Unravelling the molecular mechanisms underlying the lifestyle-associated decline in human fertility

Abstract

Infertility is a disorder of the reproductive system, manifested by the inability to conceive after 12 months of unprotected sexual intercourse, affecting approximately 15-20% of couples of childbearing age. Globally, there has been a concerning decline in fertility rates. Although many causes have been identified for the majority of infertility cases, in approximately 30%, there is no apparent cause. Various studies suggest that idiopathic infertility may be associated with exposure to environmental pollutants and lifestyle factors. Among pollutants, mercury is considered one of the most toxic metals. Mercury can naturally occur in very low concentrations in the environment due to natural processes such as volcanic eruptions and erosion of the Earth's crust, as well as human activities like mining. Due to its tendency to bioaccumulate, even low concentrations of mercury can cause adverse effects, often irreversible. Studies have shown associations between mercury and the decline in human reproductive health, with higher levels of mercury found in the hair, blood, and urine of individuals with idiopathic infertility. Associations have also been observed between mercury levels and prolonged time to achieve pregnancy, spontaneous abortions, and menstrual changes. However, the molecular mechanisms underlying the effects of mercury on reproductive health remain unknown. This study aims to study the effects of mercury exposure and lifestyle on the reproductive health of the population in Aveiro. The results indicated a considerable mercury exposure in the Aveiro population, potentially leading to an increase in the percentage of sperm with morphological abnormalities and implications during foetal development. The study also demonstrated that lifestyle can negatively influence male reproductive function, specifically, tobacco consumption reducing seminal volume and total sperm count and inducing the activation of proteins involved in the cellular stress response. Furthermore, since it is not possible to assess the effects of mercury on human embryonic development and gonads, an animal model using zebrafish was employed in this study. The results revealed that mercury exposure induces molecular changes with the potential to compromise normal embryonic development. Additionally, the study showed that mercury induces molecular alterations in the zebrafish gonads, resulting in decreased expression of apolipoproteins essential for reproductive function and a decrease in proteins involved in the mitochondrial respiratory chain. Overall, the findings of this study provide valuable information regarding the impact of mercury and lifestyle factors on reproductive health and embryonic development.

A infertilidade é uma doença do sistema reprodutor, manifestada pela incapacidade em conceber após 12 meses de relações sexuais desprotegidas, afetando cerca de 15-20% dos casais em idade fértil. Globalmente, tem-se observado uma preocupante diminuição nas taxas de fertilidade. Embora muitas causas tenham sido identificadas para a maioria dos casos de infertilidade, em aproximadamente 30% não existe uma causa aparente. Vários estudos sugerem que a infertilidade idiopática pode estar associada à exposição a poluentes ambientais e fatores de estilo de vida. Entre os poluentes, o mercúrio é considerado um dos metais mais tóxicos. O mercúrio pode ocorrer naturalmente em concentrações muito baixas no ambiente, devido a processos naturais, como erupções vulcânicas e erosão da crosta terrestre e a atividades humanas, como a atividade mineira. Devido à sua tendência para bioacumular, o mercúrio, mesmo em concentrações baixas provoca efeitos adversos, que podem muitas vezes ser irreversíveis. Estudos mostraram associações entre o mercúrio e o declínio da saúde reprodutiva humana, mostrando níveis de mercúrio no cabelo, sangue e urina superiores em indivíduos com infertilidade idiopática e ainda associações entre os níveis de mercúrio e períodos prolongados para atingir uma gravidez, abortos espontâneos e alterações menstruais. No entanto, os mecanismos moleculares subjacentes aos efeitos do mercúrio na saúde reprodutiva permanecem desconhecidos. Neste contexto, este estudo surge com o objetivo de estudar os efeitos da exposição ao mercúrio e do estilo na saúde reprodutiva da população de Aveiro. Os resultados mostraram que a população de Aveiro apresenta uma taxa considerável de exposição ao mercúrio e que esta exposição pode resultar num aumento da percentagem de espermatozoides com malformações morfológicas e em implicações durante o desenvolvimento fetal. Neste estudo também se comprovou que o estilo de vida pode influenciar negativamente a função reprodutiva masculina, nomeadamente o consumo de tabaco diminuiu o volume seminal e a contagem total de espermatozoides e induziu a ativação de proteínas envolvidas na resposta celular ao stress. Mais ainda, e como não é possível avaliar os efeitos do mercúrio no desenvolvimento embrionário e nas gónadas dos humanos, um modelo animal de peixe-zebra foi usado neste trabalho. Os resultados mostraram que a exposição ao mercúrio leva a alterações ao nível molecular com potencial para comprometer o desenvolvimento embrionário normal. Mais ainda, este estudo mostrou que o mercúrio induz alterações moleculares nas gónadas do peixe-zebra, levando a diminuições na expressão de apolipoproteínas, essenciais para a função reprodutiva, e diminuição em proteínas envolvidas na cadeia respiratória mitocondrial. No conjunto os resultados deste trabalho fornecem informações importantes relativas ao efeito do mercúrio e dos fatores do estilo de vida na saúde reprodutiva e desenvolvimento embrionário.