در مطالعات مشخص شده است که اسپرماتوزوآ بالغ انسان اغلب سطوح بالایی از قطعه قطعه شدن DNA را نشان میدهد که این آسیب DNA، یک عامل مهم در تعیین عملکرد اسپرم میباشد و با طیف گستردهای از عوارض جانبی بالینی در ارتباط است. از جمله این عوارض میتوان به افزایش اختلالات در مرحله لقاح و پیش از لانه گزینی،کم شدن میزان لانه گزینی، نقص در رشد و نمو جنین و بروز سقط جنین اشاره کرد(R. Aitken & De Iuliis, 2010).
بازهایDNA به آسیب اکسیداتیو حساس بوده که در نتیجه سبب قطعه قطعه شدن DNA و آسیب جزیی در DNAسلولها مانند اسپرم میشوند که می تواند منجر به عوارضی در فرزندان از جمله : بیماریهای ژنتیکی غالب مانند آکندروپلازیا، شرایط عصبی پیچیده مانند اسکیزوفرنی، صرع، بیماری دو قطبی، اوتیسم و با افزایش ناهنجاریهای مادرزادی سبب افزایش نرخ مرگ و میر و سقط می شود(Singh, Muller, & Berger, 2003).
هنگامیکه آسيب اکسیداتیو وسيع باشد، آپوپتوز يا مرگ برنامهريزي شده سلول[15] و فراگمنته شدن ژنوم جنين رخ ميدهد و در مواقعی که آسیبهای اکسیداتیو کمتر است، لقاح اتفاق میافتد اما اووسیت باید شکستهای DNA را ترمیم کند(Kodama, Yamaguchi, Fukuda, Kasai, & Tanaka, 1997).
آپوپتوز يا مرگ برنامهريزي شده سلول، يک پاسخ غيرالتهابي به آسيبهاي بافتي است که توسط يکسري تغييرات بيوشيميايي و ريختشناختي[16] مشخص ميگردد. اين فرآيند ظرفيت سلولهاي سرتولي را از طريق کنترل توليد بالاي گامتهاي نر و حذف اسپرماتوزوآهاي غيرطبيعي حفظ مينمايد. ROS با فعالسازي کاسپازها يک واکنش زنجيرهاي را آغاز ميکنند و سرانجام منجر به آپوپتوز ميگردند(Agarwal, Makker, & Sharma, 2008).
همچنين ROS ميتواند به DNAی ميتوکندريايي نسبت به DNAی هستهاي آسيب بيشتري برساند. بعد از القای ROS، آسیبهای وارده به DNA افزایش یافته و از طریق فعال شدن سیتوکروم C و در نهایت فعال شدن کاسپاز3 در تمام سلولهای زایا از جمله اسپرماتوسیت اولیه، اسپرماتوسیت ثانویه، اسپرماتوگونیا و اسپرماتوزوآ، آپوپتوز مشاهده می شود. در نتیجه تعداد اسپرم کاهش یافته و حالت اولیگواسپرمی ایجاد می شود. گمان ميرود که چنين آسيبهايي ميتوانند عامل بيماريهايي چون ناباروري در انسان باشند. مجاورت نزديکDNAی ميتوکندري به زنجيره انتقال الکترون، مکانيسمهاي ناکارآمد ترميم DNA و فقدان هيستونها که مسبب فشردگي ساختار کروماتين هستند، به عنوان دلايل حساسيت DNAی ميتوکندري پيشنهاد ميشوند(George, Jiao, Bishop, & Lu, 2012).
1-2-6-1-2- اهمیت سلامت DNA اسپرم
تراکم کروماتین اسپرم نقش مهمی در حفاظت از ژنوم پدر، در فرایند لقاح و باروری تخمک دارد. در نتیجه بررسی سلامت DNAاز اهمیت خاصی برخوردار است.
همچنین در تحقیقات گذشته نشان داده شده است که:
-
- بین پارامترهای اسپرم وآسیبهایDNA رابطه معکوس وجود دارد(R. Mahfouz et al., 2010).
-
- در افراد نابارور میزان شکستDNA بیشتر است(Turner & Lysiak, 2008).
-
- بین میزان لقاح و آسیبDNA رابطه معکوس وجود دارد(Agarwal & Allamaneni, 2005).
-
- در همسران بیمارانی که دارای میزان قابل توجهی شکستDNA اسپرم هستند میزان سقط افزایش مییابد(Jiang, He, Wang, & Zhu, 2011).
از این رو بررسي و ارائه راهکارهايي در زمينه آسيب DNAی اسپرم ميتواند براي درمان زوجهاي نابارور حياتي باشد.
1-2-6-2- استرس اکسیداتیو در اسپرم
اسپرماتوزوآ نیز همانند دیگر سلولهایی که در شرایط هوازی زندگی می کنند، با تضادی در مورد اکسیژن مواجه است. یعنی از یک سو برای بقاء خود به اکسیژن نیازمندند و از سوی دیگر متابولیتهای اکسیژن نظیر ROSها میتوانند برای بقاء سلول مضر باشند. در نتیجه ROS تولید شده در سلول باید مدام غیرفعال شود به طوری که غلظت آن همیشه در حد بسیار اندک برای عملکرد طبیعی سلول باشد و اگر تعادلی بین تولید و حذف ROS نباشد، منجر به ایجاد شرایط استرس اکسیداتیو می شود(Saleh & HCLD, 2002; Turner & Lysiak, 2008).
( اینجا فقط تکه ای از متن فایل پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )
در واقع به علت این که میزان سیتوپلاسم اسپرم بالغ کم است و غلظت آنزیم های از بین برندهی ROS در اسپرم اندک میباشد، اسپرم بیش از دیگر سلولها مستعد ایجاد استرس اکسیداتیو است. در ضمن، به علت این که غشاء اسپرم حاوی مقادیر بالایی از اسیدهای چرب غیراشباع میباشد، آسیبپذیری آن در برابر استرس اکسیداتیو زیاد است. همچنین به دلیل شکل خاص اسپرم، آنزیم های آنتیاکسیدان داخل سلولی نمی توانند غشاء پلاسمایی احاطه کننده آکروزوم و دم را حفاظت نمایند(Fanaei, Azizi, & Khayat, 2013).
1-2-6-3- استرس اکسیداتیو و بیماریهای دیگر
استرس اکسیداتیو در دیگر بیماریهای انسان از جمله: آترواسکلروز، سرطان، دیابت، آسیب کبدی، روماتوئید آرتریت، آب مروارید،ایدز، بیماریهای التهابی روده، پارکینسون، بیماری نورون حرکتی و شرایط مرتبط با تولد زودرس دخیل است( Pasqualotto, F et al., 2000).
1-2-7- اثراتROS
1-2-7-1- پراکسیداسیون لیپیدی غشای پلاسمایی اسپرم
اسیدهای چرب که حاوی بیش ازدوکربن با پیوند دو گانه هستند اسیدهای چرب غیر اشباع (PUFA[17]) نامیده میشوند. لیپیدهای موجود درغشای پلاسمایی اسپرم که به شکل اسیدهای چرب غیر اشباع هستند از حساسترین مولکولها میباشند. حملات ROSبه PUFA در غشای سلولی منجر به شروع آبشاری ازواکنشهای شیمیایی بنام پراکسیداسیون لیپیدی می شود که این پراکسیداسیون لیپیدی برای تحرک اسپرم، ظرفیتیابی اسپرم و نفوذ به اووسیت ضروری میباشد(J. Aitken, Buckingham, & Krausz, 1994; R. J. Aitken, Clarkson, & Fishel, 1989).
1-2-7-2- اثر روی تحرک اسپرم
پراکسیداسیون لیپیدی یک علت عمده برای از دست دادن تحرک دراسپرم است، در نتیجه افزایش سطح ROS با کاهش تحرک اسپرم ارتباط دارد. با این حال، مکانیسم دقیقی برای این رویداد مشخص نیست.
یک فرضیه حاکی از آن است که H2O2 از سراسر غشاء به داخل سلولها منتشر شده و مانع از فعالیت برخی آنزیم های حیاتی مانند گلوکز 6- فسفاتدهیدروژناز (G6PD) می شود و از طریق شنت هگزوز منوفسفات، دسترسی درون سلولی نیکوتین آمید آدنین دینوکلئوتید فسفات (NADPH) را کنترل می کند. NADPH به عنوان یک منبع الکترون توسط اسپرم برای تولید ROSاستفاده می شود. مهار G6PD منجر به کاهش NADPH و تجمع گلوتاتیون اکسیده می شود که می تواند دفاع آنتیاکسیدانی اسپرماتوزوآ را کاهش و پراکسیداسیون فسفولیپیدهای غشاء را افزایش دهد(Gomez, Irvine, & Aitken, 1998; Suleiman, Ali, Zaki, EL‐MALIK, & Nasr, 1996)
1-2-8- ROS و استرس اکسیداتیو مایع منی
هنگامیکه تعادل بین ROS تولیدی و آنتی اکسیدانها از بین میرود، آسیبهای اکسیداتیو قابل توجهی برای اکثر ارگانلهای سلولی به دلیل آسیب دیدن کربوهیدراتها، پروتئینها، لیپیدها و DNA رخ داده و در نهایت منجر به مرگ سلول می شود. غشای پلاسمایی اسپرم غنی از اسیدهای چرب غیراشباع است و به راحتی توسط ROS، تحت پراکسیداسیون لیپیدی قرار میگیرد. لوکوسیتها و اسپرماتوزوآي نابالغ موجود در منی، H2O2 را از طریق سیستم NADPH اکسیداز تولید می کنند. پراکسیداسیونH2O2 سمیترین شکل ROS برای اسپرماتوزوآ میباشد و به علت نفوذ به غشا بهراحتی ارگانلهای سلولی را تحت تاثیر قرار میدهد. این در حالی است که غشا نسبت به رادیکال هیدروکسیل نفوذناپذیر بوده و اثر نمودن آنها زمانبر است. در بافتی مانند بیضه با متابولیسم بالا، استرس اکسیداتیو می تواند آسیبرسان باشد، بنابراین ظرفیت آنتیاکسیدانهای بافت بسیار مهم است.
امروزه مطالعات زیادی مبنی بر اینکه استرس اکسیداتیو در حضور آنتیاکسیدانها بر عملکرد اسپرم طبیعی تاثیر نداشته و در نتیجه باروری اتفاق افتاده است، وجود دارد( Pasqualotto, F et al., 2000) .
1-2-9- ROS و ناباروری
بطور معمول در مردانی که علت ناباروری آنها ناشناخته است، برهم خوردن توازن بین ROS و آنتیاکسیدانها، از دلایل محتمل ناباروری است(Agarwal et al., 2006). طی مطالعات اخیر، در نمونههای منی 25 تا 40 درصد مردان نابارور مقادیر بالایی از ROS گزارش شده است. همچنین در نمونههای منی مردان بارور، ظرفيت کلي آنتياکسيداني[18] (TAC) بالاتر از مردان نابارور است(Lewis, Boyle, McKinney, Young, & Thompson, 1995). از طرف دیگر، نیمی از مردان اولیگواسپرمی، سطح بالایی از ROS را در مایع منی نشان می دهند(R. J. Aitken et al., 1989). حمله ROS به اسپرم، سبب کاهش بقا و افزايش نقص در شکل ظاهري اسپرم ميشود(E De Lamirande & Gagnon, 1992)،که این آسیب وارده به عوامل متفاوتی نظیر مقدار و مدت زمان تماس سلول با عامل اکساينده، اکسيژن، دما، غلظت يونها، پروتئينها و مهارکنندههاي ROS بستگي دارد. در مطالعاتی مشخص شده است که غلظت پائين پراکسيد هيدروژن، روي تحرک اسپرم اثري ندارد، اما از نفوذ اسپرم به اووسيت جلوگیری ميکند(R. Aitken, Harkiss, & Buckingham, 1993).
شکل(1-2): ارتباط بین افزایش تولید ROS با ناباروری(Singh et al., 2003).
1-2-10- آنتی اکسیدانها
از عوامل از بین برندهی رادیکالهای آزاد میتوان به آنتی اکسیدانهااشاره کرد که بهعنوان سد دفاعی سلول، در برابر استرس اکسیداتیو عمل می کنند. آنتیاکسیدانها به پنج گروه تقسیم میشوند:
1) ترانسفرین[19]، هموپکسین[20] از پروتئینهایی هستند که سبب کاهش دسترسی سلول به پیش اکسیدانهایی مانند آهن و مس میشوند.
2) آنزیم های کاتالاز، پراکسیداز، سوپراکسید دیسموتاز[21](SOD) از جمله عواملی هستند که سبب از بین بردن رادیکالهای آزاد و دیگر انواع ROS میشوند.
3) پروتئینهایی که سبب حفظ مولکولهای زیستی در برابر استرس اکسیداتیو میشوند، مانند: پروتئینهای شوک حرارتی[22].
4) α-توکوفرول[23]، گلوتاتیون از مولکولهایی هستند که دارای وزن مولکولی پائین بوده و میتوانند ROS را به دام اندازند.
5) ویتامینهای E و C ازجمله عواملی هستند که به صورت غیرآنزیمی در بیضه به عنوان آنتیاکسیدان عمل می کنند(Agarwal & Sekhon, 2010).
1-2-10-1- نحوه عملکرد آنتیاکسیدانها به دو روش طبقه بندی می شود:
-
- شکستن زنجیره: زمانی که یک رادیکال آزاد الکترونی را جذب کرده یااز دست میدهد، رادیکال دوم تشکیل می شود. سپس این مولکول همین کار را با مولکول سوم انجام میدهد. این روند تا زمانی ادامه مییابد که طی آن رادیکال بوسیله یک آنتیاکسیدان شکننده زنجیره مانند بتا کاروتن و ویتامینها تثبیت شود، یا بهراحتی به یک محصول بی ضرر تبدیل شود.
-
- راه بازدارنده: آنزیم های آنتیاکسیدان مانند سوپراکسید دسموتاز ، کاتالاز و گلوتاتیون پراکسیداز با کاهش میزان تشکیل زنجیره از اکسیداسیون جلوگیری می کنند. چنین آنتیاکسیدانهایی با یافتن رادیکالهای آغازگر میتوانند یک زنجیره اکسیداسیون را برای همیشه متوقف سازند. همچنین میتوانند با تثبیت رادیکالهای فلزی مانند مس و آهن از اکسیداسیون جلوگیری کنند(Agarwal, Nallella, Allamaneni, & Said, 2004).
عمدهترين آنزيمهای آنتياکسيدانی که در بافت بیضه پستانداران بيان میشوند عبارتند از: سوپراکسيد ديسموتاز، کاتالاز و گلوتاتيون پراکسيداز(Zini & Schlegel, 1997). همچنین برخی عوامل غيرآنزيمي که به عنوان آنتیاکسیدانی در بيضه عمل می کنند میتوان به ويتامين C، ويتامين E و ملاتونين اشاره کرد که در کاهش استرس اکسيداتيو بيضه موثر ميباشند(Choudhary, Chawala, Soni, Kumar, & Vyas, 2010; Lewin & Lavon, 1997; Park, Park, Lee, & Shin, 2003; Uguralp, Usta, & Mizrak, 2005; Zini & Schlegel, 1997).
در جدول (1-1) مکانيسم عملکرد برخی از آنتی اکسيدانهاي مهم ذکر شده است.
جدول(1-1): انواع آنتیاکسیدانها و مکانیسم عملکرد آنها(Choudhary et al., 2010)