الوضع الحالي والتقدم المحرز في أبحاث استقلاب البلازما المنوية لدى الذكور

خلاصة: نوعية الحيوانات المنوية عند الرجل انخفاضهو جمهور كبيرمشكلة صحية في جميع أنحاء العالم. لكن،تشخيص دقيقلا تزال الأمراض المرتبطة بها تشكل تحديًا، ولا تزال آلية التسبب فيها غير واضحة.البلازما المنويةهو نموذج مثالي لأبحاث التكاثر عند الذكور، واستقلاب البلازما المنويةله تطبيقات واعدة في التحقيق في المؤشرات الحيوية المحتملة والآليات الجزيئيةتكاثر الذكور. في هذه المقالة نستعرض النموذجيةاستقلاب السائل المنويالدراسات من 2011 إلى 2022، والتعريف بالتقنيةصفاتوحالة التطبيق oالرنين المغناطيسي النووي,كروماتوغرافيا الغاز - قياس الطيف الكتليوالكروماتوغرافيا السائلة - قياس الطيف الكتلي، ومطياف رامان. بالإضافة إلى ذلك، فإننا نلخص التغيرات في استقلاب البلازما المنوية المنسوبة إلىاضطرابات الإنجاب عند الذكوروالتعرضات البيئية من وجهات نظر متعددة، بما في ذلك طرق استقلاب البلازما المنوية، وعلامات استقلاب البلازما المنوية ومساراتها الأيضية المعنية، والتي تشمل بشكل أساسي استقلاب الطاقة، واستقلاب الدهون، واستقلاب الأحماض الأمينية، واستقلاب الستيرويد. وأخيرا، قمنا بتحليل الصعوبات البحثية المتعلقة باستقلاب السائل المنوي في مجال إنجاب الذكور واقتراح اتجاهات التطوير المستقبلية.

الكلمات الرئيسية:التمثيل الغذائي.البلازما المنوية; تكاثر الذكور؛ جودة الحيوانات المنوية

هيرب سيستانش اضطرابات الإنجاب لدى الذكور 

الخدمة الداعمة لـ Wecistanche

البريد الإلكتروني:wallence.suen@wecistanche.com

واتساب/هاتف:+86 15292862950

يؤثر العقم على ما يقرب من 187 مليون من الأزواج في سن الإنجاب في جميع أنحاء العالم، مع انتشار يصل إلى 15٪، وتمثل العوامل الذكورية حوالي 50٪ [1]. تشمل أسباب العقم عند الذكور العوامل الوراثية، ونمط الحياة، والتعرض البيئي، والذي يتجلى بشكل رئيسي في انخفاض جودة الحيوانات المنوية [2]. في الوقت الحالي، يعتمد تشخيص العقم عند الذكور بشكل أساسي على تحليل جودة السائل المنوي، لكن العقم مجهول السبب (الذي يمثل حوالي 30% إلى 40% من المرضى) لا يمكن تحديده بدقة من خلال تحليل السائل المنوي الروتيني، والفحص البدني، والاختبارات المعملية [3]، و يواجه التشخيص أو التدخل المبكر تحديات هائلة [4].

البلازما المنوية هي عنصر مهم في السائل المنوي. وهو يتألف من سائل البروستاتا، سائل الحويصلة المنوية، سائل البربخ، وسائل إفراز الغدة البصلية الإحليلية. هي البيئة الخارجية لتخزين الحيوانات المنوية، وتؤثر على حركة الحيوانات المنوية وقدرتها، وتؤثر على عملية الإخصاب الطبيعية من خلال التفاعل مع الجهاز التناسلي الأنثوي [5-6]. لذلك، تعتبر عينة بيولوجية مثالية لأبحاث الإنجاب عند الذكور [7]. مع تطور التكنولوجيا عالية الإنتاجية، أصبحت تكنولوجيا omics متعددة المستويات (الجينوم، والإبيجينوم، والنسخ، والبروتينات، والأيض، وما إلى ذلك) لبيولوجيا الأنظمة أداة قوية لاستكشاف علامات العقم والتسبب في المرض [8]. من بين تقنيات omics المختلفة، ترتبط عمليات التمثيل الغذائي ارتباطًا وثيقًا بالأنماط البيولوجية. يدرس بشكل أساسي المستقلبات الداخلية التي يقل تركيزها عن 1000 دا [9]. ومن خلال تحليل الاختلافات الأيضية بعد تحفيز أو اضطراب الجسم أو الأنسجة أو الخلية [10]، فإنه يكشف عن التغيرات في آلية التمثيل الغذائي للنظام البيولوجي [11]. البلازما المنوية غنية بالأيضات النشطة الجزيئية الصغيرة، والتي توفر العناصر الغذائية لعملية الإخصاب. التغيرات الجزيئية في البلازما المنوية يمكن أن تعكس أو تؤثر على حالة الحيوانات المنوية والجهاز التناسلي بأكمله، وتؤثر في النهاية على خصوبة الذكور [12]. لا تتطلب عينات البلازما المنوية معالجة مسبقة مملة، مما يقلل من وقت الكشف عن العينات السريرية ويقلل من تحيز عملية الأفراد، مما يجعلها مناسبة جدًا للتحول السريري. يمكن لاستقلاب البلازما المنوية إجراء تحليل شامل لمستقلبات الجزيئات الصغيرة في البلازما المنوية، مثل العناصر الغذائية (الأحماض الأمينية والكربوهيدرات والدهون، وما إلى ذلك)، والهرمونات، والنيوكليوتيدات، وما إلى ذلك، وتحليل ارتباطها بمؤشرات الصحة الإنجابية للذكور بشكل شامل.

يلخص الجدول 1 نتائج أبحاث استقلاب البلازما المنوية النموذجية في مجال الصحة الإنجابية للذكور في العقد الماضي، مثل تقييم جودة الحيوانات المنوية أو الخصوبة، وتشخيص وأبحاث أمراض العقم عند الذكور، وتقييم التأثيرات الإنجابية المساعدة.

تكنولوجيا استقلاب البلازما المنوية

تشتمل تقنيات الفصل شائعة الاستخدام في أبحاث استقلاب البلازما المنوية على تحليل كروماتوجرافي سائل عالي الأداء (HPLC)، تحليل كروماتوجرافي للغاز (GC) والرحلان الكهربي الشعري (CE)، وتشمل تقنيات الكشف قياس الطيف الكتلي (MS)، والرنين المغناطيسي النووي (NMR) ورامان. التحليل الطيفي.

يتمتع قياس الطيف الكتلي الكروماتوغرافي بأعلى حساسية وخصوصية للكشف، في حين يتميز الرنين المغناطيسي النووي بخصائص التكاثر الجيد والتحليل الكمي الدقيق، لذلك أصبح تكنولوجيا أبحاث استقلاب البلازما المنوية الأكثر استخدامًا (الجدول 1)[7، 12-33 ].

يُظهر قياس الطيف الكتلي للفصل اللوني للغاز (GC-MS) مزايا كبيرة في تحليل مستقلبات الجزيئات الصغيرة مثل الأحماض الأمينية والجلوكوز والأحماض النووية، في حين يتمتع التحليل اللوني للكتلة السائلة (LC-MS) بحساسية عالية للجزيئات الحيوية (مثل الكولين). والدهون (مثل الدهون الفوسفاتية) ولا تتطلب تحضيرًا معقدًا للعينة. ومع ذلك، يمكن لقياس الطيف الكتلي اكتشاف المواد المتأينة فقط ولا يمكنه تحليل المستقلبات التي يصعب تأينها. بالمقارنة مع قياس الطيف الكتلي، يمكن للرنين المغناطيسي النووي أن يحدد بدقة بعض مستقلبات الكحول أو السكر التي ليس من السهل تأينها. ومع ذلك، فإن حساسية الكشف عن أداة الرنين المغناطيسي النووي منخفضة ولا يمكن إجراء التحليل المستهدف للأيضات، مما يحد من تطبيق الرنين المغناطيسي النووي (الجدول 2). ولذلك، فمن الضروري دمج نتائج الكشف عن قياس الطيف الكتلي الكروماتوغرافي والوسائل التقنية الأخرى للحصول بشكل شامل على معلومات الملف الأيضي للبلازما المنوية. وفقا لطريقة البحث، تنقسم عمليات التمثيل الغذائي إلى عمليات التمثيل الغذائي المستهدفة وغير المستهدفة. تهدف طرق الأيض المستهدفة إلى تحديد وقياس المستقلبات المعروفة، بينما تركز طرق الأيض غير المستهدفة على اكتشاف أكبر عدد ممكن من المستقلبات، مع الأخذ في الاعتبار التغيرات الوفرة في المستقلبات المعروفة وغير المعروفة. نظرًا لوجود معلومات قليلة نسبيًا عن استقلاب البلازما المنوية، عادةً ما يستخدم التحليل التفاضلي المستقلب باستخدام طرق التمثيل الغذائي غير المستهدفة للكشف عن الآليات المسببة للأمراض المحتملة والأهداف المحتملة.

1.1 التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي النووي

الرنين المغناطيسي النووي (NMR) هو أقدم تقنية مستخدمة في أبحاث التمثيل الغذائي. يمكنه إجراء كشف غير متحيز وغير مدمر للعينات، وله مزايا الإعداد البسيط، والاستنساخ الجيد، والقياس الكمي الدقيق. بالمقارنة مع مرض التصلب العصبي المتعدد، يمكن للرنين المغناطيسي النووي إجراء تحليل كمي للأيضات التي لا تتأين بسهولة (مثل الكحوليات أو السكريات). ومع ذلك، فإن الرنين المغناطيسي النووي لديه نطاق كشف ضيق، ودقة منخفضة، وتحيز في التحليل النوعي أو الكمي للمركبات. والأهم من ذلك، أن الرنين المغناطيسي النووي لديه حساسية منخفضة ولا يمكنه تلبية احتياجات تحليل تتبع العينات البيولوجية أو التحليل المستهدف للأيضات. بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لمحدودية وقت التكامل، يمكن اكتشاف 30 إلى 60 مستقلبًا فقط في تحليل واحد، وتكون الإنتاجية منخفضة. كما هو مبين في الجدول 1، تركز أبحاث استقلاب البلازما المنوية المستندة إلى الرنين المغناطيسي النووي بشكل أساسي على اكتشاف المستقلبات مثل الأحماض الأمينية المختلفة ومشتقاتها والأحماض الدهنية والسكريات، والتي تستخدم لتمييز حالات العقم عن الضوابط الصحية [12، 18، 34 ]. ومن بينها أن الاختلاف في محتوى الأحماض الأمينية في البلازما المنوية هو محور البحث، وخاصة الأرجينين والليسين والتيروزين وغيرها. [13-15، 18، 30، 34]. ومع ذلك، فإن معظم هذه الدراسات تستخدم أساليب القياس الكمي النسبي للأيضات، والتي تفتقر إلى القياس الكمي المطلق ولا يمكن مقارنتها بالبيانات العامة. لا يمكنهم الاستفادة الكاملة من مزايا الرنين المغناطيسي النووي ولديهم بعض القيود [35].

1.2 تقنية قياس الطيف الكتلي الكروماتوغرافي

يعد GC-MS وسيلة مهمة لأبحاث التمثيل الغذائي، حيث يقوم بشكل أساسي بالكشف عن الأحماض العضوية والأيضات المتطايرة. بالنسبة للأيضات غير المتطايرة، يمكن تحويلها إلى مركبات مناسبة للكشف عن GC من خلال الاشتقاق. تشياو وآخرون. [25] تم فحص 44 علامة عقم مجهول السبب من خلال طرق غير مستهدفة، وخاصة محتوى حمض أمينوفينيل أسيتيك 4-، والذي كان مرتبطًا بشكل إيجابي بتركيز الحيوانات المنوية. ومع ذلك، فإن نطاق اكتشاف GC ضيق، ويمكنه فقط اكتشاف مستقلبات معينة مثل الأحماض الأمينية أو الأحماض الدهنية في البلازما المنوية.

وفي الوقت نفسه، قد تؤدي عملية الاشتقاق إلى تقليل معدل استرداد المستقلبات وزيادة وقت تحليل العينات. وبالإضافة إلى ذلك، فإن الاختلافات في أساليب الاشتقاق تجلب أيضًا تحديات أمام إنشاء قاعدة بيانات موحدة.

LC-MS هو الوسيلة التقنية الرئيسية لأبحاث استقلاب البلازما المنوية. يمكن اختيار طرق الفصل المناسبة (الطور العادي، الطور العكسي) وأوضاع المسح (الأيون الموجب، الأيون السالب، إلخ) بناءً على فئة المستقلب المستهدف (قطبي، غير قطبي، إلخ). هناك العديد من الطرق لاستخراج المستقلبات.

تحدد قطبية المستقلب المستهدف طريقة الاستخلاص، بما في ذلك استخلاص المستقلبات العامة وجزيئات الدهون الكارهة للماء. وفقا لخصائص المستقلبات التي تتم دراستها، يمكن اختيار أنواع مختلفة من الأعمدة الكروماتوغرافية لتحقيق الفصل الفعال، ومن بينها اللوني السائل ذو الطور العكسي هو الأكثر شيوعا. وفقًا للتصميمات التجريبية المختلفة، يتم تقسيمها عمومًا إلى تكنولوجيا التمثيل الغذائي غير المستهدف استنادًا إلى قياس الطيف الكتلي عالي الدقة وتقنية التمثيل الغذائي المستهدف استنادًا إلى قياس الطيف الكتلي الثلاثي الرباعي. أصبح LC-MS نقطة ساخنة مطلقة في أبحاث التمثيل الغذائي وقد تم استخدامه لتحديد مجموعة متنوعة من المستقلبات في البلازما المنوية، بما في ذلك مختلف الكارنيتينات الحرة والأسيل كارنيتينات والسكريات والأحماض الأمينية والأمينات الحيوية والدهون [27، 32]. ومن المتوقع أن يتم استخدامه على نطاق أوسع في المستقبل في مجال استقلاب البلازما المنوية [36].

1.3 مطيافية رامان

يعتبر مطيافية رامان مكملاً جيدًا للرنين المغناطيسي النووي. هذه التكنولوجيا غير حساسة لاستجابة المواد القطبية وتستخدم بشكل عام لتحديد المستقلبات غير القطبية. وجدت تقنية استقلاب البلازما المنوية القائمة على التحليل الطيفي لرامان أن هناك اختلافات كبيرة في البصمات الأيضية للبلازما المنوية بين الرجال العاديين والرجال الذين يعانون من وهن النطاف أو العقم مجهول السبب [20-21]. تشير المجموعات الوظيفية المحددة التي تم تحديدها إلى وجود اختلافات في المستقلبات المرتبطة بالإجهاد التأكسدي (OS) [21]. ومع ذلك، ونظرًا لنقص معلومات البيانات العامة، فمن الصعب تحديد المستقلبات أو قياسها بدقة. وبالمقارنة، هناك عدد قليل نسبيًا من الدراسات حول استقلاب البلازما المنوية استنادًا إلى تقنية التحليل الطيفي رامان، ويكون البحث بشكل عام في المرحلة الاستكشافية.