stringtranslate.com

Нейроэндокринология

Нейроэндокринология — раздел биологии (особенно физиологии ), изучающий взаимодействие нервной и эндокринной систем ; т.е. как мозг регулирует гормональную активность в организме. [1] Нервная и эндокринная системы часто действуют вместе в процессе, называемом нейроэндокринной интеграцией , для регулирования физиологических процессов человеческого организма. Нейроэндокринология возникла в результате признания того, что мозг, особенно гипоталамус , контролирует секрецию гормонов гипофиза , и впоследствии расширилась, чтобы исследовать многочисленные взаимосвязи эндокринной и нервной систем.

Эндокринная система состоит из многочисленных желез по всему телу, которые производят и секретируют гормоны разнообразной химической структуры, включая пептиды , стероиды и нейроамины . В совокупности гормоны регулируют многие физиологические процессы. Нейроэндокринная система — это механизм, с помощью которого гипоталамус поддерживает гомеостаз , регулируя размножение , обмен веществ , поведение в еде и питье, использование энергии , осмолярность и кровяное давление .

Нейроэндокринная система

Гипоталамус

Взаимодействие гипоталамуса с задней и передней долей гипофиза. Гипоталамус вырабатывает гормоны окситоцин и вазопрессин в своих эндокринных клетках (слева). Они высвобождаются в нервных окончаниях задней доли гипофиза, а затем секретируются в большой круг кровообращения. Гипоталамус высвобождает тропные гормоны в гипофизарную портальную систему передней доли гипофиза (справа). Затем передняя доля гипофиза секретирует в кровообращение трофические гормоны, которые вызывают разные реакции со стороны различных тканей-мишеней. Эти реакции затем возвращают сигнал гипоталамусу и передней доле гипофиза, чтобы они либо прекратили вырабатывать, либо продолжали вырабатывать сигналы-предшественники.

Гипоталамус широко известен как релейный центр мозга из - за его роли в интеграции сигналов от всех областей мозга и выработке специфической реакции. В нейроэндокринной системе гипоталамус получает электрические сигналы из разных частей мозга и переводит эти электрические сигналы в химические сигналы в форме гормонов или рилизинг-факторов. Эти химические вещества затем транспортируются в гипофиз, а оттуда в системный кровоток. [2]

Гипофиз

Гипофиз делится на три доли: переднюю долю гипофиза , промежуточную долю гипофиза и заднюю долю гипофиза . Гипоталамус контролирует секрецию гормонов передней доли гипофиза, направляя рилизинг-факторы, называемые тропными гормонами , вниз по гипоталамо-гипофизарной портальной системе. [3] Например, тиреотропин-рилизинг-гормон , выделяемый гипоталамусом в портальную систему, стимулирует секрецию тиреотропного гормона передней долей гипофиза. [ нужна цитата ]

Задняя доля гипофиза непосредственно иннервируется гипоталамусом; Гормоны окситоцин и вазопрессин синтезируются нейроэндокринными клетками гипоталамуса и хранятся в нервных окончаниях задней доли гипофиза. Они секретируются непосредственно в большой круг кровообращения нейронами гипоталамуса. [3]

Основные нейроэндокринные оси

Окситоцин и вазопрессин (также называемый антидиуретическим гормоном), два нейрогипофизарных гормона задней доли гипофиза (нейрогипофиза), секретируются из нервных окончаний крупноклеточных нейросекреторных клеток в большой круг кровообращения. Клеточные тела нейронов окситоцина и вазопрессина находятся в паравентрикулярном ядре и супраоптическом ядре гипоталамуса соответственно [2] , а электрическая активность этих нейронов регулируется афферентными синаптическими входами из других областей мозга. [4]

Напротив, гормоны передней доли гипофиза (аденогипофиза) секретируются эндокринными клетками, которые у млекопитающих не имеют прямой иннервации, однако секреция этих гормонов ( адренокортикотропный гормон , лютеинизирующий гормон, фолликулостимулирующий гормон, тиреотропный гормон) гормон, пролактин и гормон роста ) остается под контролем гипоталамуса. Гипоталамус контролирует переднюю долю гипофиза посредством рилизинг-факторов и факторов, ингибирующих высвобождение ; это вещества, выделяемые нейронами гипоталамуса в кровеносные сосуды у основания мозга, на срединном возвышении . [5] Эти сосуды, гипоталамо-гипофизарные портальные сосуды, несут гипоталамические факторы в переднюю долю гипофиза, где они связываются со специфическими рецепторами на поверхности гормон-продуцирующих клеток. [3]

Например, секреция гормона роста контролируется двумя нейроэндокринными системами: нейронами гормона роста (GHRH) и нейронами соматостатина , которые стимулируют и ингибируют секрецию гормона роста соответственно. [6] Нейроны GHRH расположены в дугообразном ядре гипоталамуса, тогда как клетки соматостатина, участвующие в регуляции гормона роста, находятся в перивентрикулярном ядре . Эти две нейрональные системы проецируют аксоны к срединному возвышению, где они высвобождают свои пептиды в портальные кровеносные сосуды для транспортировки в переднюю долю гипофиза. Гормон роста секретируется импульсами, которые возникают в результате чередующихся эпизодов высвобождения GHRH и высвобождения соматостатина, что может отражать нейрональные взаимодействия между GHRH и клетками соматостатина, а также отрицательную обратную связь от гормона роста. [6]

Функции

Нейроэндокринные системы контролируют воспроизводство [7] во всех его аспектах, от привязанности до сексуального поведения. Они контролируют сперматогенез и овариальный цикл, роды , лактацию и материнское поведение . Они контролируют реакцию организма на стресс [8] и инфекцию . [9] Они регулируют обмен веществ в организме , влияя на пищевое и питьевое поведение, а также влияют на то, как используется потребляемая энергия, то есть на то, как метаболизируется жир. [10] Они влияют и регулируют настроение, [11] гомеостаз жидкости и электролитов организма, [12] и кровяное давление . [13]

Нейроны нейроэндокринной системы крупные; это мини- фабрики по производству секреторной продукции; их нервные окончания большие и организованы в когерентные терминальные поля; их выход часто можно легко измерить в крови; а что делают эти нейроны и на какие стимулы они реагируют, легко открыть для гипотез и экспериментов. Следовательно, нейроэндокринные нейроны являются хорошими «модельными системами» для изучения общих вопросов, таких как «как нейрон регулирует синтез, упаковку и секрецию своего продукта?» и «как информация кодируется в электрической активности?» [ нужна ссылка ] [Похоже, что это наблюдение из первоисточника.]

История

Пионеры

Уолтер Ли Гейнс отметил активность гипофиза при лактации коров в 1915 году. [14] Он также отметил, что анестезия может блокировать лактацию и реакцию на сосательный рефлекс. [15]

Эрнст и Берта Шаррер [ 16] из Медицинского колледжа Альберта Эйнштейна Мюнхенского университета считаются соучредителями области нейроэндокринологии благодаря своим первоначальным наблюдениям и предложениям в 1945 году, касающимся нейропептидов .

Джеффри Харриса [17] многие считают «отцом» нейроэндокринологии. Харрису, профессору анатомии доктора Ли в Оксфордском университете , приписывают открытие того, что передняя доля гипофиза млекопитающих регулируется гормонами, секретируемыми нейронами гипоталамуса в портальную циркуляцию гипоталамо -гипофиза . Напротив, гормоны задней доли гипофиза секретируются в большой круг кровообращения непосредственно из нервных окончаний нейронов гипоталамуса. Эта плодотворная работа была проделана в сотрудничестве с Дорой Якобсон из Лундского университета . [18]

Первыми из этих факторов, которые необходимо идентифицировать, являются тиреотропин-рилизинг-гормон (ТРГ) и гонадотропин-рилизинг-гормон (ГнРГ). TRH — небольшой пептид , который стимулирует секрецию тиреотропного гормона ; ГнРГ (также называемый рилизинг-гормоном лютеинизирующего гормона) стимулирует секрецию лютеинизирующего гормона и фолликулостимулирующего гормона .

Роджер Гиймен [19] , студент медицинского факультета Лиона , и Эндрю В. Шалли из Тулейнского университета выделили эти факторы из гипоталамуса овец и свиней, а затем определили их структуры. Гиймен и Шалли были удостоены Нобелевской премии по физиологии и медицине в 1977 году за вклад в понимание «выработки пептидных гормонов мозгом». [ нужна цитата ]

В 1952 году Андор Сентивани из Университета Южной Флориды и Геза Филипп написали первую в мире исследовательскую работу, показывающую, как нейронный контроль иммунитета происходит через гипоталамус. [20]

Современный размах

Сегодня нейроэндокринология охватывает широкий спектр тем, которые прямо или косвенно возникли из основной концепции нейроэндокринных нейронов. Нейроэндокринные нейроны контролируют половые железы , стероиды которых , в свою очередь, влияют на мозг, как и кортикостероиды , секретируемые надпочечниками под влиянием адренокортикотропного гормона. Изучение этих обратных связей стало прерогативой нейроэндокринологов. Пептиды, секретируемые нейроэндокринными нейронами гипоталамуса в кровь, высвобождались также и в мозг, и центральное действие часто дополняло периферическое действие. Таким образом, понимание этих центральных действий также стало прерогативой нейроэндокринологов, иногда даже тогда, когда эти пептиды появлялись в совершенно разных частях мозга, которые, по-видимому, выполняли функции, не связанные с эндокринной регуляцией. В периферической нервной системе были обнаружены нейроэндокринные нейроны , регулирующие, например, пищеварение . Клетки мозгового слоя надпочечников , выделяющие адреналин и норадреналин , оказались обладающими свойствами между эндокринными клетками и нейронами и оказались выдающимися модельными системами, например, для изучения молекулярных механизмов экзоцитоза . И они тоже стали, в более широком смысле, нейроэндокринными системами.

Нейроэндокринные системы сыграли важную роль в нашем понимании многих основных принципов нейробиологии и физиологии , например, нашего понимания связи между стимулом и секрецией . [21] Истоки и значение формирования паттернов нейроэндокринной секреции по-прежнему являются доминирующими темами в нейроэндокринологии сегодня.

Нейроэндокринология также используется как неотъемлемая часть понимания и лечения нейробиологических заболеваний головного мозга . Одним из примеров является усиление лечения симптомов настроения гормоном щитовидной железы. [22] Другим примером является обнаружение проблем с транстиретином (транспортом тироксина) в спинномозговой жидкости у некоторых пациентов с диагнозом шизофрения. [23]

Экспериментальные методы

Со времени первых экспериментов Джеффри Харриса по изучению связи гипоталамуса с гипофизом многое было изучено о механистических деталях этого взаимодействия. Использовались различные экспериментальные техники. Ранние эксперименты в значительной степени опирались на методы электрофизиологии, используемые Ходжкиным и Хаксли . Недавние подходы включали различные математические модели для понимания ранее выявленных механизмов и прогнозирования системной реакции и адаптации при различных обстоятельствах. [ нужна цитата ]

Электрофизиология

Электрофизиологические эксперименты использовались на заре нейроэндокринологии для выявления физиологических процессов в гипоталамусе и особенно в задней доле гипофиза. В 1950 году Джеффри Харрис и Барри Кросс описали путь окситоцина, изучая высвобождение окситоцина в ответ на электрическую стимуляцию. [24] В 1974 году Уолтерс и Хаттон исследовали эффект обезвоживания воды путем электрической стимуляции супраоптического ядра — гипоталамического центра, ответственного за высвобождение вазопрессина. [24] Гленн Хаттон посвятил свою карьеру изучению физиологии нейрогипофизарной системы, что включало изучение электрических свойств нейронов гипоталамуса. [24] Это позволило изучить поведение этих нейронов и связанные с этим физиологические эффекты. Изучение электрической активности нейроэндокринных клеток позволило в конечном итоге различить нейроны центральной нервной системы, нейроэндокринные нейроны и эндокринные клетки. [25]

Математические модели

Модель Ходжкина-Хаксли

Модель Ходжкина-Хаксли переводит данные о токе системы при определенном напряжении в зависящие от времени данные, описывающие мембранный потенциал . Эксперименты с использованием этой модели обычно основываются на одном и том же формате и предположениях, но различают дифференциальные уравнения, чтобы ответить на конкретные вопросы. Благодаря использованию этого метода многое было изучено о вазопрессине, ГнРГ, соматотрофах, кортикотрофах и лактотрофных гормонах. [8]

Модель интеграции и запуска

Модель «интеграция и запуск» направлена ​​на математическую простоту описания биологических систем, фокусируясь только на пороговой активности нейрона. Таким образом, модель успешно снижает сложность сложной системы; однако он игнорирует реальные механизмы действия и заменяет их функциями, которые определяют, как выходные данные системы зависят от ее входных данных. [8] Эта модель использовалась для описания высвобождения гормонов задней доли гипофиза, в частности окситоцина и вазопрессина. [9]

Модель функциональных или средних полей

Модель функциональных или средних полей основана на предпосылке «чем проще, тем лучше». [8] Он стремится упростить моделирование многогранных систем за счет использования одной переменной для описания всей популяции клеток. Альтернативой было бы использование разного набора переменных для каждой совокупности. При попытке смоделировать систему, в которой взаимодействуют несколько популяций клеток, использование нескольких наборов быстро становится слишком сложным. Эта модель использовалась для описания нескольких систем, особенно связанных с репродуктивным циклом (менструальные циклы, лютеинизирующий гормон, выбросы пролактина). [9] Также существуют функциональные модели для представления секреции кортизола и гормона роста. [9]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ «Эндокринная система и нейроэндокринология :: Центр обучения ДНК». www.dnalc.org . Проверено 12 мая 2018 г.
  2. ^ Аб Уоттс, Алан Дж. (01 августа 2015 г.). «60 лет нейроэндокринологии: структура нейроэндокринного гипоталамуса: нейроанатомическое наследие Джеффри Харриса». Журнал эндокринологии . 226 (2): Т25–Т39. doi : 10.1530/JOE-15-0157. ISSN  0022-0795. ПМЦ 4574488 . ПМИД  25994006. 
  3. ^ abc Маленка RC, Нестлер Э.Дж., Хайман С.Е. (2009). «Глава 10: Нейронный и нейроэндокринный контроль внутренней среды». В Сидоре А., Брауне Р.Ю. (ред.). Молекулярная нейрофармакология: фонд клинической неврологии (2-е изд.). Нью-Йорк: McGraw-Hill Medical. стр. 246, 248–259. ISBN 9780071481274.
  4. ^ Хонда, Казумаса; Чжан, Уильям; Томияма, Кейта (июнь 2014 г.). «Клетки окситоцина в паравентрикулярном ядре получают возбуждающие синаптические сигналы от контрлатеральных паравентрикулярных и супраоптических ядер у кормящих крыс». Письма по неврологии . 572 : 44–47. doi :10.1016/j.neulet.2014.04.040. PMID  24792395. S2CID  25107850.
  5. ^ Книгге, К.М.; Джозеф, ЮАР; Сладек, младший; Ноттер, МФ; Моррис, М.; Сундберг, ДК; Хольцварт, Массачусетс; Хоффман, GE; О'Брайен, Л. (1 января 1976 г.), Борн, GH; Даниэлли, Дж. Ф.; Чон, К.В. (ред.), Поглощение и транспортная активность срединного возвышения гипоталамуса, International Review of Cytology, vol. 45, Academic Press, стр. 383–408, номер документа : 10.1016/s0074-7696(08)60082-0, ISBN. 9780123643452, получено 15 ноября 2021 г.
  6. ^ Аб МакГрегор, диджей; Ленг, Г. (декабрь 2005 г.). «Моделирование гипоталамического контроля секреции гормона роста». Журнал нейроэндокринологии . 17 (12): 788–803. дои : 10.1111/j.1365-2826.2005.01370.x. ISSN  0953-8194. PMID  16280026. S2CID  36712187.
  7. ^ Бласкес М., Босма П.Т., Фрейзер Э.Дж., Ван Лук К.Дж., Трюдо В.Л. (июнь 1998 г.). «Рыбы как модель нейроэндокринной регуляции размножения и роста». Сравнительная биохимия и физиология. Часть C. Фармакология, токсикология и эндокринология . 119 (3): 345–64. дои : 10.1016/S0742-8413(98)00023-1. ПМИД  9827007.
  8. ^ abcd Ратка А., Сутанто В., Блумерс М., де Клоет Э.Р. (август 1989 г.). «О роли минералокортикоидных (тип I) и глюкокортикоидных (II тип) рецепторов головного мозга в нейроэндокринной регуляции». Нейроэндокринология . 50 (2): 117–23. дои : 10.1159/000125210. ПМИД  2550833.
  9. ^ abcd Вебстер Дж.И., Тонелли Л., Штернберг Э.М. (2002). «Нейроэндокринная регуляция иммунитета» (PDF) . Ежегодный обзор иммунологии . 20 : 125–63. doi :10.1146/annurev.immunol.20.082401.104914. PMID  11861600. Архивировано из оригинала (PDF) 12 декабря 2013 г.
  10. ^ МакМинн Дж. Э., Баскин Д. Г., Шварц М. В. (май 2000 г.). «Нейроэндокринные механизмы, регулирующие потребление пищи и массу тела». Обзоры ожирения . 1 (1): 37–46. дои : 10.1046/j.1467-789x.2000.00007.x. PMID  12119644. S2CID  33202919.
  11. ^ Дэвидсон Р.Дж., Льюис Д.А., Аллой Л.Б., Амарал Д.Г., Буш Дж., Коэн Дж.Д. и др. (сентябрь 2002 г.). «Нейронные и поведенческие субстраты настроения и регуляции настроения». Биологическая психиатрия . 52 (6): 478–502. CiteSeerX 10.1.1.558.6231 . дои : 10.1016/S0006-3223(02)01458-0. PMID  12361665. S2CID  39992433. 
  12. ^ Антунес-Родригес Дж., де Кастро М., Элиас Л.Л., Валенса М.М., Макканн С.М. (январь 2004 г.). «Нейроэндокринный контроль обмена жидкостей организма». Физиологические обзоры . 84 (1): 169–208. doi :10.1152/physrev.00017.2003. ПМИД  14715914.
  13. ^ Ленкей З., Корвол П., Льоренс-Кортес С. (май 1995 г.). «Подтип AT1A рецептора ангиотензина преобладает в областях переднего мозга крыс, участвующих в кровяном давлении, гомеостазе жидкости организма и нейроэндокринном контроле». Исследования мозга. Молекулярные исследования мозга . 30 (1): 53–60. дои : 10.1016/0169-328X(94)00272-G. ПМИД  7609644.
  14. ^ Медвей, ВК (2012). История эндокринологии . Спрингер. п. 409.
  15. ^ Дрейфус, Жан Жак (1981). «У.Л. Гейнс, предшественник концепции рефлекторной нейроэндокринной системы». Геснерус (на французском языке). 38 (3–4): 331–338. дои : 10.1163/22977953-0380304004.
  16. ^ Шаррер Э, Шаррер Б (1 января 1945 г.). «Нейросекреция». Физиологические обзоры . 25 (1): 171–181. doi :10.1152/physrev.1945.25.1.171. ISSN  1522-1210.
  17. ^ Райсман Г (1997). «Желание объяснить непостижимое: Джеффри Харрис и открытие нейронного контроля над гипофизом» (PDF) . Ежегодный обзор неврологии . 20 : 533–66. дои : 10.1146/annurev.neuro.20.1.533. PMID  9056724. Архивировано из оригинала (PDF) 3 июля 2007 г. Проверено 10 февраля 2006 г.
  18. ^ Breathnach CS, Мойнихан Дж.Б. (март 2013 г.). «Первые леди в закладке основ нейроэндокринологии» (PDF) . Ирландский журнал медицинских наук . 182 (1): 143–7. дои : 10.1007/s11845-012-0830-9. PMID  22581099. S2CID  8177884. Архивировано из оригинала (PDF) 24 декабря 2018 г.
  19. ^ Гиймен Р., Шалли А.В., Липскомб Х.С., Андерсен Р.Н., Лонг Дж.М. (апрель 1962 г.). «О наличии в гипоталамусе свиней рилизинг-фактора 3-кортикотропина, альфа- и бета-меланоцитстимулирующих гормонов, адренокортикотропина, лизина-вазопрессина и окситоцина». Эндокринология . 70 (4): 471–7. дои : 10.1210/endo-70-4-471 . ПМИД  13902822.
  20. ^ Берчи I (2010). «Мемориал доктора Андора Сентивани». Университет Манитобы. Архивировано из оригинала 10 февраля 2009 г.(Внимание: автоматическая фоновая музыка)
  21. ^ Мислер С. (сентябрь 2009 г.). «Объединение концепций взаимодействия стимула и секреции в эндокринных клетках и некоторые последствия для терапии». Достижения в области физиологического образования . 33 (3): 175–86. дои : 10.1152/advan.90213.2008. ПМЦ 3747786 . ПМИД  19745043. 
  22. ^ Герачиоти ТД (2006). «Выявление психиатрических проявлений гипотиреоза». Современная психиатрия . 5 (11): 98–117.
  23. ^ Хуанг Дж.Т., Левеке Ф.М., Оксли Д., Ван Л., Харрис Н., Кете Д. и др. (ноябрь 2006 г.). «Биомаркеры заболеваний в спинномозговой жидкости пациентов с впервые возникшим психозом». ПЛОС Медицина . 3 (11): е428. doi : 10.1371/journal.pmed.0030428 . ПМЦ 1630717 . ПМИД  17090210. 
  24. ^ abc Ленг, Г.; Моос, ФК; Армстронг, МЫ (01 мая 2010 г.). «Адаптивный мозг: Гленн Хаттон и супраоптическое ядро». Журнал нейроэндокринологии . 22 (5): 318–329. дои : 10.1111/j.1365-2826.2010.01997.x. ПМЦ 5713484 . ПМИД  20298459. 
  25. ^ Кандел, ER (1 марта 1964). «Электрические свойства нейроэндокринных клеток гипоталамуса». Журнал общей физиологии . 47 (4): 691–717. дои : 10.1085/jgp.47.4.691. ISSN  1540-7748. ПМК 2195356 . ПМИД  14127607.