Dottorato in SCIENZE ENDOCRINOLOGICHE

Titolo della tesi: Obesità maschile, riproduzione ed epigenetica: effetti della dieta chetogenica e impatto delle alterazioni metaboliche in PMA

L’obesità è una patologia metabolica complessa, risultante dall’interazione di fattori ereditari, ambientali e comportamentali, spesso correlata a gravi comorbidità, tra cui ipogonadismo ed infertilità. È associata a disfunzioni endocrine, alterazioni della spermatogenesi, incremento della risposta infiammatoria e stress ossidativo. Inoltre, l’obesità può esercitare effetti transgenerazionali, modulando il rischio di insorgenza di malattie croniche nella progenie. Alla luce di tali evidenze, la perdita di peso attraverso un regime nutrizionale adeguato rappresenta una strategia promettente per contrastarne gli effetti negativi. In particolare, la dieta chetogenica (KD), caratterizzata da basso apporto di carboidrati, elevata quota di lipidi e adeguato contenuto proteico, si è dimostrata efficace nella riduzione del peso corporeo, della glicemia e dei lipidi sierici, nonché nel miglioramento dello stato infiammatorio. Inoltre, i corpi chetonici prodotti durante tale regime possono costituire una fonte energetica utile per la motilità degli spermatozoi. Tuttavia, le conoscenze sugli effetti della dieta chetogenica sulla salute riproduttiva maschile restano ancora limitate. Il presente lavoro si inserisce nell’ambito del Flagship 4 del Piano PNRR, che promuove la salute e il benessere attraverso la ricerca scientifica e l’innovazione tecnologica. Indagando i meccanismi molecolari ed epigenetici alla base della relazione tra obesità e fertilità maschile, il progetto contribuisce a una più approfondita comprensione dei processi che legano obesità, gametogenesi e sviluppo embrionale, con l’obiettivo di identificare potenziali biomarcatori utili alla diagnosi e al trattamento dell’infertilità maschile. La ricerca affronta un tema di rilevanza clinica e sociale, con un duplice focus: la prevenzione, mediante la promozione di uno stile di vita sano, e l’innovazione metodologica, grazie all’impiego di tecniche avanzate per l’analisi dei miRNA, della metilazione del DNA e dell’integrità della cromatina. I risultati ottenuti offrono un contributo significativo allo sviluppo di nuove strategie diagnostiche e terapeutiche mirate a migliorare la salute riproduttiva e a prevenire le malattie croniche non trasmissibili. Il progetto è articolato in tre studi principali: Studio 1 – Sono stati confrontati i parametri citologici, molecolari ed epigenetici, in particolare SDF% (Tunel), espressione dei miR-34c-5p, miR-449b-5p e miR-19b-3p (DigitalPCR) e metilazione dei geni H19, IGF2, PEG1/MEST (pirosequenziamento) in pazienti obesi (BMI > 30 kg/m²) e uomini normopeso (BMI < 25 kg/m²). Materiali e Metodi: sono stati reclutati i campioni seminali di 24 pazienti obesi e 19 uomini normopeso sottoposti a visita andrologica. I pazienti normopeso presentavano livelli significativamente più elevati di testosterone (p < 0.001), volume eiaculatorio (p = 0.058) e concentrazione nemaspermica (p = 0.012). I soggetti obesi mostravano una maggiore SDF% (p < 0.001) e una ridotta espressione di miR-34c-5p e miR-449b-5p (p< 0.001; p= 0.015; rispettivamente). L’analisi della metilazione ha evidenziato differenze nei geni imprinted. H19: CpG1 ha mostrato una tendenza di correlazione negativa con l’espressione di miR-19b-3p (ρ = -0.354; p= 0.076), mentre CpG2 correla positivamente e significativamente con miR-449b-5p (ρ = 0.413; p= 0.036). IGF2: metilazione totale correla positivamente e significativamente con la concentrazione nemaspermica (ρ = 0.379; p= 0.051) e CpG2 correla negativamente e significativamente con il volume dell’eiaculato (ρ = -0.369; p= 0.058). PEG1/MEST: CpG1 mostra una differenza statisticamente significativa tra i due gruppi (p= 0.018), con % di metilazione più elevata nei pazienti obesi. L’analisi statistica ha rilevato una tendenza alla correlazione positiva tra CpG3 e BMI (ρ = 0.353; p= 0.071) e una correlazione significativa positiva tra CpG3 e la FDS% (ρ = 0.426; p= 0.027). Inoltre, è stata rilevata una correlazione significativa e positiva tra CpG4 e la motilità progressiva totale (ρ = 0.480; p= 0.011) e la vitalità (ρ = 0.404; p= 0.037) e una tendenza a una correlazione positiva con la concentrazione nemaspermica (ρ = 0.364; p= 0.062). Studio 2 – Sono stati valutati gli effetti di tre mesi di dieta chetogenica con prodotti commerciali standardizzati specificamente formulati per questo regime alimentare, su parametri citologici e molecolari in otto uomini obesi (BMI > 30 kg/m²) per comprendere come un corretto regime alimentare, indotto dalla dieta chetogenica, può impattare positivamente sulla fertilità maschile. I livelli di chetonemia hanno confermato l’aderenza alla dieta. Dopo il trattamento, si è osservato un aumento significativo del testosterone (p = 0.019), una riduzione marcata della SDF% (p < 0.0019) e un incremento dell’espressione del miR-34c-5p (p = 0.007), suggerendo un miglioramento della qualità nemaspermica e dello stato ormonale. Studio 3 – Sono stati analizzati 61 uomini appartenenti a coppie infertili afferenti al Centro PMA del Policlinico Umberto I, stratificati per BMI in normopeso (< 25 kg/m²), sovrappeso (25–29.9 kg/m²) e obesi (> 30 kg/m²). È stata rilevata una maggiore percentuale di forme atipiche (p = 0.026) e un aumento significativo della FDS% (p = 0.023) nei soggetti sovrappeso/obesi, unitamente a una tendenza verso una minore espressione del miR-449b-5p. Inoltre, l’espressione del miR-34c-5p è risultata inversamente correlata alla qualità embrionale, suggerendo un potenziale ruolo di questi miRNAs nella regolazione dei processi di sviluppo. Nonostante gli innumerevoli progressi nel campo della medicina della riproduzione, l’infertilità maschile rappresenta ancora una delle principali cause di infertilità di coppia. I risultati di questo progetto confermano che, anche in presenza di parametri seminali convenzionali nella norma, alterazioni in FDS% e nell’espressione di sperm-borne miRNAs e nei processi di metilazione del DNA nemaspermico, possono compromettere la qualità del gamete e lo sviluppo embrionale precoce. Pertanto, è essenziale adottare un approccio integrato alla valutazione della coppia infertile che includa la considerazione dello stato metabolico e ponderale del partner maschile, sia prima del concepimento naturale sia nell’ambito della procreazione medicalmente assistita. Il miglioramento della salute metabolica dell’uomo emerge così come obiettivo strategico per preservare la fertilità, favorire uno sviluppo embrionale ottimale e promuovere il benessere delle generazioni future.