Il ruolo dei radicali liberi e degli antiossidanti nella fertilità e nella riproduzione

Il ruolo dei radicali liberi e stress ossidativo nell’influenzare la fisiopatologia della Riproduzione umana.
I Radicali liberi o specie reattive dell’ossigeno mediano la loro azione attraverso le citochine proinfiammatorie e questo meccanismo è stato proposto come fattore di base comune per endometriosi, malattia dell’ovaio policistico, e varie altre patologie che colpiscono la donna nel processo riproduttivo.
Lo stress ossidativo, il danno al DNA degli spermatozoi e l’apoptosi hanno implicazioni anche nell’infertilità maschile. La presenza di Ossigeno reattivo elevato è correlato agli scarsi risultati di fertilità.
Lo stress ossidativo è stato implicato quindi nelle difficoltà procreative sia nel maschio che nella femmina con dismorfogenesi fetale, aborti e restrizione della crescita intrauterina.
Accurata valutazione dello stress ossidativo seminale mediante analisi specialistiche può aiutare nella diagnosi e nella gestione dell’infertilità maschile. Vi è un’evidenza in letteratura sugli effetti benefici dell’assunzione di supplementazione di antiossidanti nell’infertilità maschile e vi sono evidenze anche della loro efficacia nel miglioramento dello stato materno e negli esiti fetali.

Il metabolismo aerobico è associato alla generazione di molecole proossidanti chiamate radicali liberi o Specie reattive dell’ Ossigeno (ROS) che includono i radicali idrossilici, anione superossido, perossido di idrogeno e ossido nitrico.
C’è una complessa interazione tra proossidanti e antiossidanti, con conseguente mantenimento dell’ omeostasi intracellulare.
Ogni volta che c’è uno squilibrio tra i proossidanti e gli antiossidanti, si crea uno stato ossidativo.
I radicali liberi hanno un duplice ruolo nel tratto riproduttivo e sono anche molecole di segnale chiave che modulando diverse funzioni riproduttive.
I radicali possono influenzare gli ovociti, il liquido seminale e gli embrioni nei loro microambienti, ad esempio liquido follicolare, liquido idrosalpingeale e liquido peritoneale. Questi microambienti hanno un impatto diretto sulla qualità di ovociti, interazione degli ovociti con gli spermatozoi, sull’impianto e sullo sviluppo precoce dell’embrione.
Lo stress ossidativo colpisce sia l’impianto che lo sviluppo iniziale dell’embrione responsabile di una gravidanza di successo; c’è una complessa interazione di citochine, ormoni e altri fattori di stress che influenzano la formazione di radicali liberi; queste molecole agiscono ulteriormente attraverso la modulazione di molti fattori di trascrizione ed espressione genica.
Affrontiamo il modo in cui è coinvolto lo stress ossidativo nel funzionamento fisiologico dell’apparato riproduttivo femminile e come influenza anche gli esiti  della a riproduzione spontanea oltre che i tentativi di riproduzione assistita .
Ruolo dei radicali liberi nell’infertilità maschile
L’aumento della generazione di ROS nel liquido seminale colpisce la funzione degli spermatozoi e porta all’infertilità I ROS sono noti essere  per generato da spermatozoi e leucociti e il danno perossidativo risultante provoca alterata funzione spermatica. Livelli elevati di ROS sono correlati negativamente con concentrazione spermatica e motilità spermatica e in particolare della morfologia. Gli spermatozoi sono particolarmente
suscettibile al danno indotto da ROS perché il loro le membrane plasmatiche contengono grandi quantità di acidi grassi polinsaturi e il loro citoplasma contiene poca concentrazione degli enzimi antiossidanti.
I ROS nel liquido seminale hanno un valore statisticamente significativo sull’ impatto dei tassi di fecondazione suggerendo che i livelli di ROS nel liquido seminale potrebbero essere importanti predittori del successo della fecondazione in vitro e possono essere utili in consulenza ai pazienti sugli esiti di questa tecnica.
Stress ossidativo e funzione ovarica
Il metabolismo aerobico che utilizza l’ossigeno è essenziale per fabbisogno energetico dei gameti e dei radicali liberi che svolgono un ruolo importante nei processi fisiologici all’interno dell’ovaio. Molti studi hanno dimostrato il coinvolgimento dei ROS nell’ambiente fluido-follicolare, nella follicologenesi e steroidogenesi. Il ruolo di ROS ed enzimi antiossidanti, superossido di rame e zinco , dismutasi (Cu-Zn SOD), superossido dismutasi di manganese(MnSOD) e glutatione perossidasi, nella maturazione dell’ovocita la maturazione e nel complesso ruolo nell’ovulazione e nella funzione luteinica sono importanti .
È stato dimostrato che lo stress ossidativo colpisce il corpo luteo e la capacità steroidogenica sia in vitro che in vivo.
L’espressione di SOD è parallela ai livelli di progesterone, con un aumento dalla fase luteale iniziale alla fase luteale mediana e diminuzione durante la regressione del corpo luteo.
L’espressione di mRNA, tuttavia, di Cu-Zn SOD nel corpo luteo durante la gravidanza è molto più alto di quello del corpo luteo di metà ciclo. Questo fattore è aumentato dall’espressione di SOD durante la gravidanza, possibilmente causata da aumento dei livelli di gonadotropina corionica umana (HCG) e può essere la causa dell’apoptosi dei corpi lutei.
Allo stesso modo, gli enzimi antiossidanti glutatione perossidasi e MnSOD sono considerati i marcatori citoplasmatici della maturazione, in quanto si esprimono solo negli ovociti in metafase II .
Diminuzione del potenziale di sviluppo di ovociti da follicoli scarsamente vascolarizzati è anche stato attribuito a bassa ossigenazione intrafollicolare .
Gli studi dimostrano che una perossidazione lipidica intensificata nel follicolo di Graaf preovulatorio può aiutare a mantenere bassi i livelli di idroperossidi all’interno del follicolo , suggerendo unloeo importante ruolo.

Ruolo dello stress ossidativo nella funzione ovarica e nell’endometrio.
Lo stress ossidativo e il processo infiammatorio hanno ruoli nella fisiopatologia dell’ovaio policistico.
I cambiamenti ciclici nell’endometrio sono accompagnati dai cambiamenti nell’espressione di vari antiossidanti . Gli enzimi, come la tioredossina, hanno una maggiore espressione nella prima fase secretoria e questo potrebbe essere importante per l’impianto . È interessante da notare che l’interruzione mirata del gene della tioredossina è stato associato agli effetti letali sul embrione precoce ,inoltre una maggiore espressione di SOD nell’endometrio è stata osservata alla fine della fase secretoria appena prima delle mestruazioni.

Stress ossidativo placentare e aborti
Poiché l’impianto è un processo molto ben orchestrato comporta interazioni complesse tra l’embrione e l’ambiente uterino, un’esplosione di ossidativo placentare lo stress durante l’instaurazione della circolazione materna può causare la perdita precoce della gravidanza.                                                    L’Aborto spontaneo è accompagnato da una significativa interruzione del proossidante ed equilibrio antiossidante. Lo stress ossidativo può avere anche un ruolo nei pazienti con aborti ricorrenti senza eziologia nota e nascondere una frammentazione del DNA degli spermatozoi.
Durante la gravidanza un aumento del numero di leucociti polimorfonucleati può comportare una maggiore generazione di ioni superossido e lo stress ossidativo può modulare l’espressione dei recettori delle citochine nella placenta, nei citotrofoblasti, nelle cellule endoteliali vascolari e nella muscolatura liscia. Non è chiaro, invece, se lo stress ossidativo influenza la modifica post-traduzionale o l’aberrante espressione dei recettori delle citochine che si traduce in un fallimento per stimolare la crescita e la differenziazione.
Le cellule  immunitarie T helper influenzano la produzione di due tipi di risposte di citochine , TH1 o TH2, che sono modulate dall’antiossidante glutatione .
Aborto spontaneo nei pazienti con una storia di aborti ricorrenti sono stati associati con livelli elevati di risposta TH1 e glutatione, mentre l’esaurimento del GSH porta all’inibizione di citochine di tipo TH1. Il ruolo dello stress ossidativo e gli antiossidanti sono un’area interessante per ulteriori indagini nelle donne associate a gravidanze con aborti ricorrenti.

Stress ossidativo e sviluppo embrionale
Lo stress ossidativo è coinvolto nello sviluppo difettoso e nel ritardo di crescita dell’embrione,attribuito al danno indotto della membrana cellulare, al danno del DNA e apoptosi, quest’ultima agisce sulla frammentazione degli embrioni, che hanno un potenziale quindi limitato di impiantarsi e
quindi portare a scarsi risultati di fertilità . Inoltre la formazione di blastocisti in vitro durante la riproduzione assistita  non è ottimale e gli antiossidanti possono migliorare lo sviluppo della blastocisti.
Anche un aumento dello stress ossidativo nella linea germinale maschile è stato associato a tassi di fertilizzazione scarsi, alterato sviluppo dell’embrione e aumento dei tassi di perdita di gravidanza.
La fecondazione e lo sviluppo dell’embrione in vivo si svolge in un ambiente a bassa tensione di ossigeno e durante la coltura, la bassa tensione di ossigeno migliora il tasso di impianto e gravidanza Allo stesso modo sono aumentati i tassi di impianto e gravidanza clinica quando si addiziona il mezzo di coltura con antiossidanti.
Gli antiossidanti possono svolgere un ruolo significativo non solo durante le procedure assistite, ma anche nella prevenzione delle successive perdita o danneggiamento dell’embrione.
Stress ossidativo ed endometriosi associati infertilità
Aumento della generazione di ROS da parte dei macrofagi del liquido peritoneale, con aumento della perossidazione lipidica,  sembra essere presente nelle pazienti con endometriosi. L’aumento della generazione di autoanticorpi alle lipoproteine ossidativamente modificate, che sono antigeniche è stato riportato in pazienti con endometriosi . Le indagini di vari biomarcatori hanno ha poi rivelato la presenza di stress ossidativo localmente. Macrofagi attivati, presenti in numero maggiore nel liquido peritoneale di pazienti con endometriosi, sono noti per rilasciare TNF-, una citochina pleiotropica che induce effetti tossici sui gameti, mediati dai radicali liberi, e che gioca un ruolo importante nella fisiopatologia dell’infertilità associata all’endometriosi.

Regolazione redox della senescenza ovarica
Si pensa che la senescenza ovarica precoce possa essere  causata  anche da aumento dello stress ossidativo nel liquido follicolare. Una riduzione dell’espressione dell’attività di glutatione e catalasi, accompagnata da una maggiore espressione dell’attività SOD è stata dimostrata nelle donne anziane rispetto alle giovani. Con la ridotta espressione della glutatione reduttasi lo stress ossidativo può causare disturbi dei fusi meiotici che possono portare a  degenerazione cellulare o apoptosi . Embrioni di scarsa qualità, possono essere maggiormente aneuploidi.

Stress ossidativo e riproduzione assistita
Bassi livelli di ROS svolgono un ruolo benefico nella fecondazione in vitro. Il microambiente fluido follicolare e ossidativo, lo stato di stress fornisce una finestra sulla qualità degli ovociti e sulla fertilità , sui risultati e sul successo nella tecnica ICSI.
Livelli di glutatione selenio-dipendente ,perossidasi e glutatione S-transferasi sonosignificativamente diminuiti nei follicoli che producono ovociti che non si fertilizzano durante la fecondazione in vitro. Livelli minimi di  ROS sono essenziali e sono indicativi dell’attività metabolica all’interno del follicolo. Alti livelli di ROS nella cultura media, tuttavia, la mattina dopo il prelievo degli ovociti è correlato con  scarsa fertilizzazione e tassi di scissione e una maggiore frammentazione embrionale a seguito dell’ICSI e un minore sviluppo di blastocisti. Livelli di 8-idrossi-2- deossiguanosina, un indicatore del danno al DNA cellulare quando valutato in cellule della granulosa da aspirato di ovociti, si  correla negativamente con i tassi di fecondazione e il numero di embrioni di buona qualità nei pazienti sottoposti a fecondazione in vitro.
Prove indirette di stress ossidativo sono associate alla generazione di antifosfolipidi  durante la fecondazione in vitro. Presenza di anticorpi antifosfolipidi  nel plasma e l’associazione con aumento dello stress ossidativo nel plasma è riportato in pazienti con infertilità sottoposti a fecondazione in vitro.
Poiché i ROS hanno effetti deleteri sia sull’ovocita che la qualità dell’embrione in pazienti con endometriosi, varie strategie sono progettate per ridurre al minimo l’esposizione di gameti in ambienti che portano a radicali liberi elevati . 

Marcatori dello stress ossidativo ed antiossidanti da valutare in caso di infertilità idiopatica

Per stress ossidativo valutare:

8- idrossi-desossi-guanosina, Malondialdeide MDA e 4-idrossinonenale 4-HNE per la perossidazione

Coenzima Q10 per il danno mitocondriale

dROMs Test per il potere ossidante

Interleuchina IL6 per l’infiammazione

Per antiossidanti  valutare:

Endogeni : SOD, Catalasi, BAP Test Glutatione ridotto e totale

Esogeni : VIT. A, VIT E, VIT C

Valutare con queste analisi lo stato di stress ossidativo e la capacità antiossidante permette di migliorare lo stato infiammatorio e l’omeostasi cellulare  dell’intero organismo.

Da Curr Opin Obstet Gynecol 2006 18:325–332.