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2012 > Andrologie > implantation embryonaire  Telecharger le PDF

Facteurs masculins et implantation embryonnaire

P. Merviel

QCM Pré-Test
# 1. Certaines conditions impactent la qualité du sperme :

A : l’âge masculin

B : l’âge féminin

C : l’obésité

D : le tabac

# 2. L’implantation embryonnaire est améliorée par :

A : l’IMSI

B : l’âge féminin

C : la fragmentation de l’ADN des spermatozoïdes

D : une méthylation normale de l’ADN des spermatozoïdes

Abstract

The impact of male factor on embryo implantation is well known: age of man, obesity, tobacco, alcohol and drugs. The emergence of new techniques such as ICSI and IMSI did not improve pregnancy rates. DNA fragmentation and methylation of sperm affect embryonic development. Finally, chromosomal abnormalities may be responsible for spontaneous abortions repeated

Key words : Spermatozoa, IMSI, embryonic implantation, spontaneous pregnancy loss

Introduction

Les gamètes masculins contribuent pour 50% au génome embryonnaire et au développement placentaire. Les altérations épigénétiques du sperme sont par ailleurs un des facteurs des fausses-couches spontanées à répétition (FCSR). Etudier les facteurs masculins en rapport avec l’implantation embryonnaire, c’est analyser non seulement l’impact de la qualité du sperme sur la fécondation, le développement embryonnaire précoce et l’implantation, mais également sur les FCSR.

1/ Le terrain masculin

L’âge masculin est désormais reconnu comme ayant un impact sur les chances de conception. Ainsi, si 78% des hommes conçoivent dans les 6 mois lorsqu’ils sont âgés de moins de 25 ans, ils ne sont plus que 58,4% à le faire au-delà de 35 ans. En AMP, on note après 40 ans une diminution des chances de grossesses après insémination intra-utérine et une augmentation des fausses-couches liées à l’âge masculin (Cohen-Bacrie 2008), ainsi qu’une augmentation des syndromes poly-malformatifs et de la trisomie 21 (Zhu 2005).

De plus, le vieillissement paternel est à l’origine de malformations (achondroplasie, maladie d’Apert, syndrômes de Marfan et de Lesch-Nyhan, polykystose rénale, rétinoblastome bilatéral), d’anomalies congénitales (neurofibromatose de Recklinghausen), de mutations récessives liées à l'X comme l'hémophilie A et la myopathie de Duchenne, et d'anomalies caryotypiques (13 % des spermatozoïdes présentent des anomalies de structure chez un homme de plus de 44 ans). Or, dans 30% des cas, les pères ont plus de 45 ans lorsqu’une grossesse a lieu chez une femme de plus de 40 ans (Prioux 2005).

Avec une perspective de 20% d’obèses dans leur population (USA : 17,9%), les pays occidentaux font face à une épidémie aux conséquences multiples, dont l’une d’entre-elles pourrait être la baisse de la fécondité des couples. L’impact du poids corporel sur la fertilité féminine a été étudié, montrant l’effet de celui-ci aux deux extrêmes, obésité et anorexie. Chez l’homme, l’obésité peut avoir comme conséquence une augmentation significative de l’oligozoospermie et de la tératospermie avec l’index de masse corporelle (Hammoud 2008).

D’autres études (Jensen 2004; Kort 2006) ont également retrouvé une relation entre l’oligozoospermie et le poids pour le premier, et le nombre total de spermatozoïdes normaux et l’IMC pour le second. Belloc a rapporté à l’ESHRE en 2011 une étude sur 1940 hommes en surpoids ou obèses, montrant des diminutions de 10 à 20% des paramètres du sperme en cas de surpoids ou d’obésité (par ex, 1% d’azoospermie en cas de poids normal vs 3,8% en cas d’obésité). L’effet de l’obésité sur la fertilité masculine peut également s’expliquer par la baisse du taux de testostérone liée à la diminution de la protéine porteuse (SHBG), l’augmentation de l’oestradiolémie entrainant un feed-back négatif sur la sécrétion de gonadotrophines, une insulino-résistance et la présence d’apnées du sommeil. De plus l’augmentation de l’obésité dans les pays développés pourrait être responsable de dysfonctions sexuelles dans cette population (Chung 1999; Seftel 2006).

A côté de l’âge et du poids, d’autres facteurs sont impliqués dans l’altération de la fertilité des couples. Le tabac est le principal toxique et concerne environ 30% des adultes en âge de procréer sans compter le tabagisme passif. De nombreuses études ont incriminé le tabac dans les troubles de l’érection ainsi que dans les altérations de la qualité spermatique. Ainsi, en 2008 dans l’étude de Kumosani sont retrouvées une baisse significative de la mobilité (41,9% chez les fumeurs versus 46% chez les non fumeurs dans le groupe des hommes fertiles et 9,8% versus 15,3% dans le groupe des patients infertiles) ainsi que des anomalies de numération (3 millions versus 5,3 millions dans le groupe infertile).

A l’inverse aucune différence significative n’a été retrouvée en ce qui concerne le volume et la qualité spermatiques, mais ces résultats sont controversés dans la littérature. L’alcool est responsable du redoutable syndrome d’alcoolisme fœtal (déficit neurologique irrémédiable) et de dysfonctions sexuelles. Les drogues (marijuana, cocaïne, héroïne) diminuent également la fertilité du couple.  

2/ Qualité du sperme, fécondation et développement embryonnaire précoce

Le spermatozoïde n’est pas qu’un simple vecteur d’ADN au cours de la fécondation [1], car de nombreuses structures ou molécules de celui-ci interviennent non seulement dans la fécondation mais aussi durant le développement embryonnaire précoce. Ainsi le spermatozoïde initie l’activation métabolique de l’ovocyte et transmet le centriole nécessaire à la mise en place du fuseau mitotique permettant les divisions cellulaires [2].

En 1992 une nouvelle technique apparaît, l’injection intra-cytoplasmique des spermatozoïdes (ICSI) [3], qui va permettre de prendre en charge en assistance médicale à la procréation (AMP) des couples dont l’homme présente une oligo-asthéno-tératospermie (OATS) sévére ou une azoospermie avec prélèvement chirurgical de spermatozoïdes épididymaires ou testiculaires. L’ICSI permet de court-circuiter la pénétration du spermatozoïde dans l’ovule et de déposer celui-ci directement dans le cytoplasme ovocytaire. Si l’ICSI a montré son intérêt en cas d’infertilité masculine, son utilité en cas d’infertilité tubaire ou idiopathique n’est pas prouvée :

En cas d’infertilité tubaire, Aboulghar (1996), Bulkumez (2000) ou Holagschwandtner (2001) ont bien montré des taux de fécondation et de grossesse identiques en cas de FIV ou d’ICSI

Dans l’infertilité idiopathique, même si Khamsi (2001) retrouve un taux de beaux embryons plus important (64,4 après ICSI vs 47,1% après FIV), Thépot en 2000 rapporte des taux de grossesse/cycle identiques (28,5 vs 15,7%).

En cas d’échecs ou de pauci-fécondations en FIV (< 20%), la pratique d’une ICSI permet d’améliorer les taux de fécondation mais pas toujours les taux de grossesse. Ainsi Lipitz (1993) avait montré qu’après un échec de FIV, la reprise en charge en FIV laissait quelques espoirs en terme de fécondation (18 à 46%) mais avec des taux de grossesse très bas : 9,3% par cycle (5,3% d’accouchement par cycle). Trois autres études rapportent l’intérêt d’une ICSI dans ce cas sur les taux de fécondation, qui deviennent comparables à ceux observés en cas de facteur masculin (Benadiva 1999 ; Miller 1998 ; Gabrielsen 1996).

Dans les deux dernières études, les taux de grossesse restent significativement plus bas qu’en cas d’infertilité masculine, démontrant ainsi la part féminine dans ce type d’infertilité. L’intérêt d’une prise en charge en ICSI en cas de pauci-fécondation est bien illustré dans l’étude de Thépot (2001), où le taux de transfert en cas d’infertilité idiopathique passe de 63,9 à 93% en cas de réalisation d’une 2ème FIV ou d’une ICSI. Ruiz en 1997, face à l’échec d’IIU, décide d’une prise en charge en FIV ou en ICSI. Il retrouve un taux de fécondation identique, une même qualité embryonnaire mais 11,4% d’échecs de fécondation en FIV contre aucun en ICSI.

Plus récemment, Bartoov [4] a développé une technique d’observation amplifié du spermatozoïde appelée « motile sperm organelle morphology examination » (MSOME), permettant d’observer au grossissement 6600 le spermatozoïde, comparée au grossissement 400 de l’ICSI. Cette avancée technique a conduit à la pratique de l’IMSI (intracytoplasmic morphologically selected sperm injection) qui permet d’étudier l’ultra-morphologie spermatique (vacuoles par exemple) et de choisir le spermatozoïde le « plus normal » pour l’injection intra-cytoplasmique.

Des premières études ont montré que l’IMSI augmentait les taux de fécondation, la qualité embryonnaire, le taux de développement en blastocyste, les taux de grossesse quel que soit le jour du transfert et l’évolution des grossesse, en diminuant en particulier les taux de FCS [5,6]. Néanmoins, Oliveira a montré dans une étude récente [7] que l’IMSI n’améliorait pas les taux de grossesse chez les femmes ayant des échecs répétés d’implantation après ICSI. Dans son étude 200 femmes ayant eu 2 ou plus échecs d’implantation après transfert d’embryons de bonne qualité, ont été divisées en deux groupes, l’un pris en charge en ICSI et l’autre en IMSI. Il n’observe aucune différence en terme de taux de fécondation (respectivement 62 et 65%), d’implantation (9,8 versus 13,6%), de taux de grossesse/cycle (19 vs 26%) et de FCS (31,6 vs 15,4%), et ceci selon que l’on considère les indications masculines pures ou celles sans facteur masculin associé.

Il est clair que la capacité de fécondation de l’ovocyte et de développement d’un embryon dépend en particulier de l’intégrité de l’ADN du spermatozoïde et de la capacité de l’ovocyte à corriger les défauts de celui-ci. La fragmentation de l’ADN est liée à une cassure de l’ADN double brin en rapport avec une agression extérieure, dans une période où la compaction du noyau des spermatozoïdes est insuffisante suite à un défaut de protamination.

En effet, la compaction de la chromatine passe par le remplacement des histones par les protamines, et constitue une étape essentielle pour son intégrité et sa fonction. L’apoptose ou la présence de radicaux libres secondaires à une infection ou une inflammation du tractus génital, une varicocèle, une cryptorchidie, la radiothérapie ou la chimiothérapie peuvent ainsi induire une augmentation de cette fragmentation. Plusieurs techniques permettent de quantifier la fragmentation de l’ADN : DFI - TUNEL pour DNA Fragmentation Index - Terminal Uridine Nucleotide End Labeling, HDS - SCSA pour High DNA Stainability - Sperm Chromatin Structure Assay.

Les premières études avaient montré qu’en cas de taux de fragmentation élevé, les chances de grossesse étaient diminuées et le risque de FCS augmentait. Plus récemment Lin (2008) n’a retrouvé un impact de la fragmentation (DFI > 27% et HDS > 15%) que sur le taux de FCS que la prise en charge ait eu lieu en FIV ou en ICSI. Ces résultats sont en accord avec ceux de Larson-Cook (2003), alors que Payne (2005) dans son étude retrouve même un taux de grossesse abaissé lorsque le DFI est inférieur à 9% ! Ces résultats discordants sur la valeur prédictive du DFI et de l’HDS concernant les taux de fécondation et de grossesse tiennent au fait que l’ovocyte d’une femme jeune est capable de corriger la fragmentation de l’ADN du spermatozoïde après la fécondation (Tesarik 1986 ; Ahmadi 1999), à condition que l’ovocyte présente les facteurs cytoplasmiques de réparation qui diminuent avec l’âge féminin et donc ovocytaire. Ainsi, la décondensation et la fragmentation de l’ADN spermatique n’empêchent pas la fécondation ni le développement embryonnaire précoce, mais compromettent l’évolution de la grossesse et l’intégrité fœtale par un phénomène mutagène pouvant se perpétuer dans les générations suivantes. 

La présence de grandes vacuoles nucléaires (LNV) a été corrélée avec l’existence d’une fragmentation de l’ADN et sa dénaturation [8,9]. Vanderzwalmen montre ainsi que la présence d’une grande vacuole ou de plusieurs petites a un impact sur l’évolution d’un embryon en blastocyste [10].

Il faudra donc rechercher les causes de cette fragmentation, la traiter (infection, varicocèle) ou entreprendre un traitement anti-oxydant à base de vitamines E ou C. Les spermatozoïdes sont particulièrement sensibles aux radicaux libres (ROS) car leur membrane est riche en acides gras poly-insaturés et leur cytoplasme pauvre en enzymes anti-radicaux libres. Si le spermatozoïde possède peu de systèmes de réparation de l’ADN, par contre le liquide séminal contient des anti-oxydants qui protègent l’ADN des spermatozoïdes et évitent la peroxydation lipidique.

Les défauts de méthylation de l’ADN spermatique impactent les capacités de fécondation des spermatozoïdes (effet paternel précoce) et/ou le développement embryonnaire  (effet paternel tardif). Il est clairement admis qu’il existe une liaison statistique entre le niveau de méthylation et le taux de grossesse. 

Qualité du sperme et implantation embryonnaire

Malgré l’introduction de l’ICSI les taux de grossesse sont restés stables en AMP, car l’implantation embryonnaire résulte avant tout d’un embryon de bonne qualité mais également d’un endomètre réceptif où interviennent des facteurs de croissance et des cytokines.

L’ICSI est-il un moyen de suppléer une mauvaise qualité ovocytaire et donc embryonnaire ? Plusieurs études permettent de conclure que non :

Nous avions étudié 65 cas d’échecs complets de fécondation après ICSI issus du centre d’AMP de l’hôpital Tenon (5,9% des ICSI). Dans 86% la tête du spermatozoïde était bien présente dans l’ovocyte, soit inchangée, soit décondensée en liaison avec une immaturité ovocytaire. Lors de la prise en charge de ces échecs par une 2ème ICSI, le taux de fécondation atteignait 46% mais le taux de grossesse n’était que de 13% (data non publiés).

En cas d’ICSI et de dysmorphies ovocytaires, certains auteurs (De Sutter 1996, Veiga 1997) ne retrouvent pas d’impact de la dysmorphie ou de l’aspect du cytoplasme sur les taux de grossesse, alors que d’autres montrent le contraire. Ainsi Schmutzler en 1997 rapporte des taux de grossesse de 38% en cas de cytoplasme homogène contre 23% en cas de granularité importante (p < 0,05) alors que les taux de fécondation sont les mêmes. Alikani en 1995 montre une augmentation des FCS en cas d’ovocytes dsymorphiques (58 vs 20%, p < 0,05) et cela malgré des taux de fécondation identiques.

  • Enfin, en cas de ré-insémination 24h après par ICSI d’ovocytes non-fécondés en FIV (Nagy 1995, Lundin 1996, Morton 1997), les taux de fécondation varient de 33 à 51% mais le taux de naissance par transfert est désespérément bas à 8%.

En ICSI, comme en FIV, la réponse à la stimulation ovarienne, le nombre d’ovocytes recueillis, leur maturité et le nombre d’embryons obtenus sont des facteurs importants de succès (Sherins 1995). Une étude comparant deux services de FIV pratiquant l’ICSI via le même centre biologique a montré des taux statistiquement différents de grossesse en relation avec l’âge de la femme, la durée de stimulation, le taux d’oestradiol le jour du déclenchement et le nombre d’ovocytes matures microinjectés (Salat-Baroux 1995). Ainsi, si l’on peut attendre des taux élevés de grossesse en cas d’infertilité masculine pure, l’association à des facteurs féminins entraine une baisse sensible de ceux-ci (16,9% versus 34,9% par transfert), non corrigée par la pratique d’une ICSI.

Dans l’étude de Mandelbaum  (1997), réalisée sur des cycles où 5 ovocytes ou moins étaient recueillis (tableau 1), on constate que le taux de fécondation (2 PN) est comparable entre FIV (avec sperme normal) et ICSI (réalisée dans ce cas sans indication masculine, mais seulement pour tenter d’améliorer le nombre d’ovocytes fécondés), mais diminué en cas de FIV avec sperme anormal. Le nombre d’embryons normaux par ovocytes matures suit la même évolution. Il est donc licite de pratiquer une ICSI pour augmenter le nombre d’embryons transférés et donc le taux de grossesse (qui passe de 4 à 16%/ponction).

Par ailleurs notons les excellents taux de grossesse observés après insémination avec sperme de donneur, y compris en cas d’âge féminin > 35 ans, souvent supérieurs à ceux constatés lors de la prise en charge de IIU avec sperme du conjoint en cas d’infertilité cervicale.

Qualité du sperme et FCSR

Il est connu que les anomalies constitutionnelles du caryotype augmentent avec la profondeur de l’oligospermie, pour atteindre 10% en cas d’azoospermie.

Le pourcentage de spermatozoïdes aneuploïdes augmente avec l’âge de l’homme, pouvant atteindre 13% au-delà de 44 ans. Carrell (2003) avait montré une augmentation significative des anomalies morphologiques, de l’aneuploïdie et de l’apoptose chez l’homme en cas de FCSR, peut-être en rapport avec une augmentation de la fragmentation de l’ADN des spermatozoïdes. Egozcue (2003) a lui retrouvé plus de disomies du chromosome sexuel chez les hommes de femmes avec des FCSR. Gopalkrishnan (2000) a montré que la chromatine des spermatozoïdes de conjoints de femmes ayant eu des FCSR présente de larges vacuoles, des bords irréguliers et une compaction variable.

Cependant, l’introduction de l’IMSI n’a pas fait baissé les taux de FCS par rapport à l’ICSI pour de nombreux auteurs [4,7].

Chez l’animal, plusieurs études ont mis en évidence une relation entre l’altération du gamète mâle (hyperthermie) et le développement embryonnaire et la survenue de FCSR, tout comme chez l’homme où cette toxicité est désormais admise (Male Mediated Development Toxicity d’Anderson en 2005 ou de Cordier en 2008).

Enfin, certaines pathologies gravidiques peuvent être secondaires à une cause masculine, comme la prééclampsie plus fréquente après changement de partenaire ou en cas de recours à un sperme de donneur.

Tableau 1: Résultats comparatifs de la FIV et de l’ICSI dans le cas où 5 ovocytes au maximum sont recueillis (d’aprés Mandelbaum 1997).

 

 FIV

avec sperme

normal

FIV

avec sperme

anormal

  ICSI p x² test
Ponctions  82 48  53 
 Ovocytes recueillis 287  167  215 
 Ovocytes/ponction 3,5 3,5 4,05  NS
 Ovocytes matures %  80  71  60  NS
 Ovocytes matures par ponction 2,8 2,5 2,5  NS
 Taux fécondation % 76  40 78 < 0,01
 Embryons transférés 1,9 1,6 1,9  NS
 Embryons normaux par ovocyte mature 65 53 71 < 0,01
 Grossesse clinique par ponction % 16 4 11 NS 

 

NS : non significatif

Références

 

  1. Amann R, Hammerstedt R. In vitro evaluation of sperm quality : an opinion. J Androl 1993; 14: 397-406
  2. Storey B. Interactions between gametes leading to fertilization: the sperm’s eye view. Reprod Fertil Dev 1995; 7: 927-42
  3. Palermo G, Joris H, Devroey P, Van Steirteghem AC. Pregnancies after intracytoplasmic injection of single spermatozoon into an oocyte. Lancet 1992; 340: 17-8
  4. Bartoov B, Berkovitz A, Eltes F, Kogosowski A, Menezo Y, Barak Y. Real-time fine morphology of motile human sperm cells is associated with IVF-ICSI outcome. J Androl 2002; 23: 1-8
  5. Berkovitz A, Eltes F, Lederman H, Peer S, Ellenbogen A, Feldberg B, Bartoov B. How to improve IVF-ICSI outcome by sperm selection. Reprod Biomed Online 2006; 12: 634-8
  6. Balaban B, Yakin K, Alatas C, Oktem O, Isiklar A, Urman B. Clinical outcome of intracytoplasmic injection of spermatozoa morphologically selected under high magnification: a prospective randomized study. Reprod Biomed Online 2011 [Epub ahead of print]
  7. Oliveira JB, Cavagna M, Petersen CG, Mauri AL, Massaro FC, Silva LF, Baruffi RL, Franco JG Jr. Pregnancy outcomes in women with repeated implantation failures after intracytoplasmic morphologically selected sperm injection (IMSI). Reprod Biol Endoc 2011; 9: 99
  8. Franco JG Jr, Baruffi RL, Mauri AL, Petersen CG, Oliveira JB, Vagnini L. Significance of large nuclear vacuoles in human spermatozoa : implications for ICSI. Reprod Biomed Online 2008 ; 17 : 42-5
  9. Wilding M, Coppola G, di Matteo L, Palagiano A, Fusco E, Dale B. Intracytoplasmic injection of morphologically selected spermatozoa (IMSI) improves outcome after assisted reproduction by deselecting physiologically poor quality spermatozoa. J Assist Reprod Genet 2011 ; 28 : 253-62
  10. Vanderzwalmen P, Hiemer A, Rubner P, Bach M, Neyer A, Stecher A, Uher P, Zintz M, Lejeune B, Vanderzwalmen S, Cassuto G, Zech NH. Blastocyst development after sperm selection at high magnification is associated with size and number of nuclear vacuoles. Reprod Biomed Online 2008 ; 17 : 617-27

 

Limitées à 10, les autres références des études rapportées dans ce texte sont disponibles au niveau du MEDLINE (PubMed)

QCM Post-Test
# 1. Certaines conditions impactent la qualité du sperme :

A : l’âge masculin

B : l’âge féminin

C : l’obésité

D : le tabac

(bonnes réponses : A, C, D)

# 2. L’implantation embryonnaire est améliorée par :

A : l’IMSI

B : l’âge féminin

C : la fragmentation de l’ADN des spermatozoïdes

D : une méthylation normale de l’ADN des spermatozoïdes

(bonnes réponses : B, D)

Philippe MERVIEL, Emmanuelle LOURDEL, Rosalie CABRY, Véronique BOULARD, Mélanie BRZAKOWSKI, Florence SCHEFFLER, Sophie DUPOND, Françoise BRASSEUR, Aviva DEVAUX, Henri COPIN

Centre d’Assistance Médicale à la Procréation. CHU d’Amiens. 124 rue Camille Desmoulins, 80054 Amiens Cedex 1

Correspondance : Pr Philippe MERVIEL

Service de Gynécologie-Obstétrique, Centre d’AMP – Université de Picardie Jules Verne

124 rue Camille Desmoulins, 80054 Amiens cedex 1 – France

Merviel.Philippe@chu-amiens.fr