Введение
Процесс созревания первичных фолликулов. Хотя этот процесс схож у многих животных, в данной статье мы рассмотрим исключительно фолликулогенез человека. В биологии фолликулогенез – это созревание яичникового фолликула, плотно упакованной оболочки соматических клеток, содержащей незрелую яйцеклетку (ооцит). Фолликулогенез описывает прогрессию от множества небольших первичных фолликулов к крупным преовуляторным фолликулам, происходящую частично в рамках менструального цикла. В отличие от мужского сперматогенеза, который может продолжаться неограниченно долго, фолликулогенез завершается, когда оставшиеся фолликулы в яичниках теряют способность реагировать на гормональные сигналы, которые ранее стимулировали созревание отдельных фолликулов. Это истощение запаса фолликулов сигнализирует о наступлении менопаузы.
Although the process is similar in many animals, this article will deal exclusively with human folliculogenesis. In biology, folliculogenesis is the maturation of the ovarian follicle, a densely packed shell of somatic cells that contains an immature oocyte. Folliculogenesis describes the progression of a number of small primordial follicles into large preovulatory follicles that occurs in part during the menstrual cycle. Contrary to male spermatogenesis, which can last indefinitely, folliculogenesis ends when the remaining follicles in the ovaries are incapable of responding to the hormonal cues that previously recruited some follicles to mature. This depletion in follicle supply signals the beginning of menopause.
Обзор
Основная роль фолликула – поддержка ооцита. Из всего пула фолликулов, с которым рождается женщина, лишь 0,1% из них достигают овуляции, в то время как 99,9% подвергаются разрушению (в процессе, называемом фолликулярной атрезией). С рождения яичники человека содержат множество незрелых, примордиальных фолликулов. Каждый из этих фолликулов содержит столь же незрелую первичную ооциту. В период полового созревания группы фолликулов начинают фолликулогенез, вступая в фазу роста, которая завершается овуляцией (процесс, при котором ооцит покидает фолликул) или атрезией (гибелью гранулезных клеток фолликула). В процессе развития фолликулы претерпевают ряд критических изменений в характеристиках, как гистологических, так и гормональных. Сначала они превращаются в первичные фолликулы, а затем – во вторичные. Далее фолликулы переходят в третичные, или антральные, фолликулы. На этой стадии развития они становятся зависимыми от гормонов, в особенности от ФСГ, что вызывает значительное увеличение скорости их роста. Поздняя третичная, или преовуляторная, фолликула разрывается и высвобождает ооцит (который становится вторичным ооцитом), завершая фолликулогенез. Фолликулярная селекция – это процесс, посредством которого один «доминантный» фолликул выбирается из рекрутированной когорты или волны для преимущественного роста. Обычно это происходит один раз в ранней или средней фолликулярной фазе менструального цикла, приводя к овуляции.
Первичный
Во время активации яичниковых фолликулов гранулезные клетки примордиальных фолликулов изменяют свою структуру с плоской на кубическую, что знаменует начало формирования первичного фолликула. Геном яйцеклетки активируется и происходит транскрипция генов. Формируются элементарные паракринные сигнальные пути, необходимые для коммуникации между фолликулом и яйцеклеткой. Как яйцеклетка, так и фолликул значительно увеличиваются в размерах, достигая почти 0,1 мм в диаметре. В это время в первичных фолликулах развиваются рецепторы к фолликулостимулирующему гормону (ФСГ), однако они остаются гонадотропин-независимыми до антральной стадии. Тем не менее, исследования показали, что присутствие ФСГ ускоряет рост фолликулов in vitro. Вокруг яйцеклетки формируется гликопротеиновая полимерная оболочка – zona pellucida, отделяющая ее от окружающих гранулезных клеток. Zona pellucida, которая сохраняется вместе с яйцеклеткой после овуляции, содержит ферменты, катализирующие взаимодействие со сперматозоидами для обеспечения их проникновения.
Вторичный
Строма, подобно тека-клеткам, рекрутируется сигналами, секретируемыми ооцитами. Она окружает самый внешний слой фолликула – базальную мембрану – и подвергается цитодифференцировке, формируя тека externa и тека interna. Между этими двумя текальными слоями формируется сложная сеть капилляров, которая начинает обеспечивать кровоток к фолликулу и от него. Вторичный фолликул на поздней стадии развития гистологически и структурно характеризуется полностью созревшим ооцитом, окруженным зоной пеллюцида, примерно девятью слоями гранулезных клеток, базальной мембраной, тека interna, капиллярной сетью и тека externa. Развитие антра также начинается на стадии вторичного фолликула.
Формирование Антрума
Образование заполненной жидкостью полости, прилегающей к яйцеклетке, называемой антрумом, обозначает фолликул как антральный фолликул, в отличие от так называемого преантрального фолликула, в котором антрум еще отсутствует. Антральный фолликул также называют фолликулом Граафа. Существуют различные определения относительно того, на какой стадии происходит этот переход: некоторые относят фолликулы вторичной стадии к антральным, а другие – к преантральным.
Ранний третий класс
В третичном фолликуле сформирована базовая структура зрелого фолликула, и новые клетки не обнаруживаются. Клетки гранулезы и теки продолжают делиться митотически, одновременно с увеличением объема антрума. Третичные фолликулы могут достигать значительных размеров, ограничиваемым лишь доступностью ФСГ, от которого они теперь зависят. Под действием морфогенного градиента, секретируемого ооцитом, гранулозные клетки третичного фолликула дифференцируются в четыре различных подтипа: корона радиата, окружающая зону пеллюцида; мембрана, расположенная внутреннее от базальной мембраны; периантральная, прилегающая к антруму, и кумулюс оофорус, соединяющий мембрану и гранулозные клетки короны радиата. Каждый тип клеток по-разному реагирует на ФСГ. Клетки theca interna экспрессируют рецепторы к лютеинизирующему гормону (ЛГ). ЛГ индуцирует выработку андрогенов клетками теки, главным образом андростендиона, который ароматизируется клетками гранулезы с образованием эстрогенов, преимущественно эстрадиола. Вследствие этого уровень эстрогена начинает повышаться.
Поздней третичной и преоваляторной фазы (фоликулярная фаза менструального цикла)
На этом этапе большинство фолликулов, начавших рост, погибают. Этот процесс гибели фолликулов известен как атрезия и характеризуется радикальным апоптозом всех составляющих клеток и ооцита. Хотя причина атрезии неизвестна, было показано, что высокие концентрации ФСГ предотвращают её развитие. Повышение уровня ФСГ в гипофизе, вызванное распадом жёлтого тела в конце менструального цикла, инициирует набор пяти-семи фолликулов 5-го класса для участия в следующем цикле. Эти фолликулы входят в завершающую стадию предыдущего менструального цикла и переходят в фолликулярную фазу следующего. Выбранные фолликулы, называемые антральными, конкурируют друг с другом за ФСГ, стимулирующую рост. Существуют споры относительно механизма формирования когорты из пяти-семи антральных фолликулов. Предлагаются теории непрерывного набора антральных фолликулов, теории единичного эпизода набора в конце лютеиновой фазы, а в последнее время появились данные, подтверждающие модель набора, характеризующуюся 2-3 волнами набора и развития фолликулов в течение менструального цикла (только одна из которых является овуляторной волной). В ответ на повышение уровня ФСГ антральные фолликулы начинают секретировать эстроген и ингибин, оказывающие отрицательное обратное воздействие на ФСГ. Фолликулы с меньшим количеством рецепторов ФСГ не смогут развиваться дальше, их темпы роста замедлятся и они подвергнутся атрезии. В конечном итоге жизнеспособным останется только один фолликул. Этот оставшийся фолликул, называемый доминантным, быстро и значительно увеличится в размерах – до 20 мм в диаметре – и станет преовуляторным фолликулом. Важно отметить: многие источники искажают темпы роста фолликулов, некоторые даже утверждают, что для превращения примордиального фолликула в преовуляторный требуется всего четырнадцать дней. На самом деле, фолликулярная фаза менструального цикла – это время между отбором третичного фолликула и его последующим ростом до преовуляторного. Фактическое время развития фолликула варьируется. Рост доминантного фолликула в течение фолликулярной фазы составляет около 1,5 мм в день (±0,1 мм) как в естественных циклах, так и при развитии любого доминантного фолликула на фоне приема комбинированных оральных контрацептивов. Проведение контролируемой гиперстимуляции яичников приводит к большему набору фолликулов, растущих примерно на 1,6 мм в день. Ооцит технически все еще является вторичным и находится в метафазе II мейоза. Он превратится в оотиду, а затем быстро в яйцеклетку (путем завершения мейоза II) только после оплодотворения. Ооцит будет продвигаться по одной из фаллопиевых труб, чтобы в конечном итоге выйти во время менструации, если он не оплодотворен или если не произойдет успешная имплантация в матку (в случае предыдущего оплодотворения). Эстрадиол повышается и вызывает овуляторный пик ЛГ (и ФСГ). Этот пик (через цАМФ) активирует провоспалительные гены, которые вызывают разрыв стенки фолликула и выход ооцита. Разорванный фолликул претерпевает значительную трансформацию в жёлтое тело – стероидогенный кластер клеток, поддерживающий эндометрий матки за счет секреции большого количества прогестерона и небольшого количества эстрогена. Эти два этапа, хотя и не являются частью фолликулогенеза, включены для полноты картины. Они подробно описаны в соответствующих статьях и рассмотрены в контексте менструального цикла. Рекомендуется ознакомиться с этими тремя темами.
Количество фолликулов
Недавно две публикации поставили под сомнение представление о том, что количество фолликулов определяется в момент рождения как конечное. Было показано, что фолликулы яичников могут обновляться из зародышевых стволовых клеток (происходящих из костного мозга и периферической крови) в яичнике мыши после рождения. Исследования, направленные на воспроизведение этих результатов, продолжаются, однако изучение 325 человеческих яичников не выявило доказательств восполнения фолликулярного запаса. В исследовании (2013) было установлено, что с возрастом у людей (и мышей) снижается экспрессия четырех ключевых генов, необходимых для гомологичной рекомбинационной репарации ДНК, в яйцеклетках. Авторы предположили, что репарация разрывов двойной спирали ДНК имеет решающее значение для поддержания резерва яйцеклеток, и что снижение эффективности репарации с возрастом играет ключевую роль в истощении этого резерва (старении яичников).