男性の精漿メタボロミクス研究の現状と進歩

抽象的な： 男性の精子の質 衰退主要な大衆です世界中の健康問題。しかし、正確な診断関連する疾患の解明は依然として困難であり、病因は依然として不明である。精漿にとって理想的なサンプルです男性の生殖に関する研究、 そして精漿メタボロミクス潜在的なバイオマーカーと分子メカニズムの研究に有望な用途があります。男性の生殖。この記事では、代表的なものをレビューします。精液メタボロミクス2011年から2022年までの研究と技術的な成果を紹介します。特徴そして申請状況 of核磁気共鳴、ガスクロマトグラフィー質量分析法、液体クロマトグラフィー質量分析法、およびラマン分光法。さらに、以下に起因する精漿代謝の変化を要約します。男性の生殖障害精漿メタボロミクス法、精漿代謝マーカー、および主にエネルギー代謝、脂質代謝、アミノ酸代謝、ステロイド代謝を含むそれらに関連する代謝経路を含む、複数の観点からの環境曝露。最後に、男性の生殖分野における精液メタボロミクスの研究の困難さを分析し、将来の開発動向を提案します。

キーワード:メタボロミクス;精漿;男性の生殖。精子の質

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不妊症は世界中で出産適齢期の約 1 億 8,700 万組のカップルに影響を与えており、その有病率は 15% で、そのうち男性要因が約 50% を占めています [1]。男性不妊の原因には遺伝的要因、ライフスタイル、環境への曝露などが含まれ、主に精子の質の低下として現れます[2]。現在、男性不妊症の診断は主に精液の質分析に依存していますが、特発性不妊症（患者の約 30% ～ 40% を占める）は、日常的な精液分析、身体検査、臨床検査では正確に特定できません [3]。早期の診断や介入は大きな課題に直面しています[4]。

精漿は精液の重要な成分です。前立腺液、精嚢液、精巣上体液、尿道球腺分泌液から構成されます。これは精子を保管するための外部環境であり、精子の運動性と受精能獲得に影響を与え、女性の生殖器系[5-6]との相互作用を通じて正常な受精プロセスに影響を与えます。したがって、これは男性の生殖研究にとって理想的な生物学的サンプルと考えられています[7]。ハイスループット技術の発展により、システム生物学のマルチレベルオミクス技術（ゲノム、エピゲノム、トランスクリプトーム、プロテオーム、メタボロームなど）は、不妊マーカーと病因を探索するための強力なツールとなっています[8]。さまざまなオミクス技術の中で、メタボロミクスは生物学的表現型と最も密接に関連しています。主に 1000 Da 未満の内因性代謝産物を研究します [9]。身体、組織、細胞の刺激や撹乱後の代謝の違いを分析することで [10]、生体系の代謝メカニズムの変化が明らかになります [11]。精漿には、受精プロセスに栄養素を提供する小分子の活性代謝物が豊富に含まれています。精漿の分子変化は、精子および生殖器系全体の状態を反映または影響を与える可能性があり、最終的には男性の生殖能力に影響を与える可能性があります[12]。精漿サンプルは面倒な前処理が不要なため、臨床サンプルの検出時間が短縮され、人員による作業の偏りも軽減され、臨床変革に非常に適しています。精漿メタボロミクスは、栄養素（アミノ酸、炭水化物、脂質など）、ホルモン、ヌクレオチドなどの精漿小分子代謝物を網羅的に解析し、男性のリプロダクティブ・ヘルス指標との関連を網羅的に解析することができます。

表1は、精子の質や生殖能力の評価、男性不妊症の診断とメカニズムの研究、生殖補助効果の評価など、男性の生殖に関する健康分野における過去10年間の代表的な精漿メタボロミクス研究結果をまとめたものです。

精漿メタボロミクス技術

精漿メタボロミクス研究で一般的に使用される分離技術には、高速液体クロマトグラフィー (HPLC)、ガスクロマトグラフィー (GC)、およびキャピラリー電気泳動 (CE) が含まれ、検出技術には質量分析 (MS)、核磁気共鳴 (NMR) およびラマンが含まれます。分光法。

クロマトグラフィー質量分析法は検出感度と特異性が最も高く、NMR は再現性が高く正確な定量分析という特徴があるため、最も一般的に使用される精漿メタボロミクス研究技術となっています (表 1)[7, 12-33 ]。

ガスクロマトグラフィー質量分析法 (GC-MS) は、アミノ酸、グルコース、核酸などの小分子代謝産物の分析に大きな利点を示しますが、液体クロマトグラフィー質量分析法 (LC-MS) は生体高分子 (コリンなど) に対して高い感度を示します。および脂質（リン脂質など）を分析できるため、複雑なサンプル前処理は必要ありません。しかし、質量分析ではイオン化した物質しか検出できず、イオン化しにくい代謝物は分析で​​きません。質量分析法と比較して、NMR はイオン化が難しい一部のアルコールや糖の代謝物を正確に定量できます。ただし、NMR 機器の検出感度は低く、代謝物の標的分析を実行できないため、NMR の応用が制限されます (表 2)。したがって、クロマトグラフィー・質量分析法などの検出結果を統合し、精漿の代謝物プロファイル情報を網羅的に得る必要がある。研究方法によれば、メタボロミクスはターゲットメタボロミクスと非ターゲットメタボロミクスに分けられます。ターゲットメタボロミクス手法は、既知の代謝産物を特定して定量することを目的としていますが、非ターゲットメタボロミクス手法は、既知および未知の代謝産物の存在量の変化を考慮して、できるだけ多くの代謝産物を検出することに焦点を当てています。精漿メタボロームに関する情報は比較的少ないため、通常、可能性のある病原性メカニズムと潜在的な標的を明らかにするために、非ターゲットメタボロミクス手法を使用した代謝物の差分分析が使用されます。

1.1 核磁気共鳴分光法

NMR はメタボロミクス研究で使用される最も初期の技術です。サンプルの偏りのない非破壊検出を実行でき、前処理が簡単、再現性が高く、定量が正確であるという利点があります。 MS と比較して、NMR はイオン化しにくい代謝物 (アルコールや糖など) の定量分析を実行できます。ただし、NMR は検出範囲が狭く、分解能が低く、化合物の定性または定量分析に偏りがあります。さらに重要なことに、NMR は感度が低く、生体サンプルの微量分析や代謝物の標的分析のニーズを満たすことができません。さらに、統合時間の制限により、1 回の分析で検出できる代謝物は 30 ～ 60 個のみであり、スループットが低くなります。表 1 に示すように、NMR ベースの精漿メタボロミクス研究は、不妊症の患者と健康な対照を区別するために使用される、さまざまなアミノ酸とその誘導体、脂肪酸、糖などの代謝産物の検出に主に焦点を当てています [12、18、34]。 ]。その中でも、精漿中のアミノ酸、特にアルギニン、リジン、チロシンなどの含有量の違いが研究の焦点となっている[13-15、18、30、34]。しかし、これらの研究のほとんどは代謝物の相対定量法を使用しており、絶対定量化が欠如しており、公的データと比較することができません。 NMR の利点を十分に活用することはできず、一定の制限があります [35]。

1.2 クロマトグラフィー質量分析技術

GC-MS はメタボロミクス研究の重要な手段であり、主に有機酸と揮発性代謝産物を検出します。不揮発性代謝物の場合、誘導体化により GC 検出に適した化合物に変換できます。喬ら。 [25] は、非標的法により 44 の特発性不妊マーカー、特に精子濃度と正の相関がある 4- アミノフェニル酢酸の含有量をスクリーニングしました。しかし、GCの検出範囲は狭く、精漿中のアミノ酸や脂肪酸など特定の代謝物しか検出できません。

同時に、誘導体化プロセスにより代謝物の回収率が低下し、サンプルの分析時間が長くなる可能性があります。さらに、誘導体化方法の違いも、標準化されたデータベースの構築に課題をもたらします。

LC-MS は、精漿メタボロミクス研究の主要な技術手段です。対象代謝物の種類（極性、非極性など）に応じて、適切な分離方法（順相、逆相）や走査モード（正イオン、負イオンなど）を選択できます。代謝産物を抽出するには多くの方法があります。

標的代謝物の極性により、一般的な代謝物や疎水性脂質分子の抽出などの抽出方法が決まります。研究対象の代謝産物の特性に応じて、効率的な分離を実現するためにさまざまな種類のクロマトグラフィー カラムを選択できますが、その中で最も一般的なのは逆相液体クロマトグラフィーです。さまざまな実験設計に従って、高分解能質量分析に基づく非ターゲットメタボロミクス技術とトリプル四重極質量分析に基づくターゲットメタボロミクス技術に一般に分けられます。 LC-MS はメタボロミクス研究において絶対的なホットスポットとなっており、さまざまな遊離カルニチン、アシルカルニチン、多糖、アミノ酸、生体アミン、脂質など、精漿中のさまざまな代謝産物を測定するために使用されています [27、32]。将来的には、精漿メタボロミクスの分野でより広く使用されることが期待されています[36]。

1.3 ラマン分光法

ラマン分光法は、NMR を補足するのに適しています。この技術は極性物質の応答に鈍感であり、一般に非極性代謝物の同定に使用されます。ラマン分光法に基づく精漿メタボロミクス技術により、正常な男性と精液無力症または特発性不妊症の男性との間では、精漿の代謝フィンガープリントに大きな違いがあることが判明しました[20-21]。同定された特定の官能基は、酸化ストレス (OS) 関連代謝産物の違いを示しています [21]。しかし、公開データ情報が不足しているため、代謝産物を正確に特定したり定量したりすることは困難です。比較すると、ラマン分光技術に基づく精漿メタボロミクスに関する研究は比較的少なく、研究は概して探索段階にあります。