Ảnh hưởng của cần sa đến quá trình Methyl hóa DNA tinh trùng ở Nam giới: Tổng quan

Tóm tắt:

(BBCG)

Việc sử dụng cần sa (Cannabis sativa) đang tăng đột biến trên thế giới và Việt Nam sau khi một số nước hợp thức hóa việc sử dụng nó, đặc biệt là ở độ tuổi thanh thiếu niên. Hậu quả của việc sử dụng cần sa ảnh hưởng đến sinh lý của con người không thể nhìn thấy được. Bài tổng quan này đã phân tích ảnh hưởng của cần sa đến các vấn đề vô sinh và dị tật thai nhi ở những đối tượng sử dụng cần sa thông qua quá trình methyl hóa DNA của tinh trùng. Mặc dù đã có các nghiên cứu cho thấy những tác động đáng kể của cần sa đến các thông số tinh trùng và rối loạn chức năng tình dục ở nam giới, nhưng cũng cần lưu ý rằng những nghiên cứu này chỉ phân tích trên các nghiên cứu nhỏ hay nghiên cứu hồi quy, cắt ngang. Với hạn chế này, nên tiến hành thêm các thử nghiệm trên người ở quy mô lớn hơn để đưa ra kết luận cụ thể và cái nhìn tổng quát hơn.

Từ khóa: Cần sa, methyl hóa DNA, vô sinh, tinh trùng.

EFFECTS OF CANNABIS SATIVA ON DNA METHYLATION IN MALE SPERM: OVERVIEW

Pham Huynh Loc^*, Dinh Thi Thuy Quynh, Nguyen Ngoc Hieu, Ha Van Huan – Duy Tan University, Da Nang, Viet Nam

Abstract:

The use of Cannabis sativa is increasing dramatically in the world and Vietnam after some countries legalized its use, especially among teenagers. The additive effect of marijuana imperceptible outcomes affecting one’s physiology on multiple levels. This review is to study and enumerate several effects marijuana may have on male reproductive organs, especially in men who are dealing with infertility and infertility issues from DNA methylation. Although the studies show significant effects in sperm parameters and organic sexual dysfunction, it should be noted that these studies only analyzed small or regressive, cross-sectional studies. Given this restriction, it is suggested that further human trials on a larger scale be conducted to provide an even more concrete conclusion and a more general view.

Keyword: Cannabis sativa, DNA methylation, infertility, sperm.

1.Đặt vấn đề

Cần sa (Cannabis sativa) loại thuốc bất hợp pháp được sử dụng phổ biến nhất thế giới [3]. Năm 2019, có thêm 3,5 triệu người bắt đầu sử dụng cần sa, trong đó có tới 38,9% có độ tuổi từ 12 đến 17 và tỷ lệ nam giới sử dụng cao gấp 3 – 5 lần so với nữ giới [22]. Nghiên cứu về nhân khẩu học cho thấy sử dụng cần sa ở thanh thiếu niên đang có xu hướng gia tăng bất chấp các khuyến cáo về các tác hại mà nó gây ra. Các tác hại mà cần sa gây ra đã được biết đến nhiều với các biểu hiện về tâm lý như không tự chủ, bạo lực, rối loạn lo âu, … [20]. Tuy nhiên kiến thức về các tác hại về sinh lý vẫn chưa được chú ý nhiều.

Thành phần hoạt tính chính trong cây cần sa là delta-9-tetrahydrocannabinol (THC). Nhiều nghiên cứu đã chứng minh THC đã tác động trực tiếp đến quá trình biểu sinh tinh trùng. Những tác động này làm biến đổi các biểu hiện của gen thông qua việc bổ sung hoặc loại bỏ các gốc phân tử của DNA hoặc các đuôi protein histone bao bọc xung quanh DNA [5]. Các đột biến này diễn ra trong tế bào soma, do đó nó có thể di truyền trong quá trình phân chia tế bào cho tế bào con. Bên cạnh đó, các sửa đổi biểu sinh đóng vai trò trung gian truyền thông tin giữa môi trường và trình tự DNA của bộ gen [6]. Do đó, biểu sinh học cung cấp một cơ chế tiềm năng mà qua đó việc tiếp xúc với cần sa của cha mẹ có thể ảnh hưởng đến sức khỏe và sự phát triển của con cái họ.

Trong bài tổng quan này, chúng tôi đưa ra một mô tả ngắn gọn về các cơ chế di truyền biểu sinh, tập trung vào quá trình methyl hóa DNA bởi cần sa. Tiếp theo là phần tóm tắt về mô hình động vật và các nghiên cứu trên người về cách tiếp xúc và sử dụng cần sa ảnh hưởng quá trình methyl hóa DNA trong tinh trùng và tác động tiềm ẩn của đến sự phát triển của con cái. Chúng tôi sẽ kết luận bằng cách nhấn mạnh nhu cầu cấp thiết phải tiến hành các nghiên cứu toàn diện vấn đề này và tầm quan trọng của việc công bố các kết quả nghiên cứu về các hậu quả tiềm ẩn  của cần sa.

2. Nội dung

2.1. Methyl hóa DNA ở tinh trùng

Methyl hóa DNA là một quá trình sinh hóa trong đó một nhóm methyl được thêm vào 5-carbon của vòng pyrimidine của nucleotide cytosine nằm trong đảo CpG [19]. Các đảo CpG là các vùng gen dài 500 bp chứa dinucleotide CG rất đậm đặc (CG/GC >55%) [18]. Quá trình methyl hóa DNA được thấy ở nhóm CpG trong phiên mã giúp di truyền một số gen lặn hay ở CpF giúp điều hòa biểu hiện gen. Nhờ khả năng tác động vào vùng khởi động gen, methyl hóa DNA có thể gây ra tín hiệu làm ảnh hưởng đến quá trình phiên mã làm cho một số kiểu gen không được biểu hiện [21].

Quá trình methyl hóa DNA xảy ra dưới tác động của enzyme DNA methyltransferase (DNMT) [DNMT1: DNMT2: DNMT3 1:1:3 (DNMT3a/3b và DNMT3L)]. Các DNMT3 làm trung gian cho quá trình methyl hóa de novo của các cytosine chưa được methyl hóa và DNA bộ gen methylate trong giai đoạn đầu của quá trình phát triển phôi. Các thay đổi này thay thế, tồn tại vĩnh viễn và có thể xảy ra một cách tự phát ở bất cứ vị trí nào trên bộ gen. Quá trình này đã được chứng mình xảy ra trong quá trình sinh tinh. Trong đó tế bào mầm và tế bào soma được methyl hóa cao ở các vùng lặp lại [11].

2.2. Mối liên quan giữa quá trình methyl hóa DNA của tinh trùng và khả năng sinh sản của nam giới

Bằng phương pháp Percoll phân tách gradient mật độ tinh trùng cho thấy chất lượng tinh trùng phụ thuộc vào mức độ methyl hóa DNA của tinh trùng, tinh trùng có chất lượng tốt thì có mức độ methyl hóa thấp. Nhiều nghiên cứu đã chứng minh, thiểu tinh trùng (ogligospermia) có liên quan đến quá trình methyl hóa DNA của tinh trùng thông qua gen H19. Tang và cộng sự (2018) đã phát hiện quá trình methyl hóa ADN trong gen H19 và một số gen được đánh dấu có khả năng gây vô sinh cho nam giới do làm giảm chất lượng tinh trùng trong tinh dịch [27]. Một nghiên cứu khác cho rằng, tăng methyl hóa DNA của gen MTHFR (methylenetetrahydrofolate reductase) có liên quan đến quá trình vô sinh và thiểu tinh trùng. Botezatu và cộng sự, tìm ra cơ chế khởi động gen MTHFR bị methyl hóa DNA, tăng methyl hóa DNA của gen MTHFR đã được chứng minh là có liên quan đến chất lượng tinh trùng thấp [1].

Mười nghiên cứu lớn với mức độ tin cậy cao đã điều tra mối liên quan giữa quá trình methyl hóa DNA lên toàn bộ gen của tinh trùng và các thông số tinh dịch để đánh giá khả năng sinh sản của nam giới [23]. Điểm đáng chú ý ở các nghiên cứu này lại không chỉ ra được sự khác biệt về khả năng sinh sản như thay đổi thông số tinh dịch, thiểu tinh trùng với mức các tác động khác nhau của quá trình methyl hóa. Laqqan và cộng sự, đã phát hiện mối liên quan giữa khả năng sinh sản thấp có liên quan đến quá trình methyl hóa DNA của gen CpG [8]. Camprubi và cộng sự, lại chỉ ra rằng có mối liên quan giữa quá trình methyl hóa gen APCS (hypermethylation gen myloid P component serum) và thiểu tinh trung [2]. Jenkins và cộng sự, tinh trùng dị dạng (teratozoospermia) có liên quan đến tỷ lệ biến đổi methyl hóa DNA cao của gen CpG [7].

2.3. Ảnh hưởng của việc sử dụng cần sa nam đối với quá trình methyl hóa DNA

Năm 2020, một nghiên cứu được công bố về tác động của cần sa đến methyl hóa DNA ở tinh trùng người đã cho thấy nồng độ tinh trùng của người sử dụng cần sa giảm đáng kể so với những người không sử dụng, nồng độ THC trong nước tiểu có liên quan đến mức độ giảm nồng độ tinh trùng [12]. Các nghiên cứu tương tự ở trên với các loại động vật có vú đã chứng minh cần sa có liên quan đến việc giảm chất lượng tinh trùng và tăng các nguy cơ mắc bệnh ở con cái của người sử dụng [12, 15, 17]. Hơn nữa, nồng độ THC trong nước tiểu cao làm nồng độ tinh trùng giảm qua đó làm giảm chất lượng tinh trùng và tăng nguy cơ phát triển ung thư tế bào mầm tinh hoàn [13]. Những nghiên cứu này đã chỉ ra rằng hệ thống endocannabinoid (ECS) đóng một vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh quá trình sinh tinh [13] do có sự biểu hiện cụ thể theo giai đoạn và loại tế bào của các thành phần tín hiệu ECS được tìm thấy trong tế bào mầm và tế bào soma ở tinh hoàn. Điều này có thể làm rõ vai trò của ECS trong quá trình sinh tinh nhưng không chứng minh được cần sa trực tiếp làm suy giảm quá trình sinh tinh.

Cần sa có tác động đối với quá trình methyl hóa DNA của tinh trùng đã được chứng minh. Cụ thể, những người sử dụng cần sa trên gen CpG bị methyl hóa ở 3979 vị trí có chất lượng tinh trùng yếu hơn so với nhóm đối chứng. Trong đó có 183 vị trí CpG riêng lẻ đại diện cho 177 gen, có mối tương quan đáng kể giữa lượng THC đo được trong nước tiểu và mức độ methyl hóa, điều này cho thấy liều lượng và thời gian sử dụng cần sa có mối liên quan mật thiết đến quá trình methyl hóa của tinh trùng. Trong các vị trí CpG bị ảnh hưởng có phần lớn nằm ở các intron (41%), ở các đảo CpG (22%), 16% nằm hai bên CpG và 4% vùng rìa.

Một số con đường KEGG đã được xác định bao gồm chuyển hóa ascorbate và aldarate, con đường gây ung thư, tín hiệu mã hóa, MAPK và nhịp điệu sinh học. Những con đường này có sự liên quan đến sự phát triển đầu đời của gen, đặc biệt là con đường mã hóa ảnh hưởng rất lớn từ người cha sử dụng cần sa đến con cái [14]. Một phát hiện liên quan đến gen ức chế thụ thể aryl hydrocarbon (AHRR) cho thấy có 94 vị trí CpG trong AHRR bị methyl hóa tinh trùng của những người sử dụng cần sa. Trong đó, có 2 vị trí CpG được tìm thấy nằm rất gần với các CpG bị hypomethylated ở trẻ sơ sinh có mẹ hút thuốc lá, 92 vị trí con lại nằm trong trình tự lặp lại 62 nucleotide có 47,7 bản sao song song [12]. Tất cả 92 vị trí CpG đều bị hypomethylated trong tinh trùng của người sử dụng cần sa. Hậu quả của tác động với AHRR vẫn chưa rõ ràng nhưng nó gần như chỉ xuất hiện ở người sử dụng cần sa. Những chứng minh này đã cho thấy mối liên quan giữa việc sử dụng cần sa và quá trình methyl hóa DNA trong tinh trùng.

2.4. Tác động của cần sa đến dị tật chi bẩm sinh của con cái

Trong những năm gần đây, các nghiên cứu đã chứng minh độc tính của cần sa đến sự phát triển chi của con cái. Sự phát triển của chi được kiểm soát bởi một chu trình có trật tự và được phối hợp chặt chẽ, theo đó các gradient gần-xa, trước-sau và trái-phải của hình thái mô phôi sẽ kiểm soát sự phát triển của chồi chi [24]. Đây là một hệ thống có sự cân bằng và dễ bị gây nhiễu, gián đoạn hoặc thiếu sót hoàn toàn dẫn đến việc chi bị mất một phần hoặc toàn bộ phụ thuộc vào thời điểm tiếp xúc. Một loạt các cơ chế tế bào đã được mô tả để giải thích cho tác động của cần sa đến di truyền. Các bất thường này tồn tại trong quá trình nguyên phân, giảm phân [9, 26], sự phát triển của tinh trùng [25], sự phân chia tế bào noãn, bất thường ở cơ quan sinh dục, đứt gãy các sợi DNA [4, 16], bất thường trong quá trình hình thành nhiễm sắc thể [16]. Albert Stuart đã chứng minh về tác động của cần sa đến dị tật chi bẩm sinh ở Châu Âu [15] cho thấy cần sa có tác động đến các dị tật loạn sản xương hông, thừa ngón, dính ngón, dị tật hình thái và giảm chi. Nghiên cứu này còn chỉ ra rằng các dị tật này liên quan đến hình thức sử dụng cần sa, người sử dụng trực tiếp khả năng dị tật ở con cái cao hơn so với người bị ảnh hưởng gián tiếp. Vấn đề này được giải thích, những người sử dụng cần sa tinh trùng của họ có 163 vùng DNA bị methyl hóa. Trong chu kỳ 11 tuần của tinh trùng, sự methyl hóa này đã ảnh hưởng đến hàng trăm gen, trong đó có 5 gen đã được xác định là có ảnh hưởng đến chức năng, hình thái và phát triển chi theo chu trình chồi chi. Năm gen này là BMP4, CHD7, GLI3, MEGF8 và TMEM107 đều có tác động trực tiếp đến con đường truyền tín hiệu trong di truyền. Gen BMP4 có liên quan trực tiếp đến sự phát triển của tim, các dị tật ở mắt, hàm mặt và quá trình chồi chi. Các đột biến GLI có liên quan đến sự bất thường của đầu và não và chứng thừa ngón và dính ngón (hội chứng Greig) [10] Đột biến MEGF8 có liên quan đến các bất thường ở hộp sọ, ngón tay và ngón chân bao gồm tật dính ngón, ngón ngắn và thừa ngón. Không những thế sáu đột biến khác nhau của MEGF8 đã được chứng minh là hội chứng Carpenter và chứng chậm phát triển tâm thần [6]. TMEM107 ảnh hưởng đến sự phát triển của phôi thai như thần kinh, hình thành xương và các cơ quan

3. Kết luận

Các nghiên cứu trên người và động vật công bố bằng chứng khoa học về hệ thống sinh sản nam giới bị suy yếu dựa trên các thông số của tinh trùng như số lượng/nồng độ, khả năng vận động, hình thái và khả năng sống sót bị ảnh hưởng trên những đối tượng cần sa. Kết luận này nhấn mạnh chủ yếu đối với nam giới thuộc nhóm hiếm muộn và nam giới được đánh giá mắc các rối loạn vô sinh. Tác dụng của cần sa đến quá trình methyl hóa DNA của tinh trùng có thể phụ thuộc vào tần suất, liều lượng, lộ trình và tính lâu dài của người sử dụng cần sa. Những tác động này làm thay đổi nồng độ tinh dịch trong tinh trùng gây vô sinh do ảnh hưởng đến các gen H19. Ngoài ra, sử dụng cần sa ảnh hưởng đến sự phát triển phôi thai và gây dị tật ở thế hệ con cái đặc biệt là dị tật các chi. Tuy nhiên, các nghiên cứu này được đánh giá trong một nhóm nhỏ hoặc nghiên cứu kiểm soát các trường hợp hay nghiên cứu hồi quy nên chưa có được cái nhìn tổng thể và chi tiết về ảnh hưởng của cần sa đến chất lượng tinh trùng. Các bác sĩ lâm sàng nên cẩn thận trong việc đánh giá nam giới hoặc các cặp vợ chồng hiếm muộn khi đã và đang sử dụng cần sa để tư vấn và đưa ra liệu pháp điều trị phù hợp, hiệu quả.

Tài liệu tham khảo      

1. Botezatu A, et al (2014), “Methylation pattern of methylene tetrahydrofolate reductase and small nuclear ribonucleoprotein polypeptide N promoters in oligoasthenospermia: a case-control study“, Reprod Biomed Online. 28(2): 225-31.
2. Camprubí C, et al (2016), “Spermatozoa from infertile patients exhibit differences of DNA methylation associated with spermatogenesis-related processes: an array-based analysis“, Reprod Biomed Online. 33(6): 709-719.
3. Chandra S, et al (2019), “New trends in cannabis potency in USA and Europe during the last decade (2008-2017)“, Eur Arch Psychiatry Clin Neurosci. 269(1): 5-15.
4. Chioccarelli T, et al (2010), “Cannabinoid receptor 1 influences chromatin remodeling in mouse spermatids by affecting content of transition protein 2 mRNA and histone displacement“, Endocrinology. 151(10): 5017-29.
5. Dolinoy DCand Jirtle, R. L. (2008), “Environmental epigenomics in human health and disease“, Environ Mol Mutagen. 49(1): 4-8.
6. Engelhard C, et al (2013), “MEGF8 is a modifier of BMP signaling in trigeminal sensory neurons“, Elife. 2: e01160.
7. Jenkins TG, et al (2016), “Decreased fecundity and sperm DNA methylation patterns“, Fertil Steril. 105(1): 51-7.e1-3.

8.Laqqan M, et al (2017), “Spermatozoa from males with reduced fecundity exhibit differential DNA methylation patterns“, Andrology. 5(5): 971-978.

9. Leuchtenberger C and Leuchtenberger R (1971), “Morphological and cytochemical effects of marijuana cigarette smoke on epithelioid cells of lung explants from mice“, Nature. 234(5326): 227-9.
10. Matissek SJ and Elsawa SF (2020), “GLI3: a mediator of genetic diseases, development and cancer“, Cell Commun Signal. 18(1): 54.
11. Molaro A, et al (2011), “Sperm methylation profiles reveal features of epigenetic inheritance and evolution in primates“, Cell. 146(6): 1029-41.
12. Murphy SK, et al (2018), “Cannabinoid exposure and altered DNA methylation in rat and human sperm“, Epigenetics. 13(12): 1208-1221.
13. Nielsen JE, et al (2019), “Characterisation and localisation of the endocannabinoid system components in the adult human testis“, Sci Rep. 9(1): 12866.
14. Pan D (2010), “The hippo signaling pathway in development and cancer“, Dev Cell. 19(4): 491-505.
15. Reece AS and Hulse GK. (2022), “Effects of cannabis on congenital limb anomalies in 14 European nations: A geospatiotemporal and causal inferential study“, Environ Epigenet. 8(1): dvac016.
16. Russo C, et al (2019), “Low doses of widely consumed cannabinoids (cannabidiol and cannabidivarin) cause DNA damage and chromosomal aberrations in human-derived cells“, Arch Toxicol. 93(1): 179-188.
17. Schrott R, et al (2020), “Sperm DNA methylation altered by THC and nicotine: Vulnerability of neurodevelopmental genes with bivalent chromatin“, Sci Rep. 10(1): 16022.
18. Takai D and Jones PA. (2002), “Comprehensive analysis of CpG islands in human chromosomes 21 and 22“, Proc Natl Acad Sci U S A. 99(6): 3740-5.
19. Talbert PB and Henikoff S (2006), “Spreading of silent chromatin: inaction at a distance“, Nat Rev Genet. 7(10): 793-803.
20. Underwood JM, et al (2020), “Overview and Methods for the Youth Risk Behavior Surveillance System – United States, 2019“, MMWR Suppl. 69(1): 1-10.
21. Yi, S. Vand Goodisman, M. A. (2009), “Computational approaches for understanding the evolution of DNA methylation in animals“, Epigenetics. 4(8): 551-6.
22. Center for Behavioral Health Statistics and Quality (2020), “Results from the 2019 National Survey on Drug Use and Health: Detailed tables. Substance Abuse and Mental Health Services Administration“, Department of Health and Human Services, Rockville,.
23. Åsenius, Fredrika, Danson, Amy Fand Marzi, Sarah J. (2020), “DNA methylation in human sperm: a systematic review“, Human Reproduction Update. 26(6): 841-873.
24. Carlson, Bruce M. (2018), Human embryology and developmental biology, Elsevier Health Sciences.
25. Joy, Janet E, Watson, Stanley Jand Benson, John A. (1999), “Marijuana and medicine“, Assessing the Science Base. 1999.
26. Mikuriya, Tod H (1969), “Marijuana in medicine: past, present and future“, California medicine. 110(1): 34.
27. Tang Qiuqin, et al (2018), “Idiopathic male infertility is strongly associated with aberrant DNA methylation of imprinted loci in sperm: a case-control study“, Clinical epigenetics. 10(1): 1-10.

Tác giả : Phạm Huỳnh Lộc^*, Đinh Thị Thúy Quỳnh, Nguyễn Ngọc Hiếu, Hà Văn Huân – ¹Đại học Duy Tân, Đà Nẵng, Việt Nam. 

Nguồn Hội nghị VSSM 2023 – Hội YHGT VN