CZYNNIK MOLEKULARNY W ROZRODZIE. ROLA I CHARAKTERYSTYKA PRZECIWCIA PRZECIWPLEMNIKOWYCH

Transkrypt

1 CZYNNIK MOLEKULARNY W ROZRODZIE 537 POSTÊPY BIOLOGII KOMÓRKI TOM NR 3 ( ) CZYNNIK MOLEKULARNY W ROZRODZIE. ROLA I CHARAKTERYSTYKA PRZECIWCIA PRZECIWPLEMNIKOWYCH MOLECULAR FACTOR IN REPRODUCTION. THE ROLE AND CHARACTERISTICS OF ANTISPERM ANTIBODIES Renata WYRZYKOWSKA, Alina DOMAGA A, Maciej KURPISZ* Instytut Genetyki Cz³owieka PAN, Poznañ Streszczenie: Ocenia siê, e niep³odnoœæ w Polsce dotyka co pi¹t¹ parê w wieku rozrodczym. G³ówn¹ przyczyn¹ niep³odnoœci na tle immunologicznym jest obecnoœæ przeciwcia³ przeciwplemnikowych, stosunkowo niewiele jednak wiadomo na temat mechanizmów, które wywo³uj¹ powstanie reakcji auto- i izoimmunologicznych u ludzi. Przeciwcia³a skierowane przeciwko antygenom plemnika stwierdza siê w surowicy krwi kobiet i mê czyzn, jak równie w wydzielinach dróg rozrodczych: w plazmie nasiennej, wolne lub zwi¹zane z powierzchni¹ plemnika, natomiast u kobiet tak e w œluzie szyjkowym, p³ynie otrzewnowym, jajowodowym oraz pêcherzykowym. Obecnoœæ przeciwcia³ przeciwplemnikowych mo e zaburzaæ w³asnoœci rozrodcze mêskiej gamety zarówno w stadium przed-, jak i pozap³odnieniowym. ASA mog¹ zak³ócaæ ruch postêpuj¹cy plemnika, penetracjê przez plemniki œluzu szyjkowego, reakcjê akrosomaln¹, wi¹zanie plemników do os³onki przejrzystej, fuzjê gamety mêskiej z komórk¹ jajow¹ oraz podzia³y komórkowe rozwijaj¹cego siê wczesnego zarodka. Pe³na identyfikacja i charakterystyka auto- i izoimmunoreaktywnych antygenów plemnikowych umo liwi³yby poznanie mechanizmów wywo³uj¹cych niep³odnoœæ immunologiczn¹. Ponadto, szczegó³owa wiedza na temat tych antygenów dostarczy³aby bardziej precyzyjnych narzêdzi diagnostycznych oraz pozwoli³aby na lepsze okreœlanie metod leczenia. S³owa kluczowe: antygeny plemnikowe, niep³odnoœæ, przeciwcia³a przeciwplemnikowe. Summary: Infertility is estimated to affect one of every five Polish couples in the reproductive age. Antisperm antibodies (ASA) are considered to be the main cause for immunological infertility, but it is still relatively little known about the specific mechanisms that elicit development of auto- and isoimmune reactions in humans. Antibodies directed to sperm antigens can be detected in serum of men and women, but also in reproductive tract secretions such as seminal fluid, where they can be bound to the sperm surface. Free ASA can be also found in cervical mucus, peritoneal, oviductal and follicular fluids of women. Presence of ASA may impair sperm fertilization capacity through various effects, interfering with pre- as well as post-fertilization stages of the reproductive process. They may affect sperm motili- *Autor jest stypendyst¹ Polskiej Akademii Nauk.

2 538 R. WYRZYKOWSKA, A. DOMAGA A, M. KURPISZ ty, sperm penetration to cervical mucus, the acrosome reaction, sperm binding to zona pellucida, spermoocyte fusion and embryo cleavage. The detailed identification and characterization of the auto- and isoimmune reactive sperm antigens would be useful in understanding the mechanisms underlying the immunological infertility. Moreover, a precise knowledge on the sperm antigens would provide more accurate diagnostic approaches and treatment options. Key words: antisperm antibodies, infertility, sperm antigens. Wykaz skrótów: LDH-C 4 (lactate dehydrogenase) dehydrogenaza mleczanowa; GB-24 antygen GB- 24; PH-20 (posterior head-20) antygen tylnego regionu g³ówki-20; PH-30 (posterior head-30) antygen tylnego regionu g³ówki-30; FA-1 ( fertilization antigen-1) zwi¹zany z procesem zap³odnienia antygen-1; FA-2 (fertilization antigen-2) zwi¹zany z procesem zap³odnienia antygen-2; NZ-1 antygen NZ-1; NZ-2 antygen NZ-2; SP-10 (sperm protein antigen-10) zwi¹zany z bia³kiem plemnikowym antygen-10; CS-1 (cleavage signal-1) zwi¹zane z podzia³ami komórkowymi bia³ko sygna³owe-1; SAGA-1 (sperm agglutination antigen-1) aglutynuj¹cy plemniki antygen-1; YLP-12 antygen YLP-12. WSTÊP Niep³odnoœæ zosta³a uznana przez Œwiatow¹ Organizacjê Zdrowia za chorobê cywilizacyjn¹. Z klinicznego punktu widzenia niep³odnoœæ oznacza niemo noœæ zajœcia w ci¹ ê po roku regularnego wspó³ ycia bez stosowania antykoncepcji [7]. W ostatnich latach problem niep³odnoœci narasta i nabiera znaczenia spo³ecznego. Szacuje siê, e w Polsce co pi¹ta para ma trudnoœci z poczêciem, przy czym 40 60% niep³odnoœci ma³ eñskiej jest g³ównie lub czêœciowo spowodowana zaburzeniem zdolnoœci prokreacyjnych mê czyzny [43]. Spadek zdolnoœci koncepcyjnych t³umaczy siê rozwojem cywilizacyjnym, zmian¹ stylu ycia oraz wiêksz¹ ekspozycj¹ na czynniki stresogenne i œrodowiskowe. Równie zmiana statusu kobiet w spo³eczeñstwie spowodowa³a, e œwiadomie odk³adaj¹ one macierzyñstwo w czasie zapominaj¹c, e wiek jest decyduj¹cym czynnikiem biologicznym w p³odnoœci [31]. Niemo noœæ posiadania dziecka wywiera bardzo silny wp³yw na stan emocjonalny pary, jest Ÿród³em frustracji, poczucia winy i bezsilnoœci; doprowadza do zmian w stosunkach partnerskich, konfliktów rodzinnych, a przede wszystkim rodzi poczucie niepe³nej wartoœci. W wiêkszoœci przypadków pary zg³aszaj¹ce siê do lekarza nie s¹ niep³odne, ale maj¹ obni on¹ p³odnoœæ. Ustalenie przyczyny takiego stanu wymaga czêsto szerokiej wspó³pracy z innymi specjalistami, poniewa o niep³odnoœci najczêœciej decyduje kilka czynników. W etiologii niep³odnoœci wyró nia siê przyczyny: endokrynologiczn¹, anatomiczn¹, psychogenn¹, immunologiczn¹, idiopatyczn¹ i inne [25]. Ze wzglêdu na wagê problemu obserwuje siê olbrzymi postêp w diagnostyce i okreœlaniu nieznanych dot¹d czynników niep³odnoœci. Stosunkowo ma³o poznanym zagadnieniem jest nadal niep³odnoœæ na tle immunologicznym. Sprowadza siê ona do wystêpowania u kobiet uczulenia w stosunku do antygenów w³asnych narz¹dów rozrodczych, jak równie obecnoœci u kobiet (i/lub u mê czyzn) przeciwcia³ przeciwplemnikowych. Reaktywnoœæ immunologiczna wobec antygenów plemnikowych jest znana od dawna i w etiologii niep³odnoœci immunologicznej ma najwiêksze znaczenie kliniczne.

3 CZYNNIK MOLEKULARNY W ROZRODZIE 539 INDUKCJA REAKCJI AUTO- I IZOIMMUNOLOGICZNEJ W ODPOWIEDZI NA ANTYGENY PLEMNIKOWE Czêstoœæ wystêpowania przeciwcia³ przeciwplemnikowych (ASA, ang. antisperm antibodies), zarówno w populacji p³odnych kobiet jak i u mê czyzn, oceniana jest na 0,9 4%, natomiast u niep³odnych osobników wynosi ona 9 36% [33]. Najwy sz¹ ich czêstoœæ obserwuje siê u pacjentów z niep³odnoœci¹ o niewyjaœnionej etiologii, bowiem wynosi ona u nich od 14% do 40% [22, 28]. Oszacowanie czêstoœci wystêpowania ASA napotyka na pewne trudnoœci spowodowane ró n¹ czu³oœci¹ i swoistoœci¹ testów detekcyjnych, ró nicami w interpretacji uzyskanych wyników oraz niejednorodnoœci¹ badanych populacji pacjentów [10, 29]. Wci¹ nie jest znany czynnik inicjuj¹cy odpowiedÿ uk³adu immunologicznego na antygeny plemnikowe. U niektórych osobników p³ci mêskiej dochodzi do uformowania przeciwcia³, skierowanych przeciw autoantygenom plemnika, w ró nych przedzia³ach funkcjonalnych uk³adu rozrodczego i zachodzi to czêsto spontanicznie, bez uchwytnej przyczyny. Wyró nia siê co najmniej trzy mo liwe mechanizmy formowania ASA u mê czyzn. S¹ to: obni enie liczebnoœci i aktywnoœci komórek supresorowych w uk³adzie rozrodczym, brak lub niedobór czynników aktywuj¹cych komórki supresorowe w mêskich drogach rozrodczych oraz zaburzenia w antygenowoœci samych plemników powoduj¹ce niewystarczaj¹c¹ indukcjê supresji odpowiedzi immunologicznej wobec plemników. Przypuszcza siê, e immunogennoœæ mêskich komórek rozrodczych mo e byæ zwiêkszona przez bierne zaadsorbowanie na powierzchni plemnika ³añcuchów ciê kich antygenów HLA, pochodz¹cych z ulegaj¹cych degeneracji komórek nab³onkowych lub migruj¹cych komórek uk³adu immunologicznego. Ponadto ekspresja antygenów HLA mo e byæ spowodowana zaburzeniem procesów spermatogenezy [28]. Do najczêstszych sytuacji klinicznych, które zwi¹zane s¹ ze zwiêkszonym ryzykiem wyst¹pienia przeciwcia³ przeciwplemnikowych u mê czyzn zalicza siê: operacjê na nasieniowodach (np. przerwanie ci¹g³oœci nasieniowodu w celach antykoncepcyjnych), uraz lub inwazyjne naruszenie bariery krew-j¹dro (np. rozleg³a biopsja j¹dra), skrêt j¹dra, niedro noœæ mêskich dróg rozrodczych, ruchomoœæ gonad, wnêtrostwo, ylaki powrózka nasiennego, uraz rdzenia krêgowego i inne [30, 36]. Powstawaniu ASA sprzyjaj¹ równie wszelkie infekcje wirusowo-bakteryjne mêskich narz¹dów rozrodczych, zw³aszcza w okresie oko³opokwitaniowym (w tym zapalenie œlinianek przyusznych). Ponadto powstaniu odpowiedzi immunologicznej sprzyjaj¹ kontakty homoseksualne [6]. Mê czyÿni uczestnicz¹cy w stosunkach oralno-analnych wi¹ ¹ naturalne autoprzeciwcia³a, które w pierwszej fazie oddzia³uj¹ z pomocniczymi komórkami T CD4+, a nastêpnie reaguj¹ krzy owo lub bardziej swoiœcie z plemnikami [6, 47]. Zjawiskiem kontrowersyjnym jest wystêpowanie przeciwcia³ przeciwplemnikowych u ch³opców w wieku przedpokwitaniowym, u których wyst¹pi³y ró ne schorzenia w obrêbie uk³adu rozrodczego m.in. obustronne wnêtrostwo j¹der czy przepuklina pachwinowa [29]. Obecnoœæ ASA reaguj¹cych z antygenami dojrza³ych gamet u ch³opców, którzy nie maj¹ jeszcze w³asnych plemników, sugeruje wystêpowanie w przedpokwitaniowej gonadzie mêskiej determinant antygenowych o strukturze moleku-

4 540 R. WYRZYKOWSKA, A. DOMAGA A, M. KURPISZ larnej podobnej do tych, które obecne s¹ na powierzchni finalnie zró nicowanych plemników i przez to zdolnych do reakcji z t¹ sam¹ rodzin¹ przeciwcia³ [14]. Syntezê ASA o szerokiej swoistoœci t³umaczy siê równie podwy szon¹ reaktywnoœci¹ uk³adu immunologicznego przeciw krzy owo reaguj¹cym grupom cukrowcowym, stanowi¹cym wspólnie z plemnikami determinanty antygenowe czynników infekcyjnych. Zbadanie mechanizmów reakcji autoimmunologicznej u ch³opców przed pokwitaniem pomog³oby w opracowaniu terapii zmniejszaj¹cej ryzyko wyst¹pienia problemów prokreacyjnych (obni enia jakoœci nasienia, a w dalszej konsekwencji niep³odnoœci), po osi¹gniêciu przez nich dojrza³oœci p³ciowej [14]. Równie dyskusyjne jest wystêpowanie przeciwcia³ przeciwplemnikowych u kobiet. Organizm kobiety w trakcie ca³ego ycia osobniczego poddany jest ekspozycji na ok. trylion plemników, zak³adaj¹c regularnie prowadzone wspó³ ycie [47]. Przyjmuje siê, e aby naturalny stan tolerancji osobnika eñskiego na mêskie komórki rozrodcze uleg³ za³amaniu, musi zaistnieæ kilka czynników usposabiaj¹cych, wystêpuj¹cych razem. Ekspozycja na op³aszczone przeciwcia³ami plemniki, spadek liczby supresorowych limfocytów T w szyjce macicy oraz jakoœæ czynników immunosupresyjnych nasienia, a tak e obecnoœæ w nasieniu du ej liczby pomocniczych komórek T (np. wskutek infekcji), mog¹ prowadziæ do indukcji lokalnej odpowiedzi immunologicznej w obrêbie b³ony œluzowej eñskich dróg rozrodczych [36 30]. Udowodniono, i istnieje silny zwi¹zek pomiêdzy wystêpowaniem ASA u kobiet, których partnerzy maj¹ plemniki op³aszczone przeciwcia³ami przeciwplemnikowymi [6]. Fakt ten t³umaczy siê tym, e gamety mêskie indukuj¹ produkcjê IFN-γ przez limfocyty T, co prowadzi do zwiêkszenia ekspresji antygenów klasy II MHC na powierzchni komórek prezentuj¹cych antygen, przez co mo liwe jest w nastêpstwie dalszych reakcji rozpoznanie nowego antygenu przez pomocnicze limfocyty T (T h ) i przekazanie przez nie sygna³u do produkcji swoistych przeciwcia³ przeciwplemnikowych przez komórki plazmatyczne. Uwa a siê równie, e obecnoœæ ASA u kobiet mo e byæ tak e zwi¹zana z nieprawid³owoœciami w sieci immunologicznej idiotypowo - antyidiotypowej [36]. Czynnikiem predysponuj¹cym do indukcji ASA u kobiet s¹ wszelkie infekcje bakteryjne i wirusowe dróg rozrodczych. Zjawisko to interpretuje siê podobieñstwem molekularnym (ang. molecular mimicry) determinant antygenowych drobnoustrojów chorobotwórczych (m.in. Chlamydia, mykoplazmy) i pojawiaj¹cych siê w wyniku wspó³ ycia plemników [10, 45]. Równie wszelkie stany chorobowe w obrêbie uk³adu rozrodczego (nad erki, zmiany nowotworowe, histerektomia), mog¹ wzmocniæ ju zainicjowan¹ odpowiedÿ uk³adu immunologicznego b¹dÿ zaburzyæ pierwotny stan jego tolerancji [47]. WP YW OBECNOŒCI PRZECIWCIA PRZECIWPLEMNIKOWYCH NA PROCESY ROZRODCZE Przeciwcia³a przeciwplemnikowe, wystêpuj¹ce zarówno u kobiet jak i mê czyzn, nale ¹ do klas IgA, IgG oraz IgM. Ze wzglêdu na znaczn¹ heterogennoœæ ASA nie ustalono jak dot¹d, która klasa immunoglobulin jest przede wszystkim odpowiedzialna za wywo³ywanie niep³odnoœci.

5 CZYNNIK MOLEKULARNY W ROZRODZIE 541 W surowicy krwi najczêœciej stwierdza siê obecnoœæ przeciwcia³ przeciwplemnikowych klasy IgG, natomiast w drogach rozrodczych przewa aj¹ przeciwcia³a klasy IgA. Immunoglobuliny IgG przesi¹kaj¹ do dróg rozrodczych, a ich miano zwykle odzwierciedla stê enie ASA we krwi. Pojawienie siê przeciwcia³ przeciwplemnikowych w surowicy krwi nie prowadzi do trwa³ej niep³odnoœci, a jedynie do jej obni enia. Ni sze miano ASA wywo³uje porównywalny spadek stopnia p³odnoœci w przypadku równoleg³ego stwierdzenia przeciwcia³ przeciwplemnikowych w drogach rozrodczych, szczególnie przy pojawieniu siê dimerycznej formy sekrecyjnej immunoglobuliny A [47]. Miejscowa produkcja ASA w uk³adzie rozrodczym jest krótkotrwa³a i niezale na od produkcji systemowej. Ponadto oba te procesy mog¹ przebiegaæ równolegle lub oddzielnie [6]. U mê czyzn, podobnie jak u kobiet, du e znaczenie kliniczne ma miejscowa odpowiedÿ immunologiczna na antygeny plemnikowe. ASA pojawiaj¹ siê w plazmie nasiennej i/lub s¹ op³aszczane na powierzchni plemnika, przy czym najczêœciej wi¹ ¹ siê do g³ówki i koñca witki [22]. Wolne przeciwcia³a w plazmie wyst¹pi¹ jedynie w przypadku, gdy mo liwoœci ich adsorbowania przez plemniki zostan¹ przekroczone [23]. Udowodniono, e IgA nie ogranicza interakcji plemnika z komórk¹ jajow¹ tak silnie, jak obecnoœæ przeciwcia³ IgG/IgA, IgG/IgM [27, 49]. Ponadto wykazano, e spoœród wszystkich klas immunoglobulin, IgM zlokalizowana na g³ówce i koñcu witki, w najwiêkszym stopniu obni a zdolnoœæ do rozpoznania, zwi¹zania i fuzji mêskiej gamety z komórk¹ jajow¹ [46]. U kobiet wiêkszoœæ miejscowo wystêpuj¹cych ASA produkowana jest w szyjce macicy, poniewa w blaszce w³aœciwej b³ony œluzowej (lamina propria) obecne s¹ liczne komórki plazmatyczne produkuj¹ce przede wszystkim wydzielnicze immunoglobuliny klasy IgA, ale tak e IgG i IgM. Komórki plazmatyczne, obecne w s¹siedztwie gruczo³ów endometrium, s¹ Ÿród³em przeciwcia³ w macicy, która jest organem pozbawionym tkanki limfoidalnej. Natomiast Ÿród³em ASA wystêpuj¹cych w p³ynie jajowodowym jest przes¹cz z surowicy, przy czym ich miano zwykle nie przekracza 10% stê enia we krwi [47]. Badania przeprowadzane na modelach zwierzêcych potwierdzaj¹, e procent ten wystarcza do zablokowania przez ASA funkcji rozrodczych gamety mêskiej. Zasadnicze dzia³anie przeciwcia³ przeciwplemnikowych nie polega na mechanicznym uszkodzeniu plemnika i jego œmierci, ale na zaburzeniu jego funkcji, czego skutkiem jest zak³ócenie poszczególnych etapów procesu zap³odnienia [36]. ASA mog¹ op³aszczaæ plemniki w specyficznych miejscach: na g³ówce, zaburzaj¹c interakcjê z komórk¹ jajow¹, na wstawce czy koñcu witki, upoœledzaj¹c ruch plemnika. Lokalizacja ta uwarunkowana jest wystêpowaniem poszczególnych determinant antygenowych. ASA mog¹ równie interferowaæ z procesami przygotowuj¹cymi b³onê komórkow¹ plemnika do zap³odnienia, odbywaj¹cymi siê w drogach rodnych kobiety. Wywo³uj¹ wówczas przedwczesn¹ kapacytacjê i/lub reakcjê akrosomaln¹ [6]. Przeciwcia³a przeciwplemnikowe mog¹ powodowaæ aglutynacjê plemników, hamuj¹c tym samym ich ruch postêpowy. Sieciowanie plemników mo e byæ równie wywo³ane zarówno infekcj¹ w narz¹dach rozrodczych mêskich, jak i zmian¹ œrodowiska chemicznego plazmy nasiennej [11].

6 542 R. WYRZYKOWSKA, A. DOMAGA A, M. KURPISZ Wystêpowanie ASA u mê czyzn mo e hamowaæ dojrzewanie plemników (naj¹drze), a tak e uszkadzaæ ró nicuj¹ce siê plemniki ju w gonadzie, co obserwuje siê w przypadku autoimmunologicznego zapalenia j¹der. W bardzo wczesnym stadium tego schorzenia dochodzi do nacieku makrofagów lub limfocytów, które poprzez swoje dzia³anie destrukcyjne prowadz¹ do oligozoospermii lub asthenozoospermii. W tym przypadku ASA s¹ efektem towarzysz¹cym w stosunku do pierwotnej przyczyny choroby [47]. G³ównym nastêpstwem obecnoœci ASA zarówno u mê czyzn, jak i u kobiet jest upoœledzenie penetracji œluzu szyjkowego przez plemniki. Przeciwcia³a przeciwplemnikowe, a szczególnie klasy IgA, wykazuj¹ zdolnoœæ do sieciowania plemników, a nastêpnie ich kotwiczenia do glikoproteinowych micelli œluzu szyjkowego, co odbywa siê za pomoc¹ fragmentów Fc cz¹steczek IgA. W rezultacie obserwuje siê tzw. shaking phenomenon, czyli ruch witki w miejscu bez ruchu postêpuj¹cego plemnika [20]. Doœwiadczenia wykonane na zwierzêtach wykaza³y, e nawet te plemniki, które przedostaj¹ siê przez œluz szyjkowy, nie s¹ nastêpnie zdolne do fuzji z komórk¹ jajow¹ [28]. ASA blokuj¹c miejsca receptorowe na powierzchni plemników mog¹ hamowaæ ich ³¹czenie siê z os³onk¹ przejrzyst¹ (ZP, ang. zona pellucida) i/lub oolemm¹, co w konsekwencji upoœledza wzajemne rozpoznanie i póÿniejsz¹ fuzjê gamet [20]. Dowiedziono przy tym, e zaburzenie tych etapów zap³odnienia mo e przebiegaæ przy jednoczesnym braku upoœledzenia penetracji œluzu szyjkowego przez plemniki [28]. Przeciwcia³a przeciwplemnikowe mog¹ tak e zak³ócaæ podzia³y komórkowe rozwijaj¹cego siê embrionu i doprowadzaæ do poronieñ nawykowych [10, 36]. Wykazano, e ASA mog¹ interferowaæ z zachowanymi na powierzchni zarodka antygenami plemnikowymi, nawet w dni po zap³odnieniu, co mo e prowadziæ do zahamowania rozwoju zarodka. Przypuszcza siê równie, e poronienia mog¹ wyst¹piæ na skutek stymulacji interferonu gamma przez ASA, a w konsekwencji zwiêkszonej ekspresji ojcowskich antygenów MHC na trofoblaœcie [8, 28]. CZY PRZECIWCIA A PRZECIWPLEMNIKOWE WYKAZUJ SWOISTOŒÆ REAGOWANIA? añcuchy cukrowcowe stanowi¹ g³ówny sk³adnik zewnêtrznej powierzchni komórek eukariotycznych. W doros³ym organizmie ekspresja poszczególnych ugrupowañ oligosacharydowych jest komórkowo specyficzna, dlatego mówi siê, e komórki maj¹ unikatowy glikotyp. B³ona komórkowa plemnika zawiera reszty cukrowcowe zarówno O-, jak i N-wi¹zane. Glikoproteiny O-wi¹zane maj¹ wi¹zania pomiêdzy seryn¹ lub treonin¹ a N-acetylogalaktozoamin¹ (GalNAc), natomiast N-wi¹zane pomiêdzy reszt¹ asparaginow¹ a N- acetyloglukozoamin¹ (GlcNAc). Wiêkszoœæ ³añcuchów glikoproteinowych zawiera szereg miejsc glikozylacji, które ró ni¹ siê struktur¹ i miejscem przy³¹czenia reszt oligosacharydowych do danej sekwencji aminokwasowej. Tworz¹ one glikoformy, które charakteryzuje ogromna pula wariancji strukturalnych. Szacuje siê, e glikokaliks komórki plemnikowej sk³ada siê z oko³o 50 do 150 ró nych glikokoniugatów. Niewiele jednak wiadomo na temat glikolipidowych komponentów plemnikowej b³ony komórkowej [44].

7 CZYNNIK MOLEKULARNY W ROZRODZIE 543 Reszty cukrowcowe, obecne na powierzchni mêskich gamet, s¹ immunogenne i indukuj¹ reakcje immunologiczne przeciwko plemnikom. Strukturalne podobieñstwo glikozylowanych determinant (ang. molecular mimicry) na powierzchni ró nych komórek powoduje, e przeciwcia³a mog¹ wchodziæ w reakcje krzy owe. Stwierdzono, e przeciwcia³a poliklonalne, pierwotnie wytworzone w surowicy w odpowiedzi na antygeny drobnoustrojów chorobotwórczych, mog¹ wtórnie reagowaæ z determinantami antygenowymi obecnymi na plemnikach. Jeœli antygeny te s¹ bezpoœrednio zaanga owane w proces zap³odnienia, mo e dojœæ do zablokowania ich funkcji, a w rezultacie prowadziæ do niep³odnoœci na tle immunologicznym [15]. Potwierdzono krzy ow¹ reaktywnoœæ monoklonalnych przeciwcia³ (mabs, ang. monoclonal antibodies) przeciwplemnikowych z antygenami obecnymi na powierzchni erytrocytów oraz z glikozylowanymi antygenami ró nych szczepów bakterii Gram-dodatnich i Gram-ujemnych [24]. Spoœród 30 testowanych mabs, skierowanych przeciwko powierzchniowym antygenom plemnikowym, a 27 wykaza³o reaktywnoœæ z komórkami bakteryjnymi, przede wszystkim z E. coli 08, Streptococcus viridans i Staphylococcus aureus. Natomiast tylko 3 monoklonalne przeciwcia³a reagowa³y z deglikozylowanymi lipopolisacharydami œciany komórkowej szczepów Klebsiella pneumoniae, Salmonella typhi i Escherichia coli 08. St¹d wysuniêto przypuszczenie, e przeciwcia³a przeciwplemnikowe niep³odnych kobiet i mê czyzn mog¹ stanowiæ krzy owo reaguj¹ce przeciwcia³a, których produkcja zosta³a pierwotnie zainicjowana przez infekcje bakteryjne [11, 24]. Za pomoc¹ techniki immunoprecypitacji udowodniono, e niezale nie od obecnoœci lub braku przeciwcia³ przeciwplemnikowych, surowice od niep³odnych i p³odnych osobników oraz od ch³opców w wieku przedpokwitaniowym, maj¹ aktywnoœæ skierowan¹ przeciwko antygenom komórek somatycznych (erytrocytów i limfocytów). Fakt ten interpretuje siê zdolnoœci¹ naturalnie wystêpuj¹cych w surowicy przeciwcia³ do niespecyficznego wi¹zania powszechnie wystêpuj¹cych na komórkach determinant antygenowych [16]. Powszechnie wiadomo, e przeciwcia³a przeciwplemnikowe wystêpuj¹ zarówno u niep³odnych, jak i p³odnych osobników, przy czym wiêksze miano ASA stwierdza siê w tej pierwszej populacji [40]. Obserwacje te sugeruj¹, e nie wszystkie przeciwcia³a przeciwplemnikowe mog¹ w jednakowy i istotny sposób wp³ywaæ na procesy rozrodcze. Chiu i Chamley wykazali, e ASA, obecne w surowicach od p³odnych mê czyzn, mog¹ reagowaæ z dok³adnie tymi samymi antygenami plemnikowymi co przeciwcia³a obecne w surowicach od niep³odnych mê czyzn. Sugeruje siê, e w reakcji tej mog¹ uczestniczyæ ró ne bia³ka, ale o tej samej masie cz¹steczkowej lub e przeciwcia³a przeciwplemnikowe pochodz¹ce z dwóch populacji osobników mog¹ rozpoznawaæ ró ne epitopy tego samego antygenu [9]. Twierdzi siê równie, e ró nice iloœciowe w stê eniu przeciwcia³ przeciwplemnikowych mog¹ w decyduj¹cy sposób determinowaæ ich negatywny wp³yw na p³odnoœæ [46]. Aby zrozumieæ mechanizm wywo³uj¹cy niep³odnoœæ na pod³o u immunologicznym, próbuje siê wyodrêbniæ immunoreaktywne antygeny obecne na powierzchni plemników, odpowiedzialne za wywo³ywanie reakcji auto- i izoimmunologicznych. Za pomoc¹ przeciwcia³ monoklonalnych oraz poliklonalnych surowic od niep³odnych osób, scharakteryzowano biochemiczny i molekularny profil wielu antygenów

8 544 R. WYRZYKOWSKA, A. DOMAGA A, M. KURPISZ plemnikowych (tabela) [3, 9, 42, 45]. W niektórych przypadkach jednak nie potwierdzono ich specyficznoœci wzglêdem swoistych poliklonalnych przeciwcia³ przeciwplemnikowych zawartych w surowicach od pacjentów uczulonych in vivo na plemniki. Przy u yciu techniki immunoblotowania oraz systemowo i lokalnie wystêpuj¹cych przeciwcia³ przeciwplemnikowych, od p³odnej i niep³odnej populacji pacjentów, wykazano, e profil immunoreaktywnych antygenów plemnikowych u niep³odnych osobników ró ni siê w znacznym stopniu od tego, jaki reprezentowany jest u osobników p³odnych [40]. Fakt ten t³umaczy siê tym, e w plemnikach u niep³odnych mê czyzn mog³o dojœæ do przedwczesnej kapacytacji lub reakcji akrosomalnej, co wi¹ e siê z ekspozycj¹ na dzia³anie uk³adu immunologicznego ukrytych normalnie antygenów. Jak dot¹d nie ustalono jednoznacznie, które determinanty reprezentuj¹ struktury plemnikowo-swoiste, a które reaguj¹ krzy owo na zasadzie podobieñstwa molekularnego do komórek somatycznych (erytrocytów i limfocytów) czy czynników infekcyjnych. Mo na jednak wprowadziæ umowny podzia³ immunoreaktywnych antygenów plemnikowych na trzy grupy [16, 40]: Antygeny niezwi¹zane z procesem zap³odnienia s¹ to antygeny rozpoznawane przez naturalnie wystêpuj¹ce niespecyficzne przeciwcia³a, pochodz¹ce zarówno od osobników p³odnych, jak i niep³odnych; niezale nie od obecnoœci ASA. Krzy owo reaguj¹ce przeciwcia³a mog¹ wi¹zaæ siê do powierzchni plemników, erytrocytów, limfocytów oraz komórek bakteryjnych. Antygeny te nie s¹ zaanga owane w istotny sposób w proces zap³odnienia. Antygeny istotne w procesie zap³odnienia s¹ to antygeny rozpoznawane przez przeciwcia³a obecne w populacji niep³odnych osób (ASA), pierwotnie produkowane w odpowiedzi na inne antygeny (somatyczne, bakteryjne) i wykazuj¹ce reaktywnoœæ zarówno wobec komórek plemnikowych, jak i somatycznych. Antygeny plemnikowo-swoiste s¹ to antygeny rozpoznawane przez swoiste przeciwcia³a przeciwplemnikowe wystêpuj¹ce u niep³odnych osób (ASA), u których dosz³o do zaburzenia mechanizmów auto- i izotolerancji na plemniki. Dane literaturowe na temat mas cz¹steczkowych immunoreaktywnych antygenów plemnikowych, zidentyfikowanych za pomoc¹ poliklonalnych surowic od niep³odnych kobiet i mê czyzn, s¹ czêsto niezgodne [1, 2, 4, 12, 45, 48]. Wskazuje to na fakt, e w indukcji odpowiedzi immunologicznej bior¹ udzia³ ró ne antygeny powierzchniowe mêskiej gamety, co poci¹ga za sob¹ upoœledzenie procesu zap³odnienia na ró nych etapach. Identyfikacja istotnych dla procesu zap³odnienia determinant antygenowych pozwoli³aby nie tyko na poznanie mechanizmu niep³odnoœci immunologicznej na poziomie molekularnym, ale równie na postawienie dok³adnej diagnozy i okreœlenie metod leczenia. LECZENIE NIEP ODNOŒCI NA TLE IMMUNOLOGICZNYM Leczenie niep³odnoœci na tle immunologicznym jest procesem wielostopniowym i obejmuje dzia³ania zachowawcze, jak zmniejszenie ekspozycji na antygen, leczenie farmakologiczne, frakcjonowanie nasienia oraz inwazyjne techniki wspomaganego rozrodu.

9 CZYNNIK MOLEKULARNY W ROZRODZIE 545 TABELA. Wybrane autoantygeny plemnik a Antygen Wielkoœ æ Literatur a LDH-C4 GB-24 PH , 4 podjednostki, 35 ka da Goldberg i wsp. (1999) [18] 48 Fenichel i wsp. (1990) [17] 64 Lin i wsp. (1993) [26] PH-30 α 60, β 44 Primakoff i wsp. (1997) [41] FA-1 FA-2 NZ-1 NZ-2 SP-10 CS-1 SAGA-1 YLP-12 m onomer 23, dimer 51±2 Naz i wsp. (1993, 1998) [37, 39] 95 Naz i wsp. (1993) [37] 17 Naz i wsp. (1997) [38] 20 Zhu i wsp. (1998) [51] Herr i wsp. (1990) [19] d imer: 14 i 18 Naz i wsp. (1992) [32], Javed i wsp. (1992) [21] Diekman i wsp. (1997) [13] 50 ± 5 Naz i wsp. (2002) [34, 35] Terapia farmakologiczna kortykosteroidami pozostaje kontrowersyjna i pomimo powa nych skutków ubocznych jest nadal stosowana. Kortykosteroidy maj¹ dzia³anie immunosupresyjne i obni aj¹ stê enie przeciwcia³ przeciwplemnikowych. W odró nieniu od dzia³ania ogólnego, stosunkowo bezpieczna i skuteczna jest terapia miejscowa w szyjce macicy stosowana u kobiet z obecnoœci¹ ASA w œluzie szyjkowym [28]. Negatywnemu efektowi, jaki wywo³uj¹ zwi¹zane na powierzchni komórek przeciwcia³a przeciwplemnikowe, próbuje siê przeciwdzia³aæ frakcjonuj¹c nasienie i usuwaj¹c plemniki op³aszczone ASA. Zwyk³e odp³ukiwanie przeciwcia³ jest ma³o efektywne, a ekspozycja na roztwory o du ej sile jonowej zaburza zdolnoœæ plemników do ruchu. Metody te s¹ dostêpne w bardzo wyspecjalizowanych laboratoriach. Zastosowanie klasycznych technik wspomaganego rozrodu w leczeniu niep³odnoœci na pod³o u immunologicznym nie przynosi spodziewanych rezultatów. Odsetek niepowodzeñ siêga a 60 80% [49]. Inseminacje wewn¹trzmaciczne nasieniem mê a, w przypadku obecnoœci ASA w nasieniu, s¹ ma³o skuteczne [33]. W takiej sytuacji rozwi¹zaniem s¹ inseminacje prawid³owym nasieniem pozyskanym od dawcy. Pozaustrojowe zap³odnienie i transfer zarodka (IVF-ET, ang. in vitro fertilizatio - embryo transfer) jest zaakceptowan¹ i rozpowszechnion¹ na ca³ym œwiecie metod¹, a wskazania do jej stosowania obejmuj¹ prawie wszystkie czynniki etiologiczne niep³odnoœci. Istnieje wiele modyfikacji podstawowej techniki IVF, jednak istot¹ ka dej z nich jest zap³odnienie komórki jajowej poza ustrojem kobiety, a nastêpnie przeniesienie

10 546 R. WYRZYKOWSKA, A. DOMAGA A, M. KURPISZ zarodka do macicy lub jajowodu. Przy wysokim wskaÿniku op³aszczenia plemników przeciwcia³ami przeciwplemnikowymi (>50%) metody IVF-ET, jak i dojajowodowe przenoszenie zygot ZIFT (ang. zygote intrafallopian transfer) zawodz¹. Udowodniono, e immunologiczny czynnik mêski, w przeciwieñstwie do czynnika eñskiego, determinuje w wiêkszoœci przypadków niepowodzenie zap³odnienia metod¹ IVF [33]. Zaobserwowano równie, e obecnoœæ przeciwcia³ klasy IgA znacznie obni a wskaÿnik powodzeñ tylko wtedy, gdy wystêpuj¹ one wspólnie z immunoglobulin¹ klasy IgM i wi¹ ¹ siê do g³ówki plemnika [50]. ASA mog¹ interferowaæ na kilku etapach zap³odnienia: zak³ócaj¹c wi¹zanie plemnika do os³onki przejrzystej oocytu, blokuj¹c jej penetracjê, uniemo liwiaj¹c fuzjê gamet, podzia³y komórkowe i rozwój zarodka. Leczenie niep³odnoœci wywo³anej immunologicznym czynnikiem mêskim zrewolucjonizowa³y techniki mikromanipulacyjne. Mikroiniekcja plemnika pod os³onkê przejrzyst¹ oocytów (SUZI, ang. subzonal sperm insertion), enzymatyczne zmiêkczanie os³onki przejrzystej, przerywanie jej ci¹g³oœci w drodze chemicznej lub mechanicznej z u yciem mikromanipulatorów, czy te prosta iniekcja plemnika do cytoplazmy komórki jajowej (ICSI, ang. intracytoplasmic sperm injection) pozwalaj¹ pomin¹æ te etapy zap³odnienia, które zak³ócane s¹ przez ASA (przede wszystkim pierwotn¹ interakcjê plemnika z os³onk¹ przejrzyst¹). ICSI charakteryzuje wysoka skutecznoœæ i jest to obecnie najczêœciej polecana metoda leczenia pozaustrojowego w przyczynach immunologicznych [8, 29]. Potwierdzono, e obecnoœæ przeciwcia³ przeciwplemnikowych op³aszczaj¹cych mêskie gamety nie obni a wskaÿnika liczby ci¹ uzyskanych w metodzie ICSI (wobec innych przyczyn niep³odnoœci), ani nie zwiêksza prawdopodobieñstwa samoistnych poronieñ [8]. Wed³ug Bohring i Krause ICSI powinno byæ oferowane tylko pacjentom z bardzo wysokim mianem przeciwcia³ przeciwplemnikowych (>50%), natomiast pozostali powinni byæ leczeni mniej inwazyjnymi metodami [5]. LITERATURA [1] AUER J, PIGNOT-PAINTRAND I, DE ALMEIDA M. Identification of human sperm surface glycoproteins by sperm membrane-specific autoantibodies. Hum Reprod 1995; 10: [2] AUER J, SENECHAL H, DE AlMEIDA M. Sperm-associated and circulating IgA and IgG classes of antibodies recognise different antigens on the human sperm plasma membrane. J Reprod Immunol 1997; 34: [3] BOHRING C, KRAUSE E, HABERMANN B, KRAUSE W. Isolation and identification of sperm membrane antigens recognized by antisperm antibodies, and their possible role in immunological infertility disease. Mol Hum Reprod 2001; 7: [4] BOHRING C, KRAUSE W. Characterization of spermatozoa surface antigens by antisperm antibodies and its influence on acrosomal exocytosis. Am J Reprod 2003; 50: [5] BOHRING C, KRAUSE W. Immune infertility: towards a better understanding of sperm (auto)- immunity. The value of proteomic analysis. Hum Reprod 2003; 18: [6] BRONSON RA, FUSI FM. Autoimmunity to sperm antigens. Immunol Allergy Clin North Amer 1994; 14:

11 CZYNNIK MOLEKULARNY W ROZRODZIE 547 [7] BROSENS I, GORDTS S, VALKENBURG M, PUTTEMANS P, CAMPO R, GORDTS S. Investigation of the infertile couple: when is the appropriate time to explore female infertility? Hum Reprod 2004; 19: [8] CHECK ML, CHECK JH, KATSOFF D, SUMMERS-CHASE D. ICSI as an effective therapy for male factor with antisperm antibodies. Arch Androl 2000; 45: [9] CHIU WWC, CHAMLEY LWC. Use of antisperm antibodies in differential display Western blotting to identify sperm proteins important in fertility. Hum Reprod 2002; 17: [10] CHOUDHURY SR, KNAPP LA. Human reproductive failure I: Immunological factors. Hum Reprod Update 2000; 7: [11] CLAYTON R, MOORE H. Immunology and immunopathology of the male genital tract. Experimental models to investigate the pathology of antisperm antibodies: approaches and problems. Hum Reprod Update 2001; 7: [12] D CRUZ OJ, HAAS GG, LAMBERT H. Heterogeneity of human sperm surface antigens identified by indirect immunoprecipitation of antisperm antibody bound to biotinylated sperm. J Immunol 1993; 151: [13] DIEKMAN AB, WESTBROOK-CASE VA, NAABY-HANSEN S, KLOTZ KL, FLICKINGER CJ, HERR JC. Biochemical characterization of Sperm Agglutination Antigen-1, a human sperm antigen implicated in gamete interactions. Biol Reprod 1997; 57: [14] DOMAGA A A, KAMIENICZNA M, KURPISZ M. Przeciwcia³a przeciwplemnikowe u ch³opców w wieku przedpokwitaniowym. [w] Brêborowicz G. [red.] Seminaria Med. Pren. Poznañ: Oœrodek Wydawnictw Naukowych 1999: t4: [15] DOMAGA A A, KURPISZ M. Autoantygeny plemnikowe aspekty funkcjonalne i aplikacyjne. Post Biol Kom 2001; 28: [16] DOMAGA A A, KURPISZ M. Immunoprecipitation of sperm and somatic antigens with antibodies from sera of sperm-sensitized and anti-sperm antibody-free individuals. Am J Reprod Immunol 2004; 51: [17] FENICHEL P, DOHR G, GRIVAUX C, CERVONI F, DONZEAU M, HSI B. Localization and characterization of the acrosomal antigen recognized by GB24 on human spermatozoa. Mol Reprod Dev 1990; 27: [18] GOLDBERG E, HERR JC. LDH- C 4 as a contraceptive vaccine. [w] Gupta SK. [red] Reproductive immunology. New Delhi: Narosa Publishing House 1999: [19] HERR JC, FLICKINGER CJ, HOMYK M, KLOTZ K, JOHN E. Biochemical and morphological characterization of the intra-acrosomal antigen SP-10 from human sperm. Biol Reprod 1990; 42: [20] HJORT T. Antisperm antibodies and infertility: an unsolvable question? Hum Reprod 1999; 14: [21] JAVED AA, NAZ RK. Human cleavage signal-1 protein: molecular cloning, transcription and immunological analysis of in vitro translated protein. Gene 1992; 112: [22] KAMIENICZNA M, DOMAGA A A, KURPISZ M. The frequency of antisperm antibodies in infertile couples a Polish pilot study. Med Sci Monit 2003; 9: [23] KURPISZ M. Immunologia nasienia. [W] Semczuk M, Kurpisz M. [red] Andrologia. Warszawa: Wydawnictwo Lekarskie PZWL 1998: [24] KURPISZ M, ALEXANDER NJ. Carbohydrate moieties on sperm surface: physiological relevance. Fertil Steril 1995; 63: [25] LASHEN H. Investigations for infertility. C Obst Gynaecol 2004; 14: [26] LIN Y, KIMMEL LH, MYLES DG, PRIMAKOFF P. Molecular cloning of the human and monkey sperm surface protein PH-20. Proc Natl Acad Sci USA 1993; 90: [27] LOMBARDO F, GANDINI L, LENZI A, DONDERO F. Antisperm immunity in assisted reproduction. J Reprod Immunol 2004; 62: [28] MALINOWSKI A. Immunologiczne zaburzenia rozrodu. [W] Kowalski ML. [red.] Immunologia kliniczna. ódÿ: Oficyna Wydawnicza 2000: [29] MAZUMDAR S, LEVINE AS. Antisperm antibodies: etiology, pathogenesis, diagnosis and treatment. Fertil Steril 1998; 70: [30] McLACHLAN RI. Basis, diagnosis and treatment of immunological infertility in men. J Reprod Immunol 2002; 57: [31] NAKAGAWA K, YAMANO S, MASAHARU K, HINOKIO K, MAEGAWA M, AONO T. Quality of embryo does not affect the implantation rate of IVF-ET in infertile woman with antisperm antibody. Fertil Steril 1999; 72:

12 548 R. WYRZYKOWSKA, A. DOMAGA A, M. KURPISZ [32] NAZ RK. Effects of antisperm antibodies on early cleavage of fertilized ova. Biol Reprod 1992; 46: [33] NAZ RK. Modalities for treatment of antisperm antibody mediated infertility: novel perspectives. Am J Reprod 2004; 51: [34] NAZ RK, CHAUHAN SC. Presence of antibodies to sperm YLP 12 synthetic peptide in sera and seminal plasma of immunoinfertile men. Mol Hum Reprod 2001; 7: [35] NAZ RK, CHAUHAN SC. Human sperm-specific peptide vaccine that causes long term reversible contraception. Biol Reprod 2002; 67: [36] NAZ RK, MENGE AC. Antisperm antibodies: origin, regulation, and sperm reactivity in human infertility. Fertil Steril 1994; 61: [37] NAZ RK, MORTE C, GARCIA FRAMIS V, KAPLAN P, MARTINEZ P. Characterization of a spermspecific monoclonal antibody and isolation of 95-kilodalton fertilization antigen 2 from human sperm. Biol Reprod 1993; 49: [38] NAZ RK, ZHU X. Molecular cloning and sequencing of a cdna encoding for a novel testis-specific antigen. Mol Reprod Dev 1997; 48: [39] NAZ RK, ZHU X. Recombinant fertilization antigen-1 causes a contraceptive effect in actively immunized mice. Biol Reprod 1998; 59: [40] PARADISI R, BELLAVIA E, PESSION A, VENTUROLI S, FLAMIGNI C. Characterization of human sperm antigens reacting with sperm antibodies from autologous serum and seminal plasma in an infertile population. Biol Reprod 1996; 55: [41] PRIMAKOFF P, WOOLMAN- GAMER L, TUNG K, MYLES D. Reversible effect of PH-20 immunization in male guinea pigs. Biol Reprod 1997; 5: [42] RAJEEV SK, REDDY KVR. Sperm membrane protein profiles of fertile and infertile men: identification and characterization of fertility-associated sperm antigen. Hum Reprod 2004; 19: [43] SANOCKA D, KURPISZ M. Infertility in Poland present status, reasons and prognosis as a reflection of Central and Eastern Europe problems with reproduction. Med Sci Monit 2003; 9: [44] SCHRÖTER S, OSTERHOFF C, McARDLE W, IVELL R. The glycocalyx of the sperm surface. Hum Reprod 1999; 5: [45] SHETTY J, NAABY-HANSEN S, SHIBAHARA H, BRONSON R, FLICKINGER CJ, HERR JC. Human sperm proteome: immunodominant sperm surface antigens identified with sera from infertile men and women. Biol Reprod 1999; 61: [46] SHIBAHARA H, SHIRAISHI Y, HIRANO Y, SUZUKI T, TAKAMIZAWA S, SUZUKI M. Diversity of the inhibitory effects on fertilization by anti-sperm antibodies bound to the surface of ejaculated human sperm. Hum Reprod 2003; 18: [47] SKRZYPCZAK J, JÊDRZEJCZAK P, KURPISZ M, SZYMANOWSKI K. Niep³odnoœæ. [W] S³omko Z. [red.] Ginekologia. Warszawa: Wydawnictwo Lekarskie PZWL 1997: [48] TSUJI Y. Carbohydrate antigens recognized by anti-sperm antibodies. Immunology of Human Reproduction, [W] Kurpisz M, Fernandez N [red.] BIOS Scientific Publishers Limited 1995: [49] WO CZYÑSKI S, KUCZYÑSKI W, STYRNA J, SZAMATOWICZ M. Niep³odnoœæ. [W] Kurpisz M. [red.] Molekularne podstawy rozrodczoœci cz³owieka i innych ssaków. Poznañ: Termedia Wydaw. Medyczne 2002: [50] YEH WR, ACOSTA AA, SELTMAN HJ, DONCEL G. Impact of immunoglobulin isotype and sperm surface location of antisperm antibodies on fertilization in vitro in the human. Fertil Steril 1995; 63: [51] ZHU X, NAZ RK. Cloning and sequencing of cdna encoding for a human sperm antigen involved in fertilization. Mol Reprod Dev 1998; 51: Redaktor prowadz¹cy Jerzy Kawiak Otrzymano: r. Przyjêto: r. ul. Strzeszyñska 32, Poznañ, kurpimac@man.pozman.pl