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].
Ruolo del D-chiro-inositolo nella fertilità maschile
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.
Ruolo dello stress ossidativo e dei trattamenti antiossidanti
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 g
