שברי פלסטיק בלתי נראים מכלי אוכל נפוצים מופיעים בזרע; כעת, חוקרים חושפים כיצד חלקיקים בקנה מידה ננומטרי עלולים לחבל בשקט בביולוגיה של הרבייה הגברית באמצעות מתח תאי ומסלולי הרס עצמי.
מחקר: שימוש בכלי שולחן מפלסטיק, הצטברות מיקרופלסטיק ואיכות זרע: מראיות אפידמיולוגיות ועד לתובנות מכניסטיות של FOXA1/p38. קרדיט תמונה: משפחת עכברים / Shutterstock
במחקר שפורסם לאחרונה ב- כתב עת לננוביוטכנולוגיהחוקרים קבעו כיצד הצטברות מיקרופלסטיק (MP), במיוחד משימוש בכלי שולחן מפלסטיק (PT), משפיעה על איכות הזרע והבהירו את המנגנון המולקולרי הכולל את נתיב האיתות של Forkhead Box Protein A1, Mitogen-Activated Protein Kinase Kinase Kinase 1, p38 Mitogen-Activated Protein Kinase pathway (FOXA1/MAP38)
רֶקַע
אי פוריות גבר תורמת לכמחצית ממקרי הפוריות ברחבי העולם, וניתוחים עדכניים מדווחים על ירידה שנתית של זרע של כ-1-2.6% במקום הערכה מצטברת בודדת, מה שמעלה חששות גוברים בבריאות הציבור. מעבר לגורמי אורח חיים כמו השמנת יתר או מתח, חשיפה למזהמים סביבתיים, כולל חברי פרלמנט, מעורבת יותר ויותר. פלסטיק לשימוש חד פעמי, במיוחד PT, משחרר שברי פוליסטירן ופוליוויניל כלוריד (PVC) שיכולים לחדור למזון ומים. עדויות מוקדמות קושרות חברי פרלמנט עם מתח חמצוני, הפרעה הורמונלית ונזקים לאשכים בבעלי חיים, אך נתונים אנושיים ישירים נותרו נדירים. ההבנה כיצד חברי פרלמנט מצטברים בזרע ומשבשים את זרע הזרע חיונית לבריאות הרבייה. נדרש מחקר נוסף כדי להבהיר מסלולים מולקולריים וסיכוני חשיפה אנושיים.
לגבי המחקר
המחקר ניתח זרע מ-200 גברים בגיל הפוריות (ממוצע 24.6 שנים) בבנק הזרע האנושי של צ'ונגצ'ינג במהלך 2020 עד 2021. המשתתפים מילאו שאלונים על אורח חיים, אינדקס מסת גוף (BMI) ושימוש ב-PT. מדדי איכות הזרע היו ריכוז זרע, ספירת זרע כוללת, תנועתיות ותנועתיות מתקדמת, בהתאם לפרוטוקול המהדורה השישית של ארגון הבריאות העולמי (WHO). דגימות יובשו בהקפאה, עוכלו באנזים, סוננו ונבדקו לאיתור פולימרים MP באמצעות מיקרוסקופיה אינפרא אדום ומיקרוסקופיה של סריקה אלקטרונית (SEM). המחברים ציינו כי טכניקות מיקרו אינפרא אדום אינן יכולות לזהות ננופלסטיק קטן כמו 50 ננומטר, המייצגת מגבלה אנליטית מרכזית בדגימות אנושיות. רגרסיה רב-משתנית קישרה את רמות MP למדדי זרע לאחר התאמה לגיל, BMI, ימי התנזרות, אלכוהול ועישון.
In vivo העבודה השתמשה בעכברי BALB/c שניתנו במיקרו-פלסטיק פוליסטירן (PS-MPs) בגודל 50 ננומטר, 5 מיקרומטר או 50 מיקרומטר, עם מינון של 1 מיליגרם ליום במשך שמונה שבועות. איכות הזרע, היסטולוגיה ומבנה אולטרה הוערכו על ידי מיקרוסקופ אלקטרונים של העברה (TEM), אימונוהיסטוכימיה (IHC) ותווית קצה של דאוקסינוקלאוטידיל טרמינל (TUNEL). קו תאים spermatogonial של עכבר GC-1 נחשף ל-PS-MPs ב-25 מיקרוגרם למיליליטר עם או בלי מעכב p38 Adezmapimod או FOXA1 small interfering RNA (siRNA). סמני אוטופגיה ואפופטוזיס נמדדו על ידי Western blot, תגובת שרשרת פולימראז כמותית בזמן אמת (qRT-PCR) וציטומטריית זרימה (FCM). מובהקות סטטיסטית נקבעה ל-p <0.05.
תוצאות המחקר
MPs זוהו ב-55.5% (111/200) מדגימות הזרע, בסך הכל 128 חלקיקים. הפולימרים העיקריים היו PVC (36.7%) ופוליסטירן (PS, 32.0%), ואחריהם פוליאתילן (PE), פוליאתילן טרפתלט (PET) ופוליפרופילן (PP). לא זוהה פוליאמיד (PA). תדירות שימוש גבוהה יותר ב-PT נמצאת בקורלציה חזקה עם הצטברות MP גדולה יותר. למשתמשי PT יומיים היו מספר חברי פרלמנט גבוה משמעותית בזרע (p < 0.05).
לאחר התאמה, לא נצפו קשרים מובהקים בין סך חברי הפרלמנט לבין פרמטרי זרע בקבוצה המלאה. בניתוחים מרובעים, בקרב גברים עם BMI < 24 ק"ג/מ"ר, סך כל חברי הפרלמנט הראו קשר שלילי גבולי עם ריכוז זרע (P=0.08) וקשרים חיוביים עם תנועתיות מתקדמת (P=0.03) וסך הכל (P=0.04). בקרב משתמשי PT (כן לעומת לא), סך חברי הפרלמנט הראו מגמה של ריכוז זרע נמוך יותר (P = 0.07), אולי פיצוי על ידי עלייה בתנועתיות.
בעכברים, 50 ננומטר PS-MPs דרך הפה הפחיתו משמעותית את ריכוז הזרע (33%), את התנועתיות הכוללת (21%) ואת התנועתיות המתקדמת (38%), והגדילו את המורפולוגיה החריגה. היסטולוגיה הראתה צינוריות זרע מכווצות ולא מאורגנות; TEM חשף שבירות של קרום גרעיני והצטברות אוטוליזוזומים, מה שמצביע על אוטופגיה מוגברת.
רצף תעתיק זיהה 985 גנים בעלי ביטוי דיפרנציאלי (DEG) המועשרים במסלולי אפופטוזיס ואוטופגיה. גנים הקשורים ל-Autophagy כמו Autophagy Related 5 (ATG5), Autophagy Related 7 (ATG7) ו-Beclin1 (BECN1) היו מווסתים, וסמני החלבון Microtubule-Associated Protein 1 Light Chain 3 Beta (LC3β) ו-Sequestosome 1 (p62/SQSTM1%, בהתאמה) עלו ב-1.8% בהתאמה. אימונוהיסטוכימיה (IHC) ואימונופלואורסצנציה (IF) אישרו ביטוי משופר של LC3β ו-Beclin1 באשכים. במקביל, החלבונים הפרו-אפופטוטיים Bcl-2-Associated X Protein (Bax) ו-Bcl-2 Antagonist of Cell Death (Bad) עלו בעוד ש-B-Cell Lymphoma 2 (Bcl-2) ו-B-Cell Lymphoma-Extra Large (Bcl-xL) נפלו, בליווי רמות גבוהות יותר של C-Caseasved (C3-cpasved) וקספאז-9 (Casp9).
מבחינה מכאנית, PS-MPs הפעילו את מפל ה-MAPK דרך MAP3K1 ו-p38 הפוספוריל, מה שהוביל לוויסות עלייה של c-fos (pc-fos) אך לא c-jun. טיפול במעכב p38 Adezmapimod דיכא את הפעלת pc-fos, ואישר את הקישור MAP3K1/p38. ניתוח במעלה הזרם הראה כי גורם השעתוק FOXA1 קשר ישירות את מקדם MAP3K1 וקיים אינטראקציה עם חלבון MAP3K1, כפי שאומת על ידי Chromatin Immunoprecipitation (ChIP) ו-Co-Immunoprecipitation (Co-IP). פגיעה ב-FOXA1 על ידי siRNA הפחיתה את ביטויי MAP3K1, p-p38 ו-pc-fos המושרה על ידי PS-MP מבלי לשנות את pc-jun. לפיכך, PS-MPs הפעילו אוטופגיה ואפופטוזיס דרך ציר FOXA1/MAP3K1/p38/c-fos.
יחד, ממצאים אלה מוכיחים כי הצטברות MP מ-PT אינה חשיפה סביבתית שפירה אלא איום ביולוגי הקשור לנזק הרבייה של הגבר. ממצאים אנושיים מצביעים על שינוי באיכות הזרע רק בתת-קבוצות ספציפיות, ונשארים אסוציאטיביים, בעוד שנתוני בעלי חיים ותאיים תומכים בהפעלה סיבתית של מסלולי מתח על ידי חלקיקים של 50 ננומטר. המחברים גם הכירו במגבלות, כולל שימוש במינון פומי יחיד בעכברים, שימוש בריכוזים גבוהים מהסביבה. בַּמַבחֵנָהוהיעדר הערכות פוריות תפקודיות כגון תוצאות הריון.
מסקנות
מחקר זה מספק את הראיות המשולבות האסוציאציות והמכניסטיות האנושיות הראשונות לכך שחברי פרלמנט, במיוחד שברי PS שמקורם ב-PT, מצטברים בזרע וקשורים לשינויים באיכות הזרע בתתי קבוצות פגיעות. בגברים עם BMI נמוך ושימוש תכוף ב-PT, החשיפה הכוללת ל-MP נמצאת בקורלציה עם ריכוז נמוך יותר של זרע גבולי ותנועתיות מוגברת. בעכברים ובתאים spermatogonial, PS-MPs של 50 ננומטר הפעילו את מפל האיתות FOXA1/MAP3K1/p38, מה שהוביל לאוטופגיה ואפופטוזיס, שהורידו את ספירת הזרע ואת התנועתיות.
הממצאים מדגישים את סכנות הרבייה של חשיפה יומיומית לפלסטיק ומדגישים את הצורך במדיניות בריאות ציבורית המגבילה את שחרור MP ממכלי מזון ומקדמת חלופות בטוחות יותר.
