Beheersing van onvruchtbaarheid door afwezigheid van de zaadleiders

Door Robert D. Oates, MD

Als uw patiënte niet zwanger kan worden omdat haar partner cystische fibrose of congenitale bilaterale afwezigheid van de zaadleiders heeft, biedt geassisteerde voortplantingstechnologie een oplossing. Maar deze aandoeningen hebben genetische implicaties die u in gedachten moet houden wanneer u dergelijke paren adviseert.

Cystische fibrose (CF) is een veel voorkomende aandoening die bij ongeveer één op de 1600 mensen van Noord-Europese afkomst voorkomt.1 Bij bijna alle mannen met CF ontbreekt de vasa deferentia bilateraal.2 Een andere aandoening, congenitale bilaterale afwezigheid van de vas deferens (CBAVD), komt voor bij ongeveer 1% van de onvruchtbare mannen en bij een hoger percentage van degenen die zich presenteren met azoöspermie.3

Tot voor kort hadden mannen met CF of CBAVD vrijwel geen kans om vader te worden, maar met de huidige technologie is dat nu wel mogelijk.4 Artsen die betrokken zijn bij voortplantingsgeneeskunde moeten de feiten begrijpen en de nuances van deze twee aandoeningen op waarde weten te schatten om paren met onvruchtbaarheid te kunnen begeleiden. In dit artikel zal ik ingaan op de genetische kwesties die een rol spelen en hoe we vrouwen en hun getroffen partners kunnen helpen conceptie te realiseren.

De genetica van cystische fibrose

In 1968 werd ontdekt dat de reden voor onvruchtbaarheid bij volwassen mannen met klinisch erkende CF een afwezigheid van beide vasa deferentia was.5 Spermatogenese is normaal bij dergelijke mannen, maar vasale aplasie leidt tot obstructieve azoöspermie.

CF is de meest voorkomende letale autosomaal recessieve ziekte die voorkomt bij mensen van Noord-Europese afkomst. Onder asymptomatische personen met deze achtergrond is de dragerschapsfrequentie 4% tot 5%. Rommens en medewerkers ontdekten dat het CF-gen zich bevindt in een gebied op de lange arm van chromosoom 7, locus 31.6 Een 250-kb fragment van dit gen codeert voor een eiwit dat cystische fibrose transmembraan conductantie regulator (CFTR) wordt genoemd. Dit is een membraangebonden molecuul dat helpt bij het transmembraantransport van chloride-ionen, om een optimale hydratatietoestand in de door epitheliale cellen gevoede lumina te handhaven. Als CFTR disfunctioneel is, wordt de afscheiding in de kleine luchtwegen in de longen en in de pancreasbuizen hardnekkig en belemmert deze structuren, wat tot ademhalings- en pancreascomplicaties leidt.

Er zijn meer dan 800 mutaties in het CF-allel geïdentificeerd, waarvan de meest voorkomende

F508 is. Deze mutatie is een in-frame deletie van drie basenparen die een fenylalanineresidu volledig uit CFTR verwijdert, waardoor de functionele capaciteit aanzienlijk wordt beperkt. Sommige andere mutaties, zoals R117H, hebben een veel minder grote invloed op de integriteit en de capaciteit van het resulterende CFTR-eiwit. Het is de mildste mutatie van de twee die een patiënt erft die de klinische aard van de ziekte bepaalt.

Als twee ernstige mutaties in een individu naast elkaar voorkomen, zoals vaak gebeurt wanneer CF-patiënten homozygoot zijn voor

F508, zal de ziekte extreem van aard zijn, met zowel long- en pancreasdisfunctie als vasale agenese. Maar wanneer de afwijkingen van het CF-gen niet zo ernstig zijn, is de ziekte minder hard. In deze situaties kan de patiënt een adequate pancreasfunctie hebben, maar een gecompromitteerde ademhalingsstatus en geen vasa. Kortom, het fenotypische spectrum van CF hangt af van de precieze afwijkingen in de twee CF-allelen en deze bepalen de ernst van de ziekte.

De genetica van CBAVD

Dezelfde concepten zijn nuttig voor het begrijpen van congenitale afwezigheid van de vas deferens.7 Mannen met CBAVD hebben een normale longfunctie en pancreasfunctie; hun enige klinische gelijkenis met CF is vasale agenese. Hun aandoening kan voor het eerst worden herkend wanneer zij zich presenteren als de mannelijke partner in een onvruchtbaar huwelijk. Hoewel ze de meeste symptomen van CF niet vertonen, heeft 65% tot 80% van de mannen met CBAVD ten minste één aantoonbare mutatie of afwijking in hun CF-allel.8-10 Dit is duidelijk hoger dan de bekende dragerschapsfrequentie in de algemene bevolking en toont aan dat veel gevallen van CBAVD milde fenotypische uitingen zijn van CFTR-disfunctie.

De CFTR-pool is echter niet zo verarmd of disfunctioneel bij mannen met CBAVD als bij mannen met CF-gerelateerde long- of pancreasaandoeningen naast vasale agenese. Het lijkt erop dat CBAVD en CF zich aan twee tegenovergestelde uiteinden bevinden van de fenotypische reeks die door CFTR-afwijking wordt bepaald. Een van de meest voorkomende afwijkingen van het CF-gen bij mannen met CBAVD is de 5-thymidine variant van het polythymidine tract in de splice acceptor site van intron 8 dat voorafgaat aan exon 9 (IVS8-5T).11,12 Deze variant wordt gevonden in ongeveer 5% van de algemene bevolking en beperkt de pool van rijp mRNA dat de exon 9 boodschap bevat.

Een groot deel van het getranscribeerde exon 9 wordt weggesplitst tijdens de verwerking van het nascente mRNA en de aminozuurderivaten van exon 9 worden daarom niet opgenomen in het uiteindelijke CFTR-eiwit, wat leidt tot een grote verstoring van de functionele capaciteit ervan. Als een 5T-allel gepaard gaat met een mutatie in het tegenoverliggende CF-gen, wordt de totale hoeveelheid normaal CFTR aanzienlijk verminderd tot een niveau waarop de vasale morfogenese in gevaar kan komen. In een serie mannen met CBAVD werd bijvoorbeeld een 5T-allel gevonden bij 24 van de 64 mannen (38%) en dit ging gepaard met een erkende mutatie op het tegenoverliggende allel (13 van de 64 mannen, 20%).13 In dezelfde serie werden 72 mutaties gevonden wanneer zowel directe sequencing als 5T-analyse werd uitgevoerd. Deze frequentie is aanzienlijk hoger dan de frequentie die werd vastgesteld met een routinepanel dat zoekt naar de 31 meest voorkomende mutaties in de CF-populatie.

Het spectrum van mutaties bij mannen met CBAVD verschilt enigszins van dat bij de CF-populatie. Het genetisch laboratorium moet op de hoogte zijn van de klinische diagnose, zodat de tests gerichter en nauwkeuriger kunnen worden uitgevoerd.

Genetisch onderzoek en counseling

Het is waarschijnlijk dat een paar dat klaagt over onvruchtbaarheid als gevolg van CF of CBAVD toch een zwangerschap probeert te krijgen. Als de vrouw drager is van een mutatie, kan het nageslacht twee mutaties erven en zowel CF als CBAVD krijgen, afhankelijk van de precieze afwijkingen die aanwezig zijn (figuur 1). Om deze en andere redenen moet bij een man met CF of CBAVD een CF-mutatieanalyse worden uitgevoerd.3 Afhankelijk van de bevindingen kan een preïmplantatie genetische screening worden uitgevoerd op alle embryo’s die tijdens geassisteerde voortplantingsprocedures worden gegenereerd, om te voorkomen dat embryo’s met mutaties in beide allelen worden overgeplaatst.

Een nauwe samenwerking met onze collega’s in de medische genetica is belangrijk voor het inschatten van de risico’s en het adviseren van paren in deze situatie. Hoewel het ondoenlijk is om uw patiënte en haar partner op elke tot nu toe beschreven mutatie en polymorfisme te laten testen, kan de a priori risicoschatting voor het paar worden teruggebracht tot de orde van 1 op 400 door te zoeken naar een selectie van de meest voorkomende afwijkingen in het CF-gen. Het kind zal nog steeds drager zijn, maar op zichzelf is dit niet schadelijk. Immers, één op de 20 mensen van Noord-Europese afkomst is drager. Bezorgdheid over toename van het aantal dragers is ongegrond, omdat het effect op de dragerschapspopulatie in de wereld nauwelijks meetbaar is als deze paren ervoor kiezen kinderen te krijgen.

De diagnose CF of CBAVD betekent ook dat anderen in de familie van de man, met name zijn broers en zussen, ook CF-mutaties kunnen hebben. Als we aannemen dat een man met CF of CBAVD twee identificeerbare CF-genafwijkingen heeft, kunnen we voorspellen dat 25% van zijn broers en zussen geen mutaties van hun ouders erven, 25% de twee CF-allelafwijkingen erven, en 50% één mutatie van ofwel vader ofwel moeder erven. Hierdoor lopen deze broers en zusters het risico zelf een bepaalde vorm van de ziekte te krijgen of mogelijk een kind met CF of CBAVD te krijgen als hun echtgenoot asymptomatische drager is. Familiescreening kan deze risicodragers opsporen.

Een klein percentage mannen met CBAVD heeft unilaterale nier-genese en geen aanwijsbare CF-mutaties. Deze mannen hebben waarschijnlijk een geheel andere genetische etiologie waarbij de CF genen niet betrokken zijn. Het kan een oorzaak zijn die kan leiden tot unilaterale of bilaterale nieradenesis bij verwekte nakomelingen. Het echtpaar moet van deze mogelijkheid op de hoogte worden gebracht, ook al is de precieze kans op het optreden ervan op dit moment onbekend.

Wat zijn de therapeutische mogelijkheden?

In de normale mannelijke anatomie komen de spermatozoa vrij uit de Sertoli cellen en beginnen hun reis in het lumen van de zaadbuizen. Deze eerste gangen komen samen in het mediastinum van de testis en vormen de rete testis. Van hieruit ontstaan zes tot acht efferente ductulen die zich buiten de grenzen van de testis verplaatsen en zich samenvoegen in het eerste deel van de bijbal, de caput. De efferente ducten smelten uiteindelijk samen tot één enkele tubulus die sterk opgerold is en achtereenvolgens het corpus en de cauda epididymis vormt.

Mannen die geen vasa hebben, hebben toch de caput epididymis, omdat deze structuur afstamt van een andere embryologische voorloper dan het corpus, cauda, vas, en de zaadblaasjes. In ongeveer 50% van de gevallen van CBAVD kunnen resten van het corpus of de cauda aanwezig zijn, die zich voortzetten vanuit de eigenlijke epididymale tubulus als die uit de caput komt.

Bij mannen met deze aandoeningen vertoont de sperma-analyse een laag volume (<1 mL) en is het sperma zuur (pH <7,0) en azoöspermisch. De zaadblaasjes zijn aplastisch of atrofisch en als er een restweefsel is, is dat meestal disfunctioneel.14

Silber en collega’s pionierden met microchirurgische sperma aspiratie voor mannen met CBAVD, in combinatie met in vitro fertilisatie. Mijn groep breidde deze strategie uit tot mensen met klinische CF.15 In die begindagen was het algehele succespercentage echter laag, vanwege het beperkte vermogen van het sperma om een geoogste eicel te bevruchten tijdens standaard IVF. In gegevens gepubliceerd door de Sperm Microaspiration Retrieval Techniques Study Group was het bevruchtingspercentage slechts 7% en het uiteindelijke zwangerschapspercentage 5%.16

De oplossing, ook weer te danken aan Silber, was de toepassing van de nieuwe techniek van intracytoplasmatische sperma-injectie (ICSI), waarbij één spermacel mechanisch in de gewonnen eicel wordt geplaatst.17 ICSI kon het onvermogen van de zaadcellen om door de buitenste membranen van de eicel te dringen en het genetische pakket naar de binnenkant van de eicel te brengen, overwinnen, zodat de succespercentages spectaculair stegen. Het hoge bevruchtingspercentage bewees dat de kern van de spermatozoïde die chirurgisch werd geoogst bij patiënten met CF of CBAVD, perfect in staat was zijn rol in het bevruchtingsproces te spelen, als hij maar in het ooplasma kon doordringen.

ICSI is zo’n krachtig instrument in gevallen als deze dat we begonnen zijn met het gebruik van gecryopreserveerde epididymale spermacellen met een werkzaamheid die gelijk is aan die van vers verkregen sperma.18 Dit biedt meer flexibiliteit, omdat het oogsten van sperma niet hoeft te gebeuren op het moment dat de eicel wordt verkregen.19 Bovendien kan een enkele chirurgische ingreep een hoeveelheid sperma opleveren voor cryopreservatie in verschillende flesjes, om indien nodig te dienen als bron van sperma voor meerdere ICSI-cycli. De zwangerschapspercentages benaderen nu die welke routinematig bij ICSI worden gezien, ongeveer 35% tot 45% per cyclus, afhankelijk van de vruchtbaarheid van de vrouwelijke partner.

Microchirurgische epididymale spermaaspiratie (MESA) wordt uitgevoerd onder plaatselijke verdoving en een kleine hoeveelheid IV-sedatie. Er wordt een kleine incisie gemaakt in de mantel van de epididymis en een enkele epididymale tubulus wordt geïsoleerd. Er wordt een klein gaatje gemaakt in het voorste, zich presenterende oppervlak en de vloeistof die eruit komt, wordt voorzichtig opgezogen in een sperma-vriendelijk medium. Het monster wordt geanalyseerd, spaarzaam verwerkt en vervolgens onderverdeeld in 6 tot 10 cryovials (figuur 2). De morbiditeit van deze open benadering is minimaal.

In de toekomst kunnen we testisweefsel gewoon extraheren om als sperma-reservoir te dienen, dat wil zeggen, als is aangetoond dat ingevroren en ontdooid testissperma succesvol is en vrij van schade op lange termijn. Voorlopig werken de meeste embryologen echter liever met spermahoudende vloeistof dan met spermahoudend weefsel.

Concluderend: mannen met CF of CBAVD kunnen niet op natuurlijke wijze vader worden, maar kunnen dat wel met een combinatie van spermawinning en ICSI. We begrijpen de genetische basis van de aandoeningen en moeten ervoor zorgen dat voorafgaand aan elke ingreep de juiste tests en counseling plaatsvinden, zodat de aanstaande ouders zich bewust zijn van de genetische risico’s voor het verwekte nageslacht.

1.Kerem B, Rommens JM, Buchanan JA, et al. Identification of the cystic fibrosis gene: genetic analysis. Science. 1989;245:1073-1080.

2.Phillipson G. Cystic fibrosis and reproduction. Reprod Fertil Dev. 1998;10:113-119.

3.Oates RD. De genetica van de mannelijke voortplanting. In: Sandlow J, ed. Infertility and Reproductive Clinics of North America. Vol. 10. St. Louis, Mo: Mosby; 1999:411-427. Louis: Mosby; 1999:411-427.

4.Silber SJ, Balmaceda J, Borrero C, et al. Pregnancy with sperm aspiration from the proximal head of the epididymis: a new treatment for congenital absence of the vas deferens. Fertil Steril. 1988;50:525-528.

5.Kaplan E, Shwachman H, Perlmutter AD, et al. Reproductive failure in males with cystic fibrosis. N Engl J Med. 1968;279:65-69.

6.Rommens JM, Iannuzzi MC, Kerem B, et al. Identification of the cystic fibrosis gene: chromosome walking and jumping. Science. 1989;245:1059-1065.

7.Anguiano A, Oates RD, Amos JA. Congenitale bilaterale afwezigheid van de vas deferens. Een primair genitale vorm van cystic fibrosis. JAMA. 1992;267:1794-1797.

8.Oates RD, Amos JA. Congenitale bilaterale afwezigheid van de vas deferens en cystic fibrosis. Een genetische gemeenschappelijkheid. World J Urol. 1993;11:82-88.

9.Kanavakis E, Tzetis M, Antoniadi T, et al. Cystic fibrosis mutation screening in CBAVD patients and men with obstructive azoospermia or severe oligozoospermia. Mol Hum Reprod. 1998;4:333-337.

10.Oates RD, Amos JA. De genetische basis van congenitale bilaterale afwezigheid van de vas deferens en cystic fibrosis. J Androl. 1994;15:1-8.

11.Chillon M, Casals T, Mercier B, et al. Mutaties in het cystic fibrosis gen bij patiënten met congenitale afwezigheid van de vas deferens. N Engl J Med. 1995;332:1475-1480.

12. Dohle GR, Ramos L, Pieters MH, et al. Chirurgische sperma retrieval en intracytoplasmatische sperma injectie als behandeling van obstructieve azoöspermie. Hum Reprod. 1998; 13:620-623.

13.Mak V, Zielenski J, Tsui LC, et al. Proportion of cystic fibrosis gene mutations not detected by routine testing in men with obstructive azoospermia. JAMA. 1999; 281:2217-2224.

14.Schlegel PN, Shin D, Goldstein M. Urogenital anomalies in men with congenital absence of the vas deferens. J Urol. 1996;155:1644-1648.

15.Oates RD, Honig S, Berger MJ, et al. Microscopic epididymal sperm aspiration (MESA): a new option for treatment of the obstructive azoospermia associated with cystic fibrosis. J Assist Reprod Genet. 1992;9:36-40.

16.Resultaten in de Verenigde Staten met sperma microaspiratie retrieval technieken en geassisteerde voortplantingstechnologieën. The Sperm Microaspiration Retrieval Techniques Study Group. J Urol. 1994;151:1255-1259.

17.Silber SJ, Nagy ZP, Liu J, et al. Conventional in-vitro fertilization versus intracytoplasmic sperm injection for patients requiring microsurgical sperm aspiration. Hum Reprod. 1994;9:1705-1709.

18.Oates RD, Lobel SM, Harris D, et al. Doeltreffendheid van intracytoplasmatische sperma-injectie met behulp van opzettelijk gecryopreserveerde epididymale spermatozoa. Hum Reprod. 1996;11:133-138.

19.Okada H, Yoshimura K, Fujioka H, et al. Geassisteerde voortplantingstechnologie voor patiënten met congenitale bilaterale afwezigheid van vas deferens. J Urol. 1999; 161:1157-1162.

Dr. Oates is universitair hoofddocent Urologie, Boston University School of Medicine, Boston Medical Center, Boston, Mass.

Robert Oates. Managing infertility due to absence of the vas deferens. Hedendaagse Ob/Gyn 2000;10:77-85.