urovestВестник урологииUrology Herald2308-6424Rostov State Medical University10.21886/2308-6424-2024-12-3-97-105urovest-887Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИORIGINAL ARTICLESВзаимосвязь микробиома и мастоцитоза тестикулярной ткани при азооспермииInteraction between microbiome and testicular tissue mastocytes in male infertilityhttps://orcid.org/0000-0002-7323-3126ФаниевМ. В.FanievM. V.

Михаил Владимирович Фаниев — канд. мед. наук

Москва

Mikhail V. Faniev — Сand.Sc.(Med) 

Moscow

faniev.mv@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-1108-8138КадыровЗ. А.KadyrovZ. A.

Зиёратшо Абдуллоевич Кадыров — д-р мед. наук, профессор

Москва

Ziеratsho A. Kadyrov — Dr.Sc.(Med) Full Prof.

Moscow

zieratsho@yandex.ruhttps://orcid.org/0009-0008-9780-4158ФедоренкоТ. В.FedorenkoT. V.

Татьяна Владимировна Федоренко — канд. биол. наук

Краснодар

Tatiana V. Fedorenko — Сand.Sc.(Biol)

Krasnodar

fedorenko.tv@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-4345-127XПрокофьевЯ. В.ProkopievYa. V.

Ярослав Валерьевич Прокопьев — канд. мед. наук

Казань

Yaroslav V. Prokopiev — Сand.Sc.(Med)

Kazan

yar80@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-1114-8732ВодолажскийД. И.VodolazhskyD. I.

Дмитрий Игоревич Водолажский — канд. биол. наук

Симферополь, Республика Крым

Dmitriy.I. Vodolazhsky — Сand.Sc.(Biol)

Simferopol

dvodolazhsky@gmail.comhttps://orcid.org/0009-0005-8706-9936СиницынаА. Р.SinitsynaA. R.

Анастасия Романовна Синицына

Москва

Anastasiya R. Sinitsyna

Moscow

1132226391@rudn.ruРоссийский университет дружбы народовРоссияPeoples' Friendship University of Russia (RUDN University)Russian FederationДетская городская клиническая больница г. КраснодараРоссияKrasnodar City Children’s Clinical HospitalRussian FederationКазанская государственная медицинская академияРоссияKazan State Medical AcademyRussian FederationОрдена Трудового Красного Знамени Медицинский институт им. С. И. Георгиевского — Крымский федеральный университет им. В. И. ВернадскогоРоссияGeorgievsky Order of Labour Red Banner Medical Institute — Vernadsky Crimean Federal UniversityRussian Federation20240807202412397105Copyright © Фаниев М.В., Кадыров З.А., Федоренко Т.В., Прокофьев Я.В., Водолажский Д.И., Синицына А.Р., 20242024Фаниев М.В., Кадыров З.А., Федоренко Т.В., Прокофьев Я.В., Водолажский Д.И., Синицына А.Р.Faniev M.V., Kadyrov Z.A., Fedorenko T.V., Prokopiev Y.V., Vodolazhsky D.I., Sinitsyna A.R.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.urovest.ru/jour/article/view/887Введение

Введение. Мужское бесплодие — это сложное заболевание с множеством потенциальных причин, включая гормональный дисбаланс, анатомические проблемы, генетические факторы, факторы образа жизни и многое другое. Но на сегодняшний день, существует достаточно обширная группа бесплодных мужчин с неустановленными причинами заболевания.

Цель исследования

Цель исследования. Провести анализ таксономической структуры микробиома тестикулярной ткани и урогенитального тракта инфертильных мужчин, исследовать взаимосвязь между микробиомом тестикулярной ткани и мастоцитами паренхимы яичка

Материалы и методы

Материалы и методы. Исследование выполнено на образцах тестикулярной ткани инфертильных пациентов с азооспермией (n = 33). Все пациенты были распределены на две группы в зависимости от формы азооспермии: группа 1 — инфертильные пациенты с необструктивной азооспермией (НОА) (n = 21); группа 2 — инфертильные пациенты с обструктивной азооспермией (ОА) (n = 12). Методом высокопроизводительного секвенирования нового поколения (NGS) выполнено исследование структуры бактериальной микробиоты тестикулярной ткани. Для определения ИГХ-экспрессии маркёров мастоцитов использовали иммуногистохимическую окраску с анти-MCT (Anti-Mast Cell Tryptase).

Результаты

Результаты. Микробиота пациентов с НОА заметно отличается от микробиоты пациентов с ОА (р < 0,05). В группе 1 достоверно чаще обнаруживаются представители семейств Enterobacteriaceae и Xanthomonadaceae, родов Finegoldia, Bifidobacterium, Porphiromonas, Prevotella, Peptoniphilus и Pseudomonas. Отличительной особенностью группы 2 является редкая встречаемость рода Prevotella. Гистохимический анализ выявил мастоцитоз в межканальцевой строме практически в 83% случаев азооспермии. В канальцевых структурах мастоциты встречаются в 68% случаев и коррелируют с микробиомом тестикулярной ткани.

Заключение

Заключение. Повреждения, вызванные мастоцитами в строме и канальцах, взаимосвязаны с таксономической структурой микробиома тестикулярной ткани. Кроме того, яички пациентов с НОА имеют качественно и количественно более разнообразный спектр микробиоты как на уровне семейств, так и родов в отличии от пациентов с ОА.

Introduction

Introduction. Male infertility is a complex condition with many potential causes, including hormonal imbalances, anatomical problems, genetic factors, lifestyle factors and more. But today, there is a fairly large group of infertile men with unknown causes of the disease.

Objective

Objective. To analyze the taxonomic microbial diversity of testicular tissue and the urogenital tract of infertile men and to identify correlations between the microbiome and mastocytes in the testicular parenchyma.

Materials & methods

Materials & methods. The study was performed on testicular tissue samples from infertile patients with azoospermia (n = 33). All patients were divided into two groups based on the form of azoospermia: group 1 — infertile patients with non-obstructive azoospermia (NOA) (n=21); and group 2 — infertile with obstructive azoospermia (OA) patients (n=12). The bacterial diversity of testicular tissue was studied by the method of high-performance new generation sequencing (NGS). Immunohistochemical staining with anti-MCT (Anti-Mast Cell Tryptase) was used to determine the IHC expression of mastocyte markers.

Results

Results. The microbiome of patients with NOA differs markedly from the microbiome of patients with OA (p < 0.05). In group 1, representatives of the Enterobacteriaceae and Xanthomonadaceae families, the genera Finegoldia, Bifidobacterium, Porphiromonas, Prevotella, Peptoniphilus and Pseudomonas are significantly more often found. A distinctive feature of group 2 is the rare occurrence of the genus Prevotella. Histochemical analysis revealed mastocytosis in the in-between-canalicular stroma approximately in 83% of azoospermia cases. Mastocytes are found in tubule structures in 68% of cases and correlate with the microbiome of testicular tissue.

Conclusions

Conclusions. Injuries caused by mastocytes in the stroma and tubular structures are interrelated with the taxonomic diversity of testicular tissue. Moreover, the testicles of NOA-patients have a qualitatively and quantitatively more diverse spectrum both at the level of families and genera, unlike OA-patients.

микробиоммикробиотамастоцитытестикулярная тканьазооспермияmicrobiomemastocytestesticular tissueazoospermiaReferencesTurner KA, Rambhatla A, Schon S, Agarwal A, Krawetz SA, Dupree JM, Avidor-Reiss T. Male Infertility is a Women's Health Issue-Research and Clinical Evaluation of Male Infertility Is Needed. Cells. 2020;9(4):990. DOI: 10.3390/cells9040990Turner KA, Rambhatla A, Schon S, Agarwal A, Krawetz SA, Dupree JM, Avidor-Reiss T. Male Infertility is a Women's Health Issue-Research and Clinical Evaluation of Male Infertility Is Needed. Cells. 2020;9(4):990. DOI: 10.3390/cells9040990Костин А.А., Кульченко Н.Г., Алиев А.Р. Применение динамической орхосцинтиграфии в диагностике и лечении идиопатического мужского бесплодия. Андрология и генитальная хирургия. 2012;13(4):29-32. DOI: 10.17650/2070-9781-2012-4-29-32Kostin A.A., Kulchenko N.G., Aliyev A.R. Use of dynamic orchoscintigraphy in the diagnosis and treatment of idiopathic male infertility. Andrology and Genital Surgery. 2012;13(4):29-32. (In Russian). DOI: 10.17650/2070-9781-2012-4-29-32Santacroce L, Imbimbo C, Ballini A, Crocetto F, Scacco S, Cantore S, Di Zazzo E, Colella M, Jirillo E. Testicular Immunity and Its Connection with the Microbiota. Physiological and Clinical Implications in the Light of Personalized Medicine. J Pers Med. 2022;12(8):1335. DOI: 10.3390/jpm12081335Santacroce L, Imbimbo C, Ballini A, Crocetto F, Scacco S, Cantore S, Di Zazzo E, Colella M, Jirillo E. Testicular Immunity and Its Connection with the Microbiota. Physiological and Clinical Implications in the Light of Personalized Medicine. J Pers Med. 2022;12(8):1335. DOI: 10.3390/jpm12081335Gu X, Li SY, DeFalco T. Immune and vascular contributions to organogenesis of the testis and ovary. FEBS J. 2022;289(9):2386-2408. DOI: 10.1111/febs.15848Gu X, Li SY, DeFalco T. Immune and vascular contributions to organogenesis of the testis and ovary. FEBS J. 2022;289(9):2386-2408. DOI: 10.1111/febs.15848Ибишев Х.С., Мамедов Э.А., Магомедов Г.А. Иммунологические аспекты мужского бесплодия: обзор литературы 2016 - 2020 годов. Вестник урологии. 2020;8(3):97-102. DOI: 10.21886/2308-6424-2020-8-3-97-102Ibishev Kh.S., Mamedov E.A., Magomedov H.A. The immunological aspects of male infertility: 2016 - 2020 literature review. Urology Herald. 2020;8(3):97-102. (In Russian). DOI: 10.21886/2308-6424-2020-8-3-97-102Кульченко Н.Г. Гиперактивность тучных клеток как фактор патогенеза мужского бесплодия. Research'n Practical Medicine Journal. 2022;9(1):117-124. DOI: 10.17709/2410-1893-2022-9-1-10Kulchenko N.G. Mast cell hyperactivity as the factor in the pathogenesis of male infertility. Research and Practical Medicine Journal. 2022;9(1):117-124. (In Russian). DOI: 10.17709/2410-1893-2022-9-1-10Zhao S, Zhu W, Xue S, Han D. Testicular defense systems: immune privilege and innate immunity. Cell Mol Immunol. 2014;11(5):428-437. DOI: 10.1038/cmi.2014.38Zhao S, Zhu W, Xue S, Han D. Testicular defense systems: immune privilege and innate immunity. Cell Mol Immunol. 2014;11(5):428-437. DOI: 10.1038/cmi.2014.38Elieh Ali Komi D, Shafaghat F, Haidl G. Significance of mast cells in spermatogenesis, implantation, pregnancy, and abortion: Cross talk and molecular mechanisms. Am J Reprod Immunol. 2020;83(5):e13228. DOI: 10.1111/aji.13228Elieh Ali Komi D, Shafaghat F, Haidl G. Significance of mast cells in spermatogenesis, implantation, pregnancy, and abortion: Cross talk and molecular mechanisms. Am J Reprod Immunol. 2020;83(5):e13228. DOI: 10.1111/aji.13228Соболева М.Ю., Никитюк Д.Б., Алексеева Н.Т., Клочкова С.В., Атякшин Д.А., Гзрасимова О.А., Соколов Д.А., Кварацхелия А.Г. Гистотопография тучных клеток кожи при моделировании ожога в условиях применения различных методов регионарного воздействия. Гены и Клетки. 2021;16(1):69-74. DOI: 10.23868/202104011Soboleva M.Y., Nikityuk D.B., Alexeeva N.T., Klochkova S.V., Atyakshin D.A., Gerasimova O.A., Sokolov D.A., Kvaratskheliya A.G. Features of histotopography of skin mast cells when simulating a burn under conditions of using various methods of regional exposure. Genes & Cells. 2021;16(1):69-74. (In Russian). DOI: 10.23868/202104011Varricchi G, de Paulis A, Marone G, Galli SJ. Future Needs in Mast Cell Biology. Int J Mol Sci. 2019;20(18):4397. DOI: 10.3390/ijms20184397Varricchi G, de Paulis A, Marone G, Galli SJ. Future Needs in Mast Cell Biology. Int J Mol Sci. 2019;20(18):4397. DOI: 10.3390/ijms20184397Кутукова Н.А., Назаров П.Г. Тучные клетки: роль в воспалении, восстановлении тканей и развитии фиброза. Цитокины и воспаление. 2014;13(2):11-20. eLIBRARY ID: 22811938 EDN: TFFASHKutukova N.A., Nazarov P.G. Mast cells: a role in inflammation, tissue repair and fibrosis. Citokiny i vospalenie. 2014;13(2):11-20. (In Russian). eLIBRARY ID: 22811938 EDN: TFFASHda Silva EZ, Jamur MC, Oliver C. Mast cell function: a new vision of an old cell. J Histochem Cytochem. 2014;62(10):698-738. DOI: 10.1369/0022155414545334da Silva EZ, Jamur MC, Oliver C. Mast cell function: a new vision of an old cell. J Histochem Cytochem. 2014;62(10):698-738. DOI: 10.1369/0022155414545334Schmid N, Stöckl JB, Flenkenthaler F, Dietrich KG, Schwarzer JU, Köhn FM, Drummer C, Fröhlich T, Arnold GJ, Behr R, Mayerhofer A. Characterization of a non-human primate model for the study of testicular peritubular cells-comparison with human testicular peritubular cells. Mol Hum Reprod. 2018;24(8):401-410. DOI: 10.1093/molehr/gay025Schmid N, Stöckl JB, Flenkenthaler F, Dietrich KG, Schwarzer JU, Köhn FM, Drummer C, Fröhlich T, Arnold GJ, Behr R, Mayerhofer A. Characterization of a non-human primate model for the study of testicular peritubular cells-comparison with human testicular peritubular cells. Mol Hum Reprod. 2018;24(8):401-410. DOI: 10.1093/molehr/gay025Mayerhofer A, Walenta L, Mayer C, Eubler K, Welter H. Human testicular peritubular cells, mast cells and testicular inflammation. Andrologia. 2018;50(11):e13055. DOI: 10.1111/and.13055Mayerhofer A, Walenta L, Mayer C, Eubler K, Welter H. Human testicular peritubular cells, mast cells and testicular inflammation. Andrologia. 2018;50(11):e13055. DOI: 10.1111/and.13055Abdel-Hamid AAM, Atef H, Zalata KR, Abdel-Latif A. Correlation between testicular mast cell count and spermatogenic epithelium in non-obstructive azoospermia. Int J Exp Pathol. 2018;99(1):22-28. DOI: 10.1111/iep.12261Abdel-Hamid AAM, Atef H, Zalata KR, Abdel-Latif A. Correlation between testicular mast cell count and spermatogenic epithelium in non-obstructive azoospermia. Int J Exp Pathol. 2018;99(1):22-28. DOI: 10.1111/iep.12261Allen-Vercoe E. Bringing the gut microbiota into focus through microbial culture: recent progress and future perspective. Curr Opin Microbiol. 2013;16(5):625-629. DOI: 10.1016/j.mib.2013.09.008Allen-Vercoe E. Bringing the gut microbiota into focus through microbial culture: recent progress and future perspective. Curr Opin Microbiol. 2013;16(5):625-629. DOI: 10.1016/j.mib.2013.09.008Lundy SD, Vij SC, Rezk AH, Cohen JA, Bajic P, Ramasamy R. The microbiome of the infertile male. Curr Opin Urol. 2020;30(3):355-362. DOI: 10.1097/MOU.0000000000000742Lundy SD, Vij SC, Rezk AH, Cohen JA, Bajic P, Ramasamy R. The microbiome of the infertile male. Curr Opin Urol. 2020;30(3):355-362. DOI: 10.1097/MOU.0000000000000742Weng SL, Chiu CM, Lin FM, Huang WC, Liang C, Yang T, Yang TL, Liu CY, Wu WY, Chang YA, Chang TH, Huang HD. Bacterial communities in semen from men of infertile couples: metagenomic sequencing reveals relationships of seminal microbiota to semen quality. PLoS One. 2014;9(10):e110152. DOI: 10.1371/journal.pone.0110152Weng SL, Chiu CM, Lin FM, Huang WC, Liang C, Yang T, Yang TL, Liu CY, Wu WY, Chang YA, Chang TH, Huang HD. Bacterial communities in semen from men of infertile couples: metagenomic sequencing reveals relationships of seminal microbiota to semen quality. PLoS One. 2014;9(10):e110152. DOI: 10.1371/journal.pone.0110152Duan YG, Yu CF, Novak N, Bieber T, Zhu CH, Schuppe HC, Haidl G, Allam JP. Immunodeviation towards a Th17 immune response associated with testicular damage in azoospermic men. Int J Androl. 2011;34(6 Pt 2):e536-e545. DOI: 10.1111/j.1365-2605.2010.01137.xDuan YG, Yu CF, Novak N, Bieber T, Zhu CH, Schuppe HC, Haidl G, Allam JP. Immunodeviation towards a Th17 immune response associated with testicular damage in azoospermic men. Int J Androl. 2011;34(6 Pt 2):e536-e545. DOI: 10.1111/j.1365-2605.2010.01137.xFarahani L, Tharakan T, Yap T, Ramsay JW, Jayasena CN, Minhas S. The semen microbiome and its impact on sperm function and male fertility: A systematic review and meta-analysis. Andrology. 2021;9(1):115-144. DOI: 10.1111/andr.12886Farahani L, Tharakan T, Yap T, Ramsay JW, Jayasena CN, Minhas S. The semen microbiome and its impact on sperm function and male fertility: A systematic review and meta-analysis. Andrology. 2021;9(1):115-144. DOI: 10.1111/andr.12886Lundy SD, Sangwan N, Parekh NV, Selvam MKP, Gupta S, McCaffrey P, Bessoff K, Vala A, Agarwal A, Sabanegh ES, Vij SC, Eng C. Functional and Taxonomic Dysbiosis of the Gut, Urine, and Semen Microbiomes in Male Infertility. Eur Urol. 2021;79(6):826-836. DOI: 10.1016/j.eururo.2021.01.014Lundy SD, Sangwan N, Parekh NV, Selvam MKP, Gupta S, McCaffrey P, Bessoff K, Vala A, Agarwal A, Sabanegh ES, Vij SC, Eng C. Functional and Taxonomic Dysbiosis of the Gut, Urine, and Semen Microbiomes in Male Infertility. Eur Urol. 2021;79(6):826-836. DOI: 10.1016/j.eururo.2021.01.014Yang H, Zhang J, Xue Z, Zhao C, Lei L, Wen Y, Dong Y, Yang J, Zhang L. Potential Pathogenic Bacteria in Seminal Microbiota of Patients with Different Types of Dysspermatism. Sci Rep. 2020;10(1):6876. DOI: 10.1038/s41598-020-63787-xYang H, Zhang J, Xue Z, Zhao C, Lei L, Wen Y, Dong Y, Yang J, Zhang L. Potential Pathogenic Bacteria in Seminal Microbiota of Patients with Different Types of Dysspermatism. Sci Rep. 2020;10(1):6876. DOI: 10.1038/s41598-020-63787-xPasolli E, Asnicar F, Manara S, Zolfo M, Karcher N, Armanini F, Beghini F, Manghi P, Tett A, Ghensi P, Collado MC, Rice BL, DuLong C, Morgan XC, Golden CD, Quince C, Huttenhower C, Segata N. Extensive Unexplored Human Microbiome Diversity Revealed by Over 150,000 Genomes from Metagenomes Spanning Age, Geography, and Lifestyle. Cell. 2019;176(3):649-662.e20. DOI: 10.1016/j.cell.2019.01.001Pasolli E, Asnicar F, Manara S, Zolfo M, Karcher N, Armanini F, Beghini F, Manghi P, Tett A, Ghensi P, Collado MC, Rice BL, DuLong C, Morgan XC, Golden CD, Quince C, Huttenhower C, Segata N. Extensive Unexplored Human Microbiome Diversity Revealed by Over 150,000 Genomes from Metagenomes Spanning Age, Geography, and Lifestyle. Cell. 2019;176(3):649-662.e20. DOI: 10.1016/j.cell.2019.01.001Jiménez M, Cervantes-García D, Córdova-Dávalos LE, Pérez-Rodríguez MJ, Gonzalez-Espinosa C, Salinas E. Responses of Mast Cells to Pathogens: Beneficial and Detrimental Roles. Front Immunol. 2021;12:685865. DOI: 10.3389/fimmu.2021.685865Jiménez M, Cervantes-García D, Córdova-Dávalos LE, Pérez-Rodríguez MJ, Gonzalez-Espinosa C, Salinas E. Responses of Mast Cells to Pathogens: Beneficial and Detrimental Roles. Front Immunol. 2021;12:685865. DOI: 10.3389/fimmu.2021.685865

The authors declare that there are no conflicts of interest present.