Гормоны передней доли гипофиза

Существует 6 гормонов передней доли гипофиза с установленной структурой, известной функцией и точными методами определения каждого из них в тканях и биологических жидкостях. Эти гормоны имеют полипептидную природу и могут быть подразделены на три основные категории, каждая из которых обладает своеобразными особенностями: семейство кортикотропина (АКТГ, МСГ, липотропин и близкие пептиды), гликопротеиновые гормоны (ЛГ, ФСГ, ТТГ и сходный с ними хорионический гонадотропин) и соматомаммотропные гормоны (СТГ, пролактин и сходный с ними плацен­тарный лактоген). Сравнение химических характеристик этих гор­монов приведено в табл. 7—1.

Пептиды, родственные кортикотропину

Химия

Адренокортикотропный гормон (кортикотропин, АКТГ) представ­ляет собой одноцепочечный пептид, состоящий из 39 аминокислот. У животных всех изученных до сих пор видов 24Г -концевые ами­нокислоты (конец молекулы, содержащий свободную аминогруппу, которая традиционно считается занимающей положение 1) одина­ковы, но на С-конце (конец молекулы, содержащий свободную кар­боксильную группу) имеются видовые различия, хотя, как прави­ло, и небольшие. Биологическая активность определяется N-концевой частью, состоящей из 18 аминокислот, присутствие которых необходимо для полной биологической активности. Однако быстрое разрушение AKTГ_1-18 in vivo требует более длинной аминокислотной последовательности, а именно AKTГ_1-24, чтобы обеспечить биологическую активность гормона у человека.

Часть молекулы АКТГ входит в состав близких пептидов. Два из них являются фрагментами АКТГ: a-меланоцитстимулирующий гормон (a-МСГ), идентичный AKTГ_1-13 с ацетилированным N-концом, и кортикотропинподобный пептид промежуточной доли (КПППД), идентичный АКТГ_18-39. Кроме того, в состав b-липотропина (бета-ЛПГ) входит гептапептидная последовательность (бета-ЛПГ_47-53), идентичная АКТГ_4-10. Эта последовательность при­сутствует также в нескольких пептидах, являющихся фрагмента­ми b-ЛПГ: g-ЛПГ (бета-ЛПГ_1-38) и b-МСГ (бета-ЛПГ_41-58). Строение этих пептидов представлено на рис. 6—8.

У животных тех видов, у которых промежуточная доля дости­гает более полного развития (например, у крысы, овцы) в основ­ном обнаруживаются а-МСГ и КПППД. В гипофизе человека они выявляются только в период внутриутробной жизни, когда отчет­ливо представлена промежуточная доля. Гипофиз синтезирует b-ЛПГ, который содержит структуры g-ЛПГ, b-МСГ и b-эндорфи­на. В гипофизе человека найдены b-ЛПГ, g-ЛПГ и b-эндорфин, но b-МСГ до сих пор не обнаружен. Ранее высказываемые предполо­жения о присутствии химически обособленного b-МСГ (содержа­щего 22-аминокислотную последовательность) оказались неверны­ми и были связаны с посмертным протеолизом в ходе экстракции, применяемой для очистки этого вещества. Кроме того, было пока­зано, что иммунологическая реактивность, приписываемая b-МСГ в плазме человека и определяемая обычно с помощью антител к неочищенному АКТГ, которые могут перекрестно реагировать с b-ЛПГ, имеет молекулярный размер, совпадающий с таковым b-ЛПГ и/или g-ЛПГ [12]. Истинный b-МСГ присутствует, по-види­мому, только у тех видов животных, у которых существует отдель­ная промежуточная доля гипофиза.

Биосинтез

Исследования биосинтеза АКТГ в интактном гипофизе крупного рогатого скота и в клетках опухоли гипофиза мыши показали, что этот гормон образуется как часть крупной молекулы предшествен­ника с молекулярной массой около 29000 [13] (рис. 7—4). Это ве­щество содержит углеводный компонент [14], и небольшие колеба­ния его молекулярной массы, наблюдаемые некоторыми исследова­телями, обусловлены, вероятно, различиями в содержании углевода, а не аминокислот. Присутствие углевода в молекуле предшествен­ника АКТГ помогает понять базофильное окрашивание АКТГ-секретирующих клеток. Предшественник постепенно расщепляется, образуя молекулы в 21 000 и 4500 дальтон, причем последняя пред­ставляет собой 39-аминокпслотный мономер. Недавно проведенные на бесклеточных белоксинтезирующих системах исследования по­казали, что соединение с молекулярной массой 29 000 дальтон слу­жит предшественником и 91-аминокислотного b-ЛПГ. Таким образом, данные об идентификации АКТГ и МСГ н даже b-ЛПГ в одной и той же клетке с помощью нммуноцитохимических методик с антителами к неперекрывающимся частям молекулы могут объясняться присутствием общего предшественника. Пока не вы­явлены специфические ферменты (эндопептидазы), ответственные за расщепление предшественника, вопрос о том, действительно ли все молекулы меньших размеров (т. е. рассматриваемые далее АКТГ, b-ЛПГ, а также эндорфины и энкефалины) присутствуют в отдельной клетке в качестве обособленных форм, может быть ре­шен лишь гипотетически. Очевидно также, что общпй гептапептид (АКТГ4-ю) должен располагаться по крайней мере в двух разных участках молекулы предшественника, поскольку последовательно­сти АКТГ и b-ЛПГ не перекрываются.

 

 

Рис. 7—4. Путь биосинтеза гормонов, родственных АКТГ и b-ЛПГ. Единая иРНК направляет трансляцию полипептида-предшественника, содержащего аминокислотную последовательность N-концевого фрагмента (предположи­тельно являющегося гормоном, но функция которого пока не установлена), АКТГ, a-, b- и g-меланоцитстимулирующего гормона (g-МСГ), кортикотропинподобного пептида промежуточной доли КПППД (АКТГ_18-38), b-ЛПГ, метэнкефалина и b-эндорфина. По мере синтеза этого белка-предшественника он гликозилируется (показано черными кружками). Последовательность «сигнального пептида», необходимая для трансляции и проникновения бел­ка-предшественника в эндоплазматический ретикулум, отщепляется. Таким образом, наиболее рано определяемая в клетке форма молекулы имеет мо­лекулярную массу около 29000 и содержит углевод в указанных положе­ниях. Эта молекула затем подвергается дополнительным процессам глико­зилирования, которое может происходить либо на N-концевом фрагменте (левая часть рисунка), либо на ее участке, содержащем последовательность АКТГ (правая часть рисунка), образуя формы с молекулярной массой 34000 и 32000. Белые кружки обозначают последующую модификацию угле­водной боковой цепи. Первый протеолитический этап включает отщепление b-ЛПГ от С-концевого участка предшественника; b-ЛПГ может затем пре­вращаться в b-эндорфин. Хотя b-эндорфин содержит аминокислотную после­довательность и мет-энкефалина, продукция этого пептида в гипофизе не показана. Протеолиз фрагментов, остающихся после отщепления b-ЛПГ, приводит к отщеплению N-концевого участка, молекулярная масса которого зависит от содержания в нем сахара, и к образованию АКТГ, который так­же присутствует в гликозилированной (13000 дальтон) и негликозилиро­ванной (4500 дальтон) формах [Herbert Е. и соавт. — In. Martini L., Ganong F. (eds), Frontiers in Neuroendocrinology.—New York, Raven Press (в печати)].

 

АДРЕНОКОРТИКОТРОПНЫЙ ГОРМОН

Действие

Главное свое действие АКТГ оказывает на кору надпочечников, где он стимулирует секрецию глюкокортикоидов, минералокорти­коидов и андрогенных стероидов. АКТГ связывается со специфи­ческими, обладающими высоким сродством, рецепторами на мем­бранах клеток коры надпочечников и стимулирует стероидогенез, ускоряя превращение холестерина в прегненолон с помощью аде­нилатциклазного механизма. АКТГ стимулирует и синтез белка, что приводит к гипертрофии и гиперплазии клеток коры надпо­чечников.

Вненадпочечниковые эффекты

Помимо своего влияния на надпочечники, АКТГ оказывает липо­литическое действие на жировую ткань, а также гипогликемиче­ское действие, относимое за счет прямого инсулинвысвобождающего эффекта АКТГ на b-клетки поджелудочной железы. Большие дозы АКТГ стимулируют секрецию СТГ, ускоряют транспорт глю­козы и аминокислот в мышечные клетки и у гипофизэктомирован­ных животных препятствуют разрушению кортизола в печени, в силу чего период полужизни этого гормона в плазме увеличивает­ся. Если не принимать во внимание больных с АКТГ-секретирующими опухолями гипофиза, очень мало вероятно, чтобы уровень АКТГ в плазме когда-либо мог оказаться достаточным для воспро­изведения этих эффектов.

Давно известно влияние АКТГ на пигментацию. Поскольку АКТГ в качестве агента, вызывающего дисперсию меланина, ме­нее эффективен, нежели a-МСГ или b-МСГ, считалось, что он при­нимает относительно небольшое участие в патогенезе гиперпигмен­тации, наблюдаемой в состояниях, характеризующихся значитель­ной его гиперсекрецией, например при аддисоновой болезни и АКТГ-секретирующпх опухолях гипофиза (синдром Нельсона) (табл. 7—2). Однако в свете недавно полученных данных об отсут­ствии у человека как a-МСГ, так и b-МСГ роль АКТГ вполне мо­жет быть большей, чем предполагалось ранее. Действительно, даже b-ЛПГ может существенно усиливать пигментацию в условиях заметного повышения его уровня в крови, например при почечной недостаточности (см. далее) [15].

 

Таблица 7—2. Влияние АКТГ и близких пептидов на пигментацию

 

Гормон	Эффективность
a-МСГ
бета-МСГ
АКТГ
a-ЛПГ	0,5
бета-ЛПГг	0,2

 

 

Определение

Биологические методы. Вначале для.определения АКТГ применя­ли методы, предполагающие регистрацию изменений уровня кор­тикостерона в надпочечниках, плазме венозной крови, оттекающей от надпочечников, или плазме периферической крови у гипофиз­эктомированных крыс или животных с нейрофармакологической блокадой гипофиза. Чувствительность определений удалось повы­сить путем разработки методов in vitro, в которых вначале приме­нялась инкубация V4 части надпочечников крыс, а позднее — изо­лированных адренокортикальных клеток в свежей культуре. Хотя последняя система в силу трудности получения все еще применя­ется главным образом в научно-исследовательских целях, но она достаточно чувствительна для определения тех уровней АКТГ, которые присутствуют в плазме здорового человека [16].

Поскольку в обычных условиях уровень кортизола в плазме прямо связан с уровнем АКТГ, определение кортизола служит очень удобным способом биологического тестирования АКТГ при нормальной функции коры надпочечников. С практической точки зрения, определение уровня кортизола в плазме, будь то флуорометрическим, белковосвязывающим или радиоиммунологическим методом, оказывается менее дорогим и, как правило, более легко доступным способом оценки АКТГ-функции гипофиза.

Радиоимммунологпческпе методы. Метод радиоиммунологиче­ского определения АКТГ в плазме разрабатывался дольше, чем соответствующие методы для других гормонов передней доли ги­пофиза. Это было связано с некоторыми техническими трудностя­ми, обусловленными низкой концентрацией АКТГ в плазме, отно­сительно слабой антигенностью этого гормона и его подвержен­ностью разрушению присутствующими в плазме пептидазами [17]. Кроме того, существование семейства пептидов, обладающих частичной структурной гомологией (т. е. гептапептидом), без тща­тельной характеристики антисыворотки и доказательства ее реак­ции с уникальными структурными детерминантами АКТГ остав­ляло открытым вопрос о специфичности метода его определения. Несмотря на все эти трудности, радиоиммунологическое опреде­ление АКТГ становится все более надежным и приносит все большую пользу в диагностике и контроле за лечением отдельных на­рушений секреции этого гормона.

Прочие методы. Разработан радиолигандный, или радиорецеп­торный, метод определения АКТГ, в котором используются ча­стично очищенные мембраны клеток коры надпочечников и чув­ствительность которого почти равна чувствительности радиоиммунологического метода [18]. Технические трудности этого метода препятствуют его применению для рутинных определений уровней АКТГ в плазме. Описан также изящный цитохимический метод определения АКТГ [19], основанный на регистрации денситометрических сдвигов, ферментативно сопряженных с вызываемым АКТГ снижением содержания аскорбата в срезах надпочечников морских свинок. Этот метод намного чувствительнее других, и с его помощью удается определять гормон в концентрации 5 фг/мл (5•10~¹⁵ г/мл), причем он обладает и прекрасной специфичностью. Однако сложность этого метода ограничивает его применение рам­ками научно-исследовательских задач.