dicembre Vol. 13, n° 6
L’infertilità maschile è una condizione eterogenea, che nel 15% dei casi ha un’eziologia genetica. Sia alterazioni cromosomiche (numeriche, strutturali o microdelezioni) sia disordini monogenici o poligenici possono determinare una condizione di ipogonadismo e/o infertilità (1). In rari casi l’ipogonadismo e l’infertilità possono essere aspetti di un quadro sindromico complesso, nel quale le alterazioni extra-riproduttive, come malformazioni somatiche o disordini sistemici (neurologici, cardiovascolari, polmonari, renali, ossei), sono prevalenti e portano il soggetto all’osservazione medica già in età pediatrica. Nei ragazzi affetti da queste sindromi le alterazioni riproduttive (ambiguità dei genitali, criptorchidismo, ritardo puberale, ipogonadismo, anomalie deferenziali, alterazioni biochimico-funzionali degli spermatozoi) possono essere presenti singolarmente o associarsi tra di loro e sono dovute a: 1) difetti primitivi testicolari, 2) difetti della sintesi o del rilascio delle gonadotropine, 3) alterazioni post-testicolari uro-genitali o anomalie biomolecolari dei gameti.
SINDROMI CON DIFETTI PRIMITIVI TESTICOLARI Anomalie dei genitali (criptorchidismo, ipotrofia testicolare, micropene, ambiguità dei genitali esterni, persistenza di derivati mulleriani come utero o tube rudimentali), alterazioni somatiche (statura, ginecomastia ecc.), viscerali (cardiache, renali, neurologiche ecc.) e disturbi psicocomportamentali possono essere presenti in sindromi associate ad aberrazioni dei cromosomi sessuali o ad alterazioni di geni presenti sui gonosomi o sugli autosomi (Tabelle 1 e 2). La sindrome di Klinefelter è un’anomalia cromosomica frequente negli uomini infertili (prevalenza di 1:1.000 in età adulta, fino a 1:100 negli azoospermici). In età infantile
Ipogonadismo e infertilità in ragazzi con sindromi genetiche rare Proposto da Antonio Agostino Sinisi Antonio Agostino Sinisi, Iolanda Cioffi, Daniela Visconti, Giuseppe Bellastella, Vincenzo Palumbo Endocrinologia - Dipartimento di Scienze Cardiotoraciche e Respiratorie, Seconda Università degli Studi di Napoli, Napoli
I
pogonadismo ed infertilità possono essere presenti in ragazzi con sindromi genetiche rare dominate da malformazioni somatiche o alterazioni sistemiche. I disordini riproduttivi sono dovuti a difetti testicolari primitivi (sindrome di Klinefelter, del maschio XX, di Noonan, difetto d’azione degli androgeni, iperplasia surrenale congenita), secondari (sindrome di Kallmann, deficit ipofisario multiplo, displasia setto ottica, sindrome di Bardet-Biedl) o misti (sindrome di Prader-Willi, distrofia miotonica tipo 2, atassia cerebellare, sindrome di Wolfram), oppure ad alterazioni post-testicolari (s. Denys-Drash, Frasier, malattia policistica renale, discinesia ciliare primitiva, sordità-infertilità). L’ipogonadismo è in genere diagnosticato in età adolescenziale. La diagnosi di ipogonadismo sindromico e del difetto genetico è importante per la definizione eziologica e la prevenzione.
©2012,
Editrice Kurtis
le manifestazioni cliniche sono sfumate, mentre l’ipogonadismo ipergonadotropo appare negli stadi intermedi o avanzati della pubertà. Le altre sindromi da anomalie cromosomiche sono molto più rare e talora sono diagnosticate nell’infanzia per l’ambiguità dei genitali. La sindrome del maschio XX o disordine testicolare della differenziazione sessuale (testicular-DSD) ha una prevalenza di 1:20.000 ed è caratterizzata da un fenotipo maschile con cariotipo 46,XX, bassa statura, azoospermia e ipogonadismo ipergonadotropo. Il 90% dei casi ha il gene SRY (sex-determining region on the Y) traslocato sul cromosoma X o su un autosoma (SRY-positivi), genitali maschili normali, testicoli piccoli e azoospermia. I casi senza SRY (soggetti SRY-negativi) hanno gine-
comastia, genitali ambigui e talora gonadi con tessuto testicolare e ovarico (ovotesticular-DSD) (2). La differenziazione in senso maschile avviene per effetto dell’azione del prodotto di SRY, mentre, in assenza di SRY, è dovuta all’iper-espressione della cascata regolata dai geni SOX (Sry-related HMG-box). La secrezione di testosterone può essere carente fin dall’infanzia o ridursi con la pubertà con comparsa di ipogonadismo ipergonadotropo post-puberale. L’azoospermia nel maschio XX è dovuta all’assenza della regione AZF del cromosoma Y. La sindrome di Noonan (NS) è un disordine autosomico dominante caratterizzato clinicamente da bassa statura, dismorfismi facciali, pterigio, difetti cardiaci congeniti, anomalie scheletriche ed ematologiche e
Corrispondenza: Prof. A.A. Sinisi, Endocrinologia - Dipartimento di Scienze Cardiotoraciche e Respiratorie, Seconda Università di Napoli, Via Pansini 5, 80121 Napoli. E-mail:
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Ipogonadismo maschile sindromico Tabella 1 Difetti primitivi gonadici e alterazioni della differenziazione sessuale. Sindrome
Alterazione genetica
Manifestazioni cliniche
S. Klinefelter
Polisomia del cromosoma X (47,XXY, 48,XXXY o altre polisomie X o mosaicismi)
Statura aumentata, proporzioni eunucoidi, ginecomastia, testicoli piccoli e duri, ipogonadismo ipergonadotropo, azoospermia, oligozoospermia severa o criptozoospermia
S. maschio XX
Traslocazione di SRY X-Y (SRY-positivi) 10% SRY-negativi (overespressione SOX)
Bassa statura, ipogonadismo ipergonadotropo ad insorgenza peripuberale, ipotrofia testicolare, azoospermia (SRY-positivi o raramente SRY-negativi), ginecomastia, ambiguità dei genitali e ovotestis (SRY-negativi)
Disgenesia gonadica mista
Mosaicismi XY/X0 o varianti
Bassa statura, genitali ambigui, utero o tube rudimentali, gonadi asimmetriche ritenute con ipotrofia del testicolo o tumore (gonadoblastoma) da un lato e disgenesia controlaterale, ipogonadismo ipergonadotropo, utero rudimentale
S. maschio XYY e varianti
Cromosoma Y sovrannumerario
Ipogonadismo incostante, anomalie staturali, ossee e dentarie
S. Noonan e Noonan simili (S. neurocardiofaciocutanee o RAS-patie)
AD Mutazioni di PTN11, SOS1, KRAS, NRAS, RAF1,BRAF, SHOC2, MEK1, CBL
Bassa statura, anomalie cardiache e polmonari, anomalie somatiche, pterigio, ipogonadismo ipergonadotropo, criptorchidismo
Displasia camptomelica
AR Mutazioni di SOX-9
Bassa statura, anomalie scheletriche, ipogonadismo ipergonadotropo, residui testicolari, genitali femminilizzati
Persistenza di derivati mulleriani nel maschio AR Mutazioni di AMH o AMHR
Utero o altri derivati mulleriani, criptorchidismo
Nanismo muliebre (MUL)
Disturbo di crescita prenatale Scafocefalia, sella a J, epatomegalia, displasia fibrosa, pericardite restrittiva, ipogonadismo ipergonadotropo ad esordio nel periodo medio-puberale
AR Mutazioni di TRIM37
difetti cognitivi variabili. Mutazioni di almeno nove geni (PTN11, SOS1, KRAS, NRAS, RAF1, BRAF, SHOC2, MEK1, CBL) possono dare la NS o sindromi fenotipicamente correlate [sindrome di Leopard, di Costello, cardiofaciocutanea, NSLAH (Noonan-like syndrome with loose anagen hair), neurofibromatosi-NS, di Legius]. Tutte queste condizioni vengono raggruppate nella famiglia delle sindromi neurocardiofaciocutanee o delle RAS-patie, perché riconducibili ad alterazioni della cascata RAS e si associano a un alto rischio di sviluppare neoplasie. Oltre alla bassa statura vi sono il criptorchidismo (in oltre il 50%) e il ritardo puberale. In età adulta è frequente il riscontro di azoospermia o oligozoospermia, dovute a un’alterazione primitiva testicolare disgenetica, che compromette la funzione sertoliana e leydigiana, ma anche al criptorchidismo (3).
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Un difetto primitivo testicolare è presente nel nanismo muliebre (MUL), una sindrome molto rara descritta nei finnici dovuta a mutazione del gene TRIM37, che codifica per una ubiquitin E3 ligase. L’ipogonadismo compare a metà pubertà con una riduzione progressiva delle cellule germinali, del volume testicolare, dei livelli di testosterone e inibina B, e un parallelo aumento di LH e FSH. Gli adulti presentano azoospermia o oligozoospermia (4). Le alterazioni della sintesi steroidea dovute a difetti congeniti delle vie biosintetiche interessanti la gonade e/o il surrene (Tabella 2) hanno con un’ereditarietà di tipo autosomico recessivo. Il difetto enzimatico può determinare in epoca fetale un deficit della sintesi del testosterone, per mutazioni dei geni NR5A1 o SF1, STAR, CYP17, HSD3B2, HSD3B3, POR, oppure un eccesso di produzio-
ne di androgeni surrenalici (iperplasia surrenale congenita, ISC) per mutazione di CYP21A2 e CYP11A1. Ne consegue un’alterazione della differenziazione sessuale del feto con effetti fenotipici diversi a seconda del difetto, del sesso cromosomico e della gonade. Nei soggetti geneticamente maschi con difetti di biosintesi del testosterone si ha ambiguità dei genitali e inversione del fenotipo sessuale, nei deficit surrenalici con aumento degli androgeni si ha ipervirilizzazione (macrogenitosomia, aumento della peluria corporea, precoce maturazione ossea, pubertà precoce e bassa statura). Gli uomini con ISC hanno frequentemente alterazioni della spermatogenesi e aumento dei tumori testicolari da residui surrenalici (5). Le alterazioni testicolari possono essere la conseguenza dello stimolo cronico dell’ACTH elevato oppure della soppressione della secrezione delle gonadotropine.
ANTONIO AGOSTINO SINISI ET AL.
Tabella 2 Sindromi con alterazioni della biosintesi o dell’azione degli androgeni. Livello del difetto di biosintesi
Sindrome
Gene mutato
Fenotipo riproduttivo
Alterazioni sistemiche
Deficit surrenalico
ISC
CYP21A2 CYP 11A1
Iperincrezione degli androgeni surrenalici, alterazioni della spermatogenesi
Manifestazioni da eccesso di androgeni (caratteri sessuali ipervirilizzati, pubertà precoce, bassa statura), tumori testicolari
Deficit surrenalico e testicolare
ISC con DSS XY
NR5A1 (SF1), STAR, CYP17, HSD3B2, POR
Ipogonadismo ipergonadotropo
Ipovirilizzazione, ambiguità genitali, insufficenza surrenalica, iperplasia del surrene
Deficit testicolare
DSS XY
HSD17B3
Ipogonadismo ipergonadotropo
Ipovirilizzazione, ambiguità dei genitali
Difetto d’azione degli androgeni
Insensibilità agli androgeni (CAIS, PAIS)
AR
Ipogonadismo ipogonadotropo/ alterazione della spermatogenesi
Ambiguità dei genitali, inversione sessuale, ipovirilizzazione, ginecomastia
Deficit della 5α-reduttasi
SRD5A2
Ipogonadismo ipergonadotropo/ alterazione della spermatogenesi
Ambiguità dei genitali
ISC: iperplasia surrenale congenita; CAIS: sindrome da insensibilità agli androgeni completa; PAIS: sindrome da insensibilità agli androgeni parziale.
L’ambiguità dei genitali esterni caratterizza le sindromi da difetto dell’azione androgena come l’insensibilità agli androgeni per mutazione del gene del recettore degli androgeni (AR), che si trasmette per via Xlinked, o la resistenza agli androgeni per mutazione del gene della 5αreduttasi 2 (SRD5A2), che ha ereditarietà autosomica recessiva. Il fenotipo può essere molto variabile. All’estremo dello spettro clinico vi può essere solo l’ipospermatogenesi (6).
SINDROMI ASSOCIATE AD ALTERAZIONI DELLA SINTESI E DEL RILASCIO DELLE GONADOTROPINE Alcune sindromi geneticamente determinate presentano ipogonadismo ipogonadotropo, per alterazione centrale della secrezione di GnRH o delle gonadotropine, associato ad alterazioni sensoriali (anosmia, iposmia, sordità, cecità ai colori), cutanee (ittiosi), della linea mediana (palatoschisi, anomalie dentarie), neurologiche, renali, degli arti (sindattilia, polidattilia), ad altri difetti ormonali (ipofisari, surrenalici), obesità o altre anomalie metaboliche. L’ipogonadismo ipogonadotropo determina ritardo o assenza dello sviluppo puberale o, più raramente, un
deficit gonadico a comparsa in età adulta. La terapia sostitutiva con gonadotropine ripristina la funzione
gonadica e la spermatogenesi (7). In questo gruppo (Tabella 3) rientrano la sidrome di Kallmann e altre forme
Tabella 3 Sindromi con ipogonadismo-ipogonadotropo da alterazioni della regione ipotalamo-ipofisaria. Fenotipo riproduttivo
Disordini associati non riproduttivi
Ipogonadismo ipogonadotropo
Anosmia, iposmia, movimenti a specchio, monorene, difetti della linea mediana
Sindrome
Ereditarietà
Gene
S. Kallmann
X-linked
KAL1
AD
FGFR1, FGF8
AR/AD Oligenica
PROK2,PROKR2 Più geni
CHARGE syndrome
ND
CHD7
Ipogonadismo ipogonadotropo
Coloboma, atresia coane, difetti cardiaci, ritardo di crescita e sviluppo, anomalie genitali e dell’orecchio
Deficit/resistenza alla leptina
AR
LEP, LEPR
Ipogonadismo ipogonadotropo
Obesità severa, iperisulinemia
Deficit ipofisario multiplo
AR
PROP1
Ipogonadismo ipogonadotropo
Deficit di TSH, GH, ACTH, PRL
Obesità, alterazioni del sonno
Deficit di TSH, GH, PRL
LHXR3 Displasia setto-ottica
AD/AR
HESX1
Ipogonadismo ipogonadotropo
Deficit di TSH, GH, PRL, ACTH, atrofia ottica, agenesia del corpo calloso Anoftalmia, microftalmia
Ipogonadismo ipogonadotropo, criptorchidismo, micropene
Obesità, sin/polidattilia, retinite pigmentosa, ritardo mentale, anosmia
SOX2 S. Bardet-Biedl
AR
BBS1-14
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Ipogonadismo maschile sindromico
di ipogonadismo sindromico, tra cui ricordiamo la sindrome di BardetBiedl. Quest’ultima è una sindrome complessa con alterazioni della vista (retinite pigmentosa) e riproduttive (criptorchidismo, micropene, ipogonadismo ipogonadotropo) associate a obesità, ritardo mentale e anomalie neurologiche, sensoriali, nefro-urinarie, cardiovascolari e ossee, con una ereditarietà di tipo autosomico recessiva per mutazione della famiglia di geni BSS1-14. Altre sindromi con importanti alterazioni neurologiche, sensoriali e intellettive, presentano un ipogonadismo a patogenesi centrale e periferica (Tabella 4). Nella sindrome di Prader-Willi (PWS) si ha obesità, ritardo mentale e disturbi comportamentali, microdattilia, strabismo, criptorchidismo, microrchidia, ritardo o mancata pubertà nei ragazzi. La PWS è dovuta ad anomalie (delezioni, alterazioni dell’imprinting, disomia uniparentale) di una regione del cromosoma 15 (15q11-13). Le alterazioni riproduttive sono dovute a ipogonadismo ipogonadotropo in alcuni casi, ma più frequentemente è stato dimostrato un danno tubulare primitivo che si manifesta dopo la pubertà con l’aumento dell’FSH e con azoo-/oligozoospermia (8). Un’altra sindrome complessa è la distrofia miotonica tipo 2, in cui la
disfunzione muscolare (miotonia nel 90% dei casi, debolezza e dolori muscolari nel 10%) si associa a cataratta subcapsulare, anomalie di conduzione cardiaca, diabete tipo 2 e atrofia dei testicoli con aumento delle gonadotropine . L’associazione dell’ipogonadismo con l’atassia cerebellare è molto rara. La sindrome compare nell’infanzia con disturbi cortico-spinali progressivi, demenza, difetti di crescita staturale e ipogonadismo ipogonadotropo, ma sono descritti casi con ipogonadismo ipergonadotropo. La sindrome di Wolfram è un’altra rarissima sindrome in cui l’atrofia ottica e il diabete mellito tipo 1 si associano ad alterazioni neurodegenerative e atrofia gonadica. È una malattia autosomica recessiva dovuta a mutazione del gene WFS1.
SINDROMI CON ALTERAZIONI RIPRODUTTIVE POST-TESTICOLARI URO-GENITALI O CON ANOMALIE BIOCHIMICHE E MOLECOLARI DEI GAMETI Il criptorchidismo è presente in diverse sindromi per alterazione della discesa della gonade durante la vita embrio-fetale con differenti meccanismi. Si può trovare un elenco delle sindromi con criptorchidismo in pubblicazioni dedicate (9, 10).
L’ostruzione delle vie escretorie seminali può essere presente in alcune sindromi con alterazioni nefro-urinarie. Le mutazioni del gene CFTR, responsabili dell’assenza bilaterale dei dotti deferenti (CBAVD), possono dare in rari casi una sindrome con CBAVD e anomalie renali (assenza del rene, rene pelvico). Nella malattia policistica renale autosomico-dominante (ADPKD), caratterizzata dalla presenza di cisti nei reni e in altri organi (fegato, pancreas, aracnoide), aneurismi intracranici e anomalie valvolari cardiache, vi è azoospermia per ostruzione cistica dell’ epididimo. Altre due sindromi con alterazioni renali sono dovute a mutazione del gene WT1 (una dominante, sindrome di Denys-Drash, e l’altra recessiva, sindrome di Frasier) e presentano tumore di Wilms, nefropatia, insufficienza renale, ambiguità sessuale e gonadoblastoma . In alcune sindromi l’infertilità è dovuta ad alterazioni funzionali degli spermatozoi per difetti biochimici geneticamente determinati. Nella discinesia ciliare primitiva (PCD), con ereditarietà autosomica recessiva, si ha situs inversus e alterazioni del complesso dineinico o dell’apparato centrale delle strutture ciliari, con malattia cronica oto-sinopolmonare e immobilità degli spermatozoi.
Tabella 4 Sindromi con ipogonadismo da difetto misto centrale e periferico. Sindrome
Ereditarietà
Gene
Fenotipo
Ipoplasia surrenale congenita (AHC)
XR
AHC, DAX1, NR0B1
Ipogonadismo ipogonadotropo, deficit testicolare, insufficienza surrenale, ambiguità genitali
Anomalie della regione critica 15q11-13 (delezione, difetto di imprinting, disomia uniparentale materna)
Obesità, iperfagia, ritardo mentale, microdattilia, strabismo, criptorchidismo, micropene
CNBP (ZNF9)
Miotonia, debolezza muscolare, cataratta subcapsulare, cardiopatia, alterazioni metaboliche, atrofia testicolare e ipogonadismo ipergonadotropo
S. Prader-Willi
Distrofia miotonica tipo 2
AD
Atassia cerebellare e ipogonadismo
AR
S. Wolfram (DIDMOAD)
AR
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Atassia, demenza, sordità, ipogonadismo ipogonadotropo o ipergonadotropo, difetti di crescita WFS1
Atrofia ottica progressiva, diabete mellito tipo 1, alterazioni neurodegenerative ipotalamiche e cerebellari, sordità, insufficienza renale e atrofia gonadica
ANTONIO AGOSTINO SINISI ET AL.
Una sindrome caratterizzata da sordità prelinguale e da alterazioni morfo-funzionali degli spermatozoi è la sindrome sordità-infertilità (deafness-infertility syndrome, DIS), dovuta a delezione di geni continui a livello di 15q15.3 che coinvolge i geni CATSPER2, che causa anomalie spermatiche, e STRC, che causa la sordità (11).
CONCLUSIONI In numerose sindromi a eziologia genetica vi può essere un disordine riproduttivo con ipogonadismo e infertilità nel maschio (1, 10). Queste sindromi vengono diagnosticate in età pediatrica per le malformazioni somatiche e sistemiche non riproduttive (cardiovascolari, nefrourinarie, ossee, neurologiche, sensoriali, metaboliche). L’interessamento riproduttivo può essere clinicamente manifesto nell’infanzia come ambiguità dei genitali, micropene o criptorchidismo, più tardi come ritardo o maturazione incompleta della pubertà e in età adulta come deficit di testosterone, alterazioni del numero e della funzione degli spermatozoi. In casi con ipogonadismo o infertilità sindromici bisogna ricercare l’eventuale alterazione genetica responsabile, non solo per la definizione eziologica, ma anche per la prevenzione della trasmissione della patologia. La clinica, il tipo di ereditarietà e la valutazione dell’assetto endocrino devono indirizzare lo studio genetico-molecolare. Sebbene l’elenco delle cause genetiche delle
alterazioni della spermatogenesi sia costantemente in aumento, il potenziale coinvolgimento di altri geni e loci rimane sconosciuto. I disordini riproduttivi sindromici possono aiutare a identificare il ruolo di nuovi geni nella riproduzione. La terapia dell’ipogonadismo sindromico si basa sulla somministrazione sostitutiva di preparati di testosterone per favorire lo sviluppo puberale ed eliminare i sintomi da carenza androgenica. Nelle forme secondarie può essere stimolata la spermatogenesi con le gonadotropine quando sia richiesta la fertilità. Il prelievo dei gameti dai testicoli può essere indicato in alcuni casi con ostruzione o ipospermatogenesi refrattaria alle gonadotropine nell’ambito di coppie che vogliono sottoporsi a tecniche di fecondazione assistita. Nei soggetti in cui il difetto testicolare compare o si aggrava con la pubertà (sindrome di Klinefelter, nanismo MUL, PWS ecc.) si discute se un prelievo di tessuto gonadico in età adolescenziale possa permettere di ottenere cellule della linea spermatogenetica da congelare per l’uso nella fertilizzazione in vitro in età adulta. Tuttavia, i pochi dati attualmente disponibili (in particolare in adolescenti con sindrome di Klinefelter) non sembrano favorevoli a un recupero di cellule della spermatogenesi (12). BIBLIOGRAFIA 1. Krausz C 2010 Male infertility: pathogenesis and clinical diagnosis. Best Pract Clin Endocrinol Metab 25:271-285.
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