Гормоны, обладающие высокоспециализированными функциями: тропные гормоны

Интеграция эндокринной системы требовала появления в эволю­ции таких гормонов, которые были бы специально предназначены для регуляции желез, специализированных в отношении продук­ции других гормонов. Так обстоит дело с ТТГ, который регули­рует продукцию тиреоидных гормонов, ХГЧ, регулирующим про­дукцию прогестерона, ФСГ, играющим важную роль в созревании фолликулярных клеток и клеток Сертоли, с ЛГ, который регули­рует продукцию прогестерона в женском организме и продукцию тестостерона в мужском, АКТГ, регулирующим продукцию глю­кокортикоидов, ангиотензином, регулирующим продукцию альдо­стерона, ренином, стимулирующим продукцию ангиотензина[2], а также с гипоталамическими рилизинг-гормонами. В некоторых случаях появлялись гормоны с высокоспециализированными функ­циями, в главные задачи которых не входила регуляция продук­ции других гормонов. Так обстоит дело с регулирующим пигмент­ный обмен МСГ и окситоцином, участвующим в регуляции сокра­щения матки. Как правило, гормоны играют и дополнительную роль. Это положение иллюстрируется значением ЛГ, ФСГ и ХГЧ в регуляции отдельных сторон нормального менструального цикла и/или беременности. Тем не менее число тканей-мишеней для гормонов этих классов по большей части ограничено. В большин­стве случаев эти тропные гормоны активируют аденилатциклазу, но некоторые из них (ангиотензин, соматостатин, окситоцин), по-видимому, действуют другим путем.

ГОРМОНЫ, РЕГУЛИРУЮЩИЕ МИНЕРАЛЬНЫЙ И ВОДНЫЙ ОБМЕН

Альдостерон, вазопрессин, ПТГ, кальцитонин и витамин D явля­ются гормонами, которые по большей части приобрели специфи­ческие функции в регуляции уровня ионов и воды. Механизмы их действия разнообразны, но распространенность тканей-мишеней для каждого класса весьма ограничена. Однако это не единственные гормоны, влияющие на обмен жидкостей и электролитов; на него могут влиять, например, и глюкагон, и глюкокортикоиды, и катехоламины.

ГОРМОНЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ФУНКЦИЮ СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ СИСТЕМЫ

Гормоны, влияющие на сердечно-сосудистую и дыхательную сис­темы, как правило, обладают также другими важными метаболи­ческими эффектами. Многие элементы этих систем преимущест­венно контролируются ЦНС, изменяясь под действием катехол­аминов и ацетилхолина, высвобождаемых нервными окончаниями. Конечно, выделяемый мозговым слоем надпочечников адреналин также может оказывать a- и b-адренергическое действие на сер­дечно-сосудистую и дыхательную системы. Глюкокортикоиды, эстрогены, глюкагон, простагландины и другие гормоны в свою очередь оказывают соответствующее действие. Ангиотензин, о ко­тором уже упоминалось в связи с его способностью регулировать обмен электролитов через стимуляцию продукции альдостерона, является и наиболее мощным из известных сосудосуживающих агентов, и его продукция регулируется ренином. Брадикинин — наиболее мощный из известных сосудорасширяющих факторов — образуется из белка-предшественника под влиянием фермента калликреина, который может также регулировать выделение ре­нина.

ГОРМОНЫ РАЗВИТИЯ

Центром обсуждения до сих пор служила главным образом регу­ляция гомеостаза у зрелых организмов. Однако гормоны играют решающую роль и в репродуктивной биологии, а также в про­цессах постнатального роста и развития. Действительно, большин­ство упомянутых гормонов оказываются важными на определен­ных стадиях развития. В некоторых случаях (например, в отно­шении СТГ) не ясно, необходим ли вообще гормон в зрелом организме, даже если его метаболические эффекты позволяют от­нести его к группе гормонов, влияющих на межуточный обмен.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В кратком очерке мы рассмотрели эволюционные, функциональ­ные и организационные стороны эндокринной системы. Для того чтобы сделать это, нам потребовалось описать физиологическое действие гормонов и молекулярные механизмы, которые они «вы­брали» для осуществления своего действия.

Эндокринная система использует многие регуляторные меха­низмы, существующие у представителей низших форм жизни, в частности способность специфических изменений в окружающей клетки среде регулировать концентрации лигандов (связывающихся молекул). Эти лиганды взаимодействуют с другими молеку­лами клетки (белками, ДНК и др.), влияя на них таким образом который предполагает изменение клеточного метаболизма. Для та­кой регуляции используются различные виды регуляторных ли­гандов [ионы, аминокислоты и их аналоги, нуклеотиды, стероиды и их аналоги, липиды (например, простагландины) и белки]. Во многих случаях специфические стимулы среды приводят к из­менению концентрации лигандов, которые поэтому приобрели зна­чение «символов» определенных метаболических состояний (на­пример, дефицит глюкозы). Естественный отбор затем обусловил приобретение такими «символами» регуляторных свойств, позво­ляющих им влиять на клеточный метаболизм в полезном для клетки или организма направлении. В ходе дальнейшей эволюции эти молекулы распространяли свое влияние на все более широ­кие домены, т. е. на различные процессы, с тем, чтобы все нор­мализующие влияния, необходимость в которых символизирует молекула, могли осуществляться координированным образом.

Для передачи информации между клетками в многоклеточных организмах сформировались нервная и эндокринная система. Ес­ли у относительно просто устроенных живых организмов имелась возможность непосредственной связи нервных волокон со всеми клетками, то у более сложных организмов это оказалось менее практичным. В результате нервная система как главный коорди­натор функций организма приобрела способность секретировать регуляторные молекулы (гормоны), переносимые с циркулирую­щей кровью. Очевидно, существовала целесообразность специали­зации эндокринных желез, способных продуцировать эти гормоны, и в ходе дальнейшей эволюции эти железы мигрировали из нерв­ной системы. В некоторых случаях они локализовались там, где гормоны могли специально поступать в высоких концентрациях к отдельным органам.

Гормоны синтезируются в эндокринных железах под центральнонервным, гормональным и другим (например, метаболическим) контролем. Полипептидные гормоны представляют собой продук­ты трансляции специфических мРНК. Эти продукты обычно под­вергаются процессингу путем протеолитического расщепления а иногда модифицируются другими способами, например гликози­лированием. Тиреоидные, стероидные гормоны и катехоламины об­разуются в результате серии химических реакций, катализируе­мых ферментами, которые обычно специфичны для определенной эндокринной железы. Затем эти гормоны циркулируют в плазме крови (часто в связанном с белками плазмы виде), достигая тка­ней-мишеней. В некоторых случаях в периферических тканях происходит дальнейшая модификация секретируемого железой продукта, которая приводит к окончательному образованию актив­ной формы гормона. В плазме и периферических тканях происхо­дит также распад гормонов.

Способность тканей-мишеней распознавать гормоны определя­ется присутствием в них рецепторных белков, которые специфи­чески связывают гормон. Как правило, это взаимодействие обус­ловливает изменение конформации рецептора, что «запускает» последующие этапы реакции на гормон. Отдельные типы клеток запрограммированы на определенные реакции, индуцируемые со­стоянием данного рецептора. Через данный класс рецепторов обычно могут действовать несколько гормонов, а иногда гормон может действовать через рецепторы нескольких классов (напри­мер, адреналин действует через a- и b-адренергические рецепто­ры). В связи с этим, вероятно, легче всего классифицировать действие гормонов путем описания эффектов, опосредуемых кон­кретными классами рецепторов (a- и b-адренергическими, инсу­линовыми, глюкокортикоидными и др.). Рецепторы для полипеп­тидных гормонов и катехоламинов локализуются на поверхности клеток (причем гормонорецепторные комплексы иногда могут по­ступать внутрь клетки—«интернализация»), и во многих случа­ях изменение их состояния может влиять на мембранные функ­ции (например, на активность фермента аденилатциклазы), пе­редавая информацию в клетку. Рецепторы тиреоидных и стероид­ных гормонов обнаруживаются внутри клеток, и связывание гор­монов с ними может изменять метаболизм, влияя на концентра­цию отдельных видов мРНК.

Поскольку гормоны влияют на любую систему органов и столь широко участвуют в регуляции метаболизма, любая их клас­сификация с позиций физиологических эффектов является чрез­мерным упрощением. Тем не менее иногда это делать полезно (например, тропные гормоны, стимулирующие продукцию других гормонов; гормоны, влияющие на углеводный обмен, и др.). Такая группировка позволяет обнаружить некоторые общности в меха­низмах действия гормонов и совокупностях вызываемых ими ре­акций. Это полезно и при рассмотрении организации эндокринной системы, проявляющейся координированными реакциями отдель­ных гормонов и групп их, продукция которых может находиться под жестким контролем. Она проявляется также другими меха­низмами, такими, как торможение гормональной продукции, пре­кращение реакции на гормон или снижение клеточной чувстви­тельности к гормонам. Наконец, действие других гормонов, сти­мулируемых первыми прямо или опосредованно через их аффекты, оказывает уравновешивающее действие, что позволяет более точно регулировать метаболизм.