Status Saat Ini Dan Kemajuan Penelitian Metabolomik Plasma Seminal Pria Ⅱ

2. Penelitian metabolisme plasma mani dalam bidang kesehatan reproduksi pria

Kualitas sperma priaterkait erat dengan jendela kritisspermatogenesis(penyimpanan epididimis, perkembangan motilitas sperma dan spermatogenesis). Faktor genetik bawaan (seperti tidak adanya vas deferens bilateral bawaan, mutasi gen fibrosis kistik, penghapusan kromosom Y, sindrom Kallmann, dan kelainan kromosom yang menyebabkan penurunan fungsi testis) dan faktor didapat (penyakit reproduksi pria seperti varikokel, paparan lingkungan atau pekerjaan terhadap bahan kimia beracun seperti logam berat dan pengganggu endokrin, serta berbagai faktor gaya hidup seperti merokok dan minum alkohol) dapat mempengaruhi proses spermatogenesis, sehingga menyebabkan kualitas sperma menjadi tidak normal [2].

HERB CISTANCHE UNTUK MENINGKATKAN KUALITAS SPERMA PRIA

Karena peran penting plasma mani dalam sistem reproduksi pria, penggunaan metabolomik plasma mani untuk mengeksplorasi potensi biomarker dan mekanisme patogen penyakit reproduksi pria memiliki potensi besar. Penyakit sistem reproduksi pria sangat kompleks dan memerlukan kombinasi penggunaan beberapa biomarker untuk mencapai prediksi, diagnosis, dan analisis etiologi. Gambar 1 menunjukkan jalur metabolisme plasma mani yang terganggu oleh penyakit atau faktor lingkungan, terutama yang melibatkan metabolisme energi,metabolisme lipid, metabolisme asam amino, Danjalur metabolisme steroid. Lampiran 3 secara khusus menunjukkan perubahan metabolit yang berbeda pada infertilitas pria. Warna merah menunjukkan peningkatan regulasi metabolit, dan biru menunjukkan penurunan regulasi metabolit. Perubahan ini terutama melibatkan perubahan metabolit asam amino dan lipid serta metabolitnya. Artikel ini akan menggabungkan penelitian metabolomik plasma mani yang dirangkum dalam Tabel 1 untuk secara khusus memperkenalkan status penerapan metabolomik plasma mani dari perspektif berbagai penyakit reproduksi pria dan faktor paparan lingkungan.

2.1 Penerapan metabolomik plasma mani dalam diagnosis dan penelitian mekanisme infertilitas pria

2.1.1 Oligospermia, asthenospermia, teratospermia dan infertilitas idiopatik

Oligospermia mengacu pada konsentrasi sperma yang lebih rendah dari 1,5 × 107/mL[37] dan merupakan penyakit paling umum pada infertilitas pria. Metabolomik plasma mani berdasarkan LC-MS dan 1H-NMR menunjukkan adanya perbedaan yang signifikan pada kadar asam amino dan kolin dalam plasma mani pria oligospermia dan pria normal [12, 15, 18, 32].

Sebuah studi metabolisme plasma mani berbasis 1H-NMR menemukan bahwa kadar arginin dan aspartat dalam plasma mani pasien oligospermia berkurang, yang secara signifikan berkorelasi dengan penurunan jumlah sperma [15, 18, 38]. Studi berbasis LC-MS lainnya menemukan bahwa selain penurunan kadar aspartat, kadar glutamat, metionin, triptofan, prolin, dan alanin dalam plasma mani pasien oligospermia juga berkurang secara signifikan [32]. Selain asam amino, metabolisme kolin juga penting untuk spermatogenesis. Kurangnya enzim yang berhubungan dengan kolin dapat menyebabkan penurunan fungsi sperma, dan suplementasi kolin mungkin bermanfaat bagi kesehatan reproduksi pria. Namun, terdapat beberapa kontroversi mengenai efek positif suplementasi kolin terhadap kualitas sperma in vivo, yang mungkin disebabkan oleh kurangnya kelompok kontrol plasebo atau dosis kolin [39]. Studi populasi lebih lanjut masih diperlukan.

Astenospermia juga merupakan penyebab umum infertilitas pria dan ditandai dengan penurunan motilitas sperma secara signifikan. Analisis metabolisme plasma mani berdasarkan GC-MS menunjukkan bahwa kadar asam oleat plasma mani, asam palmitat, dan valin pada pasien dengan asthenozoospermia meningkat secara signifikan, menunjukkan bahwa kelainan pada metabolisme asam lemak dapat mempengaruhi motilitas sperma [23]. Membran sperma mengandung berbagai asam lemak, dan kadar asam oleat yang berlebihan dalam plasma mani dapat mengganggu proses metabolisme fosfolipid dalam membran sperma, yang selanjutnya menyebabkan penurunan motilitas sperma [40]. Tingginya kadar asam lemak (terutama asam palmitat dan asam arakidonat) [14, 41] pada membran sperma juga merupakan faktor penting rendahnya kualitas sperma. Asam arakidonat (AA) berperan penting dalam metabolisme lipid, namun pengaruh AA terhadap kualitas air mani masih belum jelas [42-43]. Metabolisme yang ditargetkan pada plasma mani

Analisis kelompok mengungkapkan perubahan jalur metabolisme AA dalam plasma mani pasien dengan asthenozoospermia [28]. Ditemukan bahwa gangguan metabolisme AA selanjutnya dapat diinduksi oleh lipoksigenase (LOX), sitokrom P450 (CYP450) dan siklooksigenase. (siklooksigenase, COX) jalur metabolisme mengaktifkan protein kinase yang diaktifkan mitogen P38, sehingga mengurangi motilitas sperma. Selain asam lemak plasma mani, metabolit yang terlibat dalam berbagai jalur metabolisme seperti energi, purin, siklus metionin, dan metabolisme asam amino rantai cabang juga diubah secara signifikan dalam plasma mani pasien dengan astenospermia [14, 30]. Energi yang dibutuhkan untuk pergerakan sperma berasal dari jalur dekomposisi aerobik seperti glikolisis atau siklus asam trikarboksilat (TCA). Penghambatan jalur ini akan menyebabkan berkurangnya produksi ATP, suplai energi yang tidak mencukupi, dan berkurangnya motilitas sperma.

Teratospermia adalah penyakit yang ditandai dengan adanya sejumlah besar sperma dengan morfologi abnormal dalam air mani, yang patogenesisnya tidak diketahui [44]. Sebuah studi metabolik berbasis 1H-NMR menemukan bahwa 18 metabolit terkait siklus asam trikarboksilat secara signifikan disregulasi dalam plasma mani pasien dengan teratozoospermia [17], menunjukkan bahwa metabolisme energi mungkin menjadi penyebab utama morfologi sperma abnormal. Kadar asam amino dalam plasma mani pasien teratozoospermia juga berubah, terutama taurin, yang memiliki efek antioksidan [45]. Morfologi sperma yang tidak normal mungkin terkait dengan produksi spesies oksigen reaktif yang berlebihan atau berkurangnya antioksidan.

Infertilitas pria idiopatik mengacu pada infertilitas pria yang tidak dapat dijelaskan penyebabnya, dimana hasil analisis air mani rutin berada dalam kisaran normal dan kelainan fisik dan endokrin tidak termasuk. Analisis metabolik berdasarkan spektroskopi Raman menemukan perbedaan ekspresi metabolit terkait stres oksidatif dalam sampel plasma mani dari pria infertil idiopatik dan pria subur [21].

Penelitian metabolik berdasarkan GC-MS menemukan 44 metabolit yang diekspresikan secara berbeda dalam plasma mani pria dengan infertilitas idiopatik [25], yang terutama terlibat dalam metabolisme asam amino dan proses stres oksidatif. Katabolisme asam amino yang berhubungan dengan kualitas sperma meningkat. Metabolit terkait antioksidan berkurang. Studi di atas menunjukkan peran penting stres oksidatif pada infertilitas idiopatik, menunjukkan bahwa status metabolisme dapat ditingkatkan melalui suplemen yang sesuai.

2.1.2 Varikokel

Angka kejadian varikokel pada pria infertil sangat tinggi, dimana sekitar 40% pria infertil primer dan 80% pria infertil sekunder menderita penyakit ini. Pasien dengan varikokel mengalami peningkatan produksi spesies oksigen reaktif dan tingkat stres oksidatif yang lebih tinggi [46], yang mempengaruhi lipid, protein dan asam nukleat dalam air mani, yang menyebabkan kelainan sperma [48]. Analisis metabolomik plasma seminalis berbasis 1H-NMR menemukan 19 metabolit diferensial penting yang melibatkan perubahan metabolisme asam amino, lipid dan energi, terutama terlibat dalam proses stres oksidatif [16]. Studi metabolisme plasma mani non-target lainnya berdasarkan LC-MS juga menunjukkan bahwa kadar 8 metabolit yang terkait dengan metabolisme asam amino, lipid dan energi dalam plasma mani pasien varikokel mengalami perubahan. Misalnya, penurunan kadar leusin dapat menyebabkan penurunan kapasitas antioksidan atau anti-inflamasi, yang menyebabkan kelainan sperma. Reseksi bedah dapat membalikkan status metabolik varikokel yang abnormal, terutama diwujudkan dalam pemulihan kadar gliserofosfolipid dan sphingolipid [33]. Gliserol fosfolipid berkaitan erat dengan aktivitas mitokondria, sedangkan sphingolipid adalah komponen penting membran sel dan berpartisipasi dalam berbagai jalur transduksi sinyal. Peningkatan regulasi restoratif dari kedua jenis molekul lipid ini mungkin menjadi alasan perbaikan morfologi sperma setelah intervensi bedah, dan juga menegaskan kelayakan metabolit plasma seminalis sebagai penanda varikokel [33].

2.2 Metabolomik plasma seminalis digunakan untuk mengungkap mekanisme molekuler paparan lingkungan yang mempengaruhi kualitas sperma

Paparan berbagai zat berbahaya atau bermanfaat di lingkungan dapat mempengaruhi kualitas sperma secara signifikan dengan mengganggu proses metabolisme plasma mani. Metode analisis MIMA (analisis pertemuan dalam metabolit) yang kami usulkan sebelumnya cocok untuk mempelajari jalur biokimia yang menyebabkan dampak buruk dari paparan lingkungan dan mengungkap hubungan kompleks antara paparan dan kesehatan [49]. Kami menggunakan metode ini untuk melakukan penelitian pertama mengenai hubungan antara paparan arsenik di lingkungan dan penyakit reproduksi pria, dan menemukan bahwa paparan arsenik pada konsentrasi lingkungan normal tidak hanya menunjukkan hubungan dosis-efek dengan kejadian infertilitas pria, namun juga berkorelasi secara signifikan. dengan serangkaian penanda metabolit penyakit (asilkarnitin, asam aspartat, metabolit estradiol dan uridin, dll.) [50]. Hal ini menjadi dasar penggunaan metabolisme plasma mani untuk mengeksplorasi mekanisme molekuler dari paparan lingkungan yang menyebabkan penurunan kualitas sperma. Kami menganalisis untuk pertama kalinya hubungan kompleks antara tingkat paparan internal ftalat pengganggu endokrin, senyawa perfluorinasi dan berbagai elemen logam dan non-logam, metabolisme plasma mani, dan parameter kualitas sperma [7, 26, 29]. Hasilnya menunjukkan bahwa metabolit plasma seminalis merupakan objek penelitian yang ideal untuk mempelajari hubungan antara paparan lingkungan dan kualitas sperma [7]; pengganggu endokrin ftalat dapat mempengaruhi kualitas sperma dengan mempengaruhi kandungan asam lemak tak jenuh ganda, asilkarnitin dan asam amino [26, 29], sedangkan seng dan selenium lingkungan meningkatkan konsentrasi sperma dengan mempengaruhi kandungan asilkarnitin [7], dan arsen anorganik mengurangi konsentrasi sperma dengan mempengaruhi metabolisme asam lemak dan karnitin [29].

3 Kesimpulan dan Prospek

Studi terbaru tentang metabolisme plasma mani menunjukkan bahwa metabolisme abnormal karbohidrat plasma mani, asam amino, lipid dan karnitin mungkin menjadi jalur utama penyakit sistem reproduksi pria dan paparan lingkungan terhadap toksikologi reproduksi. Namun penelitian di bidang ini masih menghadapi tantangan besar.

Interpretasi biologis dari data metabolomik sangat bergantung pada latar belakang pengetahuan jalur molekuler yang ditemukan, namun efek fisiologis molekul plasma mani belum sepenuhnya dijelaskan. Oleh karena itu, masih mustahil untuk menganalisis secara komprehensif dan mendalam jalur molekuler spesifik dimana metabolit plasma mani memainkan peran fisiologis melalui teknologi metabolomik. Selain itu, jendela kritis spermatogenesis bersifat sensitif dan kompleks, dengan perbedaan yang sangat besar antar individu. Metabolisme individu juga memiliki perbedaan temporal dan spasial, sehingga sulit untuk mendapatkan penanda metabolik tunggal yang spesifik. Oleh karena itu, penggunaan kombinasi penanda merupakan metode yang layak untuk meningkatkan kemampuan prediksi penyakit secara signifikan [51]. Terakhir, terdapat kebutuhan mendesak untuk secara efektif mengintegrasikan data omics plasma seminalis multi-level (termasuk transkriptomik, proteomik, dan lipidomik) untuk melakukan studi mekanistik mendalam terhadap penyakit terkait reproduksi dan memberikan dasar bagi tindakan intervensi klinis untuk meningkatkan kualitas air mani pria. kualitas.

Referensi

[1] Agarwal A, Majzoub A, Parekh N, dkk. Tinjauan skematis mengenai status praktik infertilitas pria saat ini. Kesehatan Pria World J, 2020, 38: 308-22

[2] Agarwal A, Baskaran S, Parekh N, dkk. Infertilitas pria.Lancet, 2021, 397: 319-33

[3] Bracke A, Peeters K, Punjabi U, dkk. Pencarian mekanisme molekuler yang mendasari infertilitas idiopatik pria. Reproduksi Biomed Online, 2018, 36: 327-39

[4] Krausz C, Escamilla AR, Chianese C. Genetika infertilitas pria: dari penelitian hingga klinik. Reproduksi, 2015, 150: R159-74

[5] Schjenken JE, Robertson SA. Sinyal cairan mani di saluran reproduksi wanita: implikasi terhadap keberhasilan reproduksi dan kesehatan keturunan. Adv Exp Med Biol, 2015,868: 127-58

[6] Robertson SA, DJ Sharkey. Cairan mani dan kesuburan pada wanita. Steril Subur, 2016, 106: 511-9

[7] Xu S, Wu Y, Chen Y, dkk. Paparan logam lingkungan, metabolisme plasma mani, dan kualitas air mani: bukti dari pria usia subur di Tiongkok. Sci Total Lingkungan, 2022, 838: 155860

[8] Carrell DT, Aston KI, Oliva R, dkk. The "omics" infertilitas pria: mengintegrasikan data besar dalam pendekatan biologi sistem. Res Jaringan Sel, 2016, 363: 295-312

[9] Nicholson JK, Lindon JC, Holmes E. 'Metabonomics': memahami respons metabolik sistem kehidupan terhadap rangsangan patofisiologis melalui analisis statistik multivariat dari data pektroskopi NMR biologis. Xenobiotika, 1999, 29: 1181-9

[10] Wishart DS, Feunang YD, Marcu A, dkk. HMDB 4.0: database metabolisme manusia untuk tahun 2018. Nucleic Acids Res, 2018, 46: D608-17

[11] Harapan DS. Metabolomik untuk Menyelidiki proses fisiologis dan patofisiologis. Physiol Rev, 2019, 99:1819-75

[12] Gupta A, Mahdi AA, Ahmad MK, dkk. 1 Studi spektroskopi H NMR pada plasma mani manusia: model klasifikasi analisis fungsi diskriminan probatif. Anal Biomed J Pharm, 2011, 54: 106-13

[13] Jayaraman V, Ghosh S, Sengupta A, dkk. Identifikasi perbedaan biokimia antara berbagai bentuk infertilitas pria dengan spektroskopi resonansi magnetik nuklir (NMR). J Assist Reprod Genet, 2014, 31: 1195-204

[14] Zhang X, Diao R, Zhu X, dkk. Karakterisasi metabolik asthenozoospermia menggunakan metabolomik plasma mani yang tidak ditargetkan. Clin Chim Acta, 2015, 450: 254-61

[15] Mumcu A, Karaer A, Dogan B, dkk. Analisis metabolik plasma mani pada pasien oligoasthenoteratozoospermia idiopatik menggunakan NMR resolusi tinggi

spektroskopi. Andrologi, 2020, 8: 450-6

[16] Neto FTL, Marques RA, De Freitas Cavalcanti Filho A, dkk. 1

Metabonomi berbasis H NMR untuk diagnosis infertilitas pada pria dengan varikokel. J Assist Reprod Genet, 2020, 37:2233-47