Metformin inhibits human spermatozoa motility and signalling pathways mediated by protein kinase A and tyrosine phosphorylation without affecting mitochondrial function

Abstract

Metformin is a leading antidiabetic drug that is used worldwide in the treatment of diabetes mellitus. This biguanide exerts metabolic and pleiotropic effects in somatic cells, although its in vitro actions on human spermatozoa remain unknown. The present study investigated the effects of metformin on human sperm function. Human spermatozoa were incubated in the presence or absence of 10 mM metformin for 8 or 20 h, and motility was measured by computeraided sperm analysis (CASA); other parameters were evaluated by flow cytometry. Metformin significantly reduced the percentage of motile, progressive and rapid spermatozoa and significantly decreased sperm velocity. Metformin did not affect viability, mitochondrial membrane potential (MMP) or mitochondrial superoxide anion generation of human spermatozoa at any time studied. However, metformin clearly inhibited the protein kinase (PK) A pathway and protein tyrosine phosphorylation at 8 and 20 h, key regulatory pathways for correct sperm function. In summary, metformin treatment of human spermatozoa had a detrimental effect on motility and inhibited essential sperm signalling pathways, namely PKA and protein tyrosine phosphorylation, without affecting physiological parameters (viability, MMP, mitochondrial superoxide anion generation). Given the growing clinical use of metformin in different pathologies in addition to diabetes, this study highlights an adverse effect of metformin on spermatozoa and its relevance in terms of human fertility in patients who potentially could be treated with metformin in the future.

La metformina es un fármaco antidiabético líder que se utiliza en todo el mundo en el tratamiento de la diabetes mellitus. Esta biguanida ejerce efectos metabólicos y pleiotrópicos en células somáticas, aunque se desconocen sus acciones in vitro sobre espermatozoides humanos. El presente estudio investigó los efectos de la metformina sobre la función del esperma humano. Se incubaron espermatozoides humanos en presencia o ausencia de metformina 10 mM durante 8 o 20 h, y se midió la motilidad mediante análisis de esperma asistido por computadora (CASA); otros parámetros fueron evaluados mediante citometría de flujo. La metformina redujo significativamente el porcentaje de espermatozoides móviles, progresivos y rápidos y disminuyó significativamente la velocidad de los espermatozoides. La metformina no afectó la viabilidad, el potencial de membrana mitocondrial (MMP) ni la generación de anión superóxido mitocondrial en humanos. espermatozoides en cualquier momento estudiado. Sin embargo, la metformina inhibió claramente la vía de la proteína quinasa (PK) A y la fosforilación de la proteína tirosina a las 8 y 20 h, vías reguladoras clave para la correcta función de los espermatozoides. En resumen, el tratamiento con metformina de espermatozoides humanos tuvo un efecto perjudicial sobre la motilidad e inhibió las vías de señalización esenciales de los espermatozoides, concretamente la PKA y la fosforilación de la proteína tirosina, sin afectar los parámetros fisiológicos (viabilidad, MMP, generación de anión superóxido mitocondrial). Dado el creciente uso clínico de metformina en diferentes patologías además de la diabetes, este estudio destaca un efecto adverso de la metformina sobre los espermatozoides y su relevancia en términos de fertilidad humana en pacientes que potencialmente podrían ser tratados con metformina en el futuro.