CAPITOLO 13 – Applicazioni del myo-inositolo e del D-chiro-inositolo in andrologia

^aNational Center for Drug Research and Evaluation, Italian National Institute of Health, Rome, Italy
^bDepartment of Experimental Medicine, University “Sapienza”, Rome, Italy
^cTerzo Dipartimento di Ostetricia e Ginecologia, Università Aristotele di Salonicco, Salonicco, Grecia
^dInstitute of Biology and Experimental Medicine (BYME, CONICET-FIBYME), National Scientific and Technical Research Council (CONICET), Buenos Aires, Argentina

Gli inositoli sono attualmente considerati una famiglia importante di cicloesani naturali che possono avere un ruolo importante nel campo dell’andrologia. L’isomero più abbondante in natura, il myo-inositolo (MI), costituisce un elemento importante dei fosfolipidi di membrana, insieme al suo parente meno rappresentato, il D-chiro-inositolo (DCI). Quest’ultimo viene sintetizzato nel corpo umano a partire dal MI attraverso un enzima epimerasi dipendente dall’insulina [1,2]. Contribuiscono a diverse funzioni fisiologiche, tra cui osmoregolazione, fosforilazione delle proteine, rimodellamento della cromatina ed espressione genica. I loro derivati fosforilati, invece, agiscono come secondi messaggeri in diverse vie, e nelle cellule spermatiche sono coinvolti nei meccanismi di trasduzione responsabili della regolazione del livello di calcio citoplasmatico [3]. Infatti, sono principalmente conosciuti come secondi messaggeri dell’insulina, anche se svolgono ruoli diversi in questo processo. Nel complesso, il corretto rapporto cellulare tra MI e DCI è fondamentale per ottimizzare l’assorbimento del glucosio e il suo metabolismo [1,2]. Inoltre, sono coinvolti nella segnalazione delle gonadotropine, poiché nei trials clinici hanno dimostrato un effetto sensibilizzante alle gonadotropine. MI e DCI, infatti, riducono rispettivamente la quantità di ormone follicolo-stimolante (FSH) e ormone luteinizzante (LH) circolanti [1,2]. Allo stesso modo, hanno impatti diversi sulla steroideogenesi, poiché il MI sembra sostenere la produzione di estrogeni, mentre il DCI inibisce la conversione degli androgeni in estrogeni, promuovendo così l’accumulo di androgeni. Di conseguenza, le loro applicazioni cliniche negli uomini dovrebbero coprire diverse aree terapeutiche.

Ruolo del myo-inositolo nella fertilità maschile

In natura, l’inositolo si esprime in differenti composti chimici: nella forma libera, legato ai fosfolipidi e sotto forma di acido fitico. La seconda forma è contenuta nei tessuti animali, mentre la terza si trova nelle piante. Quindi, l’inositolo può essere sia biosintetizzato che assunto con la dieta attraverso cereali integrali, germe di grano, agrumi e carni [4]. L’assorbimento intestinale dell’inositolo libero avviene grazie al trasporto attivo, dipendente dalla temperatura e dal pH della famiglia SMIT. Si tratta di un trasporto attivo con un gradiente di concentrazione negativo di Na+ dipendente sia dalla concentrazione che dall’energia, il che consente l’assorbimento e l’accumulo [5].

Diversi inositolo fosfati vengono anche metabolizzati in MI dall’inositol-fosfato-fosfatasi 1 (MINPP1) e successivamente trasportati nel citosol. Il glucosio citosolico può anche essere utilizzato per sintetizzare il MI attraverso la myo-inositol-fosfato sintasi (MIPS) [6]. Inoltre, una proteina di membrana integrale della famiglia SMIT trasporta una molecola di MI e due di Na+ nelle cellule. Questo trasportatore è codificato dal gene SLC5A3, controllato da elementi osmoregolatori [7,8]. L’espressione del trasportatore cellulare SLC5A3 è stata riscontrata in diversi tessuti, tra cui testicoli ed epididimo. Inoltre, l’espressione dell’mRNA è stata rilevata anche nelle cellule di Sertoli. Inoltre, le cellule di Sertoli sottoposte a condizioni ipertoniche hanno mostrato un aumento significativo di SLC5A3 e un aumento dell’assorbimento di MI. L’espressione di SLC5A3 nelle cellule di Sertoli e l’aumento dell’espressione e dell’assorbimento di MI in condizioni ipertoniche suggeriscono il MI come un regolatore chiave dell’osmolarità nell’apparato riproduttivo maschile [6,9].

A livello cellulare, l’inositolo è presente in diversi tipi di combinazioni molecolari:

1. incorporato nei fosfolipidi e ancorato alla membrana. In questo contesto, partecipa alla cascata di segnali del fosfoinositide e alla trasduzione del segnale FSH nelle cellule del Sertoli, un meccanismo d’azione aggiuntivo di MI che, sensibilizza le cellule del Sertoli all’ FSH, migliora potenzialmente i parametri spermatici, controlla i livelli di calcio intracellulare, e mantiene il potenziale di membrana [10]. In particolare, vicino alla membrana endoplasmatica, subisce una serie di fosforilazioni, che portano alla formazione di vari metaboliti; tra cui, di rilevante importanza, il fosfatidilinositolo 4,5 bisfosfato (PIP2) [11] e poi la fosfolipasi C (PLC) metabolizza il PIP2 in 1,2-diacilglicerolo (DAG) e inositolo (1,4,5)-trifosfato (IP3) che attiva il recettore IP3 (IP3R) e induce il rilascio di calcio dal reticolo endoplasmatico;

2. come componente dei fosfoinositidi glicosilati [6];

3. come polifosfati [6];

4. come inositolo semplice [12].

Il MI svolge un ruolo cruciale come secondo messaggero intracellulare attraverso la regolazione dei livelli intracellulari di Ca2+ e regola diversi meccanismi come la motilità degli spermatozoi, la capacitazione e la reazione acrosomiale. L’attivazione dei sistemi di trasmissione intracellulare, che necessariamente portano a un aumento del Ca2+ citoplasmatico, determina un aumento conseguente anche a livello mitocondriale. A questo punto, il Ca2+ stimola il metabolismo ossidativo, inducendo la produzione di ATP in risposta all’energia cellulare richiesta [13]. Per funzionare al meglio, questo sistema ha bisogno di uno stato funzionale ottimale del mitocondrio e di conseguenza di un alto potenziale di membrana mitocondriale (MMP). Recentemente è stato dimostrato come l’alto MMP si correla strettamente non solo a un miglioramento della capacità fertilizzante degli spermatozoi, ma anche un miglioramento nella motilità degli spermatozoi [14]. È interessante notare che alcuni recenti studi in vitro hanno evidenziato un ruolo importante del myo-inositolo, correlato all’aumento della MMP e alla motilità degli spermatozoi. Tutti questi risultati suggeriscono l’importante concetto che il myo-inositolo, attraverso la regolazione dei livelli intracellulari di Ca2+, è in grado di influenzare in modo positivo le capacità fecondanti [15].

Inoltre, è ben noto che il MI, agendo come secondo messaggero, regola l’attività dell’FSH implicata nel controllo del numero e della funzione delle cellule di Sertoli [16] ed è essenziale per sostenere una normale spermatogenesi [17]. Diversi studi hanno evidenziato che alte concentrazioni di FSH e LH sono state riscontrate nei casi di ridotta concentrazione spermatica [18,19]. D’altra parte, il MI ha aumentato i livelli di inibina B, una glicoproteina secreta dal testicolo come prodotto delle cellule di Sertoli coinvolte nella regolazione della secrezione di FSH attraverso un meccanismo di feedback negativo [20,21]. Negli uomini, sia con spermatogenesi normale che alterata, è stata segnalata una forte correlazione inversa tra inibina B e livelli di FSH [22,23].
Nel corso degli anni, diversi studi in vitro hanno esaminato il MI su diversi parametri spermatici. I campioni di pazienti con oligoastenospermia trattati con 2 mg/mL di MI hanno mostrato l’assenza di materiale amorfo implicato nella viscosità eccessiva del liquido seminale e una ridotta motilità degli spermatozoi. Inoltre, i mitocondri erano morfologicamente più simili ai campioni di controllo, con meno danni che coinvolgono le creste mitocondriali [24]. Risultati simili sono stati ottenuti incubando i campioni con 2 mg/mL di MI per 2 ore, e il MI ha aumentato significativamente il numero di spermatozoi con alto MMP e ha diminuito significativamente il numero di quelli con basso MMP nei pazienti con oligoastenospermia rispetto al placebo [25].

Un altro studio simile in vitro ha mostrato un aumento della percentuale di spermatozoi con motilità progressiva sia negli uomini normospermici che nei pazienti con oligoastenospermia, dimostrando anche un miglioramento nella motilità nel primo gruppo, associato a un significativo aumento della percentuale di spermatozoi con alto MMP. Inoltre, dopo l’incubazione con MI, il numero totale di spermatozoi recuperati dopo “swim-up” è migliorato significativamente in entrambi i gruppi [15]. Dato che gli studi hanno dimostrato che la motilità degli spermatozoi è direttamente associata al tasso di fecondazione, anche nei procedimenti di fecondazione in vitro (IVF), sono stati condotti diversi studi per valutare l’impatto del MI nei procedimenti di IVF [26–28]. La presenza di MI ha portato sia un aumento dell’attività proliferativa che del tasso di sviluppo degli embrioni coltivati in vitro, rappresentando un miglioramento sostanziale nelle condizioni di coltura, misurato attraverso la progressione quotidiana, la produzione e l’espansione di blastocisti e il numero di blastomeri a 96 ore post-fecondazione [29]. In uno studio prospettico, bicentrico, randomizzato, 78 cicli di ICSI sono stati divisi in due gruppi e gli spermatozoi sono stati trattati con myo-inositolo o con un placebo. Il tasso di fecondazione e la percentuale di embrioni di grado A al giorno 3 erano significativamente più alti quando gli spermatozoi venivano trattati in vitro con myo-inositolo rispetto al placebo [30]. Successivamente, un altro studio ha utilizzato myo-inositolo in vitro per verificare il suo effetto sulla qualità del liquido seminale sia in uomini con spermatogenesi normale che in pazienti con oligoastenospermia sottoposti a fertilizzazione in vitro. L’incubazione in vitro del liquido seminale eseguita utilizzando il myo-inositolo a una concentrazione di 15 mg/mL ha mostrato un miglioramento della motilità progressiva sia nei soggetti con normospermia che nei soggetti con oligoastenospermia (OAT) [31]. Risultati simili sono stati ottenuti dai campioni dei pazienti con iperviscosità o pazienti OAT. L’incubazione con MI ha migliorato la motilità progressiva degli spermatozoi nei campioni ad alta viscosità rispetto al gruppo di controllo e nei pazienti OAT [32]. Poiché il processo di congelamento è abbastanza stressante per tutti i tipi di cellule, uno studio in vitro ha valutato l’efficacia di MI su diversi parametri al fine di migliorare i protocolli comunemente utilizzati nella tecnologia riproduttiva assistita (ART). Il trattamento dei campioni con MI ha mostrato un aumento della motilità totale e progressiva degli spermatozoi sia nei campioni freschi che in quelli scongelati, quindi MI può essere utilizzato in modo efficiente e sicuro nella pratica di laboratorio e per la preparazione di campioni in ART. In particolare, il MI ha registrato risultati positivi sulla motilità progressiva, sulla morfologia normale, sulla perossidazione lipidica e sulla frammentazione del DNA [33,34]. Inoltre, la supplementazione in vitro di MI agli spermatozoi di uomini infertili ha portato a un significativo aumento del tasso di sopravvivenza al congelamento (CSR) nei campioni con parametri spermatici anomali [35].

Riguardo al miglioramento della motilità, uno studio recente ha valutato la motilità progressiva lineare e non lineare, riscontrando un aumento significativo della motilità progressiva lineare e una significativa riduzione della motilità progressiva non lineare dopo l’incubazione con MI [36]. Migliorare la qualità del seme, in termini di motilità e riduzione dei danni al DNA, può migliorare significativamente il potenziale di fecondazione degli spermatozoi in vitro. A tal proposito, il myo-inositolo, basandosi anche sulle sue proprietà antiossidanti, risulta essere efficace nel migliorare la qualità e la motilità degli spermatozoi nei pazienti sottoposti a tecniche di riproduzione assistita. Inoltre, il trattamento in vitro ha dimostrato una relazione diretta tra myo-inositolo, MMP (potenziale di membrana mitocondriale) e motilità degli spermatozoi.

Gli stessi risultati sono riportati negli studi in vivo. I parametri spermatici e metabolici legati all’infertilità maschile sono valutati a seguito dell’aggiunta di un integratore alimentare a base di MI. In uno studio condotto sull’infertilità idiopatica, i pazienti hanno dimostrato che MI può essere utile nel migliorare i parametri spermatici, come la concentrazione di spermatozoi, la conta totale e la motilità progressiva. Inoltre, si è ottenuto un miglioramento nei parametri ormonali, grazie a una riduzione di FSH e LH e contemporaneamente a un aumento delle concentrazioni di inibina B [37]. In un altro studio, i campioni di pazienti sani e con oligoastenospermia sono stati analizzati prima e dopo l’assunzione di MI, rivelando un aumento significativo della concentrazione degli spermatozoi nel gruppo di pazienti con oligoastenospermia e un aumento significativo del conteggio degli spermatozoi nel gruppo di pazienti sani [38]. Inoltre, nei pazienti astenospermici con sindrome metabolica, una miscela di MI e molecole antiossidanti ha mostrato miglioramenti significativi nei parametri spermatici (concentrazione, motilità e morfologia), nel profilo ormonale (testosterone, estradiolo, LH e SHBG) e nei parametri metabolici (indice HOMA) [39]. Inoltre, l’85,32% dei pazienti astenospermici ha ottenuto un miglioramento significativo nella motilità degli spermatozoi [40]. Per la prima volta, i ricercatori hanno indagato l’effetto di MI sull’eliminazione del colesterolo, un segno distintivo della capacitazione. Si è evidenziato un aumento nell’eliminazione del colesterolo negli spermatozoi dei pazienti con OAT trattati sia in vitro che in vivo con un nutraceutico contenente principalmente MI. Lo stesso studio ha anche riscontrato un aumento dell’attività di G6PDH, associato a un aumento del metabolismo del glucosio attraverso la via del pentoso-fosfato (PPP), sia nei pazienti normali che nei pazienti con OAT [41].

Gli ormoni steroidei sono fondamentali nei tessuti riproduttivi maschili. Il testosterone (T) e l’estradiolo (E2) sono i due principali ormoni coinvolti nella fisiologia maschile. Entrambi questi ormoni contribuiscono allo sviluppo delle caratteristiche sessuali primarie e secondarie durante l’adolescenza, partecipando anche nei processi di omeostasi durante l’età adulta [42]. La biosintesi del T avviene attraverso diverse fasi nel processo biologico chiamato steroidogenesi. Alla fine, la conversione del T in E2 coinvolge processi enzimatici che mantengono una quantità adeguata di entrambi, mantenendo l’equilibrio. Pertanto, sia le regolazioni funzionali che trascrizionali degli enzimi partecipanti sono di primaria importanza. In particolare, la conversione del T in E2 è mediata da un enzima chiamato aromatasi, noto anche come sintetasi degli estrogeni (gene CYP19A1). Tale enzima è ampiamente espresso in diversi tessuti, inclusi i testicoli, le cellule della granulosa, la placenta, le ossa, le mammelle e il tessuto adiposo [43]. Quest’ultimo è particolarmente ricco in contenuto di aromatasi [44] e produce quantità clinicamente rilevanti di estrogeni circolanti [45]. A causa del ruolo centrale che tale enzima svolge, le alterazioni nella sua attività portano a uno squilibrio ormonale. Infatti, un’eccessiva attività dell’aromatasi si traduce in livelli ridotti di T e concentrazione aumentata di E2 [43]. Il DCI partecipa alla regolazione della produzione di ormoni, influenzando fortemente la steroidogenesi. Infatti, esistono crescenti evidenze riguardo al ruolo del DCI nelle diverse fasi della steroidogenesi. A questo proposito, i primi dati hanno evidenziato che il DCI modula la biosintesi degli androgeni indotta dall’insulina nelle ovaie [46]. Evidenze successive hanno sottolineato che il DCI aumenta i livelli di T sia direttamente, stimolando la biosintesi di T nelle cellule della teca ovarica umana [47], che indirettamente, diminuendo l’espressione genica della CYP19A1 aromatasi nelle cellule della granulosa [48].

I profili terapeutici del DCI sono simili a quelli degli inibitori dell’aromatasi, una classe di farmaci che bloccano allostericamente il sito attivo dell’enzima [1,2]. Tuttavia, i meccanismi d’azione sono piuttosto differenti rispetto a questi farmaci. Infatti, il DCI manca della capacità di ostruire il sito attivo dell’enzima, partecipando alla fine regolazione del processo attraverso l’inibizione trascrizionale dell’aromatasi. Uno studio recente [42], specificamente progettato per dimostrare la rilevanza clinica di tale molecola, ha fornito i primi dettagli sulle attività cliniche del DCI in questo senso. In questo studio, 10 volontari sani hanno assunto 600 mg di DCI due volte al giorno per 1 mese, senza riportare alcun effetto avverso. Tutti questi uomini avevano profili ormonali normali all’inizio, i quali sono rimasti nel range fisiologico anche dopo il trattamento. Tuttavia, si sono verificati cambiamenti significativi di questi valori grazie al DCI. Infatti, 9 su 10 volontari hanno registrato un aumento del T, riportando anche una diminuzione dell’E2 a seguito del trattamento. Di conseguenza, i livelli di E1 sono diminuiti mentre il DCI ha migliorato il DHEAS. Inoltre, il DCI ha ripristinato valori normali di glicemia in quasi tutti i soggetti iperglicemici. Questo studio ha inizialmente evidenziato che la downregulation dell’aromatasi indotta dal DCI rappresenta un valido meccanismo terapeutico nell’uomo quando l’obiettivo è aumentare il T.

Gli uomini ipogonadici costituiscono una particolare sottopopolazione che necessita di un aumento di T. Questi uomini sperimentano una perdita di T dipendente dall’età derivante da un deterioramento dell’asse ipotalamo-ipofisi-testicolo (HPT). Il trattamento attualmente preferito nel caso di ipogonadismo è la terapia sostitutiva con testosterone. Tuttavia, ci sono preoccupazioni riguardo agli eventi avversi potenziali di tale terapia negli uomini più anziani, concentrandosi sulla prostata e sul sistema cardiovascolare. Alla luce di ciò, Nordio e colleghi hanno condotto uno studio pilota per testare se il DCI potesse rappresentare un trattamento adeguato, inibendo l’espressione dell’aromatasi per indurre un aumento di T [49]. In questo studio pilota, gli autori hanno reclutato 10 uomini di età compresa tra 65 e 75 anni con diminuito desiderio sessuale, deboli erezioni mattutine, disfunzione erettile e bassi livelli di testosterone plasmatico senza malattie rilevanti oltre all’ipogonadismo. I loro risultati evidenziano che il DCI ha migliorato significativamente sia i profili metabolici che ormonali. In particolare, il DCI ha indotto un aumento degli androgeni, ovvero T e androstenedione, diminuendo contemporaneamente l’E2 e l’estrone. Pertanto, il trattamento con DCI ha aumentato il rapporto T/E2, inducendo uno spostamento verso livelli fisiologici.

Il sistema antiossidante nella fertilità maschile

Lo stress ossidativo può esercitare effetti dannosi sugli spermatozoi nell’epididimo, dove queste cellule completano la loro maturazione durante il transito. Questo attacco porta a cambiamenti negativi che possono portare all’infertilità [50,51]. In questa fase, gli spermatozoi sono fisiologicamente esposti a specie reattive dell’ossigeno (ROS) generate da vie metaboliche, glicolisi o fosforilazione ossidativa (OXPHOS) per attivare meccanismi intracellulari coinvolti in funzioni fisiologiche come eventi associati alla capacitazione degli spermatozoi, come la reazione acrosomiale [51]. Inoltre, gli spermatozoi maturi sono aploidi con un nucleo altamente compatto che non può trascrivere e non ha la capacità di rispondere agli stimoli [52,53]. Quindi, un sistema antiossidante protettivo per gli spermatozoi nel liquido seminale, costituito da fattori sia enzimatici che non enzimatici con capacità antiossidante, è fondamentale per proteggere gli spermatozoi contro i ROS. Questo sistema enzimatico antiossidante nel liquido seminale è chiamato triade enzimatica e comprende superossido dismutasi, catalasi e glutatione perossidasi. Inoltre, l’alta proporzione di acidi grassi polinsaturi (PUFA) nella membrana plasmatica degli spermatozoi rende gli spermatozoi particolarmente suscettibili a subire la perossidazione lipidica (LPO) che può generare un’alterazione negativa della fluidità della membrana, disfunzione mitocondriale, morfologia anomala, riduzione della vitalità degli spermatozoi, reazione acrosomiale prematura, danno e segnalazioni difettose durante la capacitazione che portano a fallimenti nella fecondazione [50,53].

Se da un lato i ROS sono dannosi per gli spermatozoi, dall’altro possono essere utili per alcune funzioni necessarie per i processi di fecondazione, ma quando la quantità di ROS supera i meccanismi di difesa antiossidante, il risultato è uno stress ossidativo [51,52]. Quando si accumula in eccesso, le specie di ossigeno attivate attaccano tutti i componenti organici (lipidi, carboidrati e proteine, compresi gli acidi nucleici) che possono portare alla morte cellulare e gli effetti possono essere la perossidazione lipidica (LPO) o danni al DNA e, di conseguenza, una riduzione della motilità, della morfologia e della vitalità degli spermatozoi, associati a una minor fertilità degli spermatozoi [53,54].

Di tutte i compartimenti cellulari, i mitocondri sono la principale fonte di ROS a causa delle reazioni che si verificano durante la fase di respirazione mitocondriale per la produzione di ATP [55]. Questi mitocondri generano ATP attraverso la catena respiratoria degli elettroni e la fosforilazione ossidativa, che si basano sul trasferimento di elettroni dai complessi della membrana mitocondriale interna all’ossigeno e al pompaggio di protoni nello spazio intermembrana. In questo contesto, specialmente a livello dei complessi I e III, possono rilasciare anioni superossido e radicali idrossile nella matrice e nello spazio intermembrana [54].

La perossidazione lipidica della membrana plasmatica degli spermatozoi è uno dei bersagli preferiti dei ROS frequentemente associati a bassa qualità degli spermatozoi e infertilità [56]. Durante la LPO, si formano molte molecole reattive come propanolo, esanolo, malondialdeide (MDA) e 4-idrossinonenale (4-HNE) altamente reattive e che possono attaccare altri PUFA nelle vicinanze, innescando una reazione a catena con effetti dannosi che alla fine compromettono la fluidità della membrana [50]. Queste molecole hanno il potenziale di causare danni al DNA e modificare le proteine. Ad esempio, i composti aldeidici inibiscono alcuni enzimi antiossidanti che riducono l’attività della glutatione perossidasi [54]. Inoltre, il 4-HNE è in grado di indurre mutazioni del DNA mitocondriale e formare addotti con le proteine mitocondriali che portano a disfunzione mitocondriale [57].

Altri prodotti della LPO possono legarsi alle proteine mitocondriali della catena di trasporto degli elettroni e conseguentemente diminuire il potenziale di membrana mitocondriale, ridurre la produzione di ATP e diminuire la motilità degli spermatozoi [58]. Infatti, negli ultimi anni, i ricercatori hanno evidenziato che il potenziale di membrana mitocondriale può essere utilizzato come misura della qualità degli spermatozoi e soprattutto una forte correlazione con la motilità degli spermatozoi [59].
Inoltre, in diverse patologie andrologiche, la perdita del potenziale di membrana mitocondriale è anche associata a diversi meccanismi di morte cellulare, principalmente l’attivazione delle caspasi, preceduta dalla formazione del poro di transizione di permeabilità (PTP) o dalla coordinazione delle proteine Bcl-2 [59]. La generazione eccessiva di ROS nel tratto riproduttivo non influisce solo sulla fluidità della membrana plasmatica degli spermatozoi, ma anche sull’integrità del DNA nel nucleo degli spermatozoi. Per quanto riguarda il danno al DNA, viene riportato principalmente nelle modifiche delle basi, nelle rotture del filamento del DNA e della cromatina [52]. La frammentazione del DNA degli spermatozoi (SFD), sia a filamento singolo che a doppio filamento, è la forma più riconosciuta di danno al DNA del nucleo spermatico. Gli studi sullo stress ossidativo del DNA degli spermatozoi nell’ultimo decennio hanno dimostrato che i nucleosidi, in particolare guanosina e adenosina, sono molto sensibili all’ossidazione. È stato chiaramente associato un elevato frammento del nucleo degli spermatozoi a un aumento del rischio di aborto spontaneo, scarsa qualità embrionale e fallimento dell’impianto [53,58]. Come già menzionato, il materiale genetico degli spermatozoi, come la cromatina nucleare, è altamente stabile e compatta. La normale struttura del DNA è in grado di decondensarsi in un momento appropriato, trasferendo le informazioni genetiche senza difetti nel processo di fecondazione [52].

Lo stress ossidativo può anche favorire la decondensazione nucleare, aumentando la suscettibilità del DNA a danni da radicali liberi, che avranno quindi un accesso più facile all’intero genoma degli spermatozoi [54]. La riparazione del DNA non è possibile durante la condensazione nucleare nell’epididimo, e l’ultima opportunità di riparare i danni al DNA è data dall’ovocita umano, che rappresenta una fase critica nello sviluppo dell’embrione, dipendente dalla età materna. La rottura del DNA a doppio filamento porta a instabilità genomica e apoptosi in assenza di riparazione. L’apoptosi attraverso molteplici segnalazioni di morte cellulare e vie di regolazione è conosciuta come morte cellulare programmata fisiologicamente a causa della frammentazione del DNA. Le rotture del DNA a doppio filamento indotte dai ROS possono portare all’apoptosi [58].

Supplementazione di antiossidanti per la fertilità maschile

Diversi studi hanno evidenziato l’importanza della supplementazione con sostanze antiossidanti sia negli studi in vitro che in vivo. È stato esaminato il potere di eliminazione dei radicali liberi dell’acido folico a causa delle sue componenti, la pirazina e la pterina, che possono essere facilmente ridotte dall’elettrone idratato nei corrispondenti idroderivati nell’ anello pirazinico della molecola [60,61]. Studi scientifici hanno riportato che nelle cellule carenti di acido folico, la concentrazione di perossidazione lipidica aumenta probabilmente a causa della sua capacità di attivare NF-κB, un regolatore del processo di apoptosi [62].

Diversi studi e una recente revisione sistematica hanno analizzato la supplementazione di acido folico in uomini subfertili, e i risultati sono molto simili. In sintesi, i risultati hanno mostrato un miglioramento nel numero di spermatozoi dopo 3 mesi di supplementazione con 15 mg di acido folico e un miglioramento dei parametri endocrini stimolando le cellule del Sertoli, i principali produttori di inibina B. La concentrazione plasmatica di inibina B è correlata alla concentrazione di spermatozoi perché riflette l’attività corretta delle cellule di Sertoli, rappresentando così un marcatore di una buona spermatogenesi negli esseri umani [63-67].

La L-carnitina ha un ruolo cruciale nel trasportare gruppi acetil e acil nella membrana mitocondriale ed è essenziale per il metabolismo degli acidi grassi a catena lunga [68,69]. È rilevabile sotto forma libera o acetilata nei tessuti epididimali, nel plasma seminale e negli spermatozoi [66,70]. Inoltre, la L-carnitina mostra l’attività di eliminazione dei radicali liberi, specialmente nei confronti dell’anione superossido [71]. Infatti, in uno studio preclinico su modello animale la L-carnitina ha dimostrato di preservare l’integrità dell’acrosoma degli spermatozoi e di inibire l’apoptosi [72,73], oppure ha mostrato risultati positivi nella vitalità degli spermatozoi, nella motilità, nella conta e nella riduzione dei ROS [74–76]. Inoltre, diversi studi randomizzati controllati con placebo su pazienti subfertili hanno mostrato un miglioramento significativo della qualità del seme, in particolare della concentrazione e della motilità degli spermatozoi [77–82] e una riduzione della percentuale di spermatozoi con morfologie non corrette [83].

L’arginina partecipa attivamente alla formazione degli spermatozoi e previene la perossidazione dei lipidi di membrana coinvolgendo l’ossido nitrico (NO), un radicale libero a breve durata, sintetizzato da una classe di enzimi dipendenti da NADPH chiamati sintasi dell’ossido nitrico (NOS) [84–86]. Questi enzimi catalizzano la conversione dell’arginina in citrullina e NO [82]. Gli studi in vitro sulla funzione degli spermatozoi hanno risultati controversi. Alcune evidenze indicano che basse concentrazioni di NO aumentano la capacità di capacità degli spermatozoi umani [87]. Altri suggeriscono risultati opposti [88,89]. Inoltre, l’NO inattiva gli anioni superossido e può ridurre la perossidazione lipidica inattivando il superossido. Sulla base della capacità dell’arginina di aumentare la generazione di NO, è chiaro che l’arginina protegge gli spermatozoi dalla perossidazione lipidica grazie alla sua capacità di biosintetizzare l’ossido nitrico [90]. Sfortunatamente, pochi studi sono stati pubblicati su arginina e parametri degli spermatozoi. Uno studio in vitro ha dimostrato un miglioramento della motilità degli spermatozoi e una diminuzione della perossidazione lipidica secondo il suo meccanismo di azione [86,91]. Uno studio ulteriore ha indagato l’efficacia clinica negli uomini infertili ottenendo gli stessi risultati sulla motilità degli spermatozoi e, inoltre, sulla concentrazione e morfologia [92–94].

La N-acetil-cisteina (NAC) è ampiamente conosciuta come agente mucolitico per la sua capacità di rompere i legami disolfuro nelle glicoproteine ad alto peso molecolare del muco, riducendone la viscosità. Inoltre, diversi studi in vitro hanno riportato un’efficace attività antiossidante principalmente legata a tre diversi meccanismi [95]:
(1) un effetto antiossidante diretto su alcune specie ossidanti, inclusi NO2 e acidi ipoclorosi (HOX) [96];
(2) un effetto antiossidante indiretto grazie alla capacità della NAC di agire come precursore della cisteina, importante per la sintesi del glutatione [97];
(3) un effetto di rottura sui disolfuri e la capacità di ripristinare i pool di tioli, che a loro volta regolano lo stato redox [98,99].
Studi ulteriori che coinvolgono modelli animali per valutare l’efficacia della NAC hanno dimostrato che ha un effetto protettivo contro i danni al DNA migliorando i parametri degli spermatozoi e il peso delle vescicole seminali per ridurre al minimo il trattamento contro la leucemia [100,101].

Studi in vivo hanno dimostrato che la NAC può ottimizzare i parametri degli spermatozoi come la conta, la motilità e la morfologia anomala. Inoltre, il profilo ormonale ha mostrato un miglioramento nella riduzione dei livelli di FSH e LH e nell’aumento dei livelli di testosterone. La frammentazione del DNA ha mostrato diminuzioni significative, la capacità antiossidante totale (TAC) è aumentata significativamente e la malondialdeide (MDA) è diminuita, mostrando una correlazione inversa tra la capacità antiossidante totale (TAC) e la malondialdeide (MDA) [102–104]. Gli stessi risultati sono stati confermati in un gruppo di pazienti con varicocele, poiché la produzione di ROS è uno degli eventi principali associati [105]. In un altro studio in vivo dopo il trattamento con NAC, la capacità antiossidante totale del siero era maggiore e il perossido totale e l’indice di stress ossidativo erano più bassi rispetto al gruppo di controllo. Questi effetti benefici derivavano dalla riduzione delle specie reattive dell’ossigeno nel siero e dalla riduzione della viscosità del liquido seminale [106].
Come precedentemente anticipato, uno studio clinico che coinvolgeva uomini con sindrome metabolica ha evidenziato l’efficacia della supplementazione con MI e composti antiossidanti per migliorare la qualità del seme. Gli autori hanno prescritto il trattamento con MI, selenio e L-arginina. È stata riportata una diminuzione dell’indice HOMA, SHBG ed estradiolo, con un contemporaneo aumento di LH, testosterone libero e totale [39].

Gli inositoli sono composti naturali presenti in tutti i distretti del corpo, con ciascuno stereoisomero che svolge ruoli specifici e diversificati. Se, da un lato, il MI è fondamentale per il segnale FSH, dall’altro mancano evidenze sui ruoli fisiologici del DCI. Tuttavia, il DCI si è dimostrato utile nell’aumentare i valori di testosterone sia negli uomini sani che in quelli ipogonadici. Al contrario, la supplementazione di MI, sia da sola che in combinazione con altri antiossidanti, si è dimostrata utile nel migliorare la fertilità degli uomini infertili. Nonostante i dati promettenti, c’è ancora bisogno di ulteriori studi di alta qualità per valutare i ruoli dei due stereoisomeri e la loro utilità terapeutica.

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