Testicular hypofunction caused by activating p53

Testicular hypofunction caused by activating p53 expression induced by
reactive oxygen species in varicocele rats
Andrologia 2015;47:1175-1182; DOI: 10.1111/and.12400
M. LIANG (1,2), J. WEN (2), Q. DONG (3), L.-G. ZHAO (4) & B.-K. SHI (1)
(1) Department of Urology, Qilu Hospital, Shandong University, Jinan, China; (2) Reproductive Medical
Center, The Second Hospital Affiliated to Shandong University of Traditional Chinese Medicine, Jinan, China;
(3) National Health and Family Planning Commission of the People’s Republic of China, Beijing, China; (4)
Reproductive Medicine Research Center, The Sixth Affiliated Hospital of Sun Yat-sen University, Guangzhou,
China
Correspondence to: Dr Ben-Kang Shi, Department of Urology, Qilu Hospital, Shandong University, 107#,
Wenhua Xi Road, Jinan, Shandong, 250012, China. Tel.: +86 13573176798; Fax: +86 531 82437743; E-mail:
[email protected]
We investigated the mechanism of the testicular hypofunction induced by hypoxia in varicocele rats.
Varicocele was induced by partial ligation of the left renal vein. Seven weeks later, left testis mass index was
measured. The sperm counts and motility were tested by CASA. The change of seminiferous tubule tissue
was observed by HE staining. The reactive oxygen species (ROS) level in left testicular tissue was measured
by ELISA, and the expressions of HIF-1α and p53 were detected by immunohistochemistry and Western blot.
The left testis mass index and the sperm motility were significantly lower in surgery group. By HE staining,
the left seminiferous epithelial cell arrangement was incompact, disordered and vacuolated in surgery group.
The ROS level in surgery group was significantly higher than the other groups. The results of immunohistochemistry and Western blot indicated that the expressions of HIF-1α and p53 increased significantly in
surgery group. Our study demonstrated that varicocele caused hypoxia that could cause the rise of ROS level
to induce the increase of p53 expression, leading to the decrease of testis mass index and changes of
seminiferous tubules, which would reduce sperm motility and result in male infertility eventually.
L’ipofunzione testicolare causata dall’attivazione dell’espressione della p53 indotta dalle specie
reattive dell’ossigeno nel varicocele dei ratti
Abbiamo analizzato il meccanismo dell’ipofunzione testicolare indotta dall’ipossia nel varicocele dei ratti. Il
varicocele fu indotto con la parziale legatura della vena renale sinistra. Sette settimane dopo fu misurato
l’indice della massa del testicolo sinistro. Il conteggio e la motilità degli spermatozoi fu determinato con il
metodo CASA. Le modificazioni del tessuto dei tubuli seminiferi furono osservate con la colorazione HE. Il
livello delle specie reattive dell’ossigeno (ROS) nel tessuto del testicolo sinistro fu misurato con tecnica ELISA
e l’espressione del HIF-1α e della p53 fu determinata tramite tecnica immunoistochimica e Western Blot.
L’indice della massa del testicolo sinistro e la motilità degli spermatozoi furono significativamente minori nel
gruppo chirurgico. Alla colorazione HE la disposizione delle cellule seminifere epiteliali fu incompatta,
disordinata e vacuolizzata nel gruppo chirurgico. Il livello dei ROS nel gruppo chirurgico fu significativamente
maggiore rispetto agli altri gruppi. I risultati dell’immunoistochimica e del Western Blot indicarono che
l’espressione del HIF-1α e della p53 erano aumentate significativamente nel gruppo chirurgico. Il nostro
studio ha dimostrato che il varicocele causa l’ipossia che può aumentare il livello dei ROS e così indurre
l’aumento dell’espressione della p53, conducendo alla diminuzione dell’indice della massa testicolare e alle
modificazioni dei tubuli seminiferi, le quali riducono la motilità degli spermatozoi e eventualmente esitano
nell’infertilità maschile.
Il commento - Vi proponiamo lo studio anche se sperimentale sui ratti in quanto rappresenta una ottima
dimostrazione di uno dei meccanismi, se non forse il principale, della riduzione degli spermatozoi nei soggetti
con varicocele anche quando questo può sembrare di modesta importanza. Lo studio dimostra che sempre il
varicocele produce un aumento dello stato ipossico (riduzione della quantità di ossigeno disponibile) a cui
consegue l’aumento importante delle ROS in ragione di tale stato. E’ bene precisare che un moderato livello
di ROS nello sperma è necessario per garantire la maturazione e l’attivazione degli spermatozoi, ma tale
livello deve rimanere sempre moderato poiché il suo aumento diventa tossico per gli spermatozoi soprattutto
se il livello aumentato persiste nel tempo come accade con la presenza di un varicocele non adeguatamente
risolto. I ROS in eccesso hanno azione distruttiva direttamente sulle componenti strutturali dello spermatozoo
(membrane cellulari, DNA, mitocondri, ecc.) e indirettamente, come dimostrano gli Autori, sulla produzione di
due proteine che portano alla morte e alla distruzione degli spermatozoi e delle cellule dei tubuli dell’intero
testicolo (didimo ed epididimo): il HIF-1α (fattore indotto da ipossia che ha lo scopo di attivare i meccanismi
di difesa e supporto allo stato ipossico) e la p53 (proteina che induce l’apoptosi, ovvero l’autodistruzione,
delle cellule alterate in una o più parti). In sostanza: il varicocele fa diminuire l’ossigeno disponibile nel
testicolo e fa aumentare i ROS da stress metabolico; ciò stimola la produzione del HIF-1α (messaggero dello
stato ipossico) che a sua volta stimola la produzione della p53 oltre i normali livelli del controllo facendo
aumentare anche notevolmente l’apoptosi non solo degli spermatozoi, ma anche delle cellule dei tubuli
dell’intero testicolo (didimo ed epididimo). Da ciò risulta la riduzione anche consistente (a volte sino alla
azoospermia) della produzione degli spermatozoi e la riduzione della massa complessiva del testicolo (a volte
sino all’ipotrofia)… e non solo dal lato del varicocele, ma anche dall’altro lato. Lo studio quindi è un ulteriore
tassello alla comprensione dei meccanismi del danno testicolare di medio-lungo termine da parte del
varicocele che mai deve essere sottostimato e per il quale il trattamento terapeutico, chirurgico e/o
farmacologico) mai deve essere rinviato. Vale qui la pena di ricordare che ogni evento in grado di produrre
con persistenza l’aumento dei livelli di ROS (stati infiammatori, dismetabolici, immunitari, ecc.) sviluppa il
medesimo meccanismo in grado di indurre il danno della struttura e della funzione testicolare e che pertanto
anche questi mai vanno sottovalutati o peggio trascurati.