État actuel et progrès de la recherche sur la métabolomique du plasma séminal masculin Ⅱ

2. Recherche sur la métabolomique du plasma séminal dans le domaine de la santé reproductive masculine

Qualité du sperme masculinest étroitement lié à la fenêtre critique despermatogenèse(stockage épididymaire, développement de la motilité des spermatozoïdes et spermatogenèse). Facteurs génétiques innés (tels que l'absence bilatérale congénitale du canal déférent, mutation du gène de la mucoviscidose, délétion du chromosome Y, syndrome de Kallmann et anomalies chromosomiques entraînant une détérioration de la fonction testiculaire) et acquis (maladies de la reproduction masculine telles que la varicocèle, exposition environnementale ou professionnelle). à des produits chimiques toxiques tels que les métaux lourds et les perturbateurs endocriniens, ainsi qu'à divers facteurs liés au mode de vie tels que le tabagisme et la consommation d'alcool) peuvent affecter le processus de spermatogenèse, conduisant ainsi à une qualité anormale du sperme [2].

CISTANCHE AUX HERBES POUR AMÉLIORER LA QUALITÉ DU SPERME MASCULIN

En raison du rôle clé du plasma séminal dans le système reproducteur masculin, l’utilisation de la métabolomique du plasma séminal pour explorer les biomarqueurs potentiels et les mécanismes pathogènes des maladies reproductives masculines présente un grand potentiel. Les maladies du système reproducteur masculin sont très complexes et nécessitent l’utilisation combinée de plusieurs biomarqueurs pour réaliser la prédiction, le diagnostic et l’analyse étiologique. La figure 1 montre les voies métaboliques du plasma séminal perturbées par des maladies ou des facteurs environnementaux, impliquant principalement le métabolisme énergétique,métabolisme lipidique, métabolisme des acides aminés, etvoies du métabolisme des stéroïdes. L'annexe 3 montre spécifiquement les modifications des différents métabolites dans l'infertilité masculine. Le rouge indique une régulation positive des métabolites et le bleu une régulation négative des métabolites. Ces changements impliquent principalement des modifications des métabolites des acides aminés et des lipides et de leurs métabolites. Cet article combinera la recherche sur la métabolomique du plasma séminal résumée dans le tableau 1 pour présenter spécifiquement le statut d'application de la métabolomique du plasma séminal du point de vue de différentes maladies de la reproduction masculine et facteurs d'exposition environnementale.

2.1 Application de la métabolomique du plasma séminal au diagnostic et à la recherche des mécanismes de l'infertilité masculine

2.1.1 Oligospermie, asthénospermie, tératospermie et infertilité idiopathique

L'oligospermie fait référence à une concentration de spermatozoïdes inférieure à 1,5 × 107/mL[37] et constitue la maladie la plus courante en matière d'infertilité masculine. La métabolomique du plasma séminal basée sur la LC-MS et la 1H-RMN ont montré qu'il existe des différences significatives dans les niveaux d'acides aminés et de choline dans le plasma séminal des hommes oligospermiques et des hommes normaux (12, 15, 18, 32).

Une étude métabolomique du plasma séminal basée sur la RMN 1H a révélé que les niveaux d'arginine et d'aspartate dans le plasma séminal des patients atteints d'oligospermie étaient réduits, ce qui était significativement corrélé à la diminution du nombre de spermatozoïdes (15, 18, 38). Une autre étude basée sur la LC-MS a révélé qu'en plus de la diminution des taux d'aspartate, les taux de glutamate, de méthionine, de tryptophane, de proline et d'alanine dans le plasma séminal des patients atteints d'oligospermie étaient également significativement réduits (32). Outre les acides aminés, le métabolisme de la choline est également crucial pour la spermatogenèse. Le manque d’enzymes liées à la choline peut entraîner une diminution de la fonction des spermatozoïdes, et une supplémentation en choline peut être bénéfique pour la santé reproductive masculine. Cependant, il existe une certaine controverse quant à l'effet positif de la supplémentation en choline sur la qualité du sperme in vivo, qui peut être due à l'absence de groupe témoin placebo ou au dosage de choline [39]. Des études de population supplémentaires sont encore nécessaires.

L'asthénospermie est également une cause fréquente d'infertilité masculine et se caractérise par une diminution significative de la motilité des spermatozoïdes. L'analyse métabolomique du plasma séminal basée sur la GC-MS a montré que les taux d'acide oléique, d'acide palmitique et de valine dans le plasma séminal chez les patients atteints d'asthénozoospermie étaient significativement augmentés, ce qui suggère que des anomalies du métabolisme des acides gras peuvent affecter la motilité des spermatozoïdes (23). La membrane du spermatozoïde contient une variété d'acides gras et des niveaux excessifs d'acide oléique dans le plasma séminal peuvent perturber le processus de métabolisme des phospholipides dans la membrane du spermatozoïde, entraînant ainsi une diminution de la motilité des spermatozoïdes (40). Des niveaux élevés d'acides gras (en particulier l'acide palmitique et l'acide arachidonique) [14, 41] dans les membranes des spermatozoïdes sont également des facteurs importants de mauvaise qualité du sperme. L'acide arachidonique (AA) joue un rôle important dans le métabolisme des lipides, mais son effet sur la qualité du sperme reste incertain [42-43]. Métabolisme ciblé par le plasma séminal

L'analyse de groupe a révélé des changements dans les voies métaboliques des AA dans le plasma séminal de patients atteints d'asthénozoospermie (28). Il a été constaté que les troubles métaboliques des AA peuvent être en outre induits par la lipoxygénase (LOX), le cytochrome P450 (CYP450) et la cyclooxygénase. (cyclooxygénase, COX) active la protéine kinase activée par le mitogène P38, réduisant ainsi la motilité des spermatozoïdes. En plus des acides gras plasmatiques séminaux, les métabolites impliqués dans diverses voies métaboliques telles que l'énergie, la purine, le cycle de la méthionine et le métabolisme des acides aminés à chaîne ramifiée sont également altérés de manière significative dans le plasma séminal des patients atteints d'asthénospermie (14, 30). L'énergie nécessaire au mouvement des spermatozoïdes provient de voies de décomposition aérobie telles que la glycolyse ou le cycle de l'acide tricarboxylique (TCA). L’inhibition de cette voie entraînera une réduction de la production d’ATP, un apport énergétique insuffisant et une réduction de la motilité des spermatozoïdes.

La tératospermie est une maladie caractérisée par la présence d’un grand nombre de spermatozoïdes anormalement morphologiques dans le sperme, dont la pathogenèse est inconnue [44]. Une étude métabolomique basée sur la RMN 1H a révélé que 18 métabolites liés au cycle de l'acide tricarboxylique étaient significativement dérégulés dans le plasma séminal de patients atteints de tératozoospermie [17], indiquant que le métabolisme énergétique pourrait être la principale cause d'une morphologie anormale des spermatozoïdes. Les taux d'acides aminés dans le plasma séminal des patients atteints de tératozoospermie sont également altérés, notamment la taurine, qui a un effet antioxydant [45]. Une morphologie anormale des spermatozoïdes peut être liée à la production excessive d’espèces réactives de l’oxygène ou à la réduction des antioxydants.

L'infertilité masculine idiopathique fait référence à une infertilité masculine inexpliquée dans laquelle les résultats de l'analyse de sperme de routine se situent dans la plage normale et les anomalies physiques et endocriniennes sont exclues. L'analyse métabolomique basée sur la spectroscopie Raman a révélé des différences dans l'expression des métabolites liés au stress oxydatif dans les échantillons de plasma séminal provenant d'hommes infertiles idiopathiques et d'hommes fertiles (21).

La recherche sur le métabolisme basée sur la GC-MS a révélé 44 métabolites exprimés de manière différentielle dans le plasma séminal d'hommes atteints d'infertilité idiopathique [25], qui sont principalement impliqués dans le métabolisme des acides aminés et les processus de stress oxydatif. Le catabolisme des acides aminés lié à la qualité du sperme est augmenté. Les métabolites liés aux antioxydants sont réduits. Les études ci-dessus indiquent le rôle important du stress oxydatif dans l'infertilité idiopathique, suggérant que l'état métabolique peut être amélioré grâce à des suppléments correspondants.

2.1.2 Varicocèle

L'incidence de la varicocèle chez les hommes infertiles est très élevée, avec environ 40 % des hommes infertiles primaires et 80 % des hommes infertiles secondaires souffrant de la maladie [46]. Les patients atteints de varicocèle présentent une production accrue d’espèces réactives de l’oxygène et des niveaux plus élevés de stress oxydatif [46], qui affectent les lipides, les protéines et les acides nucléiques du sperme, conduisant à des anomalies spermatiques [48]. L'analyse métabolomique du plasma séminal basée sur la RMN 1H a révélé 19 métabolites différentiels importants impliquant des modifications du métabolisme des acides aminés, des lipides et de l'énergie, principalement impliqués dans les processus de stress oxydatif (16). Une autre étude métabolomique non ciblée du plasma séminal basée sur la LC-MS a également montré que les niveaux de 8 métabolites liés au métabolisme des acides aminés, des lipides et de l'énergie dans le plasma séminal des patients atteints de varicocèle étaient modifiés. Par exemple, une diminution des taux de leucine peut entraîner une diminution de la capacité antioxydante ou anti-inflammatoire, entraînant des anomalies des spermatozoïdes. La résection chirurgicale peut inverser le statut métabolique anormal de la varicocèle, se manifestant principalement par la restauration des taux de glycérophospholipides et de sphingolipides [33]. Les phospholipides du glycérol sont étroitement liés à l'activité mitochondriale, tandis que les sphingolipides sont des composants importants des membranes cellulaires et participent à de multiples voies de transduction du signal. La régulation positive réparatrice de ces deux types de molécules lipidiques pourrait être à l’origine de l’amélioration de la morphologie des spermatozoïdes après une intervention chirurgicale, et confirme également la faisabilité des métabolites du plasma séminal comme marqueurs de la varicocèle [33].

2.2 La métabolomique du plasma séminal est utilisée pour révéler le mécanisme moléculaire de l'exposition environnementale affectant la qualité du sperme

L'exposition à diverses substances nocives ou bénéfiques présentes dans l'environnement peut affecter considérablement la qualité du sperme en interférant avec le processus métabolique du plasma séminal. La méthode d'analyse MIMA (meet-in-metabolite Analysis) que nous avons proposée précédemment convient à l'étude des voies biochimiques qui conduisent à des effets néfastes de l'exposition environnementale et à la révélation de la relation complexe entre l'exposition et la santé (49). Nous avons utilisé cette méthode pour mener la première étude sur l'association entre l'exposition environnementale à l'arsenic et les maladies reproductives masculines, et avons constaté que l'exposition à l'arsenic à des concentrations environnementales normales montrait non seulement une relation dose-effet avec l'incidence de l'infertilité masculine, mais était également significativement corrélée. avec une série de marqueurs métabolites de la maladie (acylcarnitine, acide aspartique, métabolites de l'estradiol et uridine, etc.) [50]. Cela a jeté les bases de l’utilisation de la métabolomique du plasma séminal pour explorer le mécanisme moléculaire de l’exposition environnementale conduisant à une diminution de la qualité du sperme. Nous avons analysé pour la première fois l'association complexe entre les niveaux d'exposition interne aux perturbateurs endocriniens, aux phtalates, aux composés perfluorés et à divers éléments métalliques et non métalliques, le métabolome du plasma séminal et les paramètres de qualité du sperme [7, 26, 29]. Les résultats montrent que les métabolites du plasma séminal sont des objets de recherche idéaux pour étudier la relation entre l'exposition environnementale et la qualité du sperme [7] ; les perturbateurs endocriniens, les phtalates peuvent affecter la qualité du sperme en affectant la teneur en acides gras polyinsaturés, en acylcarnitines et en acides aminés [26, 29], tandis que le zinc et le sélénium environnementaux augmentent la concentration des spermatozoïdes en affectant la teneur en acylcarnitines [7], et l'arsenic inorganique réduit la concentration des spermatozoïdes. en affectant le métabolisme des acides gras et de la carnitine [29].

3 Conclusion et perspectives

Des études récentes sur le métabolome du plasma séminal ont montré que le métabolisme anormal des glucides, des acides aminés, des lipides et de la carnitine du plasma séminal pourrait être la principale voie d'accès aux maladies du système reproducteur masculin et à l'exposition environnementale à la toxicologie de la reproduction. Cependant, la recherche dans ce domaine reste confrontée à d’énormes défis.

L'interprétation biologique des données métabolomique dépend fortement de la connaissance de base des voies moléculaires découvertes, mais les effets physiologiques des molécules du plasma séminal n'ont pas encore été entièrement élucidés. Par conséquent, il est encore impossible d’analyser de manière complète et approfondie les voies moléculaires spécifiques par lesquelles les métabolites du plasma séminal jouent des rôles physiologiques grâce à la technologie métabolomique. De plus, la fenêtre critique de la spermatogenèse est sensible et complexe, avec d’énormes différences entre les individus. Les métabolomes individuels présentent également des différences temporelles et spatiales, ce qui rend difficile l'obtention d'un marqueur métabolique unique et spécifique. Par conséquent, l’utilisation d’une combinaison de marqueurs est une méthode réalisable pour améliorer considérablement les capacités de prédiction des maladies (51). Enfin, il existe un besoin urgent d'intégrer efficacement les données omiques du plasma séminal à plusieurs niveaux (y compris la transcriptomique, la protéomique et la lipidomique) pour mener des études mécanistiques approfondies sur les maladies liées à la reproduction et fournir une base pour des mesures d'intervention clinique visant à améliorer le sperme masculin. qualité.

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