Exogenous melatonin supplementation prevents oxidative stress-evoked DNA damage in human spermatozoa

Abstract

Reactive oxygen species (ROS) are essential for sperm physiological functions such as capacitation, hyperactivation, and acrosome reaction, on the one hand, and for stimulating the apoptotic processes involved in the regulation of spermatogenesis, on the other hand. However, the imbalance between production and removal of ROS leads to oxidative stress, which is referred to as one of the main factors involved in male infertility. The pineal hormone melatonin, given its low toxicity and well-known antioxidant capacity, could be an excellent candidate to improve sperm quality. For this reason, the objective of the present work was to analyze whether long-term supplementation with melatonin to infertile men affects human sperm quality and the quality of the embryos retrieved from their couples. Our findings showed that the daily supplementation of 6 mg melatonin, as early as after 45 days of treatment, produced an increase in melatonin endogenous levels, indirectly measured as urinary 6-sulfatoxymelatonin (aMT6-s), an enhancement of both urinary and seminal total antioxidant capacity, and a consequent reduction in oxidative damage caused in sperm DNA. Moreover, couples whose men were given melatonin showed a statistically significant increase in the percentage of grade A (embryo with blastomeres of equal size; no cytoplasmic fragmentation), B (embryo with blastomeres of equal size; minor cytoplasmic fragmentation), and C (embryo with blastomeres of distinctly unequal size; significant cytoplasmic fragmentation) embryos at the expense of grade D (embryo with blastomeres of equal or unequal size; severe or complete fragmentation.) embryos which were clearly reduced. In summary, melatonin supplementation improves human sperm quality, which is essential to achieve successful natural and/or assisted reproduction outcome.

Las especies reactivas de oxígeno (ERO) son esenciales para las funciones fisiológicas de los espermatozoides, como la capacitación, la hiperactivación y la reacción acrosómica, por un lado, y para estimular los procesos apoptóticos involucrados en la regulación de la espermatogénesis, por otro. Sin embargo, el desequilibrio entre la producción y la eliminación de ROS conduce al estrés oxidativo, que se conoce como uno de los principales factores involucrados en la infertilidad masculina. La hormona pineal melatonina, dada su baja toxicidad y conocida capacidad antioxidante, podría ser una excelente candidata para mejorar la calidad del esperma. Por esta razón, el objetivo del presente trabajo fue analizar si la suplementación a largo plazo con melatonina a hombres infértiles afecta la calidad espermática humana y la calidad de los embriones recuperados de sus parejas. Nuestros hallazgos mostraron que la suplementación diaria de 6 mg de melatonina, tan pronto como después de 45 días de tratamiento, produjo un aumento en los niveles endógenos de melatonina, medidos indirectamente como 6-sulfatoximelatonina (aMT6-s) urinaria, un aumento de la capacidad antioxidante total tanto urinaria como seminal, y una consiguiente reducción del daño oxidativo causado en el ADN del esperma. Además, las parejas cuyos hombres recibieron melatonina mostraron un aumento estadísticamente significativo en el porcentaje de embriones de grado A (embrión con blastómeros de igual tamaño; sin fragmentación citoplásmica), B (embrión con blastómeros de igual tamaño; fragmentación citoplásmica menor) y C (embrión con blastómeros de tamaño claramente desigual; fragmentación citoplásmica significativa) a expensas de los embriones de grado D (embrión con blastómeros de igual o desigual tamaño; fragmentación grave o completa) que se vieron claramente reducidos. En resumen, la administración de suplementos de melatonina mejora la calidad de los espermatozoides humanos, lo que es esencial para lograr un resultado de reproducción natural y/o asistida exitoso.