Введение
Концепция отношений гипоталамуса, гипофиза и половых желез как единого целого Гипоталамус, гипофиз и половые железы как единое целое. Поскольку эти железы часто действуют сообща, физиологи и эндокринологи считают, что их можно назвать единой системой. Осевая ГПГ играет важную роль в развитии и регулировании ряда систем организма, таких как репродуктивная и иммунная системы. Колебания в этой оси вызывают изменения в гормонах, вырабатываемых каждой железой, и оказывают различное местное и системное воздействие на организм. Ось контролирует развитие, размножение и старение животных. Гормон высвобождения гонадотропина (GnRH) секретируется из гипоталамуса экспрессирующими GnRH нейронами. Передняя часть гипофиза вырабатывает лютеинизирующий гормон (ЛГ) и фолликулостимулирующий гормон (ФСГ), а половые железы вырабатывают эстроген и тестостерон. У яйцеродящих организмов (например, рыб, рептилий, амфибий, птиц) ось HPG обычно называют осью гипофиза гипоталамуса гонадной печени (ось HPGL) у самок. Многие белки желтка и хорионов синтезируются в печени, что необходимо для роста и развития яйцеклеток. Примерами таких необходимых белков печени являются вителлогенин и хориогенин. Оси HPA, HPG и HPT - это три пути, по которым гипоталамус и гипофиз осуществляют прямую нейроэндокринную функцию.
The hypothalamic–pituitary–gonadal axis (HPG axis, also known as the hypothalamic–pituitary–ovarian/testicular axis) refers to the hypothalamus, pituitary gland, and gonadal glands as if these individual endocrine glands were a single entity. Because these glands often act in concert, physiologists and endocrinologists find it convenient and descriptive to speak of them as a single system. The HPG axis plays a critical part in the development and regulation of a number of the body's systems, such as the reproductive and immune systems. Fluctuations in this axis cause changes in the hormones produced by each gland and have various local and systemic effects on the body. The axis controls development, reproduction, and aging in animals. Gonadotropin releasing hormone (GnRH) is secreted from the hypothalamus by GnRH expressing neurons. The anterior portion of the pituitary gland produces luteinizing hormone (LH) and follicle stimulating hormone (FSH), and the gonads produce estrogen and testosterone. In oviparous organisms (e. g. fish, reptiles, amphibians, birds), the HPG axis is commonly referred to as the hypothalamus pituitary gonadal liver axis (HPGL axis) in females. Many egg yolk and chorionic proteins are synthesized heterologously in the liver, which are necessary for ovocyte growth and development. Examples of such necessary liver proteins are vitellogenin and choriogenin. The HPA, HPG, and HPT axes are three pathways in which the hypothalamus and pituitary direct neuroendocrine function.
Местоположение и регулирование
Гипоталамус находится в мозге и выделяет ГНРГ. ГНРГ проходит по передней части гипофиза через систему гипофизных портов и связывается с рецепторами на секреторных клетках аденогипофиза. В ответ на стимуляцию GnRH эти клетки вырабатывают LH и FSH, которые поступают в кровоток. Эти два гормона играют важную роль в передаче информации половым железам. У женщин ФСГ и ЛГ действуют в основном для активации яичников для выработки эстрогена и ингибина и для регулирования менструального цикла и цикла яичников. Эстроген образует обратную связь, ингибируя выработку GnRH в гипоталамусе. Ингибин действует, подавляя активин, который является периферически вырабатываемым гормоном, который положительно стимулирует клетки, производящие ГНРГ. Фоллистатин, который также вырабатывается во всех тканях организма, ингибирует активин и дает остальному телу больше контроля над осью. У мужчин ЛГ стимулирует межпозвоночные клетки, расположенные в яичках, для производства тестостерона, а ФСГ играет роль в сперматогенезе. У мужчин выделяется только небольшое количество эстрогена. Недавние исследования показали, что существует нейростероидная ось, которая помогает коре регулировать выработку гипоталамусом ГНРГ. Кроме того, лептин и инсулин обладают стимулирующим эффектом, а грелин - ингибирующим эффектом на секрецию гонадотропинорелизирующего гормона (ГнРГ) из гипоталамуса. Киспептин также влияет на секрецию ГНРГ.
Размножение
Одной из важнейших функций оси HPG является регулирование репродукции путем контроля циклов матки и яичников. 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 фолликульный мешок начинает производить прогестерон, чтобы ингибировать гипоталамус и передний гипофиз, тем самым останавливая эстроген LH положительную обратную связь. Если происходит зачатие, плацента будет контролировать секрецию прогестерона; поэтому мать не может снова овулировать. Если зачатие не происходит, снижение выделения прогестерона позволит гипоталамусу возобновить секрецию ГНРГ. Эти уровни гормонов также контролируют маточный (менструальный) цикл, вызывающий фазу пролиферации в подготовке к овуляции, секреторную фазу после овуляции и менструацию, когда зачатие не происходит. Активация оси HPG у мужчин и женщин во время полового созревания также приводит к приобретению индивидами вторичных половых признаков. У мужчин выработка GnRH, LH и FSH схожа, но эффекты этих гормонов различны. ФСГ стимулирует клетки подвесных суставов к высвобождению белка, связывающего андрогены, что способствует связыванию тестостерона. ЛГ связывается с межклеточными клетками, вызывая их секрецию тестостерона. Тестостерон необходим для нормального сперматогенеза и ингибирует гипоталамус. Ингибин вырабатывается сперматогенными клетками, которые, также путем инактивации активина, ингибируют гипоталамус. После полового созревания уровень этих гормонов остается относительно постоянным.
Жизненный цикл
Активация и деактивация оси HPG также помогает регулировать жизненные циклы. Хотя самцы остаются фертильными до самой смерти, активность оси HPG снижается. По мере старения мужчин, яички начинают производить меньше тестостерона, что приводит к состоянию, известному как постпубертальный гипогонадизм. Эти физические различия приводят к различиям в поведении. Хотя не было показано, что GnRH оказывает прямое влияние на регулирование структуры и функции мозга, гонадотропины, половые стероиды и активины оказывают такое влияние. Считается, что ФСГ может играть важную роль в развитии и дифференциации мозга. Уровни тестостерона, как было показано, связаны с просоциальным поведением. Это помогает создавать 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 поведенческие взаимодействия.
Мутации генов
Генетические мутации и хромосомные аномалии являются двумя источниками изменения оси HPG. Одиночные мутации обычно приводят к изменениям в способности гормона и рецептора связываться, что приводит к инактивации или переактивации. 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, возникают различные эффекты, но все изменяют ось HPG. Например, мутация ген-кодировщика GnRH у мужчин может привести к гипогонадотрофическому гипогонадизму. Мутация, которая вызывает повышение функции рецептора ЛГ, может привести к состоянию, известному как тестотоксикоз, который вызывает половое созревание в возрасте от 2 до 3 лет. Потеря функции рецепторов ЛГ может вызвать мужской псевдогермафродитизм. У женщин мутации имеют аналогичные эффекты. Гормональная заместительная терапия может быть использована для начала полового созревания и продолжения, если произошла мутация гена, кодирующего гормон. Мутации хромосом, как правило, влияют на выработку андрогенов, а не на ось HPG.
Стимуляция
Индукция овуляции обычно первоначально проводится путем введения антиэстрогена, такого как кломифен цитрат или летрозол, для уменьшения негативной обратной связи на гипофизе, что приводит к увеличению ФСГ с целью увеличения фолликулогенеза. Это основное первоначальное медицинское лечение ануляции.
Экологические факторы
Окружающая среда может оказывать большое влияние на ось HPG. Например, у женщин с расстройствами пищевого поведения, как правило, олигоменорея и вторичная аменорея. Голодание от анорексии или булимии приводит к деактивации оси HPG, вызывая остановку циклов яичников и матки у женщин. Стресс, физические упражнения и потеря веса связаны с олигоменореей и вторичной аменореей. Аналогичным образом факторы окружающей среды могут также влиять на мужчин, такие как стресс, вызывающий импотенцию. Пренатальное воздействие алкоголя может повлиять на гормоны, регулирующие развитие плода, что приводит к нарушению алкогольного спектра плода.
Сравнительная анатомия
В животном царстве высоко сохранилась ось HPG. Хотя репродуктивные модели могут варьироваться, физические компоненты и механизмы контроля остаются неизменными. Те же самые гормоны используются с некоторыми незначительными эволюционными модификациями. Большая часть исследований проводится на животных моделях, потому что они так хорошо имитируют механизм управления людей. Важно помнить, что люди - единственный вид, который скрывает свой фертильный период, но это влияние является различием в эффекте гормонов, а не различием в оси HPG.