Гипоталамо-гипофизарно-гонадная ось - Hypothalamic–pituitary–gonadal axis

Ось HPG

В гипоталамо-гипофизарно-гонадная ось (Ось HPG) относится к гипоталамус, гипофиз, и гонадные железы как если бы этот человек эндокринные железы были единым целым. Поскольку эти железы часто действуют согласованно, физиологи и эндокринологи считаю удобным и описательным говорить о них как о единой системе.

Ось HPG играет важную роль в развитии и регулировании 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, воспроизводство и старение животных. Гонадотропин-рилизинг-гормон (GnRH) секретируется гипоталамус к ГнРГ-экспрессирующие нейроны. Передняя часть гипофиз производит лютеинизирующий гормон (LH) и фолликулостимулирующего гормона (ФСГ), а гонады производят эстроген и тестостерон.

В яйцекладущий Для организмов (например, рыб, рептилий, амфибий, птиц) ось HPG обычно называется осью гипоталамус-гипофиз-гонад-печень (ось HPGL) у женщин. Многие белки яичного желтка и хориона гетерологично синтезируются в печени, которые необходимы для роста и развития овоцитов. Примеры таких необходимых белков печени: вителлогенин и хориогенин.

В HPA, HPG и HPT Оси - это три пути, по которым гипоталамус и гипофиз управляют нейроэндокринной функцией.

Расположение и регулирование

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

В гипоталамус расположен в головном мозге и секретирует гонадолиберин.[1] ГнРГ распространяется вниз по передней части гипофиза через гипофизарная портальная система и связывается с рецепторами секреторных клеток аденогипофиз.[2] В ответ на стимуляцию ГнРГ эти клетки продуцируют ЛГ и ФСГ, которые попадают в кровоток.[3]

Эти два гормона играют важную роль в коммуникации с гонадами. У женщин ФСГ и ЛГ действуют прежде всего, чтобы активировать яичники производить эстроген и ингибин и регулировать менструальный цикл и яичниковый цикл. Эстроген образует петля отрицательной обратной связи за счет ингибирования производства гонадолиберина в гипоталамусе. Ингибин действует, чтобы подавить активин, который представляет собой периферический гормон, который положительно стимулирует клетки, продуцирующие GnRH. Фоллистатин, который также вырабатывается во всех тканях тела, ингибирует активин и дает остальной части тела больший контроль над осью. У мужчин ЛГ стимулирует интерстициальные клетки, расположенные в яички производить тестостерон, а ФСГ играет роль в сперматогенез. У мужчин секретируется лишь небольшое количество эстрогена. Недавние исследования показали, что существует нейростероидная ось, которая помогает коре головного мозга регулировать выработку ГнРГ гипоталамусом.[4]

Кроме того, лептин и инсулин обладают стимулирующим действием и грелин оказывает тормозящее действие на гонадотропин-рилизинг гормон (ГнРГ) секреция гипоталамус.[5] Кисспептин также влияет на секрецию гонадолиберина.[6]

Функция

Размножение

Одна из наиболее важных функций оси HPG - регулировать репродуктивную функцию путем управления циклами матки и яичников.[7] У женщин положительный отзыв петля 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 работу гипоталамуса и передней доли гипофиза, тем самым останавливая петлю положительной обратной связи эстроген-ЛГ. Если происходит зачатие, плацента возьмет на себя секрецию прогестерона; поэтому мать не может снова овулировать. Если зачатие не происходит, снижение экскреции прогестерона позволит гипоталамусу возобновить секрецию гонадолиберина. 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 заставляет людей приобретать вторичные половые признаки.

У мужчин выработка ГнРГ, ЛГ и ФСГ схожа, но эффекты этих гормонов различны.[8] ФСГ стимулирует стентакулярные клетки выпустить андрогенсвязывающий белок, который продвигает тестостерон привязка. ЛГ связывается с интерстициальными клетками, заставляя их секретировать тестостерон. Тестостерон необходим для нормального сперматогенеза и подавляет работу гипоталамуса. Ингибин продуцируется сперматогенными клетками, которые, также инактивируя активин, подавляют гипоталамус. После полового созревания уровень этих гормонов остается относительно постоянным.

Жизненный цикл

Активация и деактивация оси HPG также помогает регулировать жизненные циклы.[7] При рождении уровни ФСГ и ЛГ повышены, и у самок также есть пожизненный запас первичных ооцитов. Эти уровни снижаются и остаются низкими в детстве. В течение половое созревание ось HPG активируется секрецией эстрогена из яичников или тестостерона из яички. Эта активация эстроген а тестостерон вызывает физиологические и психологические изменения. После активации ось HPG продолжает функционировать у мужчин всю оставшуюся жизнь, но перестает регулироваться у женщин, что приводит к менопауза. Это нарушение регуляции вызвано в основном отсутствием ооцитов, которые обычно производят эстроген, чтобы создать петлю положительной обратной связи. По прошествии нескольких лет активность оси HPG снижается, и женщины теряют способность к деторождению.[9]

Хотя самцы остаются фертильными до самой смерти, активность оси HPG снижается. По мере взросления мужчин яички начинают вырабатывать меньше тестостерона, что приводит к состоянию, известному как постпубертатный гипогонадизм.[8] Причина снижения тестостерона неясна и является актуальной темой исследования. Постпубертатный гипогонадизм приводит к прогрессирующему снижению мышечной массы, увеличению массы висцерального жира, потере либидо, импотенции, снижению внимания, увеличению риска переломов и аномальному производству спермы.

Половой диморфизм и поведение

Половые стероиды также влияют на поведение, потому что половые стероиды влияют на структуру и функционирование мозга. Во время развития гормоны помогают определить, как нейроны синапс и мигрировать привести к половые диморфизмы.[10] Эти физические различия приводят к различиям в поведении. Хотя не было доказано, что ГнРГ оказывает какое-либо прямое влияние на регуляцию структуры и функции мозга, гонадотропины, половые стероиды и активин обладают такими эффектами. Считается, что ФСГ может играть важную роль в развитии и дифференцировке мозга.

Было показано, что уровни тестостерона связаны с: просоциальное поведение.[11] Это помогает создать синаптогенез, способствуя развитию и миграции нейритов. Активин способствует пластичности нейронов на протяжении всей жизни и регулирует нейротрансмиттеры периферических нейронов. Окружающая среда также может влиять на гормоны и поведение.[12] У женщин больше связей между языковыми областями, что позволяет им лучше общаться, чем у мужчин. В среднем мужчины превосходят женщин по тесты на пространственное мышление, который теоретически является результатом половых различий.[нужна цитата ] Тестостерон был связан с агрессией и половым влечением; поэтому мужчины, как правило, более конкурентоспособны или агрессивны, чем женщины.[нужна цитата ] Все эти черты и уровни гормонов также сильно различаются.

Клиническая значимость

Расстройства

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

Генные мутации

Генетические мутации и хромосомные аномалии являются двумя источниками изменения оси HPG.[15] Единичные мутации обычно приводят к изменениям связывающей способности гормона и рецептора, что приводит к инактивации или чрезмерной активации. Эти мутации могут возникать в генах, кодирующих GnRH, LH и FSH или их рецепторы. В зависимости от того, какой гормон и рецептор не могут связываться, происходят разные эффекты, но все они изменяют ось HPG.

Например, мужская мутация гена, кодирующего GnRH, может привести к гипогонадотропному гипогонадизму. Мутация, которая вызывает усиление функции рецептора ЛГ, может привести к состоянию, известному как тестотоксикоз, которое вызывает половое созревание в возрасте от 2 до 3 лет. Нарушение функции рецепторов ЛГ может вызвать мужской псевдогермафродитизм. У самок мутации имели бы аналогичный эффект. Замещение гормонов можно использовать для начала полового созревания и продолжения, если в гене, кодирующем гормон, происходит мутация гена. Хромосомные мутации, как правило, влияют на выработку андрогенов, а не на ось HPG.

Подавление

Ось HPG может быть подавлена гормональные противозачаточные администрация. Хотя гормональные противозачаточные средства часто описываются как предотвращение беременности путем имитации состояния беременности, они эффективны, поскольку работают на оси HPG, имитируя лютеиновую фазу цикла женщины. Основные активные ингредиенты синтетические. прогестины, которые имитируют биологически полученный прогестерон. Синтетический прогестин препятствует высвобождению ГнРГ гипоталамусом, а гипофизу - ЛГ и ФСГ; поэтому он предотвращает переход яичникового цикла в фазу менструации и предотвращает развитие фолликулов и овуляцию. Также в результате многие побочные эффекты схожи с симптомами беременности. Было показано, что у болезни Альцгеймера есть гормональный компонент, который, возможно, можно использовать в качестве метода предотвращения болезни.[16] Мужские контрацептивы использование половых гормонов подходит к проблеме аналогичным образом.

Ось HPG также может быть подавлена Антагонисты ГнРГ или непрерывное введение Агонист ГнРГ, например, в следующих приложениях

Стимуляция

Индукция овуляции обычно первоначально выполняется путем предоставления антиэстроген Такие как кломифена цитрат или же летрозол чтобы уменьшить отрицательную обратную связь с гипофизом, что приводит к увеличению ФСГ с целью увеличения фолликулогенез. Это основной начальный курс лечения ановуляция.

Факторы окружающей среды

Окружающая среда может иметь большое влияние на ось HPG. Один из примеров - женщины с расстройствами пищевого поведения, страдающие олигоменореей и вторичной аменореей. Голодание из-за нервной анорексии или булимии вызывает деактивацию оси HPG, что приводит к остановке цикла яичников и матки у женщин. Стресс, физические упражнения и потеря веса коррелировали с олигоменореей и вторичной аменореей.[17] Точно так же факторы окружающей среды также могут влиять на мужчин, например, вызывая стресс. бессилие. Пренатальное воздействие алкоголя может повлиять на гормоны, регулирующие развитие плода, что приводит к нарушению 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 небольшими эволюционными модификациями. Большая часть исследований проводится на моделях животных, потому что они очень хорошо имитируют механизм контроля человека. Важно помнить, что люди - единственные виды, которые скрывают свой фертильный период, но этот эффект представляет собой разницу в действии 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». Endocr. Rev. 25 (2): 235–75. Дои:10.1210 / er.2003-0002. PMID  15082521.
  2. ^ Чарльтон Х (июнь 2008 г.). «Гипоталамический контроль функции передней доли гипофиза: история». J. Нейроэндокринол. 20 (6): 641–6. Дои:10.1111 / j.1365-2826.2008.01718.x. PMID  18601683.
  3. ^ Vadakkadath Meethal S, Atwood CS (февраль 2005 г.). «Роль гипоталамо-гипофизарно-гонадных гормонов в нормальном строении и функционировании мозга». Клетка. Мол. Life Sci. 62 (3): 257–70. Дои: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 оси гипоталамуса-гипофиза-гонад». J. Neurochem. 110 (3): 1014–27. Дои:10.1111 / j.1471-4159.2009.06192.x. ЧВК  2789665. PMID  19493163.
  5. ^ Comninos, A.N .; Jayasena, C.N .; Дилло, В. С. (2013). «Взаимосвязь между кишечными и жировыми гормонами и размножением». Обновление репродукции человека. 20 (2): 153–74. Дои:10.1093 / humupd / dmt033. PMID  24173881.
  6. ^ Скорупскайте, К .; Джордж, Дж. Т .; Андерсон, Р. А. (2014). «Путь кисспептин-ГнРГ в репродуктивном здоровье и болезнях человека». Обновление репродукции человека. 20 (4): 485–500. Дои:10.1093 / humupd / dmu009. ISSN  1355-4786. ЧВК  4063702. PMID  24615662.
  7. ^ а б Катя Хоэн; Мариеб, Элейн Никпон (2007). Анатомия и физиология человека. Сан-Франциско: Пирсон Бенджамин Каммингс. С. 1090–1110. ISBN  0-8053-5909-5.
  8. ^ а б Велдхус Дж. Д., Кинан Д. М., Лю П. Я., Иранманеш А., Такахаши П. Я., Нехра А. Х. (февраль 2009 г.). «Гипоталамо-гипофиз-гонадная ось стареющего мужчины: пульсация и обратная связь». Мол. Клетка. Эндокринол. 299 (1): 14–22. Дои:10.1016 / j.mce.2008.09.005. ЧВК  2662347. PMID  18838102.
  9. ^ Даунс Дж. Л., Мудрый PM (февраль 2009 г.). «Роль мозга в женском репродуктивном старении». Мол. Клетка. Эндокринол. 299 (1): 32–8. Дои:10.1016 / j.mce.2008.11.012. ЧВК  2692385. PMID  19063938.
  10. ^ Хайнс М. (июль 1982 г.). «Пренатальные гонадные гормоны и половые различия в поведении человека». Psychol Bull. 92 (1): 56–80. Дои:10.1037/0033-2909.92.1.56. PMID  7134329.
  11. ^ Вибрал М., Домен Т., Клингмюллер Д., Вебер Б., Фальк А. (2012). «Введение тестостерона снижает вероятность лжи у мужчин». PLoS ONE. 7 (10): e46774. Дои:10.1371 / journal.pone.0046774. ЧВК  3468628. PMID  23071635.
  12. ^ Шепард К.Н., Микопулос В., Туфексис Д.И., Уилсон М.Э. (май 2009 г.). «Генетическое, эпигенетическое и экологическое влияние на половые различия в социальном поведении». Physiol. Поведение. 97 (2): 157–70. Дои:10.1016 / j.physbeh.2009.02.016. ЧВК  2670935. PMID  19250945.
  13. ^ Стр.54 в: Гийбо, Джон; Энда Маквей; Рой Хомбург (2008). Оксфордский справочник репродуктивной медицины и планирования семьи. Оксфорд [Оксфордшир]: Издательство Оксфордского университета. ISBN  0-19-920380-6.
  14. ^ Baird, D. T .; Balen, A .; Escobar-Morreale, H.F .; Evers, J. L.H .; Fauser, B.C.J. M .; Franks, S .; Glasier, A .; Homburg, R .; La Vecchia, C .; Деврой, П .; Дидрих, К .; Fraser, L .; Gianaroli, L .; Liebaers, I .; Sunde, A .; Tapanainen, J. S .; Tarlatzis, B .; Van Steirteghem, A .; Вейга, А .; Crosignani, P.G .; Эверс, Дж. Л. Х. (2012). «Здоровье и фертильность у ановуляторных женщин группы 2 Всемирной организации здравоохранения». Обновление репродукции человека. 18 (5): 586–599. Дои:10.1093 / humupd / dms019. PMID  22611175.
  15. ^ Исидори AM, Джаннетта Э, Лензи А (2008). «Мужской гипогонадизм». Гипофиз. 11 (2): 171–80. Дои:10.1007 / s11102-008-0111-9. PMID  18404386.
  16. ^ Хаасл Р.Дж., Ахмади М.Р., Митхал С.В., Глисон К.Э., Джонсон С.К., Астана С., Боуэн Р.Л., Этвуд С.С. (2008). «Интронный вариант рецептора лютеинизирующего гормона в значительной степени связан со снижением риска болезни Альцгеймера у мужчин, несущих аллель аполипопротеина E epsilon4». BMC Med. Genet. 9: 37. Дои:10.1186/1471-2350-9-37. ЧВК  2396156. PMID  18439297.
  17. ^ Wiksten-Almströmer M, Hirschberg AL, Hagenfeldt K (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.
  18. ^ Вайнберг Дж., Сливовска Дж. Х., Лан Н., Хеллеманс К.Г. (апрель 2008 г.). «Пренатальное воздействие алкоголя: программирование плода, ось гипоталамус-гипофиз-надпочечники и половые различия в исходе». J. Нейроэндокринол. 20 (4): 470–88. Дои:10.1111 / j.1365-2826.2008.01669.x. PMID  18266938.
  19. ^ Сеятель С.А., Фримат М., Кавано С.И. (март 2009 г.). «Истоки эндокринной системы позвоночных: гипоталамо-гипофизарно-гонадная (HPG) и гипоталамо-гипофизарно-тироидная (HPT): новые открытия от миног». Gen. Comp. Эндокринол. 161 (1): 20–9. Дои:10.1016 / j.ygcen.2008.11.023. PMID  19084529.