CAPITOLO 2
SISTEMI ANTIOSSIDANTI
NEL SEME ANIMALE
2.1 I PRINCIPALI SISTEMI ANTIOSSIDANTI
Le specie reattive ossigenate come il perossido di idrogeno, l’anione superossido e i radicali idrossilici sono prodotti dallo spermatozoo in condizioni di aerobiosi (Holland e Storey, 1981).
Le cellule spermatiche necessitano di efficaci sistemi antiossidanti capaci di proteggere la membrana dagli insulti perossidativi dovuti ad una eccesiva produzione di ROS.
Questi sistemi di difesa mantengono un equilibrio tra produzione e metabolismo delle ROS. Tre enzimi costituiscono la base di tale produzione: l’enzima superossido dismutasi (SOD) che catalizza l’eccesso dell’anione superossido (Halliwell e Gutteridge, 1989); l’enzima catalasi (CAT) che neutralizza il perossido d’idrogeno in acqua ed ossigeno (Jeulin e coll.,1989); l’enzima glutatione perossidasi-reduttasi (GPX) che accelera la degradazione del perossido d’idrogeno e degli idroperossidi lipidici per mezzo del glutatione ridotto (Alvarez & Storey,1989).
Le riserve della catalasi sono limitate nello spermatozoo e la sua attività di protezione può essere facilmente distrutta. Le attività della SOD e della GPX appaiono essenziali per la sopravvivenza dello spermatozoo. Infatti è stata evidenziata una correlazione positiva tra la
SOD ed il mantenimento dell’attività spermatica (Alvarez e coll.,1987). Allo stesso modo, l’inibizione dell’azione della GPX da parte del mercaptosuccinnato, conduce ad una alterata reazione acrosiomale in risposta al calcio ionoforo (Griveau e coll., 1995) ed ad una immobilità spermatica (Alvarez e Storey, 1989).
Questi “scavengers” (lett: spazzini) enzimatci, capaci di neutralizzare le ROS e di bloccare la propagazione della perossidazione lipidica, sono presenti sia nello spermatozoo che nel liquido seminale.
Altri sistemi di difesa non enzimatici svolgono un’azione antiossidante nel seme, come per esempio la vitamina E che neutralizza i radicali liberi (Chow e coll., 1991); la vitamina C (Dawson e coll., 1992) che ha la capacità di spazzare via l’anione superossido e l’ossigeno singoletto (Doba e coll., 1985); il glutatione ridotto, il coenzima Q10 (Tedeschi e coll., 1997a,b e 1998b; Ducci e
coll, 1997a,b), la taurina, l’ipotaurina (Baker e coll., 1996) e il piruvato (De Lamirande e Gagnon, 1992a,b).
2.2 L’ENZIMA GLUTATIONE PEROSSIDASI
L’enzima glutatione perossidasi (GPX) è capace di ridurre il perossido di idrogeno e i perossidi lipidici, ossidando due molecole di glutatione. L’attività della GPX è attribuibile all’espressione di quattro isoenzimi (Yoshimura e coll., 1991; Schuckelt e coll l.,1991).
Tre di questi isoenzimi sono selenio-dipendenti: il glutatione perossidasi classico cellulare (GSHPx), il glutatione perossidasi idroperossido-fosfolipidico (PHGPx) e il glutatione perossidasi plasmatico.
Sia il glutatione classico perossidasi cellulare sia il glutatione perossidasi plasmatico sono tetrameri e catalizzano la riduzione del perossido di idrogeno e dei perossidi lipidici. La glutatione perossidasi idroperossido fosfolipidico è un monomero e il suo compito è quello di ridurre gli idroperossidi fosfolipidici e quelli del colesterolo.
Questi due enzimi sono stati ritrovati nel testicolo, nell’epididimo, nei vasi deferenti, nella prostata, nelle vescicole seminali e nel fegato. Recentemente un quarto enzima, il glutatione perossidasi epididimale, è stato identificato nel topo e nella scimmia (Perry. e coll.,1992). È presente soltanto nella testa dell’epididimo e protegge lo spermatozoo dal danno ossidativo.
Sono stati ritrovati alte concentrazioni di glutatione perossidasi idroperossido fosfolipidico testicolare, a sostegno del fatto che le cellule germinali in differenziazione sono esposte ad elevati livelli di perossido di idrogeno e sono altamente sensibili alla perossidazione lipidica.(Zini e Schlegel, 1997).
Questo studio contribuisce a comprendere l’importanza del ruolo del selenio nella spermatogenesi e nella maturazione dello spermatozoo dal momento che è essenziale per l’attività dell’enzima.
Alcune ricerche hanno evidenziato che ratti, alimentati con diete carenti dell’oligoelemento, producono spermatozoi con alterata motilità e con difetti morfologici (Wu . e coll.,1979).
2.3 L’ENZIMA
CATALASI
L’enzima Catalasi (CAT) è stato identificato in diversi tessuti di animali, generalmente è localizzato all’interno di organuli cellulari, chiamati perossisomi. Questo enzima catalizza la degradazione del perossido d’idrogeno ad acqua ed ossigeno.
È stata dimostrata la presenza della catalasi nel seme animale (Jeulin
e coll., 1989). L’attività ha origine principalmente dal liquido seminale,
2.4 COENZIMA
Q
10Il coenzima Q (ubiquinone) appartiene ad una classe di chinoni omologhi, ubiquitari, contenenti un nucleo 2,3-dimetossi-5-metilbenzochinone ed una catena isoprenoide laterale in posizione 6. La conoscenza dei livelli di CoQ10 nei tessuti è di grande interesse,
data la sua importanza come intermedio chiave della catena
respiratoria mitocondriale (Zhu e coll.,1982).
È coenzima del sistema della succinico deidrogenasi (SDH) che catalizza il trasferimento degli elettroni dal gruppo metallico non eme della SDH al citocromo c1; ne segue tra l’altro un diretto rapporto tra la variazione del consumo di ATP (Adenosina-trifosfato) ed i livelli di CoQ10. Inoltre, è stato osservato un ruolo della forma ridotta del
perossidative a catena iniziate dalle ROS che sfuggono alle degradazioni enzimatiche (Zhu e coll, 1982).
Il CoQ10 ha una funzione come agente stabilizzante di membrana,
dato che evita la perossidazione lipidica e regola la fluidità: è un importante agente antiossidante. Questa molecola è usata in clinica medica, nelle terapie di diverse disfunzioni ad essa correlate. Esiste una relazione tra gli insulti perossidativi e l’aumento della concentrazione di antiossidanti endogeni, come il coenzima, nei distretti interessati.
È stato osservato recentemente un incremento della lipossidazione negli spermatozoi di pazienti umani non fertili e che l’aumento della perossidazione lipidica è correlabile all’infertilità; infatti, la loro membrana risulta particolarmente vulnerabile agli insulti perossidativi (Iawasaki e Gagnon, 1992). Esistono evidenze di una correlazione inversa tra la concentrazione di CoQ10 (nella forma ossidata ) e alcune
caratteristiche seminali Tab.1 (Tedeschi e coll.,1997b; Tedeschi e coll., 1998c; Ducci e coll., 1999a).
Tabella 1.
Normo Asteno terato Oligo
CoQ10(ng/Milspz)** 2,41±0,53 5,42±1,62 a , c 5,46±2,38 b , d 7,46±1,43 A
2.5 IL GLUTATIONE
Il glutatione ridotto è indispensabile per l’attività dell’enzima GPX. Alte concentrazioni di questo sono mantenute nella cellula dall’enzima glutatione-reduttasi. Il glutatione cellulare gioca un ruolo importante in molti processi biologici comprendenti la protezione cellulare contro il danno ossidativo, grazie alla sua abilità di reagire direttamente con il perossido di idrogeno e l’anione superossido, per mezzo dei gruppi sulfidrilici (Meister, 1988).
Questa molecola antiossidante è presente in ogni cellula, ma il suo sito principale è il fegato (Griffith e Meister, 1979).
Nell’apparato riproduttivo maschile, tutti i componenti del ciclo del glutatione sono stati dimostrati in differenti localizzazioni e concentrazioni, sia nel liquido seminale che nello spermatozoo (Li, 1975; Klys e coll.,1992).I livelli di glutatione mostrano differenze specie specifiche (Li, 1975; Alvarez e Storey, 1989).
Questa molecola è presente nel citoplasma delle cellule del Sertoli. La concentrazione del glutatione diminuisce durante la spermatogenesi, rendendo gli spermatozoi sensibili alla mutagenesi per i danni al DNA, causati dai radicali liberi e da altri composti.
È stato ipotizzato che la produzione del glutatione nel liquido seminale venga regolata dalle ghiandole accessorie maschili e che ci sia uno scambio tra lo spazio extracellulare e lo spermatozoo.
Quando le cellule spermatiche non sono più in grado di produrre livelli sufficienti della molecola, interagiscono con le cellule del Sertoli che la sintetizzano attraverso un meccanismo FSH-dipendente (Ochsendorf e coll.,1998).
2.6 LA VITAMINA E
La vitamina E è una delle più importanti molecole antiossidanti, presenti nella membrana della cellula. Interrompe le reazioni a catena della lipoperossidazione; elimina i radicali liberi generati durante la riduzione monovalente della molecola di ossigeno e durante la normale attività degli enzimi ossidanti (Ehrenkranz, 1980; Palamanda e Kehrer, 1993). È possibile che la vitamina E promuova
La vitamina E “spazza via” le ROS, riducendo così la perossidazione lipidica. Questo concetto è sostenuto dal fatto che i tessuti delle cavie, alimentate con diete carenti di tale vitamina, sono più soggetti ai danni ossidativi.
In conclusione la vitamina E sembra svolgere un ruolo di protezione nei confronti della diminuita motilità spermatica, causata dalla perossidazione lipidica. Nei soggetti astenospermici un’integrazione con vitamina E abbassa la concentrazione della malondialdeide (utilizzata come elemento di stima della perossidazione lipidica), aumenta la motilità spematica e la capacità fecondante.
È stato osservato che la supplementazione di Vitamina E può migliorare alcune caratteristiche seminali in animali di interesse zootecnico (Ducci e coll., 1997a; Tedeschi e coll., 1997a).
2.7 ACIDO ASCORBICO
Largamente diffusa nel regno vegetale, soprattutto negli agrumi e nel Kiwi, rintracciabile nel regno animale in: surrene, ipofisi e corpo luteo, fegato. È un composto essenziale nell’uomo e nella cavia in quanto non può essere sintetizzato dal suo precursore glucosio.
È idrosolubile, viene facilmente assorbita dall’apparato digerente e, una volta penetrata in circolo si distribuisce nell’organismo esplicando diverse funzioni: è un agente riducente, è coinvolto in reazioni di idrossilazione (come la formazione dell’idrossiprolina dalla prolina nel collagene e la sintesi di norepinefrina dalla dopamina) ed altre ossidoriduzioni, è in grado di chelare i metalli come nell’assorbimento del ferro nell’intestino.
L’acido ascorbico svolge anche la funzione di proantiossidante, ovvero protegge altri antiossidanti come la vitamina A, la vitamina E e acidi grassi essenziali.
2.8 ACIDO URICO
E’ il prodotto finale del metabolismo delle purine nell’uomo e nei primati.
Le basi libere puriniche, a loro volta sono derivate dai loro parenti nucleotidi GMP e AMP. Il catabolismo dell’adenina porta prima all’ipoxantina e poi alla xantina; il catabolismo della guanina risulta direttamente nella formazione della xantina.
L’ossidazione dell’ipoxantina a xantina ad acido urico è catalizzata dallo stesso enzima, xantina-ossidasi.
Ognuno di questi due passi di ossidazione produce anioni superossido, che sono catalizzati dalla SOD. L’acido urico, xantina e ipoxantina sono scavenger di radicali liberi.
L’acido urico è uno scavenger di specie reattive ossigenate e di intermedi ossigenati dell’eme (con Fe 4+ e Fe5+) molto efficiente.
L’alto livello di acido urico circolante, con il suo importante ruolo nella prevenzione del cancro, può spiegare perché l’uomo e i primati, vivono più a lungo rispetto alle proscimmie, nelle quali il livello circolante è dieci volte inferiore.
2.9 ACIDO ASCORBICO E ACIDO URICO NELLA
RIPRODUZIONE
Acido ascorbico e acido urico sono presenti nel plasma seminale come parte integrante del sistema antiossidante del seme.
Studi effettuati sul seme umano hanno evidenziato una correlazione inversa tra la quantità di acido ascorbico e la presenza delle ROS presenti nel plasma seminale.
Queste due molecole, già note per altre ricerche, solo da poco tempo sono state prese in considerazione per lo studio dell’attività spermatica, nonché per una possibile azione terapeutica in soggetti infertili.
In un lavoro del 1995 di Thiele è stato valutato il segnale chemioluminometrico (Cl) delle ROS degli spermatozoi e le concentrazioni nel plasma seminale dei due antiossidanti, citati in tre classi di soggetti: controlli, soggetti infertili oligozoospermici e soggetti infertili normozoospermici.
È stata osservata un’elevata generazione di ROS nel seme dei soggetti infertili oligozoospermici rispetto a quelli di controllo, rilevando come le concentrazioni di acido ascorbico plasmatiche siano
una correlazione positiva tra l’acido ascorbico e la normale morfologia spermatozoaria, così come una correlazione inversa tra il segnale chemioluminometrico e le concentrazioni di acido ascorbico. Anche l’acido urico, come l’acido ascorbico, è presente in concentrazioni ridotte nel plasma seminale dei pazienti infertili rispetto ai controlli.
In recenti studi sono stati valutati i livelli nel plasma seminale di acido ascorbico e di acido urico rispetto ai diversi parametri seminali (Tedeschi e coll.,1997b; Gazzano e coll.,1999a,b).
Soggetti infertili astenozoospermici hanno mostrato livelli significativamente ridotti dei due acidi rispetto a soggetti normozoospermici.
È stato osservata inoltre una differenza significativa tra i soggetti oligozoospermici e astenozoospermici. Inoltre tra le diverse classi di soggetti infertili non è stata rilevata alcuna differenza significativa tra i parametri cinetici.
