Núverandi staða og framfarir karlkyns sæðisplasma efnaskiptarannsókna

Ágrip: Karlkyns sæðisgæði hnignuner stór almenningurheilbrigðisvandamál um allan heim. Hins vegar,nákvæm greiningaf tengdum sjúkdómum er enn krefjandi og meingerðin er enn óljós.Sáðplasmaer tilvalið sýnishorn fyriræxlun karla, ogefnaskipti í sæðisplasmahefur efnilega notkun í að rannsaka hugsanlega lífmerki og sameindakerfikarlkyns æxlun. Í þessari grein förum við yfir dæmigerðsæðisefnaskiptinám frá 2011 til 2022, og kynna tækninaeinkenniogstöðu umsóknar okjarnasegulómun,gasskiljun-massagreiningu, vökvaskiljun-massagreiningu og Raman litrófsgreiningu. Að auki tökum við saman breytingar á umbrotum í sæðisplasma sem rekja má tilæxlunartruflanir karlaog umhverfisáhrif frá mörgum sjónarhornum, þar með talið aðferðir við efnaskipti í sæðisplasma, efnaskiptamerki í sæðisplasma og efnaskiptaferli þeirra sem tengjast þeim, sem innihalda aðallega orkuefnaskipti, fituefnaskipti, amínósýruumbrot og steraumbrot. Að lokum greinum við rannsóknarerfiðleika efnaskiptafræði sæðis á sviði æxlunar karla og leggjum til framtíðarþróunarstrauma.

Lykilorð:efnaskiptafræði;sáðplasma; karlkyns æxlun; gæði sæðis

HERB CISTANCHE Æxlunartruflanir karla 

Stuðningsþjónusta Wecistanche

Netfang:wallence.suen@wecistanche.com

Whatsapp/Sími:+86 15292862950

Ófrjósemi hefur áhrif á um það bil 187 milljónir para á barneignaraldri um allan heim, með algengi 15%, þar af karlkyns þættir um það bil 50% [1]. Orsakir ófrjósemi karla eru meðal annars erfðafræðilegir þættir, lífsstíll og umhverfisáhrif, sem koma aðallega fram sem minnkuð gæði sæðis [2]. Eins og er byggist greining á ófrjósemi karla aðallega á sæðisgæðagreiningu, en ekki er hægt að bera kennsl á sjálfvakta ófrjósemi (sem er um það bil 30% til 40% sjúklinga) með venjulegri sæðisgreiningu, líkamsskoðun og rannsóknarstofuprófum [3], og Snemmgreining eða íhlutun stendur frammi fyrir miklum áskorunum [4].

Sáðplasma er mikilvægur hluti sæðis. Hann er samsettur úr blöðruhálskirtilsvökva, sáðblöðruvökva, epididymalvökva og seytingarvökva í blöðruhálskirtlum. Það er ytra umhverfi fyrir sæðisgeymslu, hefur áhrif á hreyfanleika sæðisfrumna og virkni sæðisfrumna og hefur áhrif á eðlilegt frjóvgunarferli með samskiptum við æxlunarfæri kvenna [5-6]. Þess vegna er það talið tilvalið lífsýni fyrir æxlunarrannsóknir karla [7]. Með þróun háafkastatækni hefur fjölþrepa omics tækni (erfðaefni, epigenome, transcriptome, próteóm og metabolome, osfrv.) kerfislíffræði orðið öflugt tæki til að kanna ófrjósemismerki og meingerð [8]. Meðal ýmissa umics tækni er metabolomics helst tengd líffræðilegum svipgerðum. Það rannsakar aðallega innræn umbrotsefni minna en 1000 Da [9]. Með því að greina efnaskiptamun eftir örvun eða truflun á líkamanum, vefjum eða frumum [10] kemur í ljós breytingar á efnaskiptaferli líffræðilega kerfisins [11]. Sáðplasma er ríkt af virkum umbrotsefnum í litlum sameindum, sem veita næringarefni fyrir frjóvgunarferlið. Sameindabreytingar í sæðisplasma geta endurspeglað eða haft áhrif á ástand sæðisfrumna og allt æxlunarkerfið og að lokum haft áhrif á frjósemi karla [12]. Sæðisplasmasýni krefjast ekki leiðinlegrar formeðferðar, sem styttir greiningartíma klínískra sýna og dregur úr hlutdrægni í rekstri starfsmanna, sem gerir þau mjög hentug fyrir klíníska umbreytingu. Umbrotsefni sæðisplasma geta ítarlega greint umbrotsefni lítilla sameinda í sæðisplasma, svo sem næringarefni (amínósýrur, kolvetni og lípíð, osfrv.), hormón, kirni osfrv., og greint ítarlega tengsl þeirra við vísbendingar um æxlunarheilbrigði karla.

Tafla 1 tekur saman dæmigerðar niðurstöður rannsókna á efnaskiptum í sæðisplasma á sviði æxlunarheilbrigðis karla á síðasta áratug, svo sem mat á gæðum sæðis eða frjósemi, greiningu og verkunarrannsóknir á ófrjósemissjúkdómum karla og mat á aðstoð við æxlunaráhrif.

Umbrotstækni í sæðisplasma

Algengar aðskilnaðaraðferðir í rannsóknum á efnaskiptum í sæðisplasma eru meðal annars hágæða vökvaskiljun (HPLC), gasskiljun (GC) og háræðarafnám (CE), og greiningartæknin felur í sér massagreiningu (MS), kjarnasegulómun (NMR) og Raman litrófsgreiningu.

Litskiljun massagreiningar hefur hæsta greiningarnæmni og sértækni, en NMR hefur eiginleika góðs endurgerðanleika og nákvæmrar megindlegrar greiningar, þannig að hún er orðin algengasta rannsóknartækni um efnaskipti í sæðisplasma (tafla 1)[7, 12-33 ].

Gasskiljun-massagreining (GC-MS) sýnir mikla kosti við að greina umbrotsefni lítilla sameinda eins og amínósýrur, glúkósa og kjarnsýrur, en vökvaskiljun-massagreining (LC-MS) hefur mikla næmni fyrir líffjöldasameindum (eins og kólíni) og lípíð (eins og fosfólípíð) og krefst ekki flókins sýnis undirbúnings. Massagreining getur hins vegar aðeins greint jónuð efni og getur ekki greint umbrotsefni sem erfitt er að jóna. Í samanburði við massagreiningu getur NMR mælt nákvæmlega sum alkóhól- eða sykurumbrotsefni sem ekki er auðvelt að jóna. Hins vegar er næmi NMR mælitækja lítið og ekki er hægt að framkvæma markvissa greiningu á umbrotsefnum, sem takmarkar beitingu NMR (tafla 2). Þess vegna er nauðsynlegt að samþætta greiningarniðurstöður litskiljunar-massagreininga og annarra tæknilegra aðferða til að fá yfirgripsmikið upplýsingar um umbrotsefnissnið sæðisplasma. Samkvæmt rannsóknaraðferðinni er metabolomics skipt í markvissa og ómarkmiða metabolomics. Markvissar efnaskiptaaðferðir miða að því að bera kennsl á og magngreina þekkt umbrotsefni, en ómarkvissar efnaskiptaaðferðir miða að því að greina eins mörg umbrotsefni og mögulegt er, að teknu tilliti til gnægðarbreytinga þekktra og óþekktra umbrotsefna. Þar sem tiltölulega litlar upplýsingar eru til um umbrotsefni sæðisplasma er mismunagreining umbrotsefna með ómarkmiðum efnaskiptaaðferðum venjulega notuð til að sýna mögulega sjúkdómsvaldandi aðferðir og hugsanleg markmið.

1.1 Kjarnasegulómun litrófsgreiningar

NMR er elsta tækni sem notuð er í rannsóknum á efnaskiptafræði. Það getur framkvæmt óhlutdræga og eyðileggjandi uppgötvun sýna og hefur þá kosti að einfalda undirbúning, góðan endurgerðanleika og nákvæma magngreiningu. Í samanburði við MS getur NMR framkvæmt magngreiningu á umbrotsefnum sem eru ekki auðveldlega jónuð (eins og alkóhól eða sykur). Hins vegar hefur NMR þröngt greiningarsvið, lága upplausn og hlutdrægni í eigindlegri eða megindlegri greiningu efnasambanda. Meira um vert, NMR hefur lítið næmi og getur ekki uppfyllt þarfir snefilgreiningar á lífsýnum eða markvissrar greiningar á umbrotsefnum. Þar að auki, vegna takmörkunar á samþættingartíma, er aðeins hægt að greina 30 til 60 umbrotsefni í einni greiningu og afköst er lágt. Eins og sýnt er í töflu 1, beinast NMR-undirstaða rannsókna á efnaskiptum sæðisplasma aðallega að því að greina umbrotsefni eins og ýmsar amínósýrur og afleiður þeirra, fitusýrur og sykur, sem eru notaðar til að greina ófrjó tilvik frá heilbrigðum viðmiðunarhópum [12, 18, 34 ]. Meðal þeirra er munurinn á innihaldi amínósýra í sæðisplasma í brennidepli rannsókna, sérstaklega arginín, lýsín, tyrosín o.s.frv. [13-15, 18, 30, 34]. Hins vegar nota flestar þessar rannsóknir hlutfallslegar magngreiningaraðferðir umbrotsefna, sem skortir algjöra magngreiningu og er ekki hægt að bera saman við opinber gögn. Þeir geta ekki nýtt sér kosti NMR að fullu og hafa ákveðnar takmarkanir [35].

1.2 Litskiljun-massagreiningartækni

GC-MS er mikilvæg leið til rannsókna á efnaskiptafræði, aðallega til að greina lífrænar sýrur og rokgjörn umbrotsefni. Fyrir órokgjörn umbrotsefni er hægt að breyta þeim í efnasambönd sem henta til að greina GC með afleiðumyndun. Qiao o.fl. [25] skimaði 44 sjálfvakta ófrjósemismerki með ómarkvissum aðferðum, sérstaklega innihaldi 4-amínófenýlediksýru, sem hafði jákvæða fylgni við styrk sæðisfrumna. Hins vegar er greiningarsvið GC þröngt og það getur aðeins greint tiltekin umbrotsefni eins og amínósýrur eða fitusýrur í sæðisplasma.

Á sama tíma getur afleiðumyndunarferlið dregið úr endurheimtarhraða umbrotsefna og aukið greiningartíma sýna. Að auki veldur munurinn á afleiðuaðferðum einnig áskoranir við stofnun staðlaðs gagnagrunns.

LC-MS er helsta tæknilega aðferðin til rannsókna á efnaskiptum í sæðisplasma. Hægt er að velja viðeigandi aðskilnaðaraðferðir (venjulegur fasi, öfugur fasi) og skönnunaraðferðir (jákvæð jón, neikvæð jón osfrv.) byggt á markumbrotsefnaflokknum (skautað, óskautað osfrv.). Það eru margar aðferðir til að vinna úr umbrotsefnum.

Pólun markumbrotsefnisins ákvarðar útdráttaraðferðina, þar með talið útdrátt almennra umbrotsefna og vatnsfælna lípíðsameinda. Í samræmi við eiginleika umbrotsefnanna sem verið er að rannsaka er hægt að velja mismunandi gerðir af litskiljunarsúlum til að ná fram skilvirkum aðskilnaði, þar á meðal er öfugfasa vökvaskiljun algengust. Samkvæmt mismunandi tilraunahönnun er henni almennt skipt í ómarkmiða efnaskiptatækni sem byggir á háupplausnarmassagreiningu og markvissa efnaskiptatækni sem byggir á þrefaldri fjórpóla massagreiningu. LC-MS hefur orðið alger heitur reitur í rannsóknum á efnaskiptafræði og hefur verið notað til að ákvarða margs konar umbrotsefni í sæðisplasma, þar á meðal ýmis frjáls karnitín, asýlkarnitín, fjölsykrur, amínósýrur, lífræn amín og lípíð [27, 32]. Í framtíðinni er búist við að það verði meira notað á sviði efnaskipta í sáðplasma [36].

1.3 Raman litrófsgreining

Raman litrófsgreining er góð viðbót við NMR. Þessi tækni er ónæm fyrir svörun skautaðra efna og er almennt notuð til að bera kennsl á óskautuð umbrotsefni. Raman litrófsspeglun byggð á sæðisplasma efnaskiptatækni hefur komist að því að það er marktækur munur á efnaskiptafingraförum sæðisplasma á milli venjulegra karla og karla með asthenosfrumhækkun eða sjálfvakta ófrjósemi [20-21]. Sértæku virku hóparnir sem greindir hafa verið gefa til kynna mun á oxunarálagi (OS) tengdum umbrotsefnum [21]. Hins vegar, vegna skorts á opinberum gagnaupplýsingum, er erfitt að bera kennsl á eða mæla umbrotsefni nákvæmlega. Til samanburðar eru tiltölulega fáar rannsóknir á efnaskiptum sæðisplasma sem byggjast á Raman litrófsgreiningartækni og rannsóknirnar eru almennt á könnunarstigi.