Vīriešu sēklas plazmas metabolisma pētījumu pašreizējais stāvoklis un gaita

Abstract: Vīriešu spermas kvalitāte samazināšanāsir liela publikaveselības problēma visā pasaulē. tomērprecīza diagnozesaistīto slimību problēma joprojām ir sarežģīta, un patoģenēze joprojām nav skaidra.Sēklu plazmair ideāls paraugsvīriešu reprodukcijas pētījumi, unsēklas plazmas metabolomikair daudzsološi pielietojumi potenciālo biomarķieru un molekulāro mehānismu izpētēvīriešu reprodukcija. Šajā rakstā mēs apskatīsim tipiskosspermatobolomikapētījumiem no 2011. līdz 2022. gadam, un iepazīstināt ar tehniskoīpašībasunpieteikuma statuss ofkodolmagnētiskā rezonanse,gāzu hromatogrāfija-masas spektrometrija, šķidruma hromatogrāfijas masas spektrometrija un Ramana spektroskopija. Turklāt mēs apkopojam sēklas plazmas metabolisma izmaiņas, kas saistītas arvīriešu reproduktīvās sistēmas traucējumiun vides iedarbība no vairākiem aspektiem, tostarp sēklas plazmas metabolisma metodes, sēklas plazmas metabolisma marķieri un ar tiem saistītie vielmaiņas ceļi, kas galvenokārt ietver enerģijas metabolismu, lipīdu metabolismu, aminoskābju metabolismu un steroīdu metabolismu. Visbeidzot, mēs analizējam spermas metabolomikas izpētes grūtības vīriešu reprodukcijas jomā un piedāvājam nākotnes attīstības tendences.

Atslēgas vārdi:metabolomika;sēklas plazma; vīriešu reprodukcija; spermas kvalitāti

ZĀĻU CISTANČE VĪRU REPRODUKCIJAS TRAUCĒJUMI 

Wecistanche atbalsta dienests

E-pasts:wallence.suen@wecistanche.com

Whatsapp/Tel.:+86 15292862950

Neauglība skar aptuveni 187 miljonus reproduktīvā vecuma pāru visā pasaulē, izplatība ir 15%, no kuriem aptuveni 50% ir vīriešu faktori [1]. Vīriešu neauglības cēloņi ir ģenētiski faktori, dzīvesveids un vides iedarbība, kas galvenokārt izpaužas kā spermas kvalitātes pazemināšanās [2]. Pašlaik vīriešu neauglības diagnoze galvenokārt balstās uz spermas kvalitātes analīzi, bet idiopātisko neauglību (kas veido aptuveni 30% līdz 40% pacientu) nevar precīzi noteikt, veicot regulāru spermas analīzi, fizisko izmeklēšanu un laboratorijas testus [3] un agrīna diagnostika vai iejaukšanās saskaras ar milzīgām problēmām [4].

Sēklu plazma ir svarīga spermas sastāvdaļa. Tas sastāv no prostatas šķidruma, sēklas pūslīšu šķidruma, epididimāla šķidruma un bulbouretrālo dziedzeru sekrēcijas šķidruma. Tā ir ārējā vide spermas uzglabāšanai, ietekmē spermas kustīgumu un spermatozoīdu kapacitāti, kā arī ietekmē normālu apaugļošanās procesu, mijiedarbojoties ar sieviešu reproduktīvo sistēmu [5-6]. Tāpēc tas tiek uzskatīts par ideālu bioloģisko paraugu vīriešu reproduktīvo pētījumu veikšanai [7]. Attīstoties augstas caurlaidspējas tehnoloģijai, sistēmu bioloģijas daudzlīmeņu omikas tehnoloģija (genoms, epigenoms, transkripts, proteoms un metaboloms utt.) ir kļuvusi par spēcīgu instrumentu neauglības marķieru un patoģenēzes izpētei [8]. Starp dažādām omikas tehnoloģijām metabolomika ir visciešāk saistīta ar bioloģiskajiem fenotipiem. Tas galvenokārt pēta endogēnos metabolītus, kas mazāki par 1000 Da [9]. Analizējot vielmaiņas atšķirības pēc ķermeņa, audu vai šūnas stimulācijas vai traucējumiem [10], tiek atklātas izmaiņas bioloģiskās sistēmas vielmaiņas mehānismā [11]. Sēklu plazma ir bagāta ar mazmolekulāriem aktīviem metabolītiem, kas nodrošina barības vielas apaugļošanas procesam. Molekulārās izmaiņas sēklas plazmā var atspoguļot vai ietekmēt spermas un visas reproduktīvās sistēmas stāvokli un galu galā ietekmēt vīriešu auglību [12]. Sēklu plazmas paraugiem nav nepieciešama nogurdinoša pirmapstrāde, kas saīsina klīnisko paraugu noteikšanas laiku un samazina personāla darbības neobjektivitāti, padarot tos ļoti piemērotus klīniskai transformācijai. Sēklu plazmas metabolomika var vispusīgi analizēt sēklas plazmas mazo molekulu metabolītus, piemēram, barības vielas (aminoskābes, ogļhidrātus un lipīdus utt.), hormonus, nukleotīdus utt., Un vispusīgi analizēt to saistību ar vīriešu reproduktīvās veselības rādītājiem.

1. tabulā apkopoti tipiskie sēklas plazmas metabolomikas pētījumu rezultāti vīriešu reproduktīvās veselības jomā pēdējā desmitgadē, piemēram, spermas kvalitātes vai auglības novērtējums, vīriešu neauglības slimību diagnostika un mehānismu izpēte, palīgreproduktīvās ietekmes novērtējums.

Sēklas plazmas metabolomikas tehnoloģija

Sēklu plazmas metabolomikas pētījumos plaši izmantotās atdalīšanas metodes ietver augstas izšķirtspējas šķidruma hromatogrāfiju (HPLC), gāzu hromatogrāfiju (GC) un kapilāro elektroforēzi (CE), un noteikšanas metodes ietver masas spektrometriju (MS), kodolmagnētisko rezonansi (NMR) un Ramana. spektroskopija.

Hromatogrāfijas-masspektrometrijai ir visaugstākā noteikšanas jutība un specifiskums, savukārt KMR ir labas reproducējamības un precīzas kvantitatīvās analīzes īpašības, tāpēc tā ir kļuvusi par visbiežāk izmantoto sēklas plazmas metabolomikas pētījumu tehnoloģiju (1. tabula)[7, 12-33 ].

Gāzu hromatogrāfijas-masspektrometrija (GC-MS) uzrāda lielas priekšrocības, analizējot mazu molekulu metabolītus, piemēram, aminoskābes, glikozi un nukleīnskābes, savukārt šķidruma hromatogrāfijas masas spektrometrijai (LC-MS) ir augsta jutība pret biomakromolekulām (piemēram, holīnu). un lipīdi (piemēram, fosfolipīdi), un nav nepieciešama sarežģīta parauga sagatavošana. Tomēr masas spektrometrija var noteikt tikai jonizētas vielas un nevar analizēt metabolītus, kurus ir grūti jonizēt. Salīdzinot ar masas spektrometriju, NMR var precīzi noteikt dažus alkohola vai cukura metabolītus, kurus nav viegli jonizēt. Tomēr KMR instrumenta noteikšanas jutīgums ir zems, un nav iespējams veikt mērķtiecīgu metabolītu analīzi, kas ierobežo KMR pielietojumu (2. tabula). Tāpēc ir nepieciešams integrēt hromatogrāfijas-masspektrometrijas un citu tehnisko līdzekļu noteikšanas rezultātus, lai vispusīgi iegūtu sēklas plazmas metabolīta profila informāciju. Atbilstoši pētījuma metodei metabolomika tiek iedalīta mērķtiecīgā un nemērķtiecīgā metabolomikā. Mērķtiecīgo metabolomikas metožu mērķis ir identificēt un kvantitatīvi noteikt zināmos metabolītus, savukārt nemērķtiecīgās metabolomikas metodes ir vērstas uz pēc iespējas vairāk metabolītu noteikšanu, ņemot vērā zināmo un nezināmo metabolītu pārpilnības izmaiņas. Tā kā ir salīdzinoši maz informācijas par sēklas plazmas metabolomu, lai atklātu iespējamos patogēnos mehānismus un iespējamos mērķus, parasti tiek izmantota metabolītu diferenciālā analīze, izmantojot nemērķtiecīgas metabolomikas metodes.

1.1. Kodolmagnētiskās rezonanses spektroskopija

KMR ir agrākā tehnoloģija, ko izmanto metabolomikas pētījumos. Tas var veikt objektīvu un nesagraujošu paraugu noteikšanu, un tam ir vienkārša sagatavošana, laba reproducējamība un precīza kvantitatīva noteikšana. Salīdzinot ar MS, KMR var veikt tādu metabolītu kvantitatīvu analīzi, kas nav viegli jonizējami (piemēram, spirti vai cukuri). Tomēr KMR ir šaurs noteikšanas diapazons, zema izšķirtspēja un neobjektivitāte savienojumu kvalitatīvajā vai kvantitatīvā analīzē. Vēl svarīgāk ir tas, ka KMR ir zema jutība, un tā nevar apmierināt bioloģisko paraugu pēdu analīzes vai metabolītu mērķtiecīgas analīzes vajadzības. Turklāt integrācijas laika ierobežojuma dēļ vienā analīzē var noteikt tikai 30 līdz 60 metabolītus, un caurlaidspēja ir zema. Kā parādīts 1. tabulā, uz KMR balstīti sēklas plazmas metabolomikas pētījumi galvenokārt ir vērsti uz metabolītu, piemēram, dažādu aminoskābju un to atvasinājumu, taukskābju un cukuru noteikšanu, ko izmanto, lai atšķirtu neauglīgus gadījumus no veselām kontrolēm [12, 18, 34 ]. Tostarp pētījumu uzmanības centrā ir aminoskābju satura atšķirība sēklu plazmā, īpaši arginīns, lizīns, tirozīns utt. [13-15, 18, 30, 34]. Tomēr lielākajā daļā šo pētījumu tiek izmantotas metabolītu relatīvās kvantitatīvās noteikšanas metodes, kurām nav absolūtas kvantitatīvās noteikšanas un kuras nevar salīdzināt ar publiskiem datiem. Tie nevar pilnībā izmantot KMR priekšrocības, un tiem ir noteikti ierobežojumi [35].

1.2. Hromatogrāfijas-masas spektrometrijas tehnoloģija

GC-MS ir svarīgs metabolomikas pētījumu līdzeklis, galvenokārt atklājot organiskās skābes un gaistošos metabolītus. Negaistošos metabolītus var pārvērst savienojumos, kas piemēroti GC noteikšanai, izmantojot derivatizāciju. Qiao et al. [25] ar nemērķtiecīgām metodēm pārbaudīja 44 idiopātiskus neauglības marķierus, īpaši 4-aminofeniletiķskābes saturu, kas pozitīvi korelēja ar spermas koncentrāciju. Tomēr GC noteikšanas diapazons ir šaurs, un tas var noteikt tikai noteiktus metabolītus, piemēram, aminoskābes vai taukskābes sēklas plazmā.

Tajā pašā laikā atvasināšanas process var samazināt metabolītu reģenerācijas ātrumu un palielināt paraugu analīzes laiku. Turklāt atvasinājumu metožu atšķirības rada izaicinājumus arī standartizētas datu bāzes izveidei.

LC-MS ir galvenais tehniskais līdzeklis sēklas plazmas metabolomikas pētījumiem. Atbilstošas ​​atdalīšanas metodes (normālā fāze, reversā fāze) un skenēšanas režīmus (pozitīvs jons, negatīvs jons utt.) var izvēlēties, pamatojoties uz mērķa metabolītu kategoriju (polārais, nepolārais utt.). Ir daudzas metabolītu ekstrakcijas metodes.

Mērķa metabolīta polaritāte nosaka ekstrakcijas metodi, tostarp vispārējo metabolītu un hidrofobo lipīdu molekulu ekstrakciju. Atbilstoši pētāmo metabolītu īpašībām, lai panāktu efektīvu atdalīšanu, var izvēlēties dažāda veida hromatogrāfijas kolonnas, starp kurām visizplatītākā ir apgrieztās fāzes šķidruma hromatogrāfija. Saskaņā ar dažādiem eksperimentālajiem projektiem to parasti iedala nemērķtiecīgā metabolomikas tehnoloģijā, kuras pamatā ir augstas izšķirtspējas masas spektrometrija, un mērķtiecīgās metabolomikas tehnoloģijā, kuras pamatā ir trīskāršā kvadrupola masas spektrometrija. LC-MS ir kļuvis par absolūtu karsto punktu metabolomikas pētījumos un ir izmantots, lai noteiktu dažādus metabolītus sēklas plazmā, tostarp dažādus brīvos karnitīnus, acilkarnitīnus, polisaharīdus, aminoskābes, biogēnos amīnus un lipīdus [27, 32]. Paredzams, ka nākotnē to plašāk izmantos sēklas plazmas metabolomikas jomā [36].

1.3. Ramana spektroskopija

Ramana spektroskopija ir labs KMR papildinājums. Šī tehnoloģija ir nejutīga pret polāro vielu reakciju, un to parasti izmanto nepolāru metabolītu identificēšanai. Uz Ramana spektroskopiju balstīta sēklas plazmas metabolomikas tehnoloģija ir atklājusi, ka sēklu plazmas vielmaiņas pirkstu nospiedumos ir būtiskas atšķirības starp normāliem vīriešiem un vīriešiem ar astenospermiju vai idiopātisku neauglību [20-21]. Konkrētās funkcionālās grupas norāda uz atšķirībām ar oksidatīvo stresu (OS) saistītajos metabolītos [21]. Tomēr publisko datu informācijas trūkuma dēļ ir grūti precīzi noteikt vai kvantitatīvi noteikt metabolītus. Salīdzinājumam, ir salīdzinoši maz pētījumu par sēklas plazmas metabolomiku, pamatojoties uz Ramana spektroskopijas tehnoloģiju, un pētījumi parasti ir izpētes stadijā.