stringtranslate.com

Гипоталамус-гипофиз-гонадная ось

Гипогонадная ось

Ось гипоталамус -гипофиз-гонады ( ось HPG , также известная как ось гипоталамус-гипофиз-яичники/яички ) относится к гипоталамусу , гипофизу и половым железам , как если бы эти отдельные эндокринные железы были единым целым. Поскольку эти железы часто действуют согласованно, физиологи и эндокринологи находят удобным и наглядным говорить о них как о единой системе.

Ось HPG играет решающую роль в развитии и регуляции ряда систем организма, таких как репродуктивная и иммунная системы. Колебания этой оси вызывают изменения гормонов, вырабатываемых каждой железой, и оказывают различное местное и системное воздействие на организм.

Ось контролирует развитие, размножение и старение животных. Гонадотропин-рилизинг-гормон (ГнРГ) секретируется гипоталамусом нейронами , экспрессирующими ГнРГ . Передняя часть гипофиза вырабатывает лютеинизирующий гормон (ЛГ) и фолликулостимулирующий гормон (ФСГ), а половые железы вырабатывают эстроген и тестостерон .

У яйцекладущих организмов (например, рыб, рептилий, амфибий, птиц) ось HPG обычно называют осью гипоталамус-гипофиз-гонады-печень (ось HPGL) у самок. В печени гетерологично синтезируются многие белки яичного желтка и хориона, необходимые для роста и развития овоцитов. Примерами таких необходимых белков печени являются вителлогенин и хориогенин.

Оси HPA , HPG и HPT представляют собой три пути, в которых гипоталамус и гипофиз управляют нейроэндокринной функцией.

Расположение и регулирование

Регуляция HPG у мужчин, при этом система ингибин/активин играет аналогичную роль в клетках, продуцирующих ГнРГ.

Гипоталамус расположен в головном мозге и секретирует ГнРГ . [1] ГнРГ перемещается вниз по передней части гипофиза через портальную систему гипофиза и связывается с рецепторами секреторных клеток аденогипофиза . [2] В ответ на стимуляцию ГнРГ эти клетки производят ЛГ и ФСГ, которые попадают в кровоток. [3]

Эти два гормона играют важную роль в общении с половыми железами. У женщин ФСГ и ЛГ действуют в первую очередь, активируя яичники для выработки эстрогена и ингибина, а также регулируя менструальный цикл и овариальный цикл . Эстроген образует петлю отрицательной обратной связи , ингибируя выработку ГнРГ в гипоталамусе. Ингибин ингибирует активин , гормон, вырабатываемый периферически и положительно стимулирующий клетки, продуцирующие ГнРГ. Фоллистатин , который также вырабатывается во всех тканях тела, ингибирует активин и дает остальному телу больший контроль над осью. У мужчин ЛГ стимулирует интерстициальные клетки, расположенные в яичках , к выработке тестостерона, а ФСГ играет роль в сперматогенезе . У мужчин секретируется лишь небольшое количество эстрогена. Недавние исследования показали, что существует нейростероидная ось, которая помогает коре головного мозга регулировать выработку гипоталамусом ГнРГ. [4]

Кроме того, лептин и инсулин оказывают стимулирующее действие, а грелин оказывает ингибирующее действие на секрецию гонадотропин-рилизинг-гормона (ГнРГ) гипоталамусом . [5] Кисспептин также влияет на секрецию ГнРГ. [6]

Функция

Воспроизведение

Одной из наиболее важных функций оси HPG является регулирование репродуктивной функции путем контроля маточных и яичниковых циклов. [7] У женщин петля положительной обратной связи между эстрогеном и лютеинизирующим гормоном помогает подготовить фолликул в яичнике и матке к овуляции и имплантации. Когда яйцеклетка высвобождается, пустой мешок фолликула начинает вырабатывать прогестерон, подавляя гипоталамус и переднюю долю гипофиза, тем самым останавливая петлю положительной обратной связи эстроген-ЛГ. Если зачатие произойдет, секрецию прогестерона возьмет на себя плацента; поэтому мать не может снова овулировать. Если зачатие не происходит, снижение экскреции прогестерона позволит гипоталамусу возобновить секрецию ГнРГ. Эти уровни гормонов также контролируют маточный (менструальный) цикл, вызывая фазу пролиферации при подготовке к овуляции, секреторную фазу после овуляции и менструацию, когда зачатие не происходит. Активация оси HPG как у мужчин, так и у женщин в период полового созревания также приводит к приобретению вторичных половых признаков. [ нужна цитата ]

У мужчин выработка ГнРГ, ЛГ и ФСГ аналогична, но действие этих гормонов различно. [8] ФСГ стимулирует поддерживающие клетки высвобождать андрогенсвязывающий белок , который способствует связыванию тестостерона . ЛГ связывается с интерстициальными клетками, заставляя их секретировать тестостерон. Тестостерон необходим для нормального сперматогенеза и подавляет работу гипоталамуса. Ингибин вырабатывается сперматогенными клетками, которые, также инактивируя активин, угнетают гипоталамус. После полового созревания уровень этих гормонов остается относительно постоянным. [ нужна цитата ]

Жизненный цикл

Активация и деактивация оси HPG также помогает регулировать жизненные циклы. [7] При рождении уровни ФСГ и ЛГ повышены, и у самок также имеется пожизненный запас первичных ооцитов. Эти уровни снижаются и остаются низкими в детстве. В период полового созревания ось HPG активируется секрецией эстрогена из яичников или тестостерона из семенников . Эта активация эстрогена и тестостерона вызывает физиологические и психологические изменения. После активации ось HPG продолжает функционировать у мужчин до конца жизни, но у женщин ее регуляция прекращается, что приводит к менопаузе . Это нарушение регуляции вызвано главным образом отсутствием ооцитов, которые обычно производят эстроген для создания петли положительной обратной связи. Через несколько лет активность оси HPG снижается и женщины перестают быть фертильными. [9]

Хотя самцы остаются плодовитыми до самой смерти, активность оси HPG снижается. С возрастом у мужчин яички начинают производить меньше тестостерона, что приводит к состоянию, известному как постпубертатный гипогонадизм . [8] Причина снижения тестостерона неясна и является текущей темой исследований. Постпубертатный гипогонадизм приводит к прогрессирующему снижению мышечной массы, увеличению массы висцерального жира, потере либидо, импотенции, снижению внимания, повышенному риску переломов и аномальному производству спермы. [ нужна цитата ]

Половой диморфизм и поведение

Секс-стероиды также влияют на поведение, поскольку половые стероиды влияют на структуру и функционирование мозга. Во время развития гормоны помогают определять, как нейроны синапсируют и мигрируют , что приводит к половому диморфизму . [10] Эти физические различия приводят к различиям в поведении. Хотя не было доказано, что ГнРГ оказывает какое-либо прямое влияние на регуляцию структуры и функций мозга, такое влияние оказывают гонадотропины, половые стероиды и активин. Считается, что ФСГ может играть важную роль в развитии и дифференцировке мозга.

Было показано, что уровни тестостерона связаны с просоциальным поведением . [11] Это помогает создать синаптогенез, способствуя развитию и миграции нейритов. Активин способствует пластичности нейронов на протяжении всей жизни и регулирует работу нейротрансмиттеров периферических нейронов. Окружающая среда также может влиять на гормоны и поведение. [12]

Клиническая значимость

расстройства

Нарушения оси гипоталамус-гипофиз-гонады классифицируются Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ) как: [13]

Генные мутации

Генетические мутации и хромосомные аномалии являются двумя источниками изменения оси HPG. [15] Одиночные мутации обычно приводят к изменениям связывающей способности гормона и рецептора, что приводит к инактивации или чрезмерной активации. Эти мутации могут возникать в генах, кодирующих ГнРГ, ЛГ и ФСГ, или в их рецепторах. В зависимости от того, какой гормон и рецептор не могут связываться, возникают различные эффекты, но все они изменяют ось HPG. [ нужна цитата ]

Например, мужская мутация гена, кодирующего ГнРГ, может привести к гипогонадотропному гипогонадизму. Мутация, вызывающая усиление функции рецептора ЛГ, может привести к состоянию, известному как тестотоксикоз, при котором половое созревание наступает в возрасте 2–3 лет. Потеря функции рецепторов ЛГ может вызвать мужской псевдогермафродитизм. У женщин мутации будут иметь аналогичные последствия. Заместительную гормональную терапию можно использовать для инициирования и продолжения полового созревания, если в гене, кодирующем гормон, происходит мутация. Хромосомные мутации имеют тенденцию влиять на выработку андрогенов, а не на ось HPG. [ нужна цитата ]

Подавление

Ось HPG может быть подавлена ​​применением гормональных противозачаточных средств . Хотя гормональный контроль рождаемости часто описывается как предотвращение беременности путем имитации состояния беременности, он эффективен, поскольку он воздействует на ось HPG, имитируя лютеиновую фазу женского цикла. Основными активными ингредиентами являются синтетические прогестины , которые имитируют прогестерон биологического происхождения. Синтетический прогестин предотвращает высвобождение гипоталамусом ГнРГ и гипофизом — ЛГ и ФСГ; поэтому он предотвращает переход яичникового цикла в менструальную фазу и предотвращает развитие фолликулов и овуляцию. Кроме того, в результате многие побочные эффекты аналогичны симптомам беременности. Было показано, что болезнь Альцгеймера имеет гормональный компонент, который, возможно, можно использовать в качестве метода предотвращения заболевания. [16] Мужские контрацептивы , использующие половые гормоны, решают проблему аналогичным образом.

Ось HPG также может быть подавлена ​​антагонистами GnRH или постоянным введением агониста GnRH , например, в следующих приложениях.

Стимуляция

Индукция овуляции обычно первоначально выполняется путем введения антиэстрогена , такого как кломифен цитрат или летрозол , чтобы уменьшить отрицательную обратную связь с гипофизом, что приводит к увеличению уровня ФСГ с целью увеличения фолликулогенеза . Это основной метод начального лечения ановуляции .

Факторы окружающей среды

Окружающая среда может иметь большое влияние на ось HPG. Например, у женщин с расстройствами пищевого поведения чаще наблюдаются олигоменорея и вторичная аменорея. Голодание из-за нервной анорексии или булимии приводит к дезактивации оси HPG, вызывая остановку яичникового и маточного циклов у женщин. Стресс, физические упражнения и потеря веса коррелируют с олигоменореей и вторичной аменореей. [17] Аналогичным образом, на мужчин могут влиять и факторы окружающей среды, такие как стресс, вызывающий импотенцию . Пренатальное воздействие алкоголя может повлиять на гормоны, регулирующие развитие плода, что приведет к расстройству алкогольного спектра плода. [18]

Сравнительная анатомия

Ось HPG высоко консервативна в животном мире. [19] Хотя репродуктивные модели могут различаться, физические компоненты и механизмы контроля остаются прежними. Используются те же гормоны с некоторыми незначительными эволюционными модификациями. Большая часть исследований проводится на животных моделях, поскольку они очень хорошо имитируют механизм контроля человека. Важно помнить, что люди — единственный вид, который скрывает свой фертильный период, но этот эффект представляет собой разницу в воздействии гормонов, а не разницу в оси HPG.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Миллар Р.П., Лу З.Л., Поусон А.Дж., Фланаган Калифорния, Морган К., Модсли С.Р. (апрель 2004 г.). «Рецепторы гонадотропин-рилизинг-гормона». Эндокр. Преподобный . 25 (2): 235–75. дои : 10.1210/er.2003-0002 . ПМИД  15082521.
  2. ^ Чарльтон Х (июнь 2008 г.). «Гипоталамический контроль функции передней доли гипофиза: история». Дж. Нейроэндокринол . 20 (6): 641–6. дои : 10.1111/j.1365-2826.2008.01718.x . PMID  18601683. S2CID  16955603.
  3. ^ Вадаккадат Митал С., Этвуд CS (февраль 2005 г.). «Роль гипоталамо-гипофизарно-гонадных гормонов в нормальном строении и функционировании головного мозга». Клетка. Мол. Наука о жизни . 62 (3): 257–70. дои : 10.1007/s00018-004-4381-3. ПМИД  15723162.
  4. ^ Митал С.В., Лю Т., Чан Х.В., Гинзбург Э., Уилсон AC, Грей Д.Н., Боуэн Р.Л., Вондерхаар Б.К., Этвуд CS (август 2009 г.). «Идентификация регуляторной петли синтеза нейростероидов: стероидогенный острый регуляторный белково-зависимый механизм с участием рецепторов гипоталамо-гипофизарно-гонадной оси». Дж. Нейрохем . 110 (3): 1014–27. дои : 10.1111/j.1471-4159.2009.06192.x. ПМЦ 2789665 . ПМИД  19493163. 
  5. ^ Комнинос, АН; Джаясена, Китай; Дхилло, WS (2013). «Взаимосвязь между гормонами кишечника и жировой ткани и репродукцией». Обновление репродукции человека . 20 (2): 153–74. дои : 10.1093/humupd/dmt033 . ПМИД  24173881.
  6. ^ Скорупскайте, К.; Джордж, Джей Ти; Андерсон, РА (2014). «Путь кисспептин-ГнРГ в репродуктивном здоровье и заболеваниях человека». Обновление репродукции человека . 20 (4): 485–500. doi : 10.1093/humupd/dmu009. ISSN  1355-4786. ПМК 4063702 . ПМИД  24615662. 
  7. ^ аб Катя Хен; Мариб, Элейн Никпон (2007). Анатомия и физиология человека . Сан-Франциско: Пирсон Бенджамин Каммингс. стр. 1090–1110. ISBN 978-0-8053-5909-1.
  8. ^ аб Вельдхуис Дж. Д., Кинан Д. М., Лю П. Я., Иранманеш А., Такахаши П. Я., Нехра А. С. (февраль 2009 г.). «Стареющая мужская гипоталамо-гипофизарно-гонадная ось: пульсация и обратная связь». Мол. Клетка. Эндокринол . 299 (1): 14–22. doi :10.1016/j.mce.2008.09.005. ПМЦ 2662347 . ПМИД  18838102. 
  9. ^ Даунс Дж.Л., Мудрый премьер-министр (февраль 2009 г.). «Роль мозга в репродуктивном старении женщин». Мол. Клетка. Эндокринол . 299 (1): 32–8. doi : 10.1016/j.mce.2008.11.012. ПМЦ 2692385 . ПМИД  19063938. 
  10. ^ Хайнс М (июль 1982 г.). «Пренатальные гонадные гормоны и половые различия в поведении человека». Психологический Булл . 92 (1): 56–80. дои : 10.1037/0033-2909.92.1.56. ПМИД  7134329.
  11. ^ Вибрал М., Домен Т., Клингмюллер Д., Вебер Б., Фальк А. (2012). «Прием тестостерона уменьшает ложь у мужчин». ПЛОС ОДИН . 7 (10): е46774. Бибкод : 2012PLoSO...746774W. дои : 10.1371/journal.pone.0046774 . ПМЦ 3468628 . ПМИД  23071635. 
  12. ^ Шепард К.Н., Мичопулос В., Туфексис DJ, Уилсон М.Э. (май 2009 г.). «Генетическое, эпигенетическое и влияние окружающей среды на половые различия в социальном поведении». Физиол. Поведение . 97 (2): 157–70. doi :10.1016/j.physbeh.2009.02.016. ПМК 2670935 . ПМИД  19250945. 
  13. ^ Страница 54 в: Гийбо, Джон; Энда Маквей; Рой Хомбург (2008). Оксфордский справочник по репродуктивной медицине и планированию семьи . Оксфорд [Оксфордшир]: Издательство Оксфордского университета. ISBN 978-0-19-920380-2.
  14. ^ Бэрд, DT; Бален, А.; Эскобар-Морреале, ХФ; Эверс, JLH; Фаузер, BCJM; Фрэнкс, С.; Глейзер, А.; Хомбург, Р.; Ла Веккья, К.; Деврой, П.; Дидрих, К.; Фрейзер, Л.; Джанароли, Л.; Либерс, И.; Сунде, А.; Тапанайнен, Й.С.; Тарлацис, Б.; Ван Стейртегем, А.; Вейга, А.; Крозиньяни, PG; Эверс, JLH (2012). «Здоровье и фертильность женщин с ановуляцией 2-й группы Всемирной организации здравоохранения». Обновление репродукции человека . 18 (5): 586–599. doi : 10.1093/humupd/dms019. ПМИД  22611175.
  15. ^ Исидори А.М., Джаннетта Э., Лензи А. (2008). «Мужской гипогонадизм». Гипофиз . 11 (2): 171–80. дои : 10.1007/s11102-008-0111-9. PMID  18404386. S2CID  20813241.
  16. ^ Хаасл Р.Дж., Ахмади М.Р., Метал С.В., Глисон К.Э., Джонсон С.С., Астана С., Боуэн Р.Л., Этвуд К.С. (2008). «Интронный вариант рецептора лютеинизирующего гормона в значительной степени связан со снижением риска болезни Альцгеймера у мужчин, несущих аллель аполипопротеина E epsilon4». БМК Мед. Жене . 9:37 . дои : 10.1186/1471-2350-9-37 . ПМК 2396156 . ПМИД  18439297. 
  17. ^ Викстен-Альмстремер М., Хиршберг А.Л., Хагенфельдт К. (2007). «Нарушения менструального цикла и связанные с ними факторы у девочек-подростков, посещающих молодежную клинику». Acta Obstet Gynecol Scand . 86 (1): 65–72. дои : 10.1080/00016340601034970. PMID  17230292. S2CID  24096186.
  18. ^ Вайнберг Дж., Сливовска Дж.Х., Лан Н., Хеллеманс К.Г. (апрель 2008 г.). «Пренатальное воздействие алкоголя: программирование плода, гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковая ось и половые различия в результатах». Дж. Нейроэндокринол . 20 (4): 470–88. дои : 10.1111/j.1365-2826.2008.01669.x. ПМЦ 8942074 . PMID  18266938. S2CID  4574957. 
  19. ^ Sower SA, Freamat M, Кавано С.И. (март 2009 г.). «Происхождение эндокринных систем гипоталамо-гипофиз-гонадной (HPG) и гипоталамо-гипофиз-щитовидной железы (HPT) позвоночных: новые открытия на примере миног». Генерал Комп. Эндокринол . 161 (1): 20–9. дои : 10.1016/j.ygcen.2008.11.023. ПМИД  19084529.