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.

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.