Программированная гибель половых клеток in vitro у мужчин среднего и старшего возраста с хроническим простатитом в условиях экспозиции репротоксикантами (на примере бензола)

Введение. Вопросы изучения причин и механизма развития хронического простатита (ХП) как важнейшего предиктора мужского бесплодия являются чрезвычайно актуальными. Ароматические углеводороды как доказанные репротоксиканты угнетают сперматогенез и способствуют андрогенному дефициту.

Цель работы — выявить особенности апоптоза сперматозоидов in vitro у мужчин среднего и старшего возраста с ХП в условиях экспозиции репротоксикантами (на примере бензола).

Материал и методы. Проведено исследование эякулята 30 мужчин с ХП: 19 мужчин до 36 лет и 11 мужчин старше 44 лет. Маркеры клеточной гибели (AnnexinV-FITC⁺PI^–, AnnexinV^–FITC⁺PI⁺, Bax, каспаза-3) идентифицировали методом проточной цитометрии. Образцы семенной жидкости без внесения бензола являлись контрольными пробами, с добавлением 0,001 мкг/мл бензола — опытными. Спонтанные и индуцированные бензолом пробы инкубировали 72 ч при 37 °С.

Результаты. В системе in vitro выявлено, что добавление в эякулят мужчин до 36 лет 0,001 мкг/мл бензола снижает содержание AnnexinV-FITC⁺PI^–-сперматозоидов (p < 0,05). В сперме мужчин старше 44 лет достоверно снижено содержание CD95⁺- и AnnexinV-FITC⁺PI^–-сперматозоидов на фоне повышения Bax по сравнению с результатами пациентов до 36 лет (p < 0,05).

Ограничения исследований: использование специфического клеточного материала — гамет, а также показателей кластеров клеточной дифференцировки, отражающих процессы клеточной гибели.

Заключение. Верификация в эксперименте in vitro особенностей летальной программы сперматозоидов у мужчин с ХП позволила выявить признаки угнетения апоптоза, ассоциированные с возрастом и химическим модификатором — бензолом. Выявлены признаки нарушения митохондриальной регуляции и фосфатидилсериновой реализации запрограммированной гибели сперматозоидов у мужчин старшего возраста относительно молодых мужчин. Содержание Bax, CD95⁺- и AnnexinV-FITC+PI^–-сперматозоидов в эякуляте рекомендуется использовать в качестве диагностических предикторов нарушения фертильности спермы у мужчин с ХП в условиях модификации бензолом.

Соблюдение этических стандартов. Исследование выполнено в соответствии с нормами Хельсинкской декларации ВМА «Этические принципы медицинских исследований с участием человека в качестве испытуемого» (1964, 2013 гг.). Исследование одобрено ЛЭК ФБУН «ФНЦ МПТ УРЗН» Роспотребнадзора (протокол № 1 от 22.01.2020). Все участники подписали добровольное информированное согласие на участие в исследовании.

Участие авторов:
Долгих О.В. — концепция и дизайн исследования, редактирование;
Алексеев В.Б. — концепция и дизайн исследования, редактирование;
Дианова Д.Г. — концепция и дизайн исследования, написание текста;
Аликина И.Н. — сбор и обработка материала;
Никоношина Н.А. — написание текста.
Все соавторы — утверждение окончательного варианта статьи, ответственность за целостность всех частей статьи.

Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов в связи с публикацией данной статьи.

Поступила 28.07.2023
Принята в печать 11.10.2023
Опубликована 23.12.2023

1. Аполихин О.И., Комарова В.А., Никушина А.А., Сивков А.В. Болезни предстательной железы в Российской Федерации: статистические данные 2008–2017 гг. Экспериментальная и клиническая урология. 2019; (2): 4–13. https://doi.org/10.29188/2222-8543-2019-11-2-4-12 https://elibrary.ru/dhxmjp

2. Pirola G.M., Verdacchi T., Rosadi S., Annino F., de Angelis M. Chronic prostatitis: current treatment options. Res. Rep. Urol. 2019; 11: 165–74. https://doi.org/10.2147/RRU.S194679

3. Kakarla R., Hur J., Kim Y.J., Kim J. Chwae Y. Apoptotic cell-derived exosomes: messages from dying cells. Exp. Mol. Med. 2020; 52(1): 1–6. https://doi.org/10.1038/s12276-019-0362-8

4. Аликина И.Н., Долгих О.В. Параметры спонтанной и индуцированной бензолом клеточной гибели сперматозоидов в условиях in vitro у мужчин — работников предприятия нефтедобычи с нарушением фертильности. Медицина труда и промышленная экология. 2022; 62(12): 797–801. https://doi.org/10.31089/1026-9428-2022-62-12-797-801 https://elibrary.ru/fknddv

5. Selvaraj P., Selvaraj K., Kalaichelvi S., Mahalakshmi R. Semen preparation techniques in intrauterine insemination: A comparison of non-temperature and temperature controlled centrifugation in cases of unexplained infertility. J. Hum. Reprod. Sci. 2013; 6(4): 241–4. https://doi.org/10.4103/0974-1208.126289

6. Imamura H., Sakamoto S., Yoshida T., Matsui Y., Penuela S., Laird D.W., et al. Single-cell dynamics of pannexin-1-facilitated programmed ATP loss during apoptosis. eLife. 2020; 9: e61960. https://doi.org/10.7554/eLife.61960

7. Долгих О.В., Дианова Д.Г., Кривцов А.В., Аликина И.Н. Сравнительная оценка показателей апоптоза сперматозоидов у мужчин молодого и среднего возраста методом проточной цитометрии. Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2021; 172(10): 501–4. https://doi.org/10.47056/0365-9615-2021-172-10-501-504 https://elibrary.ru/xmamsq

8. Дятлова А.С., Дудков А.В., Линькова Н.С., Хавинсон В.Х. Молекулярные маркеры каспаза-зависимого и митохондриального апоптоза: роль в развитии патологии и в процессах клеточного старения. Успехи современной биологии. 2018; 138(2): 126–37. https://doi.org/10.7868/S0042132418020023 https://elibrary.ru/xmrnsh

9. He Y., Huang H., Li L., Yang X., Hao S., Zhao Y. Changes in apoptosis factors and activation of caspase-3 in tilapia muscle during storage. Int. J. Food Prop. 2018; 21(1): 1800–10. https://doi.org/10.1080/10942912.2018.1494199

10. Hussar P. Apoptosis regulators Bcl-2 and caspase-3. Encyclopedia. 2022; 2(4): 1624–36. https://doi.org/10.3390/encyclopedia2040111

11. Aizawa S., Brar G., Tsukamoto H. Cell death and liver disease. Gut Liver. 2020; 14(1): 20–9. https://doi.org/10.5009/gnl18486

12. Jiang M., Qi L., Li L., Li Y. The caspase-3/GSDME signal pathway as a switch between apoptosis and pyroptosis in cancer. Cell Death Discov. 2020; 6: 112. https://doi.org/10.1038/s41420-020-00349-0

13. Atkin-Smith G.K. Phagocytic clearance of apoptotic, necrotic, necroptotic and pyroptotic cells. Biochem. Soc. Trans. 2021; 49(2): 793–804. https://doi.org/10.1042/BST20200696

14. Marchi S., Guilbaud E., Tait S.W.G., Yamazaki T., Galluzzi L. Mitochondrial control of inflammation. Nat. Rev. Immunol. 2023; 23(3): 159–73. https://doi.org/10.1038/s41577-022-00760-x.23

15. Kanithi M., Junapudi S., Shah S.I., Matta Reddy A., Ullah G., Chidipi B. Alterations of mitochondrial network by cigarette smoking and e-cigarette vaping. Cells. 2022; 11(10): 1688. https://doi.org/10.3390/cells11101688

16. Шур П.З., Зайцева Н.В., Лир Д.Н. Обоснование методических подходов к количественной оценке риска репродуктивному здоровью, обусловленного вредными факторами производственной среды и трудового процесса. Анализ риска здоровью. 2022; (1): 48–57. https://doi.org/10.21668/health.risk/2022.1.05 https://elibrary.ru/jahtnz

17. Kuranchie F.A., Angnunavuri P.N., Attiogbe F., Nerquaye-Tetteh E.N. Occupational exposure of benzene, toluene, ethylbenzene and xylene (BTEX) to pump attendants in Ghana: Implications for policy guidance. Cogent Environ. Sci. 2019; 5(1). https://doi.org/10.1080/23311843.2019.1603418

18. Шур П.З., Зайцева Н.В., Хасанова А.А., Четверкина К.В., Ухабов В.М. Разработка параметров для оценки неканцерогенного риска при хроническом ингаляционном поступлении бензола и среднегодовой предельно допустимой концентрации бензола по критериям риска для здоровья населения. Анализ риска здоровью. 2021; (4): 42–9. https://doi.org/10.21668/health.risk/2021.4.04 https://elibrary.ru/izllvr

19. Fang Y., Wu H.T., Ye Y.J., Zhou L.F., Hu W., Zhang G.H., et al. Association between polymorphisms of metabolic enzyme genes and chromosomal damage in benzene-exposed workers in China. J. Occup. Environ. Med. 2017; 59(11): e215–20. https://doi.org/stable/48501464

20. Longo V., Forleo A., Ferramosca A., Notari T., Pappalardo S., Siciliano P., et al. Blood, urine and semen Volatile Organic Compound (VOC) pattern analysis for assessing health environmental impact in highly polluted areas in Italy. Environ. Pollut. 2021; 286: 117410. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2021.117410

21. Han L., Zhang W., Wang J., Jing J., Zhang L., Liu Z., et al. Shikonin targets to m6A-modified oxidative damage pathway to alleviate benzene-induced testicular injury. Food Сhem. Toxicol. 2022; 170: 113496. https://doi.org/310.1016/j.fct.2022.113496

22. Zhang C., Yu X., Gao J., Zhang Q., Sun S., Zhu H., et al. PINK1/Parkin-mediated mitophagy was activated against 1,4-Benzoquinone-induced apoptosis in HL-60 cells. Toxicol. In Vitro. 2018; 50: 217–24. https://doi.org/10.1016/j.tiv.2018.03.002

23. Mandani P., Desai K., Highland H. Cytotoxic effects of benzene metabolites on human sperm function: an in vitro study. ISRN Toxicol. 2013; 2013: 397524. https://doi.org/10.1155/2013/397524

24. Chen Y., Zhang W., Guo X., Ren J., Gao A. The crosstalk between autophagy and apoptosis was mediated by phosphorylation of Bcl-2 and beclin1 in benzene-induced hematotoxicity. Cell Death. Dis. 2019; 10(10): 772. https://doi.org/10.1038/s41419-019-2004-4