Загрязнение воздуха ударило по развитию сперматозоидов на ключевом этапе

Эпидемиологи изучили, как качество воздуха влияет на мужское здоровье, а точнее — на сперматогенез. Анализ данных более 2000 человек показал, что воздействие распространенных загрязнителей приводит к изменениям в метилировании ДНК сперматозоидов.

Плохое качество воздуха может влиять на сперматогенез — процесс образования и созревания сперматозоидов у мужчин, который длится примерно 70-75 дней — гораздо сильнее, чем предполагалось. К такому выводу пришла группа исследователей, возглавляемых эпидемиологами из Массачусетского университета в Амхерсте (США). Исследование представили на 42-м ежегодном собрании Европейского общества репродукции человека и эмбриологии.

Ученые проанализировали данные более чем двух тысяч мужчин, проходивших обследование по поводу бесплодия в американском городе Солт-Лейк-Сити в 2013-2017 годах. Сначала участники сдавали образцы спермы при включении в исследование, затем еще через два, четыре и шесть месяцев. Для молекулярного анализа взяли образцы 1220 мужчин, предоставивших биоматериал на последнем этапе наблюдения.

Авторы исследования оценивали, каким концентрациям загрязняющих веществ подвергался каждый доброволец на протяжении максимум трех месяцев до сдачи анализа — примерно столько и длится сперматогенез. В расчет включили концентрации озона (образуется в основном из выхлопов машин и промышленных выбросов под действием солнца), диоксида азота (источники — автомобили, электростанции, отопление), диоксида серы (образуется при сжигании угля, нефти) и мелкодисперсных твердых частиц диаметром менее 2,5 микрометра (PM 2,5), состоящих из сажи, пыли, тяжелых металлов и органических веществ. Именно PM 2,5 считаются самыми опасными, поскольку могут переноситься на сотни километров, проникают глубоко в легкие и кровь.

Анализ помог выявить 39 участков ДНК, где уровень метилирования был статистически связан с воздействием загрязняющих веществ. Наиболее сильный удар нанесли озон и диоксид азота, присутствие которых характерно главным образом для районов с интенсивным автомобильным движением и выбросами при сжигании природного газа. Изменения затронули гены, отвечающие за развитие сперматозоидов, организацию хромосом и «систем клеточного контроля качества».

Метилирование ДНК сперматозоидов — химическая модификация, которая не меняет саму последовательность ДНК, но регулирует, насколько активно работает тот или иной ген. Эпигенетические метки прикрепляются к ДНК в сперматозоидах, передаются будущему эмбриону и влияют на его развитие. Следовательно, изменения в метках могут сказываться не только на качестве спермы, но и на ребенке.

Особое внимание авторы научной работы обратили на GNAS, относящийся к импринтированным генам. Это группа генов, активность которых зависит от того, унаследованы они от матери или отца. Нарушения метилирования GNAS уже связывали с ухудшением качества спермы и проблемами в развитии эмбриона. Новое исследование показало, что грязный воздух тоже может влиять на этот ген.

Как подчеркнула Кэрри Ноублс, руководитель научной группы, воздействие загрязнителей во время сперматогенеза, на критических этапах развития сперматозоидов, может отражаться на эпигенетических механизмах, то есть на изменении активности генов без изменения самой последовательности ДНК. Все это сказывается не только на способности к зачатию, но и на исходе беременности.

Ученые пока не утверждают, что такие изменения обязательно приводят к бесплодию либо заболеваниям у потомства, однако они назвали это важным направлением для исследований. Результаты и наличие причинно-следственной связи еще предстоит подтвердить. Тем не менее давно известно, что загрязнение воздуха — один из крупнейших факторов риска для здоровья современных людей. По данным ВОЗ, оно связано с семью миллионами преждевременных смертей ежегодно, повышает риск заболеваний сердечно-сосудистой системы, органов дыхания, инсульта и некоторых видов рака.

Появляется все больше данных о влиянии качества воздуха и на репродуктивную систему. Загрязненность, как показал обзор исследований, опубликованный в 2024 году, ассоциирована со снижением концентрации сперматозоидов, ухудшением их подвижности и большим числом повреждений ДНК. Новая научная работа дополняет эти результаты, предлагая возможный биологический механизм: загрязнение атмосферы может сказываться на эпигенетической регуляции генов, отвечающих за формирование мужских половых клеток.