Lo stress ossidativo è causa di buona parte dei casi di infertilità maschile

L’infertilità maschile è causata da una serie di fattori come la genetica individuale, lo stile di vita e fattori ambientali e cause cliniche come varicocele, squilibrio endocrino e infezioni, tutti associate a stress ossidativo e danni al DNA. Lo stress ossidativo è una delle ragioni dell’infertilità maschile per i suoi effetti distruttivi sulle strutture e sulle funzioni degli spermatozoi.

La particolare composizione della membrana spermatica, ricca di acidi grassi polinsaturi, e il facile accesso del DNA spermatico al danno ossidativo dovuto alle caratteristiche citologiche e metaboliche specifiche delle cellule spermatiche (nessun citoplasma rimasto e cellule incapaci di innescare risposte allo stress) ne fanno il tipo cellulare, nei metazoi, più suscettibile al danno ossidativo.

Stress ossidativo causa dell’infertilità maschile

In particolare, il danno ossidativo al genoma degli spermatozoi è un problema importante e una causa di infertilità maschile, solitamente associato a rotture del DNA paterno a singolo o doppio filamento.

Vari metodi per rilevare la frammentazione del DNA spermatico sono diventati importanti strumenti diagnostici nella prognosi dell’infertilità maschile e tali test sono disponibili nei laboratori di ricerca e nelle cliniche andrologiche.

Tuttavia, è importante capire che gli effetti dello stress ossidativo sul genoma degli spermatozoi vanno ben oltre la sola frammentazione del DNA.

Ossidazione cellulare: punto di partenza per il danno al DNA

L’ossidazione delle basi del DNA paterno, in particolare dei residui di guanina e adenosina, i residui più sensibili all’alterazione ossidativa, è il punto di partenza per il danno al DNA negli spermatozoi ma è anche un pericolo per l’integrità del materiale genetico embrionale indipendentemente dalla frammentazione del DNA spermatico.

È interessante notare che l’evoluzione degli animali pluricellulari non ha ritenuto opportuno dotare le cellule di specifiche attività enzimatiche per riciclare i radicali liberi molto aggressivi (OH e OH−) derivanti dall’eccesso di H2O2. Queste molecole, se sono in eccesso, attaccheranno tutti i costituenti cellulari e alla fine porteranno alla morte cellulare.

La scelta evolutiva dei metazoi è stata quella di controllare finemente le concentrazioni intracellulari ed extracellulari di H2O2 attraverso una batteria di enzimi citosolici e/o secreti come catalasi, glutatione perossidasi, perossiredossine, glutatione-S-transferasi e glutaredossine che trasformano H2O2 in qualcosa di neutro, cioè acqua, H2O.

Quali sono le conseguenze dell’ossidazione del DNA spermatico?

Come tutte le cellule aerobiche dei metazoi, gli spermatozoi sono costantemente esposti all’ossigeno (O2) e ai problemi che ne derivano. Poiché l’ossidazione del DNA spermatico, sebbene possa accompagnare la frammentazione del nucleo, può spesso esistere indipendentemente da esso, la domanda è: quali sono le conseguenze di questa situazione quando esiste da sola?

Ciò è stato chiaramente dimostrato in modelli animali transgenici in cui la protezione antiossidante luminale epididimale è stata abbassata, con conseguente aumento significativo del numero di basi ossidate sul nucleo spermatico indipendentemente da qualsiasi altra alterazione. Nell’uomo, gli hotspot per l’ossidazione del DNA degli spermatozoi sono stati studiati in coorti fertili e infertili ed è stato osservato che erano significativamente più ossidati nei maschi infertili rispetto a quelli fertili.

Livelli esagerati di ROS possono avere effetti dannosi sullo sperma e causare infertilità maschile

Concludendo, lo stress ossidativo deriva da disturbi nell’intricato equilibrio tra generazione ed eliminazione di ROS. Mentre i livelli fisiologici di ROS sono vitali per la funzione ottimale dello sperma, quando presenti in livelli esagerati, i ROS possono avere effetti dannosi sulla qualità e sulla funzione dello sperma e, infine, causare infertilità.

La valutazione diretta del danno ossidativo del DNA spermatico dovrebbe completare la valutazione del maschio infertile. Solo quando questo parametro sarà valutato sarà possibile valutarne correttamente l’impatto sullo sviluppo embrionale e sull’esito della gravidanza poiché, ad oggi, i dati sono limitati; valutare correttamente la pertinenza della supplementazione antiossidante orale come strategia terapeutica adeguata.

Bibliografia:

• Steiner, A.Z.; Hansen, K.R.; Barnhart, K.T.; Cedars, M.I.; Legro, R.S.; Diamond, M.P.; Krawetz, S.A.; Usadi, R.; Baker, V.L.; Coward, R.M.; et al. The effect of antioxidants on male factor infertility: The Males, Antioxidants, and Infertility (MOXI) randomized clinical trial. Fertil. Steril. 2020, 113, 552–560.e3

• Ling Wang, Jinhua Tang, Lei Wang, Feng Tan, Huibin Song, Jiawei Zhou, Fenge Li. Oxidative stress in oocyte aging and female reproduction. Journal of cellular physiology, Apr 2021.