis) [19] 2.1 Giai đoạn nguyên phân (Mitosis) [18], [19] Các tinh nguyên bào tiến hành nguyên phân liên tiếp để gia tăng số lượng chia thành ba dạng với chức khác nhau: tinh nguyên bào dạng A, tinh nguyên bào dạng trung gian tinh nguyên bào dạng B .6 Các tinh nguyên bào dạng A chia làm ba loại: As(single), Apr (paired) Aal Trong đó, tinh nguyên bào dạng As xem dạng tế bào mầm tinh trùng, sau lần phân chia, tế bào tinh nguyên bào As tách rời để trở thành tế bào mầm hay hình thành tinh ngun bào dạng Apr Thơng thường có khoảng nửa số tế bào hình thành tinh nguyên bào dạng Apr nửa số tế bào hình thành tế bào mầm nên số lượng tế bào mầm trạng thái ổn định Các tinh nguyên bào dạng Apr tiếp tục nguyên phân tạo thành dạng chuỗi – – 16 tế bào, hình thành tinh nguyên bào dạng Aal Sau đó, tinh nguyên bào dạng Aal biệt hóa thành tinh nguyên bào dạng A1, sau A2, A3, A4, tinh nguyên bào dạng trung gian tinh nguyên bào dạng B .6 2.2 Giai đoạn giảm phân (Meiosis) [18], [19] Các tinh nguyên bào dạng B lần nguyên phân cuối tạo hai tinh bào bậc I Tiếp theo đó, tinh bào bậc I trải qua giảm phân I để tạo hai tinh bào bậc II Mỗi tinh bào bậc II hoàn tất trình giảm phân II tạo hai tiền tinh trùng Trong q trình giảm phân, có hai tượng quan trọng diễn có liên quan đến vật chất di truyền giảm số lượng nhiễm sắc thể tái tổ hợp vật chất chất di truyền Về thời gian, trình giảm phân I thường kéo dài nhiều ngày, giảm phân II thường diễn sau giảm phân I kết thúc thời gian ngắn kéo dài vài .6 2.3 Giai đoạn biệt hóa tinh trùng (Spermiogenesis) [18], [19] Đây giai đoạn biến đổi tế bào tiền tinh trùng có hình cầu thành tinh trùng trưởng thành có đặc DNA hình thái thn dài để giải phóng vào lòng ống sinh tinh Q trình kéo dài qua bốn giai đoạn hay gọi bốn pha bao gồm pha Golgi, pha mũ (pha Cap), pha cực đầu (pha acrosom) pha trưởng thành .8 Pha Golgi: Bộ máy Golgi quan trọng bước đầu q trình biệt hóa tinh trùng hình thành túi cực đầu phụ thuộc vào vai trò quan việc tạo túi hạt chứa thành phần enzym túi cực đầu Trong pha Golgi, tinh trùng có vùng Golgi nhỏ mà khơng có túi cực đầu, sau hạt chứa enzym dần hình thành tăng dần số lượng kích thước Pha mũ (pha Cap): pha này, hạt chứa enzym (còn gọi hạt acrosomic) chạm vào lớp vỏ hạt nhân túi acrosomic bắt đầu xẹp lại thành nắp nhỏ bề mặt hạt nhân Sau hạt tiếp tục bị xẹp lại, túi acrosomic trở nên mỏng che phủ khoảng 1/3 bề mặt hạt nhân Cuối pha này, hạt nhân tinh trùng bắt đầu có thay đổi hình dạng Pha cực đầu (pha Acrosom): pha liên quan đến di chuyển hệ thống túi cực đầu bề mặt nhân tinh trùng Đồng thời, pha có đặc chất nhiễm sắc, protein histon thay protamin, chất nhiễm sắc có nucleosom thay dần chất nhiễm sắc trơn Pha trưởng thành: giai đoạn cho thấy thay đổi cấu trúc chất nhiễm sắc di chuyển túi cực đầu Hạt nhân tiếp tục cô đặc cuối giai đoạn khơng có phiên mã hình thành RNA Túi cực đầu gần bao phủ toàn hạt nhân ngoại trừ phần kết nối nhân đuôi tinh trùng .8 Bên cạnh đó, giai đoạn có kiện quan trọng xảy hình thành tinh trùng Đi tinh trùng hình thành sau q trình biệt hóa thể Golgi hồn tất Sau tiền tinh trùng hình thành, hai trung tử di chuyển hướng đối diện màng bào tương Ở giai đoạn sớm q trình biệt hóa tinh trùng, hai trung tử di chuyển phía sau nhân Một lỗ hình thành bề mặt phía sau nhân, hai trung tử nằm lỗ với trục lệch phía bên phải so với trục tinh trùng gọi trung tử gần Trung tử lại trung tử có trục dọc theo thân tinh trùng Sợi trục tinh trùng có cấu trúc gồm cặp sợi kéo dài nằm gọc gồm + cặp sợi, sợi đính vào trung tử Trung tử phần gần sợi trục nằm đoạn tinh trùng bao quanh ty thể, sợi nén chặt phần đuôi phía sau Các ty thể biệt hóa thành cấu trúc hình ống xếp dọc theo sợi trục, đóng vai trò quan tạo lượng cho hoạt động đuôi tinh trùng Theo Rex A Hes Luiz Renato de Franca, trình biệt hóa tinh trùng trải qua 12 giai đoạn [19] - Giai đoạn I: Có kiểu hình dạng tinh trùng tìm thấy giai đoạn từ I – VIII tinh trùng tròn tinh trùng thn dài Trong giai đoạn I, nhân tinh trùng kích thước nhỏ so với giai đoạn tinh trùng chứa nhân lớn điển hình trung tâm Bộ Golgi nhỏ thiếu hạt dương tính nhuộm PAS - Giai đoạn II: hạt proacrosom nhỏ PAS (+) quan sát thấy trung tâm Golgi, gắn vào nhân tinh trùng tròn - Giai đoạn III: Trong túi Golgi xuất hạt acrosomic có kích thước lớn hơn, tạo thành vết lõm bề mặt nhân tinh trùng tròn - Giai đoạn IV: Các hạt acrosomic bắt đầu làm phẳng làm mịn .9 - Giai đoạn V: Hệ thống túi cực đầu hình thành rõ, có đường thẳng hình thành hạt acrosomic nằm đường tối PAS (+) bao phủ quanh nhân tinh trùng tròn 10 - Giai đoạn VI: Hệ thống acrosomic bắt đầu lan rộng dày phân biệt hạt riêng biệt Trong giai đoạn này, tinh trùng kéo dài bắt đầu di chuyển phía lòng ống sinh tinh 10 - Giai đoạn VII: Hệ thống acrosomic lan rộng trở nên mỏng hơn, cho phép hạt acrosomic trung tâm phình chút phía túi acrosomic Tinh trùng kéo dài ra, nằm phần rìa ống sinh tinh Tế bào chất bao phủ đầu khoảng nửa đuôi tinh trùng Đầu giai đoạn này, có nhiều tế bào chất bao phủ phần tinh trùng kéo dài, chưa hình thành thùy tế bào chất Đến giai đoạn VII, thùy tế bào chất bắt đầu hình thành kéo dài, tế bào chất khơng bao phủ phần đuôi tinh trùng Đến cuối giai đoạn VII, thùy tế bào chất hoàn thiện, phần lớn nằm đầu tinh trùng, hạt lớn tối màu bắt đầu xuất .10 - Giai đoạn VIII: Các acrosom làm phẳng tạo thành nắp bao phủ gần nửa nhân tinh trùng tròn Các tinh trùng kéo dài dần giải phóng vào lòng ống sinh tinh, phần tế bào chất dư thừa hình thành thùy tế bào chất lớn nằm phần bên đầu tinh trùng 10 - Giai đoạn IX: Từ giai đoạn trở tinh trùng tròn chuyển thành tinh trùng dài tìm loại tinh trùng giai đoạn trở sau tinh trùng dài Tại giai đoạn này, tinh trùng bắt đầu kéo dài, hệ thống túi cực đầu PAS (+) rời khỏi vùng trung tâm, kéo dài từ phần đỉnh đến đuôi nhân tinh trùng Các thùy tế bào chất dư thừa hợp lại bị thực bào tế bào Sertoli, biến hoàn toàn giai đoạn X – XI 10 - Giai đoạn X: đầu tinh trùng tạo thành phần nhô rõ rệt, phần nhô bao phủ túi cực đầu PAS (+) 11 - Giai đoạn XI: Nhân tinh trùng trở nên mỏng hơn, thuôn dài bắt màu thuốc nhuộm nhân đậm cho thấy cô đặc chất nhiễm sắc .11 - Giai đoạn XII: Ở giai đoạn này, hệ thống túi cực đầu gần hoàn thiện 11 Hội chứng tinh trùng “không đầu” (Hội chứng tinh trùng acephalic – Acephalic Spermatozoa Syndrome – ASS) .11 Hội chứng tinh trùng “không đầu” (ASS) bất thường nghiêm trọng hình thái tinh trùng, đặc trưng tỷ lệ tinh trùng ngun vẹn thay vào chiếm đa số tinh trùng khơng có đầu tinh dịch [8], [9], [10], [11] Trong hội chứng có tới 90% tinh trùng tinh dịch khơng có chức năng, làm cho ASS trở thành dạng bất thường hình thái tinh trùng nghiêm trọng Các tinh trùng “không đầu” ban đầu gọi tinh trùng đầu kim nhầm tưởng giọt tế bào chất sót lại phần đỉnh đuôi tinh trùng đầu tinh trùng bị giảm kích thước [9] Tuy nhiên, nghiên cứu sâu người động vật có biểu ASS cho thấy tình trạng xuất phát từ khiếm khuyết việc hình thành mối liên kết đầu đuôi tinh trùng trình sinh tinh dẫn đến hậu tách biệt đầu đuôi tinh trùng [20] Các nghiên cứu ASS chứng minh hội chứng có liên quan đến di truyền đến yếu tố di truyền nguyên nhân gây ASS chưa làm rõ Một số đột biến gen chứng minh có liên quan đến hội chứng 11 3.1 Đột biến gen SUN5 Hội chứng tinh trùng “không đầu” 11 Các protein SUN protein đóng vai trò cầu nối khung tế bào khung nhân tế bào Đây protein xun màng, có phần xun màng phía đầu amin gắn vào lớp màng nhân nhiều nghiên cứu cho miền xuyên màng protein SUN tương tác với protein nhân tế bào, giúp củng cố mối tương tác nhân bào tương [21], [22] Miền lại phía đầu carboxyl protein gọi miền SUN có khả tương tác với protein bên màng nhân mà chủ yếu loại protein cấu tạo nên khung tế bào [23] .11 Protein SUN5 protein đặc hiệu màng nhân tinh trùng đột biến gen mã hóa protein SUN5 gen chứng minh có liên quan đến ASS mơ hình động vật người [24] Theo thống kê bệnh nhân mắc ASS có tới 47,06% bệnh nhân mang đột biến đồng hợp lặn gen SUN5 [25] Qua nghiên cứu cấu trúc protein SUN5 tương đồng lồi động vật có vú nhận thấy chúng bảo tồn tiến hóa từ chuột sang người Vì tất đột biến gen SUN5 bệnh nhân tìm chuột nên kết nghiên cứu thực nghiệm chuột áp dụng cho q trình sinh tinh người [24] 12 Trong nghiên cứu mơ hình chuột, nhà khoa học tạo chuột đực bị đột biến đồng hợp tử lặn gen tổng hợp protein SUN5 Kết mẫu tinh dịch mào tinh hồn chuột người ta tìm thấy đa số tinh trùng giống tinh trùng đầu tròn số đầu tinh trùng có cấu trúc bình thường nằm đơn lẻ, khơng gắn với Nghiên cứu sâu cấu trúc tinh trùng thấy tinh trùng cho giống tinh trùng đầu tròn khơng chứa chất nhiễm sắc hay túi cực đầu tinh trùng, chất phần gọi đầu chúng giọt bào tương chứa tế bào chất Nghiên cứu trình sinh tinh chuột đột biến nhận thấy giai đoạn đầu trình sinh tinh mối liên kết đầu tinh trùng hình thành khơng có tham gia protein SUN5, q trình biệt hóa tinh trùng, vị trí liên kết bị tách tạo mẫu tinh trùng mô tả [24] .12 Về mặt mô học, thành phần cấu tạo tinh hoàn chuột đột biến đồng hợp tử lặn gen SUN5 khơng có khác biệt với tinh hồn chuột bình thường chuột mang đột biến dị hợp tử Đánh gia đặc điểm tinh trùng mào tinh hồn ba nhóm chuột cho thấy khơng có khác biệt mật độ tinh trùng ba nhóm tỷ lệ di động giảm đáng kể chuột đột biến đồng hợp lặn SUN5 Về hình thái, tinh trùng chuột đột biến đồng hợp lặn SUN5 mang đặc điểm hội chứng ASS, dạng tinh trùng gặp khơng quan sát thấy chuột bình thường chuột dị hợp tử 13 11 - Giai đoạn X: đầu tinh trùng tạo thành phần nhô rõ rệt, phần nhô bao phủ túi cực đầu PAS (+) - Giai đoạn XI: Nhân tinh trùng trở nên mỏng hơn, thuôn dài bắt màu thuốc nhuộm nhân đậm cho thấy cô đặc chất nhiễm sắc - Giai đoạn XII: Ở giai đoạn này, hệ thống túi cực đầu gần hồn thiện Hội chứng tinh trùng “khơng đầu” (Hội chứng tinh trùng acephalic – Acephalic Spermatozoa Syndrome – ASS) Hội chứng tinh trùng “không đầu” (ASS) bất thường nghiêm trọng hình thái tinh trùng, đặc trưng tỷ lệ tinh trùng ngun vẹn thay vào chiếm đa số tinh trùng khơng có đầu tinh dịch [8], [9], [10], [11] Trong hội chứng có tới 90% tinh trùng tinh dịch khơng có chức năng, làm cho ASS trở thành dạng bất thường hình thái tinh trùng nghiêm trọng Các tinh trùng “khơng đầu” ban đầu gọi tinh trùng đầu kim nhầm tưởng giọt tế bào chất sót lại phần đỉnh tinh trùng đầu tinh trùng bị giảm kích thước [9] Tuy nhiên, nghiên cứu sâu người động vật có biểu ASS cho thấy tình trạng xuất phát từ khiếm khuyết việc hình thành mối liên kết đầu tinh trùng trình sinh tinh dẫn đến hậu tách biệt đầu đuôi tinh trùng [20] Các nghiên cứu ASS chứng minh hội chứng có liên quan đến di truyền đến yếu tố di truyền nguyên nhân gây ASS chưa làm rõ Một số đột biến gen chứng minh có liên quan đến hội chứng 3.1 Đột biến gen SUN5 Hội chứng tinh trùng “không đầu” Các protein SUN protein đóng vai trò cầu nối khung tế bào khung nhân tế bào Đây protein xun màng, có 12 phần xun màng phía đầu amin gắn vào lớp màng nhân nhiều nghiên cứu cho miền xuyên màng protein SUN tương tác với protein nhân tế bào, giúp củng cố mối tương tác nhân bào tương [21], [22] Miền lại phía đầu carboxyl protein gọi miền SUN có khả tương tác với protein bên màng nhân mà chủ yếu loại protein cấu tạo nên khung tế bào [23] Protein SUN5 protein đặc hiệu màng nhân tinh trùng đột biến gen mã hóa protein SUN5 gen chứng minh có liên quan đến ASS mơ hình động vật người [24] Theo thống kê bệnh nhân mắc ASS có tới 47,06% bệnh nhân mang đột biến đồng hợp lặn gen SUN5 [25] Qua nghiên cứu cấu trúc protein SUN5 tương đồng lồi động vật có vú nhận thấy chúng bảo tồn tiến hóa từ chuột sang người Vì tất đột biến gen SUN5 bệnh nhân tìm chuột nên kết nghiên cứu thực nghiệm chuột áp dụng cho q trình sinh tinh người [24] Trong nghiên cứu mô hình chuột, nhà khoa học tạo chuột đực bị đột biến đồng hợp tử lặn gen tổng hợp protein SUN5 Kết mẫu tinh dịch mào tinh hoàn chuột người ta tìm thấy đa số tinh trùng giống tinh trùng đầu tròn số đầu tinh trùng có cấu trúc bình thường nằm đơn lẻ, khơng gắn với đuôi Nghiên cứu sâu cấu trúc tinh trùng thấy tinh trùng cho giống tinh trùng đầu tròn khơng chứa chất nhiễm sắc hay túi cực đầu tinh trùng, chất phần gọi đầu chúng giọt bào tương chứa tế bào chất Nghiên cứu trình sinh tinh chuột đột biến nhận thấy giai đoạn đầu trình sinh tinh mối liên kết đầu đuôi tinh trùng hình thành khơng có tham gia protein SUN5, q trình biệt hóa tinh trùng, vị trí liên kết bị tách tạo mẫu tinh trùng mô tả [24] 13 Về mặt mô học, thành phần cấu tạo tinh hoàn chuột đột biến đồng hợp tử lặn gen SUN5 khơng có khác biệt với tinh hồn chuột bình thường chuột mang đột biến dị hợp tử Đánh gia đặc điểm tinh trùng mào tinh hồn ba nhóm chuột cho thấy khơng có khác biệt mật độ tinh trùng ba nhóm tỷ lệ di động giảm đáng kể chuột đột biến đồng hợp lặn SUN5 Về hình thái, tinh trùng chuột đột biến đồng hợp lặn SUN5 mang đặc điểm hội chứng ASS, dạng tinh trùng gặp khơng quan sát thấy chuột bình thường chuột dị hợp tử Về mặt vi thể, tinh trùng chuột đột biến đồng hợp lặn SUN5 có đặc điểm giống tinh trùng đầu tròn Trong mẫu tinh trùng bình thường, tinh trùng đầu tròn gọi globozoospermatozoa biến đến tinh trùng có khiếm khuyết túi cực đầu Để xác nhận tinh trùng chuột đột biến có phải globozoospermatozoa hay khơng, nghiên cứu tiến hành đánh giá trình hình thành túi cực đầu tinh trùng nhận thấy khơng có bất thường bốn giai đoạn hình thành túi cực đầu chuột đột biến đồng hợp lặn SUN5 khơng có khác biệt trình chuột đột biến chuột bình thường Từ đưa đến kết luận protein SUN5 khơng liên quan đến hình thành túi cực đầu Bằng phương pháp nhuộm miễn dịch huỳnh quang mẫu tinh trùng thu từ mào tinh hoàn chuột đột biến đồng hợp tử lặn nhận thấy tinh trùng có vắng mặt túi cực đầu nhân tế bào Tuy nhiên, mẫu tinh trùng có tỷ lệ nhỏ đầu tinh trùng đơn lẻ khơng có đầu tinh trùng lại có cấu trúc hồn tồn bình thường với túi cực đầu nhân [24] 14 Hình 3.1 Nhuộm miễn dịch huỳnh quang xác định có mặt túi cực đầu nhân tế bào tinh trùng mẫu tinh dịch thu chuột bình thường (WT) chuột đột biến đồng hợp lặn SUN5 (Sun5 – null) [24] Sử dụng kính hiển vi điện tử truyền qua để phân tích cấu tạo tinh trùng nhận thấy tinh trùng chuột bình thường có gắn kết chặt chẽ đầu đi, điều mà khơng thể tìm thấy tinh trùng chuột đột biến đồng hợp lặn SUN5 Phần gọi đầu tinh trùng đột biến đồng hợp lặn SUN5 thực chất giọt bào tương sót lại phần cổ tinh trùng với ty thể phân bố lộn xộn, không trật tự Do đó, tinh trùng chuột đột biến đồng hợp lặn SUN5 thực chất tinh trùng khơng đầu Phân tích thành phần tinh trùng ba đoạn mào tinh hoàn nhận thấy tinh trùng không đầu chiếm tỷ lệ chủ yếu ba kết luận đầu tinh trùng bị tách khỏi đuôi tinh trùng trước tinh trùng di chuyển vào mào tinh [24] Để xác định thời điểm đầu tinh trùng bị tách khỏi đuôi, nghiên cứu tiến hành đánh giá trình sinh tinh biệt hóa tinh trùng theo giai đoạn phương pháp nhuộm PAS Trong 12 giai đoạn q trình sinh 15 tinh biệt hóa tinh trùng, giai đoạn VII – VIII có nhận thấy khác biệt tinh hồn chuột bình thường chuột đột biến đồng hợp lặn SUN5 Cụ thể, tinh hồn chuột bình thường, giai đoạn này, tinh trùng với đầy đủ cấu tạo bình thường di chuyển đến rìa biểu mơ với phần đầu túi cực đầu hướng phía màng đáy Trong đó, chuột đột biến đồng hợp lặn SUN5, hình dạng đầu tinh trùng bình thường chúng khơng định hướng quay phía màng đáy hướng phía lòng ống sinh tinh Đây giai đoạn mà tinh trùng trưởng thành sẵn sàng để di chuyển khỏi tinh hoàn vào ống sinh tinh Điều cho thấy, chuột đột biến đồng hợp lặn SUN5, liên kết đầu tinh trùng bị phá vỡ làm cho đầu tinh trùng tách khơng thể định hướng q trình sinh tinh [24] Tiếp tục sử dụng kính hiển vi điện tử truyền qua để đánh giá mối liên kết đầu đuôi tinh trùng Ở tinh trùng chuột bình thường, đáy gắn chặt màng nhân tinh trùng chuột đột biến đồng hợp lặn, cấu trúc cột chia đoạn đáy gắn kết hồn tồn xác mối liên kết đáy màng nhân lỏng lẻo, phần lớn “bộ máy” liên kết bị biến Trong trình kéo dài tinh trùng để tạo tinh trùng trưởng thành có khả hoạt động chức năng, liên kết lỏng lẻo dẫn đến tách rời phức hợp đáy – cột chia đoạn khỏi màng nhân Do đó, phần tinh trùng khơng có đầu giải phóng đầu tinh trùng giữ lại ống sinh tinh Các nghiên cứu SUN5 đóng vai trò việc gắn kết máy kết nối đầu – đuôi tinh trùng với màng nhân Nghiên cứu xác định vị trí SUN5 tinh trùng đưa kết trình sinh tinh, SUN5 xuất màng nhân tinh trùng Theo giai đoạn phát sinh biệt hóa tinh trùng, SUN5 di chuyển đến vị trí mối liên kết đầu – đuôi tinh trùng Trong tinh trùng trưởng thành, SUN5 xác định nằm vị trí 16 liên kết đầu – đuôi tinh trùng số nguyên nhân dẫn đến ASS [24] 3.2 Đột biến gen Spata6 Hội chứng tinh trùng “không đầu” Mặc dù đột biến gen SUN5 chứng minh nguyên nhân gây hội chứng tinh trùng “không đầu”, nhiên đột biến SUN5 tìm thấy khoảng nửa số bệnh nhân mắc ASS [25], [26] Vậy nguyên nhân gây ASS bệnh nhân lại đâu? Các nghiên cứu tiếp tục tiến hành nhận thấy bệnh nhân đột biến SUN5 có tỷ lệ định mang đột biến gen Spata6 Spata6 gen mã hóa loại protein đặc hiệu cho tinh hồn, có liên quan đến q trình kết nối đầu tinh trùng q trình sinh tinh Spata6 protein có liên quan đến vận chuyển vi sợi dựa myosin thông qua tương tác với tiểu đơn vị myosin liên quan đến việc vận chuyển đơn vị để lắp ráp cột chia đoạn trình hình thành tinh trùng trưởng thành Protein Spata6 bảo tồn tiến hóa cao, thể độc quyền phần kết nối đầu – đuôi tinh trùng động vật có xương sống Bất hoạt gen Spata6 dẫn đến hội chứng tinh trùng “không đầu” [9] Nghiên cứu tạo dòng chuột đột biến bị bất hoạt hoàn toàn gen Spata6 nhận thấy chuột bị bất hoạt gen Spata6 phát triển hoàn toàn bình thường chuột đực khơng có khả sinh sản Đánh giá tinh hoàn chuột bị bất hoạt gen chuột bình thường cho thấy khơng có khác biệt kích thước trọng lượng hai nhóm Đánh giá chất lượng tinh dịch hai nhóm thu kết suy giảm mật độ độ di động tinh trùng nhóm chuột bất hoạt gen Spata6 Đánh giá tinh trùng mào tinh hoàn tinh hoàn cho kết tương tự chuột bị bất hoạt gen Kiểm tra kính hiển vi tương phản pha cho thấy mào tinh hồn chuột bình thường chứa hầu hết tinh trùng nguyên vẹn cấu trúc, chuột bất hoạt gen chủ yếu chứa đuôi tinh trùng với 17 giọt tế bào chất sót lại Phân tích định lượng cho thấy tinh trùng nguyên vẹn cấu trúc chiếm – 4% mào tinh hoàn chuột bị bất hoạt gen, lại tinh trùng có phần khơng có đầu Trong tỷ lệ chuột bình thường chiếm tới 96 – 99% Những kết cho thấy, giống chuột bị đột biến gen SUN5, chuột bị bất hoạt gen Spata6 có tách rời đầu tinh trùng trước tinh trùng giải phóng vào mào tinh hoàn đầu tinh trùng bị tách giữ lại ống sinh tinh bị tế bào Sertoli thực bào Điều thú vị có khoảng 10% tinh trùng khơng đầu mẫu tinh dịch có khả di động Những số cho thấy chuột bị bất hoạt gen Spata6 bị vô sinh ASS với tỷ lệ tinh trùng không đầu chiếm gần 100% [9] Trong trình biệt hóa tinh trùng chuột bất hoạt gen Spata6 nhận thấy vị trí liên kết đầu tinh trùng bị thiểu hụt hồn tồn hình thành phần Khơng có vị trí liên kết đầu – đuôi bị phát triển bất thường, tinh trùng chuột bất hoạt gen Spata6 bất thường cấu trúc đuôi tinh trùng Cụ thể, cấu tạo vi ống theo thể thức 9+2 tinh trùng bình thường bị biến đổi xếp theo thể thức 8+2, 7+2 Điều giải thích lý tinh trùng chuột bị bất hoạt gen Spata6 di động so với tinh trùng chuột bình thường Các phân tích cho thấy vai trò Spata6 cấu trúc cột chia đoạn vị trí liên kết đầu – tinh trùng Khi thiếu có mặt Spata6, cột chia đoạn khơng hình thành hình thành phần với tốc độ hình thành chậm dẫn đến ổn định phần cổ tinh trùng cuối kết nối hoàn toàn đầu tinh trùng [9] Các phân tích phần đầu tinh trùng nguyên vẹn chuột bất hoạt gen cho thấy khơng có bất thường đáng kể cấu trúc đầu tinh trùng Điều cho thấy gián đoạn trình hình thành vị trí liên kết đầu – khơng liên quan đến hình thành phần đầu tinh trùng [9] 18 3.3 Đột biến gen PMFBP1 Hội chứng tinh trùng “không đầu” Các nghiên cứu xác định đột biến vô nghĩa đồng hợp tử lặn gen PMFBP1 bệnh nhân có hội chứng tinh trùng “khơng đầu” khơng có đột biến SUN5 [10], [11] Đột biến đồng hợp lặn gen PMFBP1 tìm thấy 11.8% số bệnh nhân mắc ASS Từ cho thấy đột biến SUN5, đột biến PMFBP1 nguyên nhân dẫn đến hội chứng PMFBP1 gen nằm nhiễm sắc thể 16, chứa 27 exon có độ dài vùng mã hóa 3024 cặp bazơ, mã hóa 1007 acid amin [11] Protein PMFBP1 xác định vị trí liên kết đầu – đuôi tinh trùng, tương tác với SUN5 Spata6 [10] Để nghiên cứu cụ thể vai trò PMFBP1, nhà khoa học tiến hành nghiên cứu mơ hình chuột đột biến đồng hợp tử lặn gen PMFBP1 Kết cho thấy chuột đực đột biến đồng hợp lặn PMFBP1 tiến hành hành vi giao phối bình thường nhiên khơng có khả sinh Về kích thước trọng lượng tinh hồn khơng có khác biệt chuột đột biến đồng hợp lặn với chuột bình thường chuột dị hợp tử Về cấu tạo mô học tinh hồn khơng có khác biệt ba nhóm kể Đánh giá chất lượng tinh trùng mào tinh hồn chuột ba nhóm nhận thấy tổng số tinh trùng khơng có khác biệt chuột đột biến đồng hợp tử cho thấy vắng mặt đầu tinh trùng Khi tiến hành nhuộm miễn dịch huỳnh quang tinh trùng chuột đột biến đồng hợp tử PMFBP1 cho thấy vắng mặt nhân tinh trùng túi cực đầu Các phân tích định lượng cho thấy tỷ lệ tinh trùng có khơng có đầu chuột đột biến đồng hợp lặn PMFBP1 chiếm 98,74% ± 2,13% tổng số tinh trùng Kết chứng minh đột biến đồng hợp lặn PMFBP1 dẫn đến ASS Để nghiên cứu sâu hơn, tinh trùng chuột đột biến đồng hợp lặn PMFBP1 tiến hành phân tích kính hiển vi điện tử truyền qua Kết thu củng cố thêm kết tinh trùng không đầu mà 19 đuôi tinh trùng với giọt bào tương sót lại phần đỉnh đuôi Bản chất tinh trùng tinh trùng khơng đầu [10] Nghiên cứu chế gây ASS chuột đột biến đồng hợp lặn PMFBP1, tiến hành nhuộm PAS để đánh giá giai đoạn trình sinh tinh Kết cho thấy tìm đầu tinh trùng trưởng thành tinh hoàn chuột đột biến đồng hợp lặn PMFBP1ở giai đoạn IX – X tinh hồn chuột bình thường giai đoạn VIII tinh trùng trưởng thành giải phóng khỏi tinh hoàn Hơn nữa, giai đoạn V – VIII, đầu tinh trùng chuột đột biến định hướng quay phía lòng ống sinh tinh khơng quay phía màng đáy, điều hậu tách rời đầu khỏi đuôi tinh trùng Các đầu tinh trùng bị tách giữ lại tinh hồn bị phân giải Cụ thể, giai đoạn IX, X quan sát số đầu tinh trùng bao bọc màng bọc bên ống sinh tinh [10] Đuôi tinh trùng liên kết với đầu tinh trùng “bộ máy” ghép nối đầu – đuôi Để xác định tinh trùng không đầu tạo thiếu hụt PMFBP1 có phải khiếm khuyết q trình phát triển “bộ máy” ghép nối đầu đuôi hay không, tinh trùng tiến hành phân tích kính hiển vi điện tử truyền qua Kết cho thấy chuột thiếu hụt PMFBP1, vị trí liên kết đầu – tinh trùng hình thành phần, q trình biệt hóa tạo tinh trùng trưởng thành, kết nối không ổn định bị phá vỡ dẫn đến tách rời đầu tinh trùng khỏi đuôi tinh trùng kết tạo hội chứng tinh trùng “không đầu” Ở tinh trùng trưởng thành, PMFBP1 xác định nằm đuôi tinh trùng Bằng phương pháp nhuộm huỳnh quang xét nghiệm tinh hồn chuột nhận thấy xun suốt q trình sinh tinh, PMFBP1 chủ yếu nằm vị trí liên kết đầu – đuôi Tiếp tục nhuộm miễn dịch huỳnh quang PMFBP1 số protein khác có liên quan đến vị trí liên kết đầu – SUN5 hay Spata6 cho thấy PMFBP1 nằm vị trí SUN5 20 Spata6 SUN5 protein kết nối vị trí liên kết đầu – với màng nhân tinh trùng Spata6 protein định vị vị trí cột phân đoạn Tuy nhiên đánh giá tương tác ba loại protein nhận thấy chúng khơng có tương tác với mà hoạt động cách độc lập với nhau, nguyên nhâ dẫn đến ASS Điều cho thấy có số thành phần khác “bộ máy” ghép nối đầu – đóng vai trò làm trung gian tương tác chúng Trong tinh trùng không đầu, người ta xác định vị trí ba loại protein nhận thấy Spata6 PMFBP1 xác định giọt bào tương sót lại phần đỉnh đuôi tinh trùng [10] 3.4 Giải pháp cho bệnh nhân mắc Hội chứng tinh trùng “không đầu” Với phương pháp ICSI thông thường, tinh trùng lựa chọn để tiêm vào bào tương noãn thường tinh trùng với cấu tạo phần tương đối đầy đủ Tuy nhiên với tinh trùng ASS, tinh trùng nhìn giống tinh trùng đầu tròn thực chất lại tinh trùng khơng có đầu khơng chứa chất nhiễm sắc nên sử dụng ICSI Để đạt hiệu thụ tinh, cần lựa chọn tinh trùng có phần đầu ngun vẹn khơng có mẫu tinh trùng bệnh nhân ASS Phương pháp ICSI áp dụng bệnh nhân ASS liên quan đến đột biến đột biến biết trình bày phần Kết cho thấy có thụ tinh thành cơng, phát triển phôi đứa trẻ sinh từ phương pháp ICSI hồn tồn bình thường, mang kiểu gen dị hợp tử [9], [10], [24] 21 Bảng 3.1 Kết ICSI tinh trùng chuột bình thường đầu tinh trùng chuột đột biến bị bất hoạt gen Spata6 [9] Tuy nhiên, trình kết nối đầu đuôi tinh trùng bất thường kèm theo định hướng bất thường đầu tinh trùng làm cho mẫu tinh dịch xuất tinh mẫu tinh trùng lấy từ mào tinh khó tìm đầu tinh trùng ngun vẹn khơng Để tìm đầu tinh trùng để phục vụ cho ICSI chủ yếu phải tìm mẫu mơ sinh thiết tinh hồn chúng giữ lại ống sinh tinh [24] 22 KẾT LUẬN Hội chứng tinh trùng “không đầu” – ASS loại bất thường nghiêm trọng hình thái tinh trùng, đặc trưng xuất đuôi tinh trùng khơng có đầu chiếm tỷ lệ 90% mẫu tinh dịch, số nguyên nhân gây vô sinh, muộn Đây hội chứng có nguyên nhân liên quan đến yếu tố di truyền Tuy nhiên có khoảng nửa số trường hợp xác định nguyên nhân gây đột biến làm bất hoạt gen tổng hợp protein SUN5, protein Spata6 protein PMFBP1, trường hợp lại chưa tìm nguyên nhân gây bệnh Giải pháp cho bệnh nhân mắc ASS sử dụng kỹ thuật ICSI đầu tinh trùng ngun vẹn khơng có chủ yếu tìm thấy mẫu sinh thiết mơ tinh hồn người bệnh TÀI LIỆU THAM KHẢO Panner Selvam M.K., and Agarwal A (2018) A systematic review on sperm DNA fragmentation in male factor infertility: Laboratory assessment Arab J Urol, 16(1), 65–76 Boivin J., Bunting L., Collins J.A., et al (2007) International estimates of infertility prevalence and treatment-seeking: potential need and demand for infertility medical care Hum Reprod Oxf Engl, 22(6), 1506– 1512 Mascarenhas M.N., Flaxman S.R., Boerma T., et al (2012) National, Regional, and Global Trends in Infertility Prevalence Since 1990: A Systematic Analysis of 277 Health Surveys PLoS Med, 9(12) Inhorn M.C and Patrizio P (2015) Infertility around the globe: new thinking on gender, reproductive technologies and global movements in the 21st century Hum Reprod Update, 21(4), 411–426 Nguyễn Viết Tiến, Ngơ Văn Tồn Ngơ Thị Ngọc Phụng (2012), Dịch tễ học vô sinh phương pháp điều trị, Nhà xuất Y học Kassem Faraj (2016) Male Infertility: Practice Essentials, Background, Pathophysiology Urology, 23, 2-20 Hồ Mạnh Tường (2006) Kĩ thuật hỗ trợ sinh sản Y học sinh sản Nhà xuất y học, Thành phố Hồ Chí Minh Shang Y., Yan J., Tang W., et al (2018) Mechanistic insights into acephalic spermatozoa syndrome–associated mutations in the human SUN5 gene J Biol Chem, 293(7), 2395–2407 Yuan S., Stratton C.J., Bao J., et al (2015) Spata6 is required for normal assembly of the sperm connecting piece and tight head–tail conjunction Proc Natl Acad Sci U S A, 112(5), E430–E439 10 Zhu F., Liu C., Wang F., et al (2018) Mutations in PMFBP1 Cause Acephalic Spermatozoa Syndrome Am J Hum Genet, 103(2), 188–199 11 Sha Y.-W., Wang X., Xu X., et al (2019) Biallelic mutations in PMFBP1 cause acephalic spermatozoa Clin Genet, 95(2), 277–286 12 Porcu G., Mercier G., Boyer P., et al (2003) Pregnancies after ICSI using sperm with abnormal head-tail junction from two brothers: case report Hum Reprod Oxf Engl, 18(3), 562–567 13 Li L., Sha Y., Wang X., et al (2017) Whole-exome sequencing identified a homozygous BRDT mutation in a patient with acephalic spermatozoa Oncotarget, 8(12), 19914–19922 14 Sha Y.-W., Sha Y.-K., Ji Z.-Y., et al (2018) TSGA10 is a novel candidate gene associated with acephalic spermatozoa Clin Genet, 93(4), 776–783 15 Trịnh Bình (2007) Chương 12: Hệ sinh dục nam Mô - Phôi: Phần Mô học, Nhà xuất Y học 16 World Health Organization, btv (2010), WHO laboratory manual for the examination and processing of human semen, World Health Organization, Geneva 17 Neto F.T.L., Bach P.V., Najari B.B., et al (2016) Spermatogenesis in humans and its affecting factors Semin Cell Dev Biol, 59, 10–26 18 Hồ Mạnh Tường, Đặng Quang Vinh, Vương Thị Ngọc Lan (2011) Thụ tinh ống nghiệm Nhà xuất giáo dục Việt Nam, Thành phố Hồ Chí Minh 19 Hess R.A and Renato de Franca L (2008) Spermatogenesis and cycle of the seminiferous epithelium Adv Exp Med Biol, 636, 1–15 20 Chemes H.E and Rawe V.Y (2010) The making of abnormal spermatozoa: cellular and molecular mechanisms underlying pathological spermiogenesis Cell Tissue Res, 341(3), 349–357 21 Crisp M., Liu Q., Roux K., et al (2006) Coupling of the nucleus and cytoplasm: role of the LINC complex J Cell Biol, 172(1), 41–53 22 Haque F., Lloyd D.J., Smallwood D.T., et al (2006) SUN1 interacts with nuclear lamin A and cytoplasmic nesprins to provide a physical connection between the nuclear lamina and the cytoskeleton Mol Cell Biol, 26(10), 3738–3751 23 Apel E.D., Lewis R.M., Grady R.M., et al (2000) Syne-1, a dystrophinand Klarsicht-related protein associated with synaptic nuclei at the neuromuscular junction J Biol Chem, 275(41), 31986–31995 24 Shang Y., Zhu F., Wang L., et al (2017) Essential role for SUN5 in anchoring sperm head to the tail eLife, 25 Zhu F., Wang F., Yang X., et al (2016) Biallelic SUN5 Mutations Cause Autosomal-Recessive Acephalic Spermatozoa Syndrome Am J Hum Genet, 99(4), 942–949 ... chứng tinh trùng “không đầu” (Hội chứng tinh trùng acephalic – Acephalic Spermatozoa Syndrome – ASS) .11 Hội chứng tinh trùng “không đầu” (ASS) bất thường nghiêm trọng hình thái tinh trùng, ... “không đầu” (Hội chứng tinh trùng acephalic – Acephalic Spermatozoa Syndrome – ASS) Hội chứng tinh trùng “không đầu” (ASS) bất thường nghiêm trọng hình thái tinh trùng, đặc trưng tỷ lệ tinh trùng. .. đuôi tinh trùng số nguyên nhân dẫn đến ASS [24] 3.2 Đột biến gen Spata6 Hội chứng tinh trùng “không đầu” Mặc dù đột biến gen SUN5 chứng minh nguyên nhân gây hội chứng tinh trùng “không đầu”,