Genetica dell’infertilità maschile

Lo spermiogramma è l’analisi del liquido seminale ed è la chiave di volta per valutare un caso di infertilità maschile. Dovrebbero essere raccolti due diversi campioni a distanza di una settimana, in quanto la variabilità intra-individuale nella composizione dello stesso è ben nota, e dovrebbero esserci tre giorni di astinenza da rapporti sessuali precedenti la raccolta del primo campione. Il liquido seminale viene valutato per diversi parametri: ph, volume,presenza di leucociti, cellule germinali immature e liquefazione, laddove gli spermatozoi sono valutati per conta, concentrazione, vitalità, motilità, e morfologia.

L’azoospermia è la condizione più grave, caratterizzata dalla mancanza di spermatozoi nell’eiaculato. A sua volta si può suddividere in azoospermia ostruttiva (OA) o azoospermia non-ostruttiva (NOA) a seconda, rispettivamente, della presenza o assenza di un processo ostruttivo lungo le vie seminali. L’azoospermia non-ostruttiva per il 60% circa dei pazienti azoospermici, mentre l’azoospermia ostruttiva per circa il 40% dei casi.

L’oligozoospermia (o oligospermia) è definita come una riduzione della conta degli spermatozoi rispetto alla popolazione generale (<15 milioni/ml). L’abbassamento del numero di spermatozoi può essere lieve (5-15 milioni/ml, oligozoospermia lieve), moderata (1-5 milioni/ml, o oligozoospermia moderata) o grave (< 1 milione/ml, o oligospermia grave) e può causare vari gradi di infertilità nel maschio. Nell'oligozoospermia la morfologia e la motilità degli spermatozoi può essere normale o anormale, e in quest'ultimo caso si parla di astenoteratozoospermia. La subfertilità è un termine usato per definire una condizione di ridotta fertilità che può richiedere una terapia medica per ottenere il concepimento.

Ci sono diversi fattori che possono causare l’infertilià maschile: malattie endocrine, infezioni o anoramlità dell’apparato uro-genitale (congenite o acquisite), cause immunologiche, traumi alla testa e radiazioni intracraniche, alterazioni genetiche, tumori, farmaci o sostanze psicotrope, l’età o l’esposizione a sostanze tossiche nell’ambiente (insetticidi, fungicidi, pesticidi, fumo ed eccesso d’alcol). L’infertilità maschile può essere considerata una causa comune, il 50% dei casi sono classificati come idiopatici e le cause rimangono sconosciute.

Fattori genetici sono stati dientificati nel 15% dei maschi affetti da infertilità. Sono incluse molti tipi di alterazione del DNA, un ampio scenario che comprende anomalie cromosomiche, riarrangiamenti cromosomici fino alle mutazioni di un singolo gene. Più di 200 malattie genetiche sono state associate all’infertilità maschile nel database OMIM.

Un meccanismo patogenico comune è la presenza di un difetto nel complesso processo della spermatogenesi, attraverso il quale lo spermatozoo maturo si sviluppa dalle cellule germinali. Ha luogo nei tubuli seminiferi dei testicoli ed è un processo biologico estremamente sofisticato in cui sono necessari eventi concertati tra ormoni (principalmente, l’asse ipotalamo–ipofisi–gonadi) e più di 200 geni geni specifici per le funzioni del testicolo.

Dato l’enorme numero di geni coinvolti nello sviluppo del sistema riproduttivo maschile, daremo un’occhiata soltanto alle cause genetiche più comuni dell’infertilità maschile.

La sindrome di Klinefelter

La malattia genetica più comune associata all’infertilità maschile, nonché l’aneuploidia cromosomica più frequente nei maschi dell’uomo, è la sindrome di Klinefelter (KS), caratterizzata dalla presenza di uno o più cromosomi X addizionali nel genoma delle cellule dell’individuo maschio. Un uomo affetto da KS di solito ha un cariotipo con due o più cromosomi X (47,XXY è il cariotipo più comune).

Il quadro clinico della KS varia con l’età, ma le caratteristiche principali sono l’infertilità e una compromissione delle funzionalità del testicolo. I sintomi di solito sono più gravi all’aumentare del numero di cromosomi X addizionali. Nell’infanzia non ci sono segni specifici e l’unico tratto caratteristico può anche essere un’anomalia dei genitali come il criptorchidismo, mentre i segni più comuni sono problemi cognitivi e comportamentali. Con il procedere della pubertà si può osservare una riduzione del volume testicolare. Il fenotipo classico nell’età adulta è caratterizzato da testicoli piccoli e rigidi, azoospermia o oligozoospermia grave, alta statura, ginecomastia, peli pubici e del corpo radi o assenti, e una distribuzione del tessuto adiposo tipico della femmina. Tuttavia, questo quadro clinico non è poi così frequenti, tanto che una percentuale rilevante di pazienti con KS non sono diagnosticati a causa di un fenotipo molto lieve. Studi recenti suggeriscono un incremento della prevalenza della malattia. Negli anni ’70 e ’80 la prevalenza era intorno a 1 su 1000 nati maschi, mentre al giorno d’oggi è stata valutata intorno a 1 su 500-600 nati maschi.

Le traslocazioni robertsoniane

La traslocazione robertsoniana è la forma più comune di traslocazione cromosomica bilanciata. Essa ha luogo quando due cromosomi acrocentrici (13-15, 21 and 22) si fondono insieme. Nella conta dei cromosomi su preparati in metafase, individui con traslocazioni robertsoniane hanno 45 cromosomi. La perdita dei bracci corti dei cromosomi acrocentrici non è dannoso per l’individuo, che di solito mostra un fenotipo normale. Ma le traslocazioni possono influire sulla fertilità e la gravidanza, mentre nel maschio possono essere associati a difetti spermatogenici, quindi, possono essere considerate come causa di infertilità. Le traslocazioni robertsoniane vengono identificate nello 0,9%-3,4% dei maschi infertili con disfunzioni spermatogenici gravi.

La causa genetica più comune subito dopo la sindrome di Klinefelter è data dalle microdelezioni del cromosoma Y che ricorrono nella regione specifica del maschio del cromosoma Y (MSY) e che di solito non sono identificate dal cariotipo molecolare ad alta densità a causa delle dimensioni ridotte. La regione MSY copre circa il 95% del cromosoma Y, laddove le regioni pseudoautosomiche sono il 5% del cromosoma Y e sono confinate alle estremità dei bracci del cromosoma. Alcuni dei geni localizzati nella regione MSY codifciano per proteine importanti nello sviluppo dei testicoli come di altri organi. Tre importanti regioni nel braccio lungo del cromosoma Y sono state identificate: AZFa, AZFb e AZFc.

Pazienti con delezioni complete della regione AZFa tendono a sviluppare un fenotipo del tipo azoospermico o da sindrome SCO (Sertoli Cell Only, una malattia dove le cellule germinali non sono presenti nei testicoli). Più raramente pazienti con delezioni parziali di questa regione possono presentare fenotipi più variabili, che vanno dall’azoospermia a condizioni meno gravi.
La regione AZFb è coinvolta lungo tutto il processo di spermatogenesi. Delezioni complete di questa regione sono associate a fenotipi con arresto della maturazione degli spermatozoi. Maschi con delezioni complete delle regioni AZFa o AZFb non sono fertili e non è possibile identificare spermatozoi vitali nei testicoli.
Le delezioni della regione AZFc, le più comuni tra i maschi portatori di questi tipi di microdelezioni, rappresentano il fenotipo meno grave. Questi pazienti possono mostrare oligozoospermia lieve, ma anche azoospermia.

Attualmente, solo le delezioni complete delle regioni AZF hanno un valore prognostico, mentre delezioni parziali devono essere valutate attentamente, soprattutto riguardo ai geni coinvolti, perché ci sono diversi geni in queste regioni che sono associati a malattie. Per esempio, mutazioni nel gene SRY sono riportate in maschi con una disgenesia gonadica completa del tipo 46,XX, caratterizzati da un fenotipo femminile. Due mutazioni intrageniche nel gene USP9Y sono associate a NOA, mentre dati più contrastanti sono riportati in letteratura riguardo l’associazione tra delezioni del gene USP9Y e l’infertilità. Delezioni complete e parziali del gene RBMY sono associate a infertilità, e anche il gene DAZ, che è presente in quattro copie quasi identiche, è spesso deleto nei maschi infertili.

Fibrosi cistica

Con il termine “disfunzione dei dotti” s’intende qualsiasi difetto che disturba il sistemo di trasporto dello spermanel tratto uro-genitale. Questi difetti possono causare azoospermia o oligospermia, anche se la funzionalità dei testicoli è conservata. Esiste una forma congenita di assenza dei vasi deferenti con normale anatomia renale (CAVD) associata ad alterazioni del gene CFTR, il gene-malattia della fibrosi cistica (CF), una delle più comuni malattie genetiche, caratterizzata da malattia ostruttiva progressiva dei polmoni, sinusite, insufficienza del pancreas esocrino che porta a malassorbimento e malnutrizione, disfunzione del fegato e pancreatiche e infertilità maschile. Più del 95% dei maschi affetti da CF sono infertili a causa di anomalie dei vasi deferenti, che possono essere assenti, atrofici o fibrotici.

Il gene AR

Il gene AR si trova sul cromosoma X ed è deputato alla codifica del recettore degli androgeni, che sono essenziali per lo sviluppo del fenotipo maschile e per la spermatogenesi. Mutazioni nel gene AR mostrano uno spettro fenotipico che varia da un fenotipo femminile nel caso di sindrome da insensibilità completa agli androgeni a un fenotipo di un maschio con virilizzazione incompleta nel caso di sindrome da insensibilità parziale agli androgeni, fino a un normale fenotipo maschile con ridotta capacità di produzione di spermatozoi nel caso di sindrome da insensibilità lieve agli androgeni. Un’espansione di una tripletta trinucleotidica CAG nello stesso gene causa la malattia di Kennedy, che è una forma di atrofia muscolo-spinale, nella quale può essere osservata una riduzione della fertilità e un’atrofia testicolare, sebbene non in tutti i pazienti.

Altre rare cause genetiche di infertilità maschile

Abbiamo già ricordato come l’asse ipotalamo-ipofisi-gonadi sia importante per uno sviluppo normale dei testicoli. L’ipogonadismo ipogonadotropico congenito (CHH) è una complessa malattia genetica con penetranza ed espressività variabili causata da differenti geni. Ha un’incidenza intorno a 1:8000 ed è di solito caratterizzata dall’assenza o ritardo della pubertà, peli radi, ginecomastia, criptorchidismo, micropene e ridotto volume testicolare. Ma in alcuni casi gli unici sintomi sono una ridotta spermatogenesi e un quadro di ipoandrogenismo. Qualche volta, la CHH è associata a riduzione o perdita dell’olfatto (iposmia o anosmia), condizione detta anche sindrome di Kallmann. Alcuni dei geni responsabili della CHH possono dare anche quadri clinici più complicati con altre anomalie o essere coinvolti in malattie genetiche di diverso tipo.

Possiamo anche riportare altre rare forme di infertilità maschile con anomalie peculiari della morfologia degli spermatozoi. L’insufficienza spermatogenica causata da mutazioni nel gene AURKC è caratterizzata da macrocefalia e spermatozoi multiflagellati e con una testa di dimensioni superiori a quelle normali. È una condizione rara rilevata in meno dell’1% degli uomini subfertili.

La globozoospermia è una condizione molto rara che colpisce circa lo 0,1% dei maschi infertili ed è caratterizzata da spermatozoi con la testa arrotondata che sono incapaci di fecondare l’oocita. Questa condizione è causata da un insieme di geni (DPY19L2, ZPBP, PICK1, and SPATA16)

L’astenoteratozoospermia con anomalie morfologiche multiple possono essere causate fino al 25% dei casi da mutazioni nel gene DNAH1 ed è caratterizzata da spermatozoi con flagelli variamento abnormi (corti, arrotolati, assenti ecc.).

Mutazioni bi-alleliche nei geni DNAI1 e DNAH5 sono identificati fino al 30% dei casi di discinesia ciliare primaria (PCD), che è una malattia multisistemica con una prevalenza di circa 1 su 20.000, caratterizzata da infezioni croniche delle vie respiratorie, organi interni malposizionati e astenozoosprmia dovuta a difetti di mobilità delle ciglia e dei flagelli. Più di altri venti geni sono stati associati a PCD e tutti insieme coprono il 70% dei casi.

CATSPER è un canale ionico proprio dello spermatozoo fondamentale per la sua motilità. Il complesso CATSPER contiene 4 subunità codficiate dai geni CATSPER1, CATSPER2, CATSPER3 e CATSPER4, che con altre proteine formano i pori necessari per l’entrata del calcio nella cellula. Mutazioni bialleliche nel gene CATSPER1 causano una forma non sindromica di astenoteratozoospermia dovuta a strutture anomale degli spermatozoi e difetti di ciglia e flagelli, che portano a infertilità per riduzione della motilità degli spermatozoi o per spermatozoi immobili. Delezioni in omozigosi del gene CATSPER2 che comprendono il gene attiguo STRC causano astenoteratospermia con sordità non sindromica.