Theo ước tính, có khoảng 25% bệnh nhân nam vô sinh hiếm muộn có mức độ phân mảnh DNA tinh trung cao và liên quan đến các tình trạng sảy thai, thai lưu. Chính vì vậy, việc xác định mức độ phân mảnh DNA tinh trùng là một xét nghiệm cần thiết trong đánh giá khả năng sinh sản của nam giới.  Phân mảnh DNA tinh trùng là một trong những bất thường vật chất di truyền, có khả năng ảnh hưởng trực tiếp tới sức khoẻ sinh sản của nam giới. Theo ước tính, có khoảng 25% bệnh nhân nam vô sinh hiếm muộn có mức độ phân mảnh DNA tinh trung cao và liên quan đến các tình trạng sảy thai, thai lưu. Chính vì vậy, việc xác định mức độ phân mảnh DNA tinh trùng là một xét nghiệm cần thiết trong đánh giá khả năng sinh sản của nam giới.  

1. Phân mảnh DNA tinh trùng ảnh hưởng đến các kết quả sinh sản

Sperm DNA fragmentation (SDF) – phân mảnh DNA tinh trùng, là sự đứt gãy các mạch đơn hoặc mạch đôi của sợi DNA, khiến sợi DNA bị tách rời hoặc bị phá vỡ thành các mảnh nhỏ. Vì các giao tử đực trưởng thành thiếu khả năng sửa chữa DNA, nên các bất thường sợi DNA này có xu hướng tích lũy theo thời gian. Tuy các tổn thương này có thể được sửa chữa một phần bởi tế bào trứng sau khi thụ tinh, nhưng chỉ ở ngưỡng nhất định. Khi DNA tinh trùng đứt gãy tại những vị trí chứa gen liên quan đến khả năng sinh sản hay sự phát triển, làm tổ của phôi thì khả năng ảnh hưởng tới kết quả thụ tinh, ảnh hưởng thai kỳ. 

Ước tính có khoảng 25% bệnh nhân nam vô sinh có mức độ đứt gãy DNA tinh trùng cao. Trong số này, có tới 10 – 15% bệnh nhân có các thông số tinh dịch bình thường. Khả năng mang thai tự nhiên của nam giới được tiên đoán giảm khi chỉ số SDF trên 20%, và hầu như không có khi SDF trên 30% (với phương pháp SCSA hoặc SCD). 

Chỉ số SDF cao liên quan nhiều đến tình trạng sảy thai, thai lưu nhiều lần. Hơn nữa, SDF cao còn có mối tương quan tỉ lệ nghịch với tỉ lệ thành công khi thực hiện hỗ trợ sinh sản: giảm tỉ lệ có thai lâm sàng, tăng tỉ lệ sảy thai sau làm tổ, và có thể ảnh hưởng tới tỷ lệ sinh sống. Chỉ số này tác động lớn đối với các phương pháp Bơm tinh trùng vào buồng tử cung (IUI) và thụ tinh trong ống nghiệm (IVF), nhưng sẽ tác động ít hơn đối với phương pháp tiêm tinh trùng vào bào tương trứng (ICSI). 

2. Cơ chế gây phân mảnh tinh trùng

Có nhiều nguyên nhân gây ra tình trạng phân mảnh DNA tinh trùng, có thể xảy ra trong quá trình sản xuất hoặc vận chuyển tinh trùng, xuất hiện riêng lẻ hoặc phối hợp với nhau  tạo nên đứt gãy DNA tinh trùng. Ba cơ chế chính bao gồm: 

• (i) Rối loạn quá trình apoptosis (chết tế bào theo chương trình) của tế bào mầm bất thường;
• (ii) Quá trình tái tổ hợp cấu trúc DNA, sửa chữa tổn thương, thay thế protamin trong sinh tinh diễn ra bất thường;
• (iii) Đứt gãy DNA do hoạt động của các gốc oxy tự do, trực tiếp hoặc gián tiếp, thường ở tinh trùng di chuyển sau tinh hoàn.

Ngoài các yếu tố nội tại của cơ thể, bất kỳ yếu tố nào bên ngoài ảnh hưởng tới các cơ chế trên  đều có thể gây phân mảnh tinh trùng. Các nguyên nhân thường gặp là: 

• Quá trình tái tổ hợp không hoàn chỉnh trong quá trình sinh tinh.- Bất thường trong quá trình trưởng thành tiền tinh trùng
• Bất thường tỉ lệ protamine
• Chết tế bào theo chương trình không hoàn toàn
• Tác động của các chất oxy hóa trong cơ thể
• Giãn tĩnh mạch tinh
• Khoảng thời gian kể từ lúc xuất tinh kéo dài, tác động của các chất oxy hoá sau khi xuất tinh
• Nhiễm khuẩn sinh dục
• Tinh hoàn tiếp xúc nhiệt độ cao, tia xạ, hóa chất độc hại

3. Các phương pháp xét nghiệm phân mảnh tinh trùng

Có khá nhiều phương pháp xét nghiệm để đánh giá mức độ phân mảnh tinh trùng, bao gồm phương pháp trực tiếp (TUNEL) và phương pháp gián tiếp (SCSA, COMET, SCD). Cụ thể:

• Terminal deoxynucleotidyl transferase mediated dUTP nick end labeling assay (TUNEL): đánh dấu sự đứt gãy bằng các dUTP được gắn lên mạch đôi hoặc mạch đơn của  DNA tinh trùng, xúc tác bởi enzyme terminal deoxynucleotidyl transferase. 
• Sperm chromatin Structure Assay (SCSA): dựa trên sự thay đổi màu của thuốc nhuộm Acridine Orange khi sợi DNA bị biến tính.
• Single-cell gel electrophoresis (COMET): đánh giá hình dạng nhân tế bào đơn sau điện di.
• Sperm chromatin dispersion test – (SCD): khảo sát sự phân tán của chất nhiễm sắc tinh trùng sau khi biến tính.

Trong các phương pháp này, SCSA là phương pháp thực hiện đơn giản, sử dụng máy đếm dòng chảy tế bào Flow cytometry, đếm từ 5.000 – 10.000 tinh trùng mỗi mẫu, cho kết quả nhanh, chính xác, khách quan và toàn diện nhất với độ nhạy cao nhất. Hơn nữa phương pháp SCSA có quy trình đã được chuẩn hoá cho tất cả các đối tượng, hạn chế sự khác biệt giữa các phòng thí nghiệm. Do vậy, hiện nay SCSA được coi là tiêu chuẩn vàng trong đánh giá phân mảnh tinh trùng.

4. Ứng dụng đánh giá phân mảnh DNA tinh trùng trên lâm sàng

Đánh giá sự phân mảnh DNA tinh trùng yêu cầu các mẫu tinh dịch được lấy sau kiêng xuất tinh 3 – 7 ngày, theo hướng dẫn lấy mẫu tinh dịch đồ của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO – 2010). Xét nghiệm phân mảnh DNA tinh trùng được chỉ định cho:  

• Các cặp vợ chồng vô sinh, hiếm muộn không rõ nguyên nhân- Các cặp vợ chồng có tiền sử sảy thai, thai lưu tái diễn
• Các cặp vợ chồng có tiền sử thất bại hỗ trợ sinh sản tái diễn
• Trước khi thực hiện các biện pháp hỗ trợ sinh sản.
• Nam giới có giãn tĩnh mạch tinh.
• Người nam có các yếu tố nguy cơ như: các thông số tinh dịch bất thường, nhiễm khuẩn sinh dục, tiếp xúc các chất độc hại, chấn thương vùng sinh dục. béo phì, hút thuốc…

Mức độ phân mảnh DNA tinh trùng cho phép đánh giá nguyên nhân các bất thường sinh sản. Hơn nữa, chỉ số này  còn giúp tiên lượng khả năng sinh sản của nam giới, cũng như  tỷ lệ thành công của các biện pháp hỗ trợ sinh sản nếu cần sử dụng.

Các biện pháp điều trị tình trạng phân mảnh tinh trùng bất thường dựa trên các yếu tố ảnh hưởng như: điều trị giãn tĩnh mạch tinh, điều trị viêm nhiễm sinh dục, tránh tiếp xúc các chất độc hại, thay đổi lối sống… 

Các biện pháp chất chống oxy hóa đường uống thường được chỉ định với cơ sở các gốc oxy hoạt động gây tình trạng phân mảnh, được kê đơn dưới hình thức kết hợp chất không chứa enzym (ví dụ: vitamin E và C, carotenoid, flavonoid, carnitine, coenzyme Q10, kẽm và selen) và chất chống oxy hóa enzym (ví dụ: N-acetyl cysteine). Tuy nhiên, không nên lạm dụng các chất chống oxy hóa đường uống, vì ngược lại có khả năng i làm tăng sản xuất các gốc oxy tự do bởi ty thể.

Việc cải thiện các chỉ số phân mảnh tinh trùng không phải lúc nào cũng đạt được kết quả như mong muốn. Nếu sau khi thực hiện các biện pháp cải thiện, chỉ số SDF (với phương pháp SCSA hoạc SCD) vẫn ở mức trung bình (15 – 30%), bệnh nhân có thể được chỉ định các biện pháp hỗ trợ sinh sản IUI hoặc IVF, nhưng với mức độ phân mảnh cao (trên 30%), bệnh nhân nên được chỉ định thực hiện phương pháp ICSI. Với các trường hợp cần thiết, bệnh nhân có thể được chỉ định sinh thiết tinh hoàn để lấy tinh trùng.

Tóm lại, phân mảnh DNA tinh trùng có mối liên hệ rõ ràng trong điều trị vô sinh ở nam giới. Xét nghiệm phân mảnh DNA tinh trùng sẽ giúp bác sĩ xác định được chi tiết nguyên nhân gây vô sinh nam, từ đó đưa ra phác đồ điều trị phù hợp để rút ngắn thời gian, chi phí và nâng cao cơ hội có con cho các cặp vợ chồng.

T/g: ThS.BS Nguyễn Thị Huyền & TS. Phạm Đình Minh (TT R&D, Công ty cổ phần phân tích dịch vụ di truyền Gentis)

Các tài liệu được tham khảo tại: 

1. Ashok Agarwal, Ala'a Farkouh, Neel Parekh et al. Sperm DNA Fragmentation: A Critical Assessment of Clinical Practice Guidelines. World J Mens Health. 2021;39(e21)
2. Sandro C. Esteves, Daniele Santi, Manuela Simoni. An update on clinical and surgical interventions to reduce sperm DNA fragmentation in infertile men. American Society of Andrology and European Academy of Andrology. 2019;8(1):53-81.
3. Thomas B. Pool. Sperm DNA fragmentation: the evolution of guidelines for patient testing and management. Translational Andrology and Urology. 2017:S409-S411.
4. A. Agarwal, A. Majzoub, S. C. Esteves et al. Clinical utility of sperm DNA fragmentation testing: practice recommendations based on clinical scenarios. Transl Androl Urol. Dec 2016;5(6):935-950.
5. M. Cissen, M. V. Wely, I. Scholten et al. Measuring Sperm DNA Fragmentation and Clinical Outcomes of Medically Assisted Reproduction: A Systematic Review and Meta-Analysis. PLoS One. 2016;11(11):e0165125.
6. A. Agarwal, C. L. Cho, A. Majzoub et al. The Society for Translational Medicine: clinical practice guidelines for sperm DNA fragmentation testing in male infertility. Transl Androl Urol. Sep 2017;6(Suppl 4):S720-s733.