Immunology of infertility in cattle
https://doi.org/10.25687/3034-493X.2025.5.4.004
Abstract
This review examines immunological infertility in cattle, a specific type of reproductive disorder in which the immune system perceives gametes or other components of the reproductive system as foreign and produces antibodies against them. Key areas of modern research in reproductive immunology include the impact of immune disorders on fertility, the mechanisms underlying the immune response against gametes, and the development of diagnostic methods for these conditions and their causes. Immunological infertility is characterized by the production of specific antisperm antibodies (ASA), which impair sperm function. This is due to the disruption of biological barriers, primarily the blood-testis barrier (BTB) in males. This leads to contact between the immune system and gamete antigens, which are normally found in an immunologically privileged environment, triggering a humoral and cellular immune response. The development of pathology in males is caused by microtrauma, genital inflammation, infections, and overheating. In females, the following factors are likely to occur: impaired natural immune tolerance in the reproductive tract, inflammatory diseases, genetic predisposition, hormonal imbalances, oxidative stress, micronutrient deficiencies, and so on. This review demonstrates that immunological infertility primarily occurs at the intersection of dysfunctions of the immune and reproductive systems. The materials presented in this review will help specialists in the field of bovine reproduction more thoroughly address the problems of infertility and infertility.
About the Authors
A. I. Abilov
L.K. Ernst Federal Research Center for Animal Husbandry
Russian Federation
Russian Federation
Moscow Region
N. A. Kombarova
L.K. Ernst Federal Research Center for Animal Husbandry
Russian Federation
Russian Federation
Moscow Region
V. V. Turbina
L.K. Ernst Federal Research Center for Animal Husbandry
Russian Federation
Russian Federation
Moscow Region
References
1. Ferrer M.S. Palomares R., Hurley D. et al. Antisperm antibodies and sperm function in bulls undergoing scrotal insulation // Reproduction. 2020. № 5 (160). DOI: 10.1530/REP-20-0207.
2. Vlasova A.N., Saif L.J. Bovine Immunology: Implications for Dairy Cattle // Frontiers in Immunology. 2021. Jun. 29:12:643206. DOI: 10.3389/fimmu.2021.643206.
3. Vickram A.S. Dhama K., Chakraborty S. et al. Role of antisperm antibodies in infertility, pregnancy, and potential for contraceptive and antifertility vaccine designs: Research progress and pioneering vision // Vaccines. 2019. Vol. 7. № 3. DOI: 10.3390/vaccines7030116.
4. Mohammad Rayees Dar, Mahendra Singh, Rachana Sharma, Sunita Thakur, et al. Bovine Fertility as Regulated by Sperm Binding Proteins: A Review // Asian Journal of Animal and Veterinary Advances. 2018. 13: 6-13. DOI: 10.3923/ajava.2018.6.13.
5. Klein S.L., Flanagan K.L. Sex differences in immune responses // Nature Reviews Immunology. 2016. Vol. 16. № 10. DOI: 10.1038/nri.2016.90.
6. Wasilewski T., Łukaszewicz-Zając M., Wasilewska J., Mroczko B. Biochemistry of infertility // Clin. Chim. Acta. 2020. № 508. p.185 – 190. doi: 10.1016/j.cca.2020.05.039.
7. Камалов А.А., Охоботов Д.А. Изменения уровня иммуноглобулинов (антиспермальных антител классов A и G) у пациентов с инфертильностью на фоне терапии просперматогенным биостимулятором // Медицинский совет. 2017. № 13. С. 144 – 149. DOI: 10.21518/2079-701X-2017-13-144-149.
8. Божедомов В.А., Николаева М.А., Ушакова И.В. и др. Аутоиммунные реакции против сперматозоидов сопровождаются преждевременной гиперактивацией, нарушением акросомальной реакции и фрагментацией ДНК // VIII Междунар. конгр. по репродуктивной медицине: сб. тез. М., 2014. С. 420.
9. Kumar Sahu U., Kumar A., Kumar B. et al. Early Embryonic Mortality in Bovines: Current Insights and Interventions // Animal Reproduction. 2025. Update 5 (2). 1 – 20. https://doi.org/10.48165/aru.2025.5.2.1.
10. Никитина З.Я. Влияние спермоантител быков-производителей на качество спермы и оплодотворяемость коров: автореф. дис. на соиск. уч. степ. канд. вет. наук. Ставрополь, 1995. 19 с.
11. Gupta S., Sharma R., Agarwal A. et al. Antisperm Antibody Testing: A Comprehensive Review of Its Role in the Management of Immunological Male Infertility and Results of a Global Survey of Clinical Practices // World Journal of Men’s Health. 2022. (40). DOI: 10.5534/wjmh.210164.
12. Naz R.K. Antisperm Contraceptive Vaccines: Where We Are and Where We Are Going? // American Journal of Reproductive Immunology. 2011. Vol. 66. № 1. pp. 5 – 12. doi: 10.1111/j.1600-0897.2011.01000.x.
13. Brazdova A., Senechal H., Peltre G., Poncet P. Immune aspect of female infertility // Int J. Fertil Steril. 2016. 10 (1): 1 – 10. DOI: 10.22074/ijfs.2016.4762.
14. Охоботов Д.А., Зарайский Е.И., Павлова Г.В., Камалов А.А. Иммунологические факторы бесплодия и антигены сперматозоидов // Мед. науки. 2007. № 4. С. 31 – 42.
15. Vidal M.S. Jr., Menon R. In utero priming of fetal immune activation: Myths and mechanisms // J. Reprod Immunol. 2023. Jun. 157: 103922. doi: 10.1016/j.jri.2023.103922. Epub 2023 Mar 2. PMID: 36913842; PMCID: PMC10205680.
16. Dupuis S., Le Beulze M., Vance T.D.R. et al. Spermatozoa lacking TEX51 display hypofertility and defects in morphology // Commun Biol. 2025. Nov. 13. 8 (1): 1563. doi: 10.1038/s42003-025-08937-5. PMID: 41233479; PMCID: PMC12615630.
17. Yan M., Zhang X.P., Qinxue Huang T. et al. Immunoglobulin G Expression in Human Sperm and Possible Functional Significance // Scientific Reports. 2016. № 6. doi: 10.1038/srep20166.
18. Chen Y., Hasegawa A., Wakimoto Y., Shibahara H. Update on the research on the antigens of anti-sperm antibodies over the last decade // J. Reprod Immunol. 2024. Aug. 164: 104292. doi: 10.1016/j.jri.2024.104292. Epub 2024 Jul 1. PMID: 38964133.
19. Соколовская И.И., Милованов В.К. Иммунология воспроизведения животных. М.: Колос, 1981. 264 с.
20. Абылкасымов Д., Никитина З.Я., Никитин К.А. Иммунологические подходы в воспроизводстве крупного рогатого скота // Повышение управленческого, экономического, социального, инновационно-технологического и технического потенциала предприятий и отраслей АПК: сб. науч. тр. Тверь: Тверская ГСХА, 2017. C. 107 – 110.
21. Silva A.F., Ramalho-Santos J., Amaral S. The impact of antisperm antibodies on human male reproductive function: An update // Reproduction. 2021. Vol. 162. № 4. DOI: 10.1530/REP-21-0123.
22. Allouche L., Madani T., Mechemeche M., Clement L., Bouchemal A. Bull fertility and its relation with density gradient selected sperm // Royan Institute International Journal of Fertility and Sterility. 2017. Vol. 11. № 1. Apr.-Jun. DOI: 10.22074/ijfs.2016.4721.
23. Божедомов В.А., Николаева М.А., Липатова Н.А. и др. Этиопатогенез аутоиммунных реакций против сперматозоидов // Андрология и генитальная хирургия. 2012. № 4. C. 1 – 14.
24. Абилов А.И. Связь аутоиммунных явлений, состава протектора и способов осеменения с эффективностью воспроизводства: автореф. дис. на соиск. уч. степ. канд. биол. наук. 1984. 22 с.
25. Соколовская И.И., Островский Ф.М. Цитологические , физиологические и иммунные реакции на вазектомию, травму и перегрев семенников // Труды III Междунар. симп. по иммунол. воспроизводства. София (Болгария), 1973. С. 106 – 117.
26. Димов В.Т., Ефимова Л.В. Диагностика, терапия и групповая профилактика болезней органов размножения быков-производителей: метод. пособие. Красноярск, 2014. 46 с.
27. Божедомов В.А., Торопцева М.А., Ушакова, И.В. и др. Активные формы кислорода и репродуктивная функция мужчин: фундаментальные и клинические аспекты (обзор литературы) // Андрология и генитальная хирургия. 2011. № 3 (12). C. 10 – 16.
28. Omur A., Kirbas A., Aksu E. et al. Effects of antioxidant vitamins (A, D, E) and trace elements (Cu, Mn, Se, Zn) on some metabolic and reproductive profiles in dairy cows during transition period // Polish Journal of veterinary sciences. 2016. Vol. 19. № 4. DOI: 10.1515/pjvs-2016-0088.
29. Heidl G. Characterization of fertility related antisperm antibodies – a step towards causal treatment of immunological infertility and immuno-contraception // Asian Journal of Andrology. 2010. 12: 793 – 794. DOI: 10.1038/aja.2010.112. Epub 2010 Sep 13.
30. Sardoy M.C., Anderson D.E., George A. et al. Standardization of a method to detect bovine sperm-bound antisperm antibodies by flow cytometry // Theriology. 2012. 78. № 7. DOI: 10.1016/j.theriogenology.2012.06.026.
31. Соттаев М.Х., Гадзаонов Ф.Х., Хуранов А.М. Иммунологические факторы бесплодия производителей сельскохозяйственных животных // Изв. Горского ГАУ. 2019. Т. 56. № 1. С. 137 – 140.
32. Абилов А.И., Ескин Г.В., Амерханов Х.А. и др. Спермопродукция у быков-производителей современной селекции при разной обеспеченности макро- и микроэлементами // С.-х. биология. 2014. № 6. С. 96 – 106. DOI: 10.15389/agrobiology.2016.6.830rus.
33. Куликов А.Н. Дефицит комплекса микроэлементов в организме животных и их коррекция: дис. на соиск. уч. степ. канд. биол. наук. Ижевск, 2018. 162 с.
34. Prasad A.S. Zinc in Human Health: Effect of Zinc on Immune Cells // Mol. Med. 2008. 14. 353 – 357. DOI: 10.2119/2008-00033.Prasad.
35. Prasad A.S. Zinc is an antioxidant and anti-inflammatory agent: its role in human health // Front. Nutr. 2014. 1: 14. doi: 10.3389/fnut.2014.00014.
36. López-Alonso M., Miranda M. Copper Supplementation, A Challenge in Cattle // Animals. 2020. 10. 1890. https://doi.org/10.3390/ani10101890.
37. González-Maldonado J., Rangel-Santos R., Rodríguez-de Lara R., García-Peña O. Effect of injectable trace mineral complex supplementation on development of ovarian structures and serum copper and zinc concentrations in over-conditioned Holstein cows // Anim Reprod Sci. 2017. Jun.: 181: 57 – 62. DOI: 10.1016/j.anireprosci.2017.03.015.
38. Коляков Я.Е. Ветеринарная иммунология. М.: Агропромиздат, 1986. 272 с.
39. Абилов А.И., Шеметюк С.А. Взаимосвязь уровня тестостерона и эстрадиола в сыворотке крови и в плазме семени с показателями спермопродукции у быков-производителей разных пород // Проблемы биологии продуктивных животных. 2022. № 1. C. 20–28. DOI: 10.25687/1996-6733.prodanimbiol.2022.1.20-28.
40. Абилов А.И., Ескин Г.В., Комбарова Н.А. Концентрация эстрадиола в крови у быков и его влияние на спермопродукцию и результативность осеменения // С.-х. биология. 2016. № 6 (51). C. 830 – 836. doi: 10.15389/agrobiology.2016.6.830rus.
41. Никитина З.Я. Иммунные факторы при воспроизводстве крупного рогатого скота и их влияние на процесс размножения животных: дис. на соиск. уч. степ. д-ра вет. наук. Тверь, 2002. 250 с.
42. Cheng C.Y., Mruk D.D. The blood-testis barrier and its implications for male contraception // Pharmacol Rev. 2012. Jan. 64 (1): 16 – 64. doi: 10.1124/pr.110.002790. Epub 2011 Oct 28. PMID: 22039149; PMCID: PMC3250082.
43. Jiang X.H., Bukhari I., Zheng W. et al. Blood-testis barrier and spermatogenesis: lessons from genetically modified mice // Asian J. Androl. 2014. 28. March. DOI: 10.4103/1008-682X.125401.
44. Куссун Б.М. Влияние аутоиммунности на спермопродукцию быков-производителей в зависимости от их происхождения: дис. на соиск. уч. степ. канд. биол. наук. Дубровицы, 2006. 106 с.
45. Бежнар А.А. Качество спермы быков и хряков в зависимости от наличия ауто- и аллоспермоантител: дис. на соиск. уч. степ. канд. биол. наук. Курск, 2006. 142 с.
46. Абилов А.И., Комбарова Н.А., Мымрин В.С. и др. Аутоиммунность быков-производителей и её связь с продукцией эндогенных гормонов // С.-х. биология. 2018. Т. 53. № 2. С. 293 – 301. DOI: 10.15389/agrobiology.2018.2.293rus.
47. Chiu W.W.C., Chamley L.W., Cheng L. et al. Clinical associations and mechanisms of action of antisperm antibodies // J. of Dairy Sci. 2004. № 1 (3). DOI:10.1016/j.fertnstert.2003.09.084.
48. Wagner A., Holland O.J., Tong M. et al. The Role of SPRASA in Female Fertility // Reprod. Sci. 2015. № 22. Р. 452 – 461. DOI: 10.1177/1933719114542009.
49. Naz R.K., Menge A.C. Antisperm antibodies: Origin, regulation, and sperm reactivity in human infertility // Fertility and Sterility. 1994. Vol. 61. № 6. DOI: 10.1016/s0015-0282(16)56747-8.
50. Божедомов В.А., Липатова Н.А., Камарина Р.А. и др. Критерии дифференциальной диагностики мужского иммунного бесплодия // Вестн. урологии. 2025. 13 (3): 30 – 38. https://doi.org/10.21886/2308-6424-2025-13-3-30-38.
51. Šemeklienė B., Gradauskiene B. Infertility and Auto-Antibodies: A Review // Antibodies. 2025. 14. 76. https://doi.org/10.3390/antib14030076.
52. Ferrer M.S., Anderson D.E., Miller L.M.J. et al. Effect of Bovine Sperm-Bound Antisperm Antibodies on Oviductal Binding Index // Reproduction in Domestic Animals. 2016. № 2 (51). DOI: 10.1111/rda.12679.
53. Ferrer M.S., Klabnik-Bradford J., Anderson D.E. et al. Sperm-bound antisperm antibodies prevent capacitation of bovine spermatozoa // Theriogenology. 2017. (89). DOI: 10.1016/j.theriogenology.2016.10.012.
54. Kuntareddi C., Kumaresan A., Saraf K.K., Nag P., Kurati S.P. Characterization of antisperm antibody binding patterns in relation to sperm phenotypic attributes and field fertility in dairy bulls // Theriogenology. 2020. Jan. 1:141: 161 – 167. DOI: 10.1016/j.theriogenology.2019.09.022.
55. Гаглова О.В. Влияние ауто- и аллоспермоантител на качество спермы быков и оплодотворяемость коров: дис. на соиск. уч. степ. канд. биол. Наук. Рязань, 2005. 127 с.
56. Есина Е.В., Логина Н.Ю., Аляутдина О.С. Роль иммунных воздействий в развитии бесплодия: обзор литературы // Русский мед. журн. 2013. Т. 21. № 1. (https://www.rmj.ru/articles/ginekologiya/Roly_immunnyh_vzaimodeystviy_v_razvitii_besplodiya_obzor_literatury/)
57. Tabarkiewicz J., Selvan S.R., Cools N. Editorial: Autoimmunity in reproductive health and pregnancy // J. Immunol. Res. 2018. Feb. 13. 2018: 9501865. DOI: 10.1155/2018/9501865.
58. Hansen P.J. Regulation of immune cells in the uterus during pregnancy in ruminants // J. of animal sci. 2007. № 13. Suppl (85). DOI: 10.2527/jas.2006-487.
59. Padua M.B., Hansen P.J. Evolution and function of the uterine serpins (SERPINA14) // American Journal of Reproductive Immunology. 2010. Vol. 64. № 4. DOI: 10.1111/j.1600-0897.2010.00901.x.
60. Fair T. The contribution of the maternal immune system to the establishment of pregnancy in cattle // Frontiers in Immunology. 2015. Vol. 6. DOI: 10.3389/fimmu.2015.00007.
61. Satori R., Bastos M., Wiltbank M. Factors affecting fertilisation and early embryo quality in single- and superovulated dairy cattle // Reproduction, Fertility and Development. 2010. Vol. 22. doi: 10.1071/RD09221.
62. Alvarez C.T.G., Cruz J.F., Brandão F.Z., Romano C.C., Maciel B.M. The role of cytokines in immune regulation of female reproductive physiology // Revista Brasileira de Ciência Veterinária. 2017. Vol. 24. №3. Р. 118 – 124. DOI: 10.4322/rbcv.2017.022.
63. Cheng L., Xin Y., Liu X. et al. The relationship between progesterone and Th-related cytokines in plasma during early pregnancy in cows // Front. Agr. Sci. Eng. 2016. 3 (2): 147 – 152. DOI: 10.15302/J-FASE-2016099.
64. Малиновский И.Ф. Роль спермоагглютининов в этиологии иммунобиологичексого бесплодия крупного рогатого скота: дис. на соиск. уч. степ. канд. вет. наук. Минск, 1974.
65. Петров М.А. Влияние иммунных факторов на воспроизводительную функцию коров // дис. на соиск. уч. степ. канд. вет. наук. М., 2011.
66. Петров М.А., Петров А.М., Ванюкова О.И., Колобаева А.А. Основные этиологические факторы иммунного бесплодия // Учёные записки УО ВГАВМ. 2011. №2 (47). C. 94 – 97.
Review
For citations:
Abilov A.I., Kombarova N.A., Turbina V.V. Immunology of infertility in cattle. Ernst Journal of Animal Science. 2025;(4):46-58. (In Russ.) https://doi.org/10.25687/3034-493X.2025.5.4.004
Views:
59
JATS XML
Email this article 