stringtranslate.com

Гипоталамо-гипофизарно-гонадная ось

Гипогонадная ось

Гипоталамо -гипофизарно-гонадная ось ( ось HPG , также известная как гипоталамо-гипофизарно-яичниковая/яичковая ось ) относится к гипоталамусу , гипофизу и гонадам , как если бы эти отдельные эндокринные железы были единым целым. Поскольку эти железы часто действуют сообща, физиологи и эндокринологи считают удобным и описательным говорить о них как о единой системе.

Ось HPG играет важную роль в развитии и регуляции ряда систем организма, таких как репродуктивная и иммунная системы. Колебания этой оси вызывают изменения в гормонах, вырабатываемых каждой железой, и оказывают различные местные и системные эффекты на организм.

Ось контролирует развитие, размножение и старение у животных. Гонадотропин-рилизинг-гормон (ГнРГ) секретируется из гипоталамуса нейронами, экспрессирующими ГнРГ . Передняя часть гипофиза вырабатывает лютеинизирующий гормон (ЛГ) и фолликулостимулирующий гормон (ФСГ), а гонады 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. Многие белки яичного желтка и хориона синтезируются гетерологично в печени, что необходимо 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 мозге и секретирует ГнРГ. [1] ГнРГ перемещается вниз по передней части гипофиза через гипофизарную портальную систему и связывается с рецепторами на секреторных клетках аденогипофиза . [ 2] В ответ на стимуляцию ГнРГ эти клетки вырабатывают ЛГ и ФСГ, которые попадают в кровоток. [3]

Эти два гормона играют важную роль в коммуникации с гонадами. У женщин ФСГ и ЛГ действуют в первую очередь для активации яичников для выработки эстрогена и ингибина и для регулирования менструального цикла и овариального цикла . Эстроген образует отрицательную обратную связь, ингибируя выработку ГнРГ в гипоталамусе. Ингибин действует, ингибируя активин , который является периферически продуцируемым гормоном, который положительно стимулирует клетки, продуцирующие ГнРГ. Фоллистатин , который также вырабатывается во всех тканях тела, ингибирует активин и дает остальному телу больше контроля над осью. У мужчин ЛГ стимулирует интерстициальные клетки, расположенные в яичках, для выработки тестостерона, а ФСГ играет роль в сперматогенезе . У мужчин секретируется лишь небольшое количество эстрогена. Недавние исследования показали, что существует нейростероидная ось, которая помогает коре регулировать выработку ГнРГ гипоталамусом. [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

Репродукция

Одной из важнейших функций оси HPG является регулирование воспроизводства путем управления циклами матки и яичников. [7] У женщин положительная обратная связь между эстрогеном и лютеинизирующим гормоном помогает подготовить фолликул в яичнике и матке к овуляции и имплантации. Когда яйцеклетка высвобождается, пустой фолликулярный мешок начинает вырабатывать прогестерон, чтобы ингибировать гипоталамус и переднюю долю гипофиза, тем самым останавливая положительную обратную связь эстроген-ЛГ. Если зачатие происходит, плацента возьмет на себя секрецию прогестерона; поэтому мать не может снова овулировать. Если зачатие не происходит, уменьшение выделения 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 тому, что у людей появляются вторичные половые признаки. [ необходима цитата ]

У мужчин продукция ГнРГ, ЛГ и ФСГ схожа, но эффекты этих гормонов различны. [8] ФСГ стимулирует поддерживающие клетки к высвобождению андрогенсвязывающего белка , который способствует связыванию тестостерона . ЛГ связывается с интерстициальными клетками, заставляя их секретировать тестостерон. Тестостерон необходим для нормального сперматогенеза и ингибирует гипоталамус. Ингибин вырабатывается сперматогенными клетками, которые также посредством инактивации активина ингибируют гипоталамус. После полового созревания уровни этих гормонов остаются относительно постоянными. [ необходима цитата ]

Жизненный цикл

Активация и деактивация оси HPG также помогает регулировать жизненные циклы. [7] При рождении уровни ФСГ и ЛГ повышаются, и у женщин также есть пожизненный запас первичных ооцитов. Эти уровни снижаются и остаются низкими в течение всего детства. В период полового созревания ось HPG активируется секрецией эстрогена из яичников или тестостерона из яичек . Эта активация эстрогена и тестостерона вызывает физиологические и психологические изменения. После активации ось HPG продолжает функционировать у мужчин до конца их жизни, но становится нерегулируемой у женщин, что приводит к менопаузе . Эта нерегуляция вызвана в основном отсутствием ооцитов, которые обычно вырабатывают эстроген для создания положительной обратной связи. В течение нескольких лет активность оси HPG снижается, и женщины больше не могут быть фертильными. [9]

Хотя мужчины остаются фертильными до самой смерти, активность оси HPG снижается. По мере старения мужчин яички начинают вырабатывать меньше тестостерона, что приводит к состоянию, известному как постпубертальный гипогонадизм . [8] Причина снижения тестостерона неясна и является актуальной темой исследований. Постпубертальный гипогонадизм приводит к прогрессирующему снижению мышечной массы, увеличению массы висцерального жира, потере либидо, импотенции, снижению внимания, повышению риска переломов и аномальной выработке спермы. [ необходима цитата ]

Половой диморфизм и поведение

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

Было показано, что уровень тестостерона связан с просоциальным поведением . [11] Это помогает создать синаптогенез, способствуя развитию и миграции нейритов. Активин способствует нейронной пластичности на протяжении всей жизни и регулирует нейротрансмиттеры периферических нейронов. Окружающая среда также может влиять на гормоны и взаимодействие поведения. [12]

Клиническая значимость

Расстройства

Расстройства гипоталамо-гипофизарно-гонадной оси классифицируются Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ) следующим образом: [13]

Генные мутации

Генетические мутации и хромосомные аномалии являются двумя источниками изменений оси HPG. [15] Одиночные мутации обычно приводят к изменениям в связывающей способности гормона и рецептора, что приводит к инактивации или чрезмерной активации. Эти мутации могут возникать в генах, кодирующих ГнРГ, ЛГ и ФСГ или их рецепторы. В зависимости от того, какой гормон и рецептор неспособны связываться, возникают различные эффекты, но все они изменяют ось HPG. [ необходима 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 происходит в возрасте 2–3 лет. Потеря функции рецепторов ЛГ может вызвать мужской псевдогермафродитизм. У женщин мутации будут иметь аналогичные эффекты. Гормональная замена может быть использована для инициирования полового созревания и продолжения, если мутация гена происходит в гене, кодирующем гормон. Хромосомные мутации, как правило, влияют на выработку андрогенов, а не на ось HPG. [ необходима цитата ]

Подавление

Ось HPG может быть подавлена ​​введением гормональных противозачаточных средств . Хотя их часто описывают как предотвращение беременности путем имитации состояния беременности, гормональные противозачаточные средства эффективны, поскольку они работают на оси HPG, имитируя лютеиновую фазу женского цикла. Основными действующими веществами являются синтетические прогестины , которые имитируют биологически полученный прогестерон. Синтетический прогестин не позволяет гипоталамусу высвобождать ГнРГ, а гипофизу — высвобождать ЛГ и ФСГ; поэтому он не позволяет овариальному циклу войти в менструальную фазу и предотвращает развитие фолликула и овуляцию. Также в результате многие побочные эффекты похожи на симптомы беременности. Было показано, что болезнь Альцгеймера имеет гормональный компонент, который, возможно, может быть использован в качестве метода профилактики заболевания. [16] Мужские контрацептивы, использующие половые гормоны, решают проблему аналогичным образом.

Ось HPG также может быть подавлена ​​антагонистами ГнРГ или постоянным введением агониста ГнРГ , например, в следующих случаях:

Стимуляция

Индукция овуляции обычно изначально выполняется путем введения антиэстрогена , такого как кломифен цитрат или летрозол , чтобы уменьшить отрицательную обратную связь на гипофиз, что приводит к повышению ФСГ с целью усиления фолликулогенеза . Это основное начальное медицинское лечение ановуляции .

Факторы окружающей среды

Окружающая среда может оказывать большое влияние на ось HPG. Например, женщины с расстройствами пищевого поведения склонны к олигоменорее и вторичной аменорее. Голодание из-за нервной анорексии или булимии приводит к деактивации оси HPG, что приводит к остановке женских овариальных и маточных циклов. Стресс, физические упражнения и потеря веса коррелируют с олигоменореей и вторичной аменореей. [17] Аналогичным образом факторы окружающей среды могут влиять и на мужчин, например, стресс, вызывающий импотенцию . Пренатальное воздействие алкоголя может влиять на гормоны, регулирующие развитие плода, что приводит к расстройству алкогольного спектра плода. [18]

Сравнительная анатомия

Ось HPG в высокой степени 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 так хорошо имитируют механизм контроля людей. Важно помнить, что люди — единственный вид, который скрывает свой фертильный период, но этот эффект является разницей в действии гормонов, а не разницей в оси HPG.

Смотрите также

Ссылки

  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. ^ Charlton H (июнь 2008 г.). «Гипоталамический контроль функции передней доли гипофиза: история». J. Neuroendocrinol . 20 (6): 641–6. doi : 10.1111/j.1365-2826.2008.01718.x . PMID  18601683. S2CID  16955603.
  3. ^ Vadakkadath Meethal S, Atwood CS (февраль 2005 г.). «Роль гипоталамо-гипофизарно-гонадных гормонов в нормальной структуре и функционировании мозга». Cell. Mol. Life Sci . 62 (3): 257–70. doi :10.1007/s00018-004-4381-3. PMID  15723162.
  4. ^ Meethal SV, Liu T, Chan HW, Ginsburg E, Wilson AC, Gray DN, Bowen RL, Vonderhaar BK, Atwood CS (август 2009 г.). «Идентификация регуляторной петли для синтеза нейростероидов: стероидогенный острый регуляторный белок-зависимый механизм с участием рецепторов гипоталамо-гипофизарно-гонадной оси». J. Neurochem . 110 (3): 1014–27. doi :10.1111/j.1471-4159.2009.06192.x. PMC 2789665 . PMID  19493163. 
  5. ^ Комнинос, AN; Джаясена, CN; Дхилло, WS (2013). «Взаимосвязь между гормонами кишечника и жировой ткани и репродукцией». Human Reproduction Update . 20 (2): 153–74. doi : 10.1093/humupd/dmt033 . PMID  24173881.
  6. ^ Скорупскайте, К.; Джордж, Дж. Т.; Андерсон, РА (2014). «Путь кисспептин-ГнРГ в репродуктивном здоровье и болезнях человека». Human Reproduction Update . 20 (4): 485–500. doi :10.1093/humupd/dmu009. ISSN  1355-4786. PMC 4063702. PMID  24615662 . 
  7. ^ ab Katja Hoehn; Marieb, Elaine Nicpon (2007). Анатомия и физиология человека . Сан-Франциско: Pearson Benjamin Cummings. стр. 1090–1110. ISBN 978-0-8053-5909-1.
  8. ^ ab Veldhuis JD, Keenan DM, Liu PY, Iranmanesh A, Takahashi PY, Nehra AX (февраль 2009 г.). «Гипоталамо-гипофизарно-гонадная ось у стареющих мужчин: пульсативность и обратная связь». Mol. Cell. Endocrinol . 299 (1): 14–22. doi :10.1016/j.mce.2008.09.005. PMC 2662347. PMID  18838102 . 
  9. ^ Downs JL, Wise PM (февраль 2009 г.). «Роль мозга в женском репродуктивном старении». Mol. Cell. Endocrinol . 299 (1): 32–8. doi :10.1016/j.mce.2008.11.012. PMC 2692385. PMID  19063938 . 
  10. ^ Hines M (июль 1982). «Пренатальные половые гормоны и половые различия в поведении человека». Psychol Bull . 92 (1): 56–80. doi :10.1037/0033-2909.92.1.56. PMID  7134329.
  11. ^ Wibral M, Dohmen T, Klingmüller D, Weber B, Falk A (2012). «Прием тестостерона снижает ложь у мужчин». PLOS ONE . 7 (10): e46774. Bibcode : 2012PLoSO...746774W. doi : 10.1371/journal.pone.0046774 . PMC 3468628. PMID  23071635 . 
  12. ^ Шепард КН, Михопулос В, Туфексис ДЖ, Уилсон МЭ (май 2009 г.). «Генетическое, эпигенетическое и экологическое влияние на половые различия в социальном поведении». Physiol. Behav . 97 (2): 157–70. doi :10.1016/j.physbeh.2009.02.016. PMC 2670935 . PMID  19250945. 
  13. ↑ Страница 54 в: Гийебо, Джон; Энда Маквей; Рой Хомбург (2008). Оксфордский справочник по репродуктивной медицине и планированию семьи . Оксфорд [Оксфордшир]: Oxford University Press. ISBN 978-0-19-920380-2.
  14. ^ Baird, DT; Balen, A.; Escobar-Morreale, HF; Evers, JLH; Fauser, BCJM; Franks, S.; Glasier, A.; Homburg, R.; La Vecchia, C.; Devroey, P.; Diedrich, K.; Fraser, L.; Gianaroli, L.; Liebaers, I.; Sunde, A.; Tapanainen, JS; Tarlatzis, B.; Van Steirteghem, A.; Veiga, A.; Crosignani, PG; Evers, JLH (2012). «Здоровье и фертильность у женщин с ановуляцией, относящихся ко 2-й группе Всемирной организации здравоохранения». Human Reproduction Update . 18 (5): 586–599. doi :10.1093/humupd/dms019. PMID  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. ^ Haasl RJ, Ahmadi MR, Meethal SV, Gleason CE, Johnson SC, Asthana S, Bowen RL, Atwood CS (2008). «Интронный вариант рецептора лютеинизирующего гормона значительно связан с пониженным риском болезни Альцгеймера у мужчин, несущих аллель аполипопротеина E epsilon4». BMC Med. Genet . 9 : 37. doi : 10.1186/1471-2350-9-37 . PMC 2396156. PMID  18439297. 
  17. ^ Wiksten-Almströmer M, Hirschberg AL, Hagenfeldt K (2007). «Нарушения менструального цикла и сопутствующие факторы среди девочек-подростков, посещающих молодежную клинику». Acta Obstet Gynecol Scand . 86 (1): 65–72. doi :10.1080/00016340601034970. PMID  17230292. S2CID  24096186.
  18. ^ Weinberg J, Sliwowska JH, Lan N, Hellemans KG (апрель 2008 г.). «Пренатальное воздействие алкоголя: фетальное программирование, гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковая ось и половые различия в результатах». J. Neuroendocrinol . 20 (4): 470–88. doi :10.1111/j.1365-2826.2008.01669.x. PMC 8942074. PMID 18266938.  S2CID 4574957  . 
  19. ^ Sower SA, Freamat M, Kavanaugh SI (март 2009). «Происхождение эндокринных систем позвоночных гипоталамус-гипофиз-гонад (HPG) и гипоталамус-гипофиз-щитовидная железа (HPT): новые идеи из миног». Gen. Comp. Endocrinol . 161 (1): 20–9. doi :10.1016/j.ygcen.2008.11.023. PMID  19084529.