Роль мутации гена противомикробного пептида DEFB126 в патогенезе мужского идиопатического бесплодия

Мужское бесплодие является мультифакториальным заболеванием, и выявление этиопатогенетических механизмов, ведущих к его развитию, является актуальной проблемой. Часто установить причину снижения репродуктивной функции сперматозоидов не представляется возможным, что объясняет высокий процент постановки диагноза «идиопатическое бесплодие». Предполагается, что мутация гена противомикробного пептида семейства β-дефензинов DEFB126 негативно сказывается на оплодотворяющей способности сперматозоидов на разных уровнях: ухудшается их способность к миграции сквозь слой цервикальной слизи, снижается способность связываться с эпителием верхних отделов женского репродуктивного тракта, а также повышается подверженность инфекциям репродуктивного тракта ввиду нарушения местной защитной функции дефензинов. Таким образом, целью исследования явилось изучение роли полиморфного маркера rs11468374 гена противомикробного пептида DEFB126 в патогенезе мужского идиопатического бесплодия.

Выборка пациентов с нарушением репродуктивной функции включала 54 человека в возрасте от 34 до 42 лет, группу контроля составили 19 доноров эякулята без острых или хронических заболеваний в возрасте 28-36 лет. Проведено исследование уровней экспрессии гена DEFB126, проанализированы частоты распределения аллелей и генотипов полиморфного маркера rs11468374 среди мужчин московской популяции и ассоциация этих показателей с показателями подвижности сперматозоидов испытуемых.

Было показано снижение экспрессии гена DEFB126 в более чем семь раз у пациентов с бесплодием в сравнении с донорами группы контроля. Анализ распределения частот аллелей и генотипов по полиморфному маркеру rs11468374 гена DEFB126 выявил, что среди мужчин с бесплодием мутантный аллель встречается в почти два раза чаще в сравнении с контролем. Среди доноров группы сравнения мужчин с генотипом гена DEFB126 del/del выявлено не было, в то время как среди пациентов этот показатель составил 16,1%. Подвижность сперматозоидов пациентов с генотипом DEFB126 del/del была ниже нормы в 5,2 раза.

Таким образом, полученные нами данные могут быть использованы для углубления знаний о механизмах патогенеза мужского идиопатического бесплодия и совершенствования методов его диагностики, а также развития персонализированного подхода в терапии нарушения мужской репродуктивной функции. Показанная нами ассоциация носительства мутантного аллеля del и снижения уровня подвижности сперматозоидов пациентов свидетельствует о роли данного полиморфизма в патогенезе мужского бесплодия. Снижение уровня экспрессии гена DEFB126 в группе пациентов с бесплодием также подтверждает вклад дефензина в патогенез заболевания.

1. Винник Ю.Ю., Борисов В.В. Диагностика мужского бесплодия: современное состояние проблемы // Клиническая лекция. Consilium Medicum, 2017. Т. 19, № 7. С. 65-69.

2. Гамидов С.И., Иремашвили В.В., Тхагапсоева Р.А. Мужское бесплодие: современное состояние проблемы // Фарматека, 2009. № 9. С. 12-17.

3. Ковальчук Л.В., Ганковская Л.В., Мешкова Р.Я. Клиническая иммунология и аллергология с основами общей иммунологии. М.: ГЭОТАР-Медиа, 2014. 640 с.

4. Коновалова М.В., Зубарева А.А., Луценко Г.В., Свирщевская Е.В. Антимикробные пептиды в норме и при патологиях (обзор) // Прикладная биохимия и микробиология, 2018. № 3. С. 236-243.

5. Лебедев Г.С., Голубев Н.А., Шадеркин И.А., Шадеркина В.А., Аполихин О.И., Сивков А.В., Комарова В.А. Мужское бесплодие в Российской Федерации: статистические данные за 2000-2018 годы // Экспериментальная и клиническая урология, 2019. № 4. С. 4-12.

6. Меркушова Е.Д., Хасанова Е.М., Ганковская Л.В. Гиперэкспрессия генов инфламмасомного комплекса NLRP1 и цитокинов ИЛ-1в, ИЛ-18 в биоптатах пораженной и непораженной кожи больных с псориазом // Иммунология, 2021. Т. 42, № 1. С. 58-65.

7. Мусин Х.Г. Антимикробные пептиды - потенциальная замена традиционным антибиотикам // Инфекция и иммунитет, 2018. Т. 8, № 3. С. 295-308. https://doi.org/10.15789/2220-7619-2018-3-295-308.

8. Ребриков Д.В., Саматов Г.А., Трофимов Д.Ю. ПЦР «в реальном времени». М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2009. 215 с.

9. Руководство ВОЗ по исследованию и обработке эякулята человека. 5-е изд. М.: Капитал-Принт, 2012. 292 c.

10. Agarwal A., Mulgund A., Hamada A., Chyatte M.R. A unique view on male infertility around the globe. Reprod. Biol. Endocrinol., 2015, Vol. 13, no. 1, 37. https://doi.org/10.1186/s12958-015-0032-1.

11. Akgul Y., Word R.A., Ensign L.M., Yamaguchi Y., Lydon J., Hanes J., Mahendroo M. Hyaluronan in cervical epithelia protects against infection-mediated preterm birth. J. Clin. Investig., 2014, Vol. 124, no. 12, pp. 5481-5489.

12. Ameri A., Machiah D.K., Tran T.T., Channell C., Crenshaw V., Fernstrom K., Khachidze M., Duncan A., Fuchs S., Howard T.E. Nonstop mutation in the factor (F)X gene of a severely haemorrhagic patient with complete absence of coagulation FX. Thromb. Haemost., 2007, Vol. 98, no. 6, pp. 1165-1169.

13. Beisswenger C., Bals R. Functions of antimicrobial peptides in host defense and immunity. Curr. Protein Pept. Sci., 2005, Vol. 6, no. 3, pp. 255-264.

14. Boroujeni P.B., Ebrahimian S., Abedini M., Chayjan M.R., Hassani M., Gourabi H., Meybodi A.M. The role of DEFB126 variation in male infertility and assisted reproductive technique outcome. Reprod. Biomed. Online, 2019, Vol. 39, no. 4, pp. 649-657.

15. Chatr-Aryamontri A., Angelini M., Garelli E., Tchernia G., Ramenghi U., Dianzani I., Loreni F. Nonsense-mediated and nonstop decay of ribosomal protein S19 mRNA in Diamond-Blackfan anemia. Hum. Mutat., 2004, Vol. 24, no. 6, pp. 526-533.

16. Diao H., Yu H.G., Sun Е, Zhang Y.L., Tanphaichitr N. Rat recombinant p-defensin 22 is a heparin-binding protein with antimicrobial activity. Asian J. Androl., 2011, Vol. 13, no. 2, pp. 305-311.

17. Dohle G.R., Colpi G.M., Hargreave T.B., Papp G.K., Jungwirth A., Weidner W. EAU guidelines on male infertility. Eur. Urol., 2015, Vol. 48, no. 5, pp. 703-711.

18. Dorin J.R., McHugh B., Cox S., Davidson D. Mammalian Antimicrobial Peptides; defensins and cathelicidins. Molecular Medical Microbiology - 2nd Edition. Elsevier. (ed). 2014, pp. 539-566.

19. Drake P.M., Nathan J.K., Stock C.M., Chang P.V., Muench M.O., Nakata D., Reader J.R., Gip P., Golden K.P., Weinhold B., Gerardy-Schahn R., Troy F.A., Bertozzi C.R. Polysialic acid, a glycan with highly restricted expression, is found on human and murine leukocytes and modulates immune responses. J. Immunol., 2008, Vol. 181, no. 10, pp. 6850-6858.

20. Gregory M.S. Innate immune system and the eye. In: Encyclopedia of the Eye. Academic Press, London, 2010, pp. 439-445.

21. Huang L., Leong S.S., Jiang R. Soluble fusion expression and characterization of bioactive human beta-defensin 26 and 27. Appl. Microbiol. Biotechnol., 2009, Vol. 84, no. 2, pp. 301-308.

22. Isken O., Maquat L.E. Quality control of eukaryotic mRNA: safeguarding cells from abnormal mRNA function. Genes Dev., 2007, Vol. 21, no. 15, pp. 1833-3856.

23. Izadpanah A., Gallo R.L. Antimicrobial peptides. J. Am. Acad. Dermatol. 2005, Vol. 52, no. 3, pp. 381-390.

24. Liu H., Yu H., Gu Y., Xin A., Zhang Y., Diao H., Lin D. Human beta-defensin DEFB126 is capable of inhibiting LPS-mediated inflammation. Appl. Microbiol. Biotechnol., 2013, Vol. 97, no. 8, pp. 3395-3408.

25. Matzuk M.M., Lamb D. The biology of infertility: research advances and clinical challenges. Nat. Med., 2008, Vol. 14, no. 11, pp. 1197-1213.

26. Pazgier M., Hooverb D.M., Yangc D., Lud W, Lubkowski J. Human в-defensins. Cell. Mol. Life Sci. 2006, Vol. 63, no. 11, pp. 1294-1313.

27. Rodriguez-Jimenez F.J., Krause A., Schulz S., Forssmann W.G., Conejo-Garcia J.R., Schreeb R. Distribution of new human beta-defensin genes clustered on chromosome 20 in functionally different segments of epididymis. Genomics, 2003, Vol. 81, no. 2, pp. 175-183.

28. Tecle E., Gagneux P. Sugar-coated sperm: Unraveling the functions of the mammalian sperm glycocalyx. Mol. Reprod. Dev., 2015, Vol. 82, no. 9, pp. 635-650.

29. Tollner T.L., Bevins C.L., Cherr G.N. Multifunctional glycoprotein DEFB126--a curious story of defensin-clad spermatozoa. Nat. Rev. Urol., 2012, Vol. 9, no. 7, pp. 365-375.

30. Tollner T.L., Venners S.A., Hollox E.J., Yudin A.I., Liu X., Tang G., Xing H., Kays R.J., Lau T., Overstreet J.W., Xu X., Bevins C.L., Cherr G.N. A common mutation in the defensin DEFB126 causes impaired sperm function and subfertility. Sci. Transl. Med., 2011, Vol. 3, no. 92, 92ra65. https://doi.org/10.1126/scitranslmed.3002289.

31. Tollner T.L., Yudin A.I., Treece C.A., Overstreet J.W., Cherr G.N. Macaque sperm coating protein DEFB126 facilitates sperm penetration of cervical mucus. Hum. Reprod., 2008, Vol. 23, no. 11, pp. 2523-2534.

32. Tulsiani D.R. Glycan-modifying enzymes in luminal fluid of the mammalian epididymis: An overview of their potential role in sperm maturation. Mol. Cell. Endocrinol., 2006, Vol. 250, no. 1-2, pp. 58-65.

33. Yamaguchi Y., Nagase T., Makita R., Fukuhara S., Tomita T., Tominaga T. Identification of multiple novel epididymis-specific beta-defensin isoforms in humans and mice. J. Immunol., 2002, Vol. 169, no. 5, pp. 2516-2523.

34. Yudin A.I., Tollner T.L., Treece C.A. Beta-defensin 22 is a major component of the mouse sperm glycocalyx. Reproduction, 2008, Vol. 136, no. 6, pp. 753-765.

35. Yudin A.I., Tollner T.L., Li M.W., Treece C.A., Overstreet J.W., Cherr G.N. ESP13.2, a member of the beta-defensin family, is a macaque sperm surface-coating protein involved in the capacitation process. Biol. Reprod., 2003, Vol. 69, no. 4, pp. 1118-1128.

36. Yudin A.I., Generao S.E., Tollner T.L., Treece C.A., Overstreet J.W., Cherr G.N. Beta-defensin 126 on the cell surface protects sperm from immunorecognition and binding of anti-sperm antibodies. Biol. Reprod., 2005, Vol. 73, no. 6, pp.1243-1252.

37. Yudin A.I., Treece C.A., Tollner T.L., Overstreet J.W., Cherr G.N. The carbohydrate structure of DEFB126, the major component of the cynomolgus Macaque sperm plasma membrane glycocalyx. J. Membr. Biol., 2005, Vol. 207, no. 3, pp. 119-129.