Подвижность сперматозоидов через два-три месяца после стресса увеличивается

За последние полвека качество и фертильность спермы заметно снизились, что связывают с воздействием стрессовых факторов. Ученые из Медицинского кампуса Аншутц Университета Колорадо вместе с коллегами показали, что стрессирующее воздействие может и «улучшать» качество спермы: через два-три месяца после стресса подвижность сперматозоидов увеличивается.

Функционирование сперматозоидов регулируют в том числе эпидидимальные эпителиальные клетки. Они выделяют факторы, необходимые для созревания и подвижности сперматозоидов в проток головки придатка яичка, в том числе внеклеточные везикулы (ВВ). Известно, что везикулы переносят РНК и белки, регулирующие ответ на стресс. Авторы нового исследования создали in vitro модель для исследования влияния ВВ эпидидимиальных клеток на сперматозоиды. Эту модель они использовали для уточнения молекулярных механизмов, но также исследовали сперматозоиды мужчин с опытом стресса.

В исследование участвовали 34 здоровых человека, у которых оценивали уровень стресса, брали образцы спермы и проводили компьютерный анализ подвижности сперматозоидов. Уровень стресса в момент взятия образца не влиял ни на концентрацию или общее количество сперматозоидов, ни на процент подвижных среди них, ни на скорость движения. Однако стресс за три месяца до взятия образца значимо влиял на скорость, также увеличивался процент подвижных сперматозоидов.

Молекулярные механизмы изучили на мышиных клетках in vitro. С ответом на стресс связана модификация гистона H3 — H3K27me3, обычно подавляющая экспрессию генов. Авторы предположили, что изменение распределения H3K27me3 отвечает за наблюдаемый эффект. Они обрабатывали эпителиальные клетки яичка кортикостероном (у грызунов этот гормон регулирует стресс, подобно кортизолу у человека) и затем устанавливали расположение метилированных гистонов методом CUT&RUN.

В общей сложности авторы обнаружили 7282 участков ДНК, в которых под действием гормона изменилось связывание H3K27me3 (7135 обогащенных и только 147 обедненных участков, то есть преобладало подавление экспрессии). В некоторых из них находились гены, критически важные для митохондриальных и метаболических сигнальных путей. Кортикостерон снизил базовое митохондриальное дыхание, скорость продукции АТФ в клетках. Подобные изменения поддерживают аллостаз (способность адаптироваться к меняющимся условиям). Эффект, очевидно, был опосредован глюкокортикоидным рецептором.

Стресс значительно изменил состав и размер секретируемых эпителиальными клетками внеклеточных везикул (они стали более мелкими). Авторы собрали везикулы из среды, в которой росли клетки, и убедились, что ВВ, производимые клетками после обработки кортикостероном, аналогичным образом изменяли обмен необработанных клеток. Однако при инкубации со спермой мыши «постстрессорные» ВВ увеличивали митохондриальное дыхание и подвижность сперматозоидов, то есть активировали в них продукцию энергии. В одной из предыдущих работ авторы показали значительные изменений в экспрессии малых некодирующих РНК спермы у мужчин в том же временном промежутке после стресса.

Поскольку эксперимент с участием людей и мышиная клеточная модель дали сходные результаты, увеличение подвижности сперматозоидов может быть общим для млекопитающих ответом на стресс. Исследователи планируют дальнейшие исследования ВВ эпителиальных клеток придатка яичка.

«Это время, когда функция сперматозоидов улучшается после стресса, может быть эволюционно полезным для повышения рождаемости, особенно после сложных времен, таких, как те, что были во время пандемии COVID», — сказала руководитель работы Трейси Бейл. 

Первый автор статьи Николь Мун сравнила стресс-индуцированное повышение подвижности сперматозоидов с тем, как водитель автомобиля прибавляет газ на крутом подъеме: «Так же, как ваш автомобиль становится более эффективным в условиях стресса, при правильной настройке клетки улучшают выработку энергии и движение при наличии факторов, вызванных стрессом».

В то же время авторы и другие исследовательские группы продемонстрировали влияние отцовского стресса на развитие эмбриона, поэтому вряд ли можно рекомендовать стресс как метод повышения фертильности.

Понимание влияния стресса на репродукцию и развитие эмбриона важно не только для репродуктивной медицины, но и для решения экологических проблем, связанных с исчезающими видами, подчеркивают исследователи.

В семьях мужчин, имеющих проблемы с фертильностью, может быть повышен риск онкозаболеваний