Centre d’Assistance Médicale à la Procréation - CECOS

Hôpital Jean Verdier, APHP, Bondy (HUPSSD)

Présidente des BLEFCO www.blefco.com CA SF-DOHAD www.sf-dohad.fr

Management Committee action COST « Epigénétique et environnement périconceptionnel » www.cost.eu

UREN, Unité de Recherche en Epidémiologie Nutritionnelle,

UMR U557 Inserm ; Inra ; Cnam ; Paris 13, Bobigny

NUTRITION ET FERTILITE MASCULINE :

IMPACT SUR LA DESCENDANCE

Pr. RACHEL LEVY

4emes Assises Nationales de Gynécologie Nancy 31 mai 2013

NUTRITION / FERTILITE

Etudes ObEpi

Déclin spermatique ?-32.2% de 1989-2005

Rolland et al., 2013

% d

es

ho

mm

es

2

EFFET : � EVALUER !� MODIFIER →REVERSIBLE ?�TRANSGENERATIONNEL ?

Castetbon et al. 2009

�43 % des femmes avec TT > 88 cm

�27% des hommes avec TT >100 cm

�57 % des hommes et 77% des femmes ont des apports en calcium < ANC

�35% ont une fréquence de consommation en fruits et légumes insuffisante

�35% ont des apports totaux en lipides < 35% des AESA

STATUT NUTRITIONNEL

MEDIOCRE

Seuils NCEP/ATPIII, syndrome métabolique, ObEpi 201 2

ADIPOSITE

ALIMENTATION

- 3 grandes études épidémiologiques : relation dose-effet entre IMC ♂ et

hypofertilité du couple- 1 329 couples, OR surpoids ou obésité = 1,12 (1,01-1,25)

- 49 957 couples, OR surpoids et obésité = 1,15 et 1,49 (1,09-1,22 et 1,34-1,64)Ramlau-Hansen et al., 2007

- 26 303 couples, OR surpoids et obésité = 1,20 et 1,36 (1,04-1,38 et 1,13-1,63)Nguyen et al., 2007

MAIS : biais

- Couples infertiles : incidence plus élevée de l’obésité en cas d’infertilité masculine

Magnusdottir et al., 2005; Hanafy et al., 2007; Zorn et al., 2007; Pauli et al., 2008

MAIS : faibles effectifs (<100), méthodologies peu robustes

IMC ET INFERTILITE MASCULINE

Sallmen et al., 2006

4

IMC DE L’HOMME ET AMP

MAIS : faibles effectifs (~1000 au total), méthodologies peu robustes

Bakos et al., 2011

Keltz et al., 2010

Colaci et al., 2012

5

- Association négative IMC ♂♂♂♂ et chances de grossesse en FIVc

290 cycles

-↓↓↓↓ des taux de naissances vivantes avec l’IMC ♂♂♂♂ en ICSI

86 cycles, OR obésité = 0,16 (0,03-0,90), p=0,04

-↓↓↓↓des taux de blastulation et naissances vivantes avec l’IMC ♂♂♂♂ en FIV ou ICSI

305 cycles

- Impact négatif de ♂♂♂♂ IMC 554 TESE/ICSI (NOA) Ramasamy et al., 2012

IMC ♂♂♂♂ seul facteur pronostic de succès ; 0 grossesse IMC >43

4 groupes :

1. BMI♂ ≤ 25 et ♀ ≤ 252. BMI ♂♂♂♂ > 25 et ♀♀♀♀ > 253. BMI ♂♂♂♂ > 25 et ♀♀♀♀ ≤≤≤≤ 25 4. BMI ♂ ≤ 25 et ♀ > 25

Impact négatif d’un IMC élevé de la femme et de l’homme sur les taux de naissance, de

façon combinée et de façon indépendante en FIV

- Altération des paramètres spermatiques classiques en cas d’IMC élevé ?

- OUI Jensen et al.,2004; Sekhavat et al., 2010; Paasch et al., 2010;

Shayeb et al., 2011; Martini et al., 2010; Kort et al., 2006;

Chavarro et al., 2009; Hammoud et al., 2008

- NON Aggerholm et al., 2008; Li et al., 2009; Ramlau-Hansen et al., 2009

Duits et al., 2010 ; Relwani et al., 2011; Esakndar et al., 2012; Nicopoulou et al., 2009

- Si oui, lesquelles?

- Concentration et/ou numération spermatique +++

- Mobilité ++

- Morphologie +

MAIS : grande variabilité des populations étudiées et des méthodes utilisées

IMC ET SPERME

Controverse

7

Surpoids = augmentation du risque de présenter une oligozoospermie

Obésité = augmentation du risque de présenter une oligozoospermie ou une

azoospermie

Sermondade et al., Archives of Internal Medicine, 2012

- 14 études

- 9779 hommes

- données individuelles agrégées

RESULTATS

21

< 18.5 18.5-24.9 25.0-29.9 30.0-39.9 > 40.0

Body mass index (kg/m 2)

2.50

2.25

2.00

1.75

1.50

1.25

1.00

0.75

Odd

s ra

tios

(95%

CIs

)

Sermondade et al., Human Reproduction Update, 2012

- 21 études, dont les plus récentes

- 13077 hommes

- données individuelles agrégées

Courbe en « J » entre l’IMC et le risque de présenter une diminution

du nombre de spermatozoïdes

RESULTATS

22

.

.

Overall (I-squared = 55.1%, p = 0.001)

Martini et al., 2010

Subtotal (I-squared = 55.8%, p = 0.004)

Lévy et al., unpublished

Authors

Aggerholm et al., 2008

Subtotal (I-squared = 58.9%, p = 0.033)

La Vignera et al., 2012

Zorn et al., 2007 & Zorn et al., 2012

Infertile population

Vujkovic et al., 2009 & Hammiche et al., 2011

Eskandar et al., 2012

Chavarro et al., 2009

Tunc et al., 2011

General population

Jensen et al., 2004

Li et al., 2009

Koloszar et al., 2005 & Fejes et al., 2005 & Fejes et al., 2006

Keltz et al., 2010 & Relwani et al., 2011

Shayeb et al., 2011

Magnusdottir et al., 2005

Eskenazi et al., 2003

Ramlau-Hansen et al., 2009

Braga et al., 2012

Lotti et al., 2011

Duits et al., 2009

Hammiche et al., 2012

1.17 (1.06, 1.29)

1.12 (0.97, 1.29)

1.13 (1.01, 1.27)

1.09 (0.89, 1.33)

RR (95% CI)

1.08 (0.84, 1.40)

1.30 (1.03, 1.65)

2.80 (1.57, 5.01)

1.40 (0.92, 2.13)

0.71 (0.52, 0.97)

2.30 (1.28, 4.14)

1.27 (0.68, 2.40)

2.33 (0.77, 7.06)

1.16 (1.02, 1.31)

1.38 (0.92, 2.07)

1.44 (1.07, 1.94)

1.02 (0.69, 1.51)

1.14 (0.94, 1.38)

1.51 (0.67, 3.37)

2.25 (0.84, 5.98)

0.90 (0.51, 1.61)

0.73 (0.51, 1.04)

0.94 (0.75, 1.19)

1.29 (1.07, 1.56)

1.26 (0.98, 1.61)

1909/6373

309/547

1547/4816

144/388

Treatment

102/793

362/1557

56/100

41/106

42/121

130/379

41/360

20/60

153/299

28/255

108/284

64/143

221/1147

16/46

11/48

12/62

35/120

51/91

196/733

129/291

Events,

1623/6416

124/246

853/3067

111/326

Control

103/868

770/3349

10/50

23/83

50/102

10/67

11/123

3/21

533/1204

79/991

42/159

18/41

136/802

6/26

5/49

40/187

50/125

78/131

137/662

54/153

Events,

100.00

8.89

74.93

7.61

Weight

6.34

25.07

2.32

3.69

5.23

2.27

2.02

0.76

9.26

3.85

5.51

4.08

7.73

1.34

0.95

2.34

4.63

6.90

7.79

6.47

%

1.17 (1.06, 1.29)

1.12 (0.97, 1.29)

1.13 (1.01, 1.27)

1.09 (0.89, 1.33)

OR (95% CI)

1.08 (0.84, 1.40)

1.30 (1.03, 1.65)

2.80 (1.57, 5.01)

1.40 (0.92, 2.13)

0.71 (0.52, 0.97)

2.30 (1.28, 4.14)

1.27 (0.68, 2.40)

2.33 (0.77, 7.06)

1.16 (1.02, 1.31)

1.38 (0.92, 2.07)

1.44 (1.07, 1.94)

1.02 (0.69, 1.51)

1.14 (0.94, 1.38)

1.51 (0.67, 3.37)

2.25 (0.84, 5.98)

0.90 (0.51, 1.61)

0.73 (0.51, 1.04)

0.94 (0.75, 1.19)

1.29 (1.07, 1.56)

1.26 (0.98, 1.61)

1909/6373

309/547

1547/4816

144/388

Cases

102/793

362/1557

56/100

41/106

42/121

130/379

41/360

20/60

153/299

28/255

108/284

64/143

221/1147

16/46

11/48

12/62

35/120

51/91

196/733

129/291

Lower prevalence in abnormal weight Higher prevalence in in abnormal weight 1.142 1 7.06 23

- Augmentation de la fragmentation de l’ADN des

spermatozoïdes en cas d’IMC élevé ?

- OUI Kort et al., 2006; Chavarro et al., 2010; Fariello et al., 2012;

La Vignera et al., 2012

- NON Hammiche et al., 2011; Rybar et al., 2011; Tunc et al., 2011

IMC ET AUTRES PARAMETRES SPERMATIQUES

Controverse

- Autres examens spécialisés

- décondensation de la chromatine La Vignera et al., 2012; Martini et al., 2010;

Rybar et al., 2011; Zorn et al., 2012

- fonction mitochondriale Fariello et al., 2012; La Vignera et al., 2012; Zorn et al., 2012

- fixation à l’acide hyaluronique Wegner et al., 2010

MAIS : effectif total relativement faible (<2000) et multiplicité des techniques

utilisées rendant les comparaisons difficiles

11

RESULTATS

Dupont et al., In press, 2013

Couples infertiles : l’obésité ���� le taux de fragmentation de l’ADN spermatique

L’obésité ���� le risque de présenter une fragmentation ADN spermatique ����

Continuum

�Les cytokines pro inflammatoires :

Indicateurs pronostic du risque de MCV, SM et infertilité

�Stress oxydant systémique:

Étendu au tractus génital masculin

ADIPOSOPATHIE

NORMAL WEIGHT OBESE SYNDROME

Pas seulement le poids (IMC), mais aussi la masse grasse et le statut

métabolique

IL8

INFERTILES FERTILES16

17

18

19

20

21

22

23

24

MIP1a

INFERTILES FERTILES5,6

5,8

6,0

6,2

6,4

6,6

6,8

7,0

7,2

7,4

7,6

7,8

IL6

INFERTILES FERTILES14,0

14,2

14,4

14,6

14,8

15,0

15,2

15,4

15,6

15,8

16,0

16,2

16,4

16,6

16,8

17,0

*

éotaxine

INFERTILES FERTILES80

90

100

110

120

130

140

*

MCP1

INFERTILES FERTILES30

32

34

36

38

40

42

44

46

48

50

52

54

56

58

*

MIP1b

INFERTILES FERTILES80

90

100

110

120

130

140

150

160

*

- Alimentation et paramètres spermatiques

� nombre

� ADN

� ploïdie

- Alimentation et ICSI

ALIMENTATION/ INFERTILITE

Young et al., 2008; Mendiola et al., 2009 ; Vujkovic et al., 2009; Schmidt et al., 2012

Vujkovic et al., 2010 ; Braga et al., 2012; Gaskins et al., 2012

Pas seulement le poids (IMC), la masse grasse, le statut métabolique mais

aussi l’alimentation

-Syndrome métabolique Leisgang, 2012

- Graisse viscérale abdominale

Hakonsen 2011; Fejes 2006, Hammiche 2011

- Dyslipidémie Ramirez et al., 2000

- Hypertension artérielle Muciaccia, 2012

- Hyperglycémie, hyperinsulinémie

Lampiao & Du Plessis, 2008

-Syndrome métabolique Leisgang, 2012

- Graisse viscérale abdominale

Hakonsen 2011; Fejes 2006, Hammiche 2011

- Dyslipidémie Ramirez et al., 2000

- Hypertension artérielle Muciaccia, 2012

- Hyperglycémie, hyperinsulinémie

Lampiao & Du Plessis, 2008

- Hypogonadisme hypogonadotrope

hyperoestrogénique

Schneider et al., 1979

- Altération de l’axe hypothalamo-

hypophyso-gonadique

Blank et al., 1994

- Leptine

Hofny et al., 2009

- Hypogonadisme hypogonadotrope

hyperoestrogénique

Schneider et al., 1979

- Altération de l’axe hypothalamo-

hypophyso-gonadique

Blank et al., 1994

- Leptine

Hofny et al., 2009

PHYSIOPATHOLOGIE

- Atteinte des fonctions sertoliennes et

de la spermatogenèse

Winters et al., 2006

- Augmentation de la température

scrotale

Shafik & Olfat, 1981

- Récepteurs à la leptine et à l’insuline

sur les spermatozoïdes

Lampiao & Du Plessis, 2008

- Atteinte des fonctions sertoliennes et

de la spermatogenèse

Winters et al., 2006

- Augmentation de la température

scrotale

Shafik & Olfat, 1981

- Récepteurs à la leptine et à l’insuline

sur les spermatozoïdes

Lampiao & Du Plessis, 2008

- Toxiques et perturbateurs

endocriniens lipophiles

Magnusdottir et al., 2005

- Syndrome d’apnées du sommeil

Hammoud et al., 2012

- Dysfonction érectile et éjaculatoire

(controversée)

- Toxiques et perturbateurs

endocriniens lipophiles

Magnusdottir et al., 2005

- Syndrome d’apnées du sommeil

Hammoud et al., 2012

- Dysfonction érectile et éjaculatoire

(controversée)

Quantité et qualité des gamètes Quantité et qualité des gamètes

�Stress oxydant accru

�Capacité antioxydante diminuée

Pouvoir fécondantPouvoir fécondant

ChromatineChromatine

Grossesse et

développement fœtal

Grossesse et

développement fœtal

Obésité/ Adiposité/AlimentationObésité/ Adiposité/Alimentation

STRESS OXYDANTSTRESS OXYDANT

MembraneMembrane

Développement

embryonnaire

Développement

embryonnaire

SystémiqueSystémique

ImplantationImplantation

LocalLocal

�Activation immunitaire

chronique

�Cytokines pro-

inflammatoires TRACTUS GENITAL

CONTACT DES GAMETES

CONTACT DU FOETUS

TRACTUS GENITAL

CONTACT DES GAMETES

CONTACT DU FOETUS

MitochondriesMitochondries

Tissu adipeuxTissu adipeux

MICROVASCULARISATIONMICROVASCULARISATION

DOHAD

Restriction de la croissance foetale

“Malnutrition” maternelle Anomalie placentaire

Structure et/ou fonction altérée(cellules ß, muscle, adipocytes, rein, foie, ....)

Obésité Diabète Type 2 MCV

SYNDROME METABOLIQUE

Programmation

fœtale

Réponse adaptative

prédictive

Adulte

Phénotype :

“ECONOME”

Qualité épigénétique des gamètes

Reproduction

D’après Pascale Chavatte-Palmer

HTA

51 hommes, partenaires de couple infertile (infertilité idiopathique)

� Poids de naissance

� Mesures anthropométriques, impédancemétrie, bilan métabolique� Paramètres spermatiques ; Fragmentation de l’ADN des

spermatozoïdes (TUNEL)

Corrélation entre poids de naissance et numération spermatique (P=0,007)

Corrélation entre poids de naissance et fragmentation de l’ADN spermatique (P=0,038)

Faure and Dupont et al. , 2013

POIDS DE NAISSANCE ET QUALITE DU SPERME ?

Ng et al, 2010 Carone et al., 2010

ET LE PERE ?

Chronic HFD in fathers

♀ adult obese diabetic offspring

Low protein diet in fathers

Cholesterol and lipid metabolism in

offspring

42

HFD in fathers

♂ /♀ compromised both F1/F2

generation metabolic and

reproductive healthFullston et al., 2012

Transmission transgénérationnelle d’un phénotype métabolique

via des marques épigénétiques héritables portées par un spermatozoïde

L’alimentation /obésité paternelle au moment de la conception a un impact à long terme

sur la santé du conceptus impliquant directement le spermatozoïde = vecteur

L’alimentation /obésité paternelle au moment de la conception a un impact à long terme

sur la santé du conceptus impliquant directement le spermatozoïde = vecteur

Modifications moléculaires de méthylation et acétylation

des cellules germinales males

Modifications moléculaires de méthylation et acétylation

des cellules germinales males

Palmer et al., 2012 (in vivo); Binder 2013 (in vitro)

COMMENT ?

Retard cinétique embryonnaire

-15 minutes syngamie

-1H 2nd clivage

↓↓↓↓ potentiel membrane mitochondrial

↓↓↓↓ cellules ICM (RCIB)

↓↓↓↓ implantation

↓↓↓↓ poids foetus

↓↓↓↓ poids placenta

Retard formation des membres

Diminution longueur cranio caudale

Retard développement fœtal (RCIU)

0.25 jours

79 bébés entre 2005-2006

leucocytes sang du cordon

IGF2 DMR et H19 DMR

79 bébés entre 2005-2006

leucocytes sang du cordon

IGF2 DMR et H19 DMR

Association entre hypométhylation DMR IGF2 sang du cordon et obésité paternelle

après ajustement, p 0.003

Défaut empreinte génomique paternelle (incomplète ou instable) durant la spermatogenèse

Associé à l’obésité paternelle

Transmis à la descendance

Défaut empreinte génomique paternelle (incomplète ou instable) durant la spermatogenèse

Associé à l’obésité paternelle

Transmis à la descendance

Ma

sho

od

h e

t a

l.,

PN

AS

, 2

01

2

Génétique :

FTO, PTER, MC4R, MAF, NPC1

Epigénétique : Environnement

Alimentation ↔ perturbateurs endocriniens

Empreinte

maternelle

Empreinte

paternelle

Polymorphismes

Génétiques

MTHFR

Stress

oxydant……

PolymorphismesPolymorphismes

GGéénnéétiquestiques

MTHFR MTHFR

Stress Stress

oxydantoxydant…………

OBESITE / DESCENDANCE

PROTECTIVE

PROFILE

PROFILE

AT RISK

VARIANTS

OR = 2,88 [1,10-7,51]

1/2 Ala MnSOD ↗↗↗↗ risk for male infertility

OR = 1,91 [1,04-3,54]

2 G eNOS ↗↗↗↗ risk for infertility

Faure et al submitted, 2013

Genetic polymorphisms affecting MnSOD and eNOS may modulate

the risk of unexplained infertility

- Modèle souris obèse HDF : l’activité physique et le régime

améliorent la santé métabolique et restaurent les fonctions

spermatiques altérées

ACTIVITE PHYSIQUE ET REGIME

Palmer et al., 2012

- Amaigrissement par régime et/ou exercice

- Normalisation du bilan hormonal Kaukua et al., 2003; Niskanen et al., 2004; Hakonsen et al., 2011

- Paramètres spermatiques Hakonsen et al., 2011

43 hommes obèses (IMC = 33-61), 14 semaines, augmentation significative du NTS

- Fertilité ?

CHIRURGIE BARIATRIQUE

Patient 1 – 30 years old Patient 2 – 42 years old Patient 3 – 30 years old

Treatment Sleeve gastrectomy Bypass Bypass

- 12

months

- 12 months - 9 months

BMI (kg/m²) 65.7 53.5 38.6

Concentration

(M/mL)

48 0.8 6

Hormonal profile Normal Normal NA

IVF/ICSI No No 1 ICSI

ART outcome No

pregnancy

No

pregnancy

Miscarriag

e

Sermondade et al., Reproductive Biomedicine Online, 2012

Patient 1 – 30 years old Patient 2 – 42 years old Patient 3 – 30 years old

Treatment Sleeve gastrectomy Bypass Bypass

- 12

months

+ 10

months

- 12 months + 6 months - 9 months + 6 months

BMI (kg/m²) 65.7 33.4 53.5 30.4 38.6 27.5

Concentration

(M/mL)

48 0.9 0.8 <0.01 6 0.3

Hormones Normal Normal Normal Normal NA Normal

IVF/ICSI No 2 ICSI No No 1 ICSI 1 ICSI

Results No

pregnancy

No

pregnancy

No

pregnancy

No

pregnancy

Miscarriag

e

Live birth

Sermondade et al., Reproductive Biomedicine Online, 2012

Patient 1 – 30 years old Patient 2 – 42 years old Patient 3 – 30 years old

Treatment Sleeve gastrectomy Bypass Bypass

- 12

months

+ 10

months

+ 24

months

- 12 months + 6 months + 15

months

- 9 months + 6 months + 15

months

BMI (kg/m²) 65.7 33.4 33.4 53.5 30.4 30.4 38.6 27.5 24.7

Concentration

(M/mL)

48 0.9 41 0.8 <0.01 0.2 6 0.3 0.04

Hormones Normal Normal NA Normal Normal NA NA Normal NA

IVF/ICSI No 2 ICSI 1 ICSI No No 1 ICSI 1 ICSI 1 ICSI /

Results No

pregnancy

No

pregnancy

Live birth No

pregnancy

No

pregnancy

Livebirth Miscarriag

e

Live birth /

Sermondade et al., Reproductive Biomedicine Online, 2012

Correction of deleterious obesity-related effects

Correction of deleterious obesity-related effects

34

OPPOSITE HYPOTHESES

OPPOSITE HYPOTHESES

A relative undernutrition status (disrupting the normal pulsatile

GnRH secretion)

Tsutsumi & Webster, 2009

A relative undernutrition status (disrupting the normal pulsatile

GnRH secretion)

Tsutsumi & Webster, 2009

Massive toxic release

Hue et al., 2006

Massive toxic release

Hue et al., 2006

Nutritional chronic deficiencies

Coupaye et al., 2009

Nutritional chronic deficiencies

Coupaye et al., 2009

Correction of deleterious obesity-related effects

Correction of deleterious obesity-related effects

34

TRAITERTRAITER

I. Améliore la santé du couple et la qualité des gamètes

II. Réduit DNC…. Grossesse spontanée

III. Améliore la qualité de l’embryon et les taux de naissances

IV. Améliore la santé de l’enfant

Pas seulement le poids (IMC), la masse grasse,

le statut métabolique et l’alimentation…environnement