مقدمه:
امروزه این موضوع بخوبی پذیرفته شده است که هیپرگلیسمی مادر در طول دوران بارداری موجب تأخیر در مراحل اولیه رشد و تکامل جنین و بروز ناهنجاریهای مختلف مادرزادی و افزایش خطر سقطهای خودبخودی میگردد (3-1). هر چند در این مادران در دوران اندامزایی با کنترل هیپرگلیسمی میزان ناهنجاریهای فوق کاهش مییابد اما همچنان میزان آن سه تاچهار برابر بیشتر از مادران سالم میباشد (4). بر این اساس ممکن است مشکلات فوق در مراحل ابتدائیتر تکامل جنین بویژه در مرحلة پیش لانهگزینی حاصل شوند (8-5) و افزایش سطح گلوکز خون بعنوان یک عامل تراتوژن بالقوه در این مورد محسوب میشود (11-9). بنظر میرسد که اختلال در سیستم نیتریکاکساید (NO) در ایجاد ناهنجاریهای ناشی از گلوکز در شرایط هیپرگلیسمی نقش مهمی بر عهده دارد. Couge و همکاران در سال 1998 گزارش نمودند که نیتریکاکساید در مرحله پیشلانهگزینی توسط جنین تولید میگردد و این ترکیب نقش مهمی در تکامل و لانهگزینی جنین برعهده دارد بطوریکه مهار تولید NOباعث ایجاد تأخیر در رشد و تکامل و جلوگیری از لانهگزینی جنین میگردد (12). نتایج برخی از مطالعات نشان میدهند که در بیماران دیابتی مقدار NO در بافتهای مختلف بدن کاهش مییابد و این امر می تواند ناشی از کاهش تولید آن در شرایط هیپرگلیسمی و یا شکستن سریع آن پس از تولید باشد (14-13).Marina و همکاران معتقدند که کاهش میزان NO در شرایط هیپرگلیسمی در بیماران دیابتی ناشی از کاهش تولید آن بدلیل کاهش میزان L-arginine قابل دسترس، میباشد زیرا برخی شواهد حاکی از آن است که در چنین شرایطی ابتدا برداشت L-arginineاز محیط افزایش مییابد و این امر متعاقباً منجر به کاهش L-arginineقابل دسترس جنین میگردد و از آنجائیکه L-arginine سوبسترای لازم برای تولید NO میباشد لذا کاهش آن منجر به کاهش تولید NO میگردد (15) و از آنجائیکه تولید NO نقش مهمی در تکامل جنین در مرحله پیش لانهگزینی دارد بنابراین میتواند موجب اختلال در تکامل جنین در مرحله پیش لانهگزینی گردد. مطالعه حاضر جهت بررسی نقش L-arginine بعنوان سوبسترای نیتریک اکساید بر روی تکامل جنینهای موش در محیطهای کشت حاوی گلوکز زیاد طراحی و اجراء گردید.
مواد و روشها:
تهیه جنین های 2 سلولی موش: تحریک تخمک گذاری در موشهای سوری ماده نژادNMRI با سن 10-6 هفته با تزریق داخل صفاتی 10 واحدPMSG و 48 ساعت بعد 10 واحد HCG انجام گرفت و بلافاصله پس از تزریق HCG هر حیوان ماده در کنار یک موش نر بالغ از همان نژاد قرار گرفته و صبح روز پس از تزریق HCG موشها از نظرپلاک واژینال مورد معاینه قرار گرفتند. 48 ساعت پس از تزریق HCG موشهای پلاک مثبت به روش نخاعی کردن گردن کشته و اویداکت آنها از بدنشان خارج و داخل یک قطره 100- 50 میکرولیتری از محیط کشتHEPES-HTF حاوی 4 mg/ml آلبومین سرم گاوی (Sigma, BSA, Fraction, V Free fatty acid, A8806) قرار داده شد. سپس با تزریق محیط کشت فوق از ناحیه اینفاندیبولوم به داخل اویداکت، جنینها از سوی دیگر اویداکت خارج شدند (عمل فلاشینگ ) تمام جنینهای 2 سلولی با ظاهری سالم، پس از شستشوی پی در پی در چند قطرة تمیز از محیط کشت فوق، سرانجام در یک قطره جمعآوری شده و به طور تصادفی به تعداد 20-15 عدد در گروههای مورد مطالعه تقسیم میشدند.
محیطهای کشت:در این پژوهش از محیط کشت HTF (نخستین بار در سال 1985 بر اساس آنالیز ترکیبات مایع لوله رحم انسان توسطQuinn و همکارانش ساخته شد) بعنوان محیط کنترل استفاده گردید(16). غلظت گلوکز در محیط فوق mM 87/2 بود که با توجه به اهداف پژوهش با تغییر غلظت گلوکز و افزودن غلظتهای مختلفی از L-arginine و یا L-NAME محیطهای مورد نظر برای کشت جنین در گروههای مختلف این مطالعه به شرح زیر ساخته شد:
1- محیط کنترل،جهت کنترل از همان محیط HTF معمولی استفاده شد.
2- محیط HG ، جهت ساخت این محیط،غلظت گلوکز محیطHTF تا mM 30 افزایش داده شد.
3- محیط HG-5LA، برای ساخت این محیط به محیط HG مقدار mM 5، L-arginine اضافه گردید.
4- محیط HG-10LA، برای ساخت این محیط HG مقدار mM10، L-arginine اضافه گردید.
5- محیط HG-20LA، برای ساخت این محیط به محیط HG مقدار mM 20، L-arginine اضافه گردید.
6- محیطHG-L-NAME ، برای ساخت این محیط به محیط HG مقدار mM 1، L-NAME اضافه گردید. به هرکدام از محیطهای فوق قبل از استفاده mg/ml 4 آلبومین سرم گاوی (BSA) نیز اضافه شد. 24 ساعت قبل از کشت از هر کدام از محیطهای فوق قطرات 50 میکرولیتری درداخل دیش 35 میلیمتری (Falcon 3001) تهیه و با روغن مخصوص کشت جنین (Sigma، Oil، Mineral) پوشیده شدند و به منظور ایجاد تعادل دما و گاز درداخل انکوباتور در دمای oc37 و5% گاز CO2 قرار گرفتند.جنین های 2 سلولی در گروههای 20-15 عددی به مدت 96 ساعت در قطرات فوق کشت داده شدند. آزمایش فوق برای هر گروه 10 بار تکرار گردید.
ارزیابی تکامل جنین ها:
ارزیابی جنینها در فواصل 24 ساعته و به مدت 4 روز با میکروسکوپ اینورت انجام شد و جنینها بر اساس موارد زیر دستهبندی شدند: جنینهای 4- 2 سلولی، جنین های 8 سلولی (که جنینهای 8-4 سلولی را هم شامل میشدند)، مورولای متراکم ، بلاستوسیست ، هچینگ بلاستوسیست .
شمارش بلاستومرها: پس از اتمام کشت، جنینها جمعآوری و پس از 2 بار شستشو در PBS به مدت ساعت در پارافرمالدئید 4% فیکس شدند. سپس به روی لام میکروسکوپی انتقال یافته و لامها به مدت 24 ساعت در دمای اطاق نگهداری شدند تا خشک شوند. سپس لامهای فوق دو بار با PBS شسته شده و مجدداً 2 ساعت در دمای اطاق نگهداری شدند تا خشک شوند. پس از خشک شدن لامها، یک قطره از مخلوط رنگ Hochest 33254 (w/v) 5% در DABCO (1,4-diazobi cyclo-2,2,2-octete-sigma) حاوی (90%) گلسیرول و (10%) Na2HP0032./ مول به روی لامها ریخته و نمونهها به آرامی بوسیله یک لامل پوشیده شدند. در پایان اسلایدهای تهیه شده با کمک یک میکروسکوپ فلورسانس (Olympus Japan) و با استفاده از فیلترExitation با طول موج nm380-330 و فیلتر Barrier با طول موج nm 420 بررسی شدند. در این روش هستة سلولهای جنینی با Hochest رنگ آبی به خود گرفته و تعداد آنها قابل شمارش میباشد.
آنالیز آماری:
میزان تکامل جنینهای گروههای مختلف و تعداد متوسط بلاستومرها در گروههای مختلف با استفاده از آزمون ANOVA یکطرفه و با کمک نرمافزار SPSS مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت.
نتایج:
مقایسه تکامل جنینهای موش طی 96 ساعت کشت در گروههای مختلف در جدول 1 آمده است. مقایسه میزان مورولاهای متراکم در 24 ساعت اول کشت نشان داد در حالی که بیش از (65/2±)95% جنینهای گروه کنترل به مرحله مورولای متراکم رسیده بودند این میزان در گروه HG(52/5±)9/89% و در گروههایHG-5LA وHG-10LA به ترتیب (6±) 9/93% و (43/4±)42/95% بود که هیچ تفاوت معنیداری بین آنها وجود نداشت اما تنها (25/7±)46/62% از جنینهای گروهHG-20LA و (82/3±)99/16% از گروه HG-L-NAME به مورولای متراکم تبدیل شدند که اختلاف آن با گروه کنترل معنیدار است. بررسی میزان بلاستوسیستها طی 72 ساعت پس از کشت نشان داد در حالیکه بیش از (1/8±)6/74% از جنینهای گروه کنترل به مرحله بلاستوسیت رسیده بودند (شکل 1)، این میزان در گروه HG تنها (5/5±)9/36% میباشد (جدول 1). میزان بلاستوسیت ها درگروههای HG-5LA و HG-10LA به ترتیب (5±)76/61% و (6/7±)25/62% که هم نسبت به گروه کنترل و هم گروه HG افزایش واضح و معنیداری را نشان میداد (0001/0P<). درگروه HG-20LA نیز تنها (16±)8/27% از جنینها به مرحله بلاستوسیست رسیدند و در گروه HG-L-NAME هیچ جنینی به بلاستوسیست نرسیده و تمامی جنینها فراگمنته شدند. میزان بلاستوسیستها 72 ساعت پس از کشت نیز در گروه کنترل (5±)82/79% گروه HG (5/5±)43% و گروههای HG-5LA ،HG-10LA و HG-20LA به ترتیب (4/5±)67%، (7±)5/69% و (16±)5/27% بود. 96 ساعت پس از کشت درحالیکه 4±32% از جنینهای گروه کنترل در مرحلة هچینگ بودند فقط 7±10% از جنینهای گروه HG هچینگ داشتند و در گروههای 5، 10 و20 میلیمولار L-arginine نیز به ترتیب 7/7±7/20،6/6±33/25و3/6±3/10 درصد بود. بر اساس نتایج فوق تکامل جنینها درگروه و HG-10LA, HG-5LA بطور معنیداری با گروه HG تفاوت دارد (0001/0P<). این تفاوت معنیدار در مقایسه با گروه کنترل نیز مشاهده می شود.
میانگین تعداد کل بلاستومرها در جنینهای گروههای مختلف پس از 96 ساعت کشت در نمودار 1 نشان داده شده است. مقایسة میانگین تعداد بلاستومرها (شکل 2) در گروههای مختلف نشان میدهد که بطور متوسط تعداد بلاستومرها در بلاستوسیستهای گروه کنترل (43/17±)14/129 عدد بود در حالیکه این رقم در گروه HG، (73/16±)66/95 بود که با افزودن L-arginine به محیط کشت تعداد بلاستومرها افزایش یافته و در گروههای HG-5LA ،HG-10LA و HG-20LA به ترتیب (73/19)± 119 و (7/15)±120 و (11)±92 عدد بود که اختلاف معنیداری بین گروه کنترل با گروه HG، HG-20LA و HG-10LA وجود دارد (0001/0P<)، اما بین گروه کنترل و گروههای HG-5LA، HG-10LA این اختلاف بطور معنیداری کاهش مییابد. بدلیل آنکه تکوین جنینهای گروههایHG-L-NAME در مرحلة قبل از مورولا متوقف میگردید، جنینهای فوق از برنامه شمارش بلاستومرها حذف گردیدند.
مقایسة کشت جنینها در محیطهای کشت HTF با غلظتهای مختلف گلوکز و L-arginineنشان داد که افزایش غلظت گلوکز تا mM30 کاملاً بر روی تکامل جنین اثر گذاشته و باعث تأخیر در رشد و کاهش تعداد بلاستومرها در بلاستوسیست میگردد. با مقایسه نتایج بدست آمده از این پژوهش با نتایج بدست آمده توسط محققین دیگر مشاهده میشود که تشابهات و در عین حال تفاوتهایی وجود دارد. به عنوان مثال Wercheral و همکاران در سال 1998 گزارش نمودند (2) که تنها 20% از جنینهایی که 96 ساعت پس از تزریق HCG ازموشهای دیابتی جمعآوری شدند به مرحلة بلاستوسیست میرسند درحالیکه این رقم در مورد گروه کنترل در حدود 90% میباشد. در مطالعه حاضر نیز دیده شد که 72 ساعت پس از کشت در حدود 77% از جنینهای گروه کنترل به مرحلة بلاستوسیست میرسند در حالیکه این رقم در گروه HG در حدود 48% بود که افزایش سطح L-arginine در محیط کشت HG به میزان mM5 و mM10 این میزان را بطور معنیداری افزایش داده بود. در حالیکه با افزایش میزان L-arginine تا mM20 از میزان جنینهای رسیده به مرحله بلاستوسیست کاسته میشود واین امر نشان میدهد که افزایش بیش از اندازه L-arginine در محیط کشت اثر منفی بر رشد و تکامل جنینها بر جای میگذارد. همچنین در این مطالعه مشاهده گردید که افزایش غلظت گلوکز تا mM 30 تأثیر چندانی در تکامل جنین تا مرحله مورولای متراکم ندارد در حالیکه افزودن یک مادة مهار کننده NO بنام L-NAME به میزان mM 1 باعث مهار شدید تکامل جنین در مرحله فوق شده و از تشکیل مورولای متراکم تا حدود زیادی جلوگیری میکند. از طرف دیگر افزایش سطح گلوکز محیط کشت، تبدیل مورولای متراکم به بلاستوسیست را شدیداً تحت تأثیر قرار داده و موجب تأخیر در آن میگردد و افزایش L-arginine تا میزان mM 10 در محیط کشت تا حدودی میتواند این روند را بهبود بخشد. لیکن هرگاه میزان L-arginine تا میزان mM20 افزایش یابد، بطور معنیداری از میزان جنینهای مرحلة بلاستوسیستها کاسته میشود. چنین تأثیری در مورد میزان هچینگ نیز مشاهده گردید. همچنین در این تحقیق مشاهده شد که اگر چه تعداد بلاستومرها در بلاستوسیستهای گروه HG نسبت به گروه کنترل بیش از 30% کاهش نشان میدهند که تقریباً معادل نتایج گزارشات دیگر میباشد (5-1) لیکن افزودن L-arginine به محیط تا حدود mM 10 کاملاً باعث بهبود این وضعیت میگردد و بنظر میرسد که L-arginine تأثیر کاملاً مثبتی بر روی سیکل سلولی بر جای می گذارد. مقایسه نتایج بدست آمده از این مطالعه با مطالعات مشابه دیگری که برروی انواع سلولها و بافتهای دیگر در شرایط مشابه انجام گرفته نشان میدهد که همانند سلولها و بافتهای دیگر، تولید نیتریک اکساید که نقش مهمی در تکامل جنین دارد(17) در محیط HG مختل شده و این نتایج معرف اثرات زیانبار گلوکز بر روی تکامل جنین در مراحل اولیه میباشد. بطور مشابهی Trachtman و همکاران در سال 1997 نشان دادند که کشت سلولهایMesangial در محیطهای حاوی mM 33 گلوکز باعث ایجاد اختلال در سیستم نیتریک اکساید و کاهش میزان نیتریت تولید شده توسط سلولهای فوق گشته و نهایتاً باعث افزایش مرگ و میر در سلولهای فوق میگردد، لیکن افزودن L-arginine به میزان mM 20-10 به محیط کشت باعث بهبود روند فوق شده و از عوارض HG برروی سلولهای فوق ممانعت بعمل آورد (18) وهمچنین Ho و همکاران نیز در سال 1999 نشان دادند که نیتریک اکساید میتواند از آپوپتوزیس سلولهای اندوتلیال عروق در محیطهای کشت حاوی گلوکز زیاد جلوگیری بعمل آورد(19). مطالعات انجام شده درمورد تکامل جنین و لانهگزینی آن نیز حاکی از اهمیت نیتریک اکساید در این مورد میباشند بطوریکه Gouge و همکارانش در سال 1998 گزارش نمودند که جنین در مرحله قبل از لانهگزینی نیتریک اکساید تولید مینماید و این امر نقش مهمی در تکامل و لانهگزینی آن را برعهده دارد، بطوریکه مهار تولید NO باعث تأخیر در رشد و جلوگیری از لانهگزینی جنین میگردد (12). همچنین Navaro و همکارانش در سال 1997 گزارش نمودند که در طی مرحلة پیش لانهگزینی نیتریک اکساید توسط رحم و لولهای رحمی مادر ساخته شده و این امر نقش مهمی در تکامل جنین و آماده سازی رحم جهت لانهگزینی دارد(20). علیرغم موارد فوق، گزارشات متضادی نیز دیده میشود بطور مثال Joo و همکارانش در سال 1997 گزارش نمودند که افزودن مادهای نظیر SNP که باعث آزاد سازی نیتریک اکساید بصورت اگزوژن در محیط کشت میگردد، منجر به مهار تکامل جنینها در مرحلة پیش لانهگزینی میگردد (21). لیکن به نظر میرسد که NO اندوژن نقش مهمی در تکامل جنین بازی میکند. امروزه مشخص شده است که بسیاری از فعالیتهای بیولوژیک NO بواسطة فعال نمودن آنزیم بوده و NOممکن است در کنترل مسیرهای انتقال پیام وابسته به cGMP در تنظیم فیزیولوژی طبیعی سلول نقش داشته باشد و گزارشات مختلف نیز تقریباً مشخص نمودهاند که NO وcGMP نقش بسیار مهمی در کنترل سیکل سلولی و روند آپوپتوزیس دارند (22-21، 12). در واقع NO برای تکمیل سیکل سلولی ضروری بوده و کاهش و یا حتی افزایش مقدار NO باعث اختلال در سیکل طبیعی سلول میگردد (23-22) لیکن رابطه دقیق بین آشفتگی در سیکل سلولی و ایجاد آپوپتوزیس پس از حذف NO، مشخص نگردیده است و ممکن است مهار یا یک توقف در روند سیکل سلولی تحریک کننده آغاز آپوپتوزیس از طریق فعال نمودن ژنهای مربوطه باشد. از طرف دیگر مطالعات مختلف نشان دادهاند که شرایط دیابتی باعث افزایش استرسهای اکسیداتیو شده و به دنبال آن تولید ROS در بدن افزایش مییابد (25-24). امروزه مشخص شده است که NO یک فاکتور مهم در محافظت سلولها در برابر اثرات زیانبار ROS میباشد و همواره در بدن یک تعادل بحرانی بین ROS و NO وجود دارد و ممکن است که تعادل فوق یک نقش اساسی در فرآیند سیکل سلولی و حیات آن بعهده داشته باشد (25-24، 22). کاهش تولید NO در دیابت میتواند ناشی از کاهش L-arginine در دسترس باشد زیرا در افراد دیابتی برداشت L-arginine افزایش یافته و متعاقباً باعث کاهش مقدار در دسترس آن میگردد (15). این مطالعه نشان داد که احتمالاً مسئله فوق در مورد تکامل جنین در مرحلة قبل از لانهگزینی نیز صادق میباشد، زیرا افزایش غلظت L-arginine در محیطهای HG تا mM 10 باعث بهبود نسبی عوارض ناشی از High Glucose میگردد. باتوجه به نتایج حاصل از این مطالعه بنظر میرسد که استفاده از L-arginine و یا مواردی که باعث آزاد سازی NO در محیط میگردند دارای نقش مهمی در جلوگیری از برخی از عوارض هیپرگلیسمی بر روی جنین داشته باشد لیکن جهت اظهار نظر دقیق در این مورد و یافتن راههای کاربردی در این مورد انجام مطالعات بیشتر بصورت In vivo ضروری میباشد.
بدینوسیله از گروه زنان و زایمان دانشکده پزشکی دانشگاه یاماگاتا ژاپن که در انجام این طرح با ما کمال همکاری را نمودند سپاسگزاریم. همچنین از آقای دکتر محمد اکبری مدیر محترم گروه آناتومی دانشگاه علوم پزشکی تهران و آقای دکتر عظیمی سبحانی سرپرست محترم آزمایشگاه جنینشناسی تشکر و قدردانی بعمل میآید.