Метаболизм и скорость секреции

Несмотря на сходство структуры, скорости метаболического кли­ренса отдельных гонадотропинов в плазме обнаруживают замет­ные различия. Период полужизни ЛГ составляет около 30 мин, тогда как ФСГ — примерно вдвое больше, а хорионического гона­дотропина — много часов. Эти различия относят за счет разного содержания сиаловых кислот в трех гормонах, поскольку десиализация значительно укорачивает период их полужизни в плазме. Скорость секреции ЛГ у взрослых лиц с нормальной функцией половых желез составляет 500—1000 мЕД/сут, а ФСГ — 50— 100 мЕД/сут. Поскольку скорости метаболического клиренса этих гормонов не изменяются в постменопаузе, изменение скоростей секреции отражается на уровне гонадотропинов в плазме.

Регуляция секреции

Секреция гонадотропинов у овулирующих особей женского пола контролируется сложным и многокомпонентным механизмом, в котором принимают участие гипоталамус и половые железы. Со­держание гонадотропинов и их реакция на ГнРГ при различных клинических состояниях приведены в табл. 7—3. Прогрессирую­щее повышение секреции эстрогенов развивающимся фолликулом, который находится под влиянием ФСГ и ЛГ, оказывает стимулирующее действие на гипоталамус, что приводит к усилению секре­ции ГнРГ. Имеется много данных, указывающих на то, что секре­ция эстрогенов в определенной степени определяется собственным яичниковым циклом. Эстрогены повышают также чувствитель­ность гонадотрофов к эффекту ГнРГ; кульминацией всех этих влияний является овуляторный выброс ЛГ и ФСГ. Прогестерон, секретируемый желтым телом, в присутствии эстрогенов также усиливает реакцию гонадотропинов на ГнРГ, но, по-видимому, оказывает тормозное влияние на гипоталамус по механизму отри­цательной обратной связи. Эффект эстрогенов в системе обратной связи на самом деле гораздо сложнее, поскольку в зависимости от дозы и длительности воздействия эстрогенов можно наблюдать как стимулирующие, так и тормозные влияния на гипофиз. Крат­ковременное воздействие эстрогенов снижает как исходную се­крецию ЛГ, так и реакцию ЛГ на ГнРГ [53]. При более длитель­ном воздействии эстрогенов, особенно в относительно малых до­зах, реакция гонадотропинов усиливается [54]. Дальнейшее уве­личение продолжительности введения эстрогенов вновь снижает эту реакцию. Реакцию гонадотропинов на ГнРГ усиливает также предварительное воздействие самого рилизинг-гормона, и этот «самозапускающий» эффект ГнРГ является эстрогензависимым. Так, реакция ФСГ и особенно ЛГ на ГнРГ усиливается при после­довательных инъекциях пептида, причем эстрогены увеличивают степень этого усиления. В отсутствие предыдущего воздействия ГнРГ, что наблюдается после перерезки ножки гипофиза или при некоторых повреждениях гипоталамуса, реакция ЛГ и ФСГ на острое введение ГнРГ может вообще не проявляться.

 

 

Таблица 7—3. Реакции гонадотропинов при нарушениях в системе гипоталамус — гипофиз — половые железы

 

 

Примечание. О — отсутствие реакции, н — нормальная реакция.

 

По поводу точек приложения действия эстрогенов в гипотала­мусе все еще имеются разногласия, но по крайней мере с функ­циональной точки зрения существуют два различных локуса их действия. Положительный эффект обратной связи, который за­ключается в повышении секреции ГнРГ, наблюдается только у особей женского пола и, -как считают, замыкается в той части гипоталамуса, которая определяет цикличность репродуктивной функции. Отрицательный эффект эстрогенов по механизму обрат­ной связи в головном мозге легче всего показать после наступле­ния менопаузы или хирургической кастрации, когда введение эстрогенов приводит к снижению содержания ЛГ и ФСГ до уров­ня, наблюдаемого в пременопаузе.

У особей мужского пола на регуляцию секреции гонадотропи­нов, по-видимому, не влияет циклическая функция ни гипотала­муса, ни семенников. Тестостерон оказывает главным образом отрицательное действие в системе обратной связи, причем можно показать замыкание этой системы на уровне как гипоталамуса, так и гипофиза. Повышенные уровни ЛГ и ФСГ, часто регистри­руемые у лиц в возрасте старше 60 лет, а также после кастрации, снижаются при введении тестостерона. У мужчин в отличие от женщин эстрогены оказывают только тормозное влияние на секре­цию гонадотропинов.

Хотя известно, что именно тестостерон является основным гор­моном, участвующим в регуляции секреции ЛГ в системе обрат­ной связи, его роль в регуляции секреции ФСГ трудно докумен­тировать. Несмотря на то что секрецию ФСГ несомненно модули­руют не только эстрогены, но и андрогены, существуют веские прямые доказательства продукции семенниками другого полипеп­тидного гормона, называемого «ингибином», который оказывает главный тормозной эффект по механизму обратной связи. Ингибин идентифицирован в жидкости сети семенников животных и в се­менной жидкости здоровых мужчин; по всей вероятности, он при­сутствует и в яичниках, но его полная характеристика — дело бу­дущего. На животных нескольких видов показано, что он угнетает секрецию ФСГ (но не ЛГ) как в исходных условиях, так и в от­вет на ГнРГ [55], что свидетельствует о его действии на уровне гипофиза. Ингибин, по-видимому, угнетает секрецию ФСГ и по­сле инъекции непосредственно в ЦНС; это ставит вопрос о воз­можности существования многих точек приложения его действия. Разработка методов определения ингибина могла бы прояснить многие аспекты в отношении физиологии регуляции секреции ФСГ.

Помимо половых гормонов, действующих по механизму обрат­ной связи, на секрецию ЛГ и ФСГ влияет и пролактин. Предпо­лагается его ингибиторный эффект как на гипофизарном, так и на гипоталамическом уровне, который может определяться либо самим гормоном, либо каким-то посредником его действия. При­мером эффектов пролактина служит отсутствие овуляции в период послеродовой физиологической лактации, а также у больных с пролактинсекретирующими опухолями гипофиза. Реакция ЛГ на ГнРГ ослабляется при введении глюкокортикоидов, а также у больных с синдромом Кушинга, что свидетельствует о тормозном влиянии глюкокортикоидов на секрецию ЛГ.

 

СОМАТОМАММОТРОПНЫЕ ГОРМОНЫ

Химия

Этот класс соединений включает в себя два гипофизарных гор­мона — СТГ и пролактин и один гормон плацентарного происхож­дения — плацентарный лактоген, или хорионический соматомам­мотропин. Все эти гормоны состоят из одной пептидной цепи с внутренними дисульфидными связями. Структуры как СТГ, так и пролактина обнаруживают значительное межвидовое сходство. Например, 73% аминокислотных остатков идентичны в пролакти­нах человека и овцы [56] и 64% остатков идентичны в СТГ че­ловека и овцы [57]. Это указывает на относительно небольшие изменения генома в процессе эволюции позвоночных [58]. Не­смотря на такое сходство, гормоны роста животных, стоящих на эволюционной лестнице ниже приматов, не проявляют биологиче­ской активности у человека. Значительная гомология существует и между первичными структурами СТГ и плацентарного лактогена; в них идентичны 159 (83%) из 191 аминокислотного остатка (рис. 7—7). В отличие от этого в пролактине и СТГ идентичны только 16% остатков, а в пролактине и плацентарном лактогене— 13%. СТГ и плацентарный лактоген содержат по две дисульфид­ных связи, тогда как пролактин, цепь которого на 7 аминокислот длиннее, чем в двух других гормонах, содержит три такие связи. Несмотря на различия в структуре, каждому из трех гормонов присуща как лактогенная, так и стимулирующая рост активность.

Предпринималось множество попыток установить биологичес­ки активное ядро гормона роста, для чего изучались взаимоотно­шения между его структурой и функцией [59]. Было обнаружено, что ростовая активность принадлежит фрагментам из нескольких разных участков молекулы, хотя чаще всего эту активность нахо­дили в области, содержащей часть или всю последовательность с 80-го по 140-й аминокислотный остаток. Синтетические фрагмен­ты, включающие эту область, также обладают ростовой актив­ностью.

Биосинтез

Недавно проведенные исследования по идентификации информа­ционных РНК для СТГ и пролактина и их трансляции в бескле­точных системах показали, что оба гормона синтезируются в виде молекул с большей молекулярной массой, чем та, которую имеют секретируемые в норме гормоны. Молекулярная масса предшест­венников гормонов — препролактина и пре-СТГ, составляет при­мерно 28000; избыток ее определяется главным образом присут­ствием в их составе дополнительного N-концевого пептида, состоя­щего примерно из 30 аминокислот [60]. Этот высокогидрофобный фрагмент одинаков во всех предшественниках и считается необ­ходимым для транспорта вновь синтезированного белка в цистер­ны эндоплазматического ретикулума, где происходит последующая «упаковка» гормонов. Эндоплазматические мембраны содержат ферменты, способные отщеплять сегмент предшественника от гор­мона.

Помимо мономерных форм этих гормонов, в экстрактах гипо­физа и плазме обнаружены иммунореактивные вещества с раз­мерами, примерно вдвое превосходящими размеры мономера («большой» СТГ, «большой» пролактин и «большой» плацентар­ный лактоген). Во всех трех случаях «большой» гормон представ­ляет собой, по-видимому, димер, объединенный межцепочечными дисульфидными, а не пептидными связями [61, 62]. Установле­но, что «большой» СТГ непосредственно секретируется гипофизом [63], причем высказано предположение, что его аминокислотный состав отличается от состава мономерного СТГ. «Большой» СТГ связывается с мембранными рецепторами печени и может вытес­нять мономер СТГ из связи с ними [64], хотя биологическая ак­тивность «большого» гормона меньше, чем у мономера, а его фи­зиологическая роль пока неизвестна.

В гипофизе и крови находили также формы СТГ и пролактина с еще большей молекулярной массой. Присутствие основного их количества можно объяснить агрегацией гормонов в процессе эк­стракции, очистки и анализа. Небольшая же их часть в гипофизе представляет собой образующийся гормон, еще не потерявший связи с рибосомами.

 

ГОРМОН РОСТА

Действие

Гормон роста получил свое название потому, что он увеличивает линейный рост тела, что можно наблюдать при введении его з течение нескольких дней гипофизэктомированным животным. Это­му гормону принадлежит также важная роль в регуляции мета­болических процессов. Взаимосвязь между метаболическими эф­фектами СТГ и увеличением массы тела выяснена лишь в огра­ниченной степени. Эффекты СТГ можно группировать по тканям, в которых они проявляются, по времени начала (острые или за­паздывающие) и по типу возникающих изменений метаболизма (например, анаболические или диабетогенные).

Введение СТГ гипофизэктомированным животным или людям с недостаточностью гормона роста приводит через несколько дней к положительному азотистому балансу, снижению продукции мо­чевины, уменьшению содержания жира в организме и снижению скорости утилизации углеводов, что проявляется снижением ды­хательного коэффициента. После однократной инъекции СТГ на­блюдаются двухфазные эффекты. Вначале происходит снижение концентрации глюкозы, свободных жирных кислот и аминокислот в крови. Через несколько часов уровни глюкозы и аминокислот нормализуются, а содержание свободных жирных кислот прибли­жается к норме. Большинство этих эффектов, хотя и менее выра­женные, можно наблюдать и у здоровых лиц.

Механизм указанных изменений широко изучали путем воз­действия СТГ на изолированные ткани in vitro или путем извле­чения и исследования тканей через различное время после введе­ния гормона in vivo. Многие острые эффекты СТГ в изолирован­ных тканях напоминают эффекты инсулина. В мышцах и печени СТГ повышает поглощение аминокислот и включение их в белок. Этот процесс обусловливается острым ускорением трансляции пред­существующих РНК, а не синтезом новых молекул РНК, хотя по­следний также активизируется. В мышцах и жировой ткани СТГ стимулирует поглощение глюкозы, активируя процесс облегченной диффузии, и усиливает ее утилизацию. В жировой ткани СТГ препятствует липолитическому действию катехоламинов и стиму­лирует синтез РНК и митохондриального белка.

За исключением синтеза белка в мышцах, все эти инсулинопо­добные эффекты СТГ удается показать при использовании концентраций гормона, близких к физиологическим; такие эффекты развиваются через 10—30 мин после добавления гормона и харак­теризуются феноменом рефрактерности: через 3—4 ч после своего возникновения эффект затухает и его не удается воспроизвести вновь путем внесения в систему дополнительных количеств гормо­на. Специфическую для СТГ рефрактерность можно снять с по­мощью средств, влияющих на синтез РНК или белка.

Одновременно с исчезновением острых эффектов СТГ начина­ют проявляться его запаздывающие эффекты. К ним относится 1 — ускорение мобилизации жирных кислот из жировой ткани вследствие усиления липолиза триглицеридов; 2 — повышение чувствительности к липолитическому действию катехоламинов и 3 — торможение как поглощения, так и утилизации глюкозы вследствие замедления декарбоксилирования пирувата. Все эти поздние эффекты сохраняются в течение многих часов, обнаружи­вают аддитивность при дополнительных воздействиях СТГ и фор­мируют основу «диабетогенного» действия гормона роста на угле­водный и липидный обмен.

Введение СТГ оказывает на секрецию инсулина сложное и, по-видимому, трехфазное влияние. Вначале происходит усиление секреции инсулина, которое является, вероятно, прямым эффек­том СТГ на b-клетки и может наблюдаться уже в пределах 5 мин после инъекции как у здоровых лиц, так и у больных с недоста­точностью гормона роста [65]. В течение последующих 1—5 ч об­наруживается незначительное торможение секреции инсулина, ме­ханизм которого до конца не ясен [66]. Спустя еще более дли­тельное время наблюдается более выраженное и продолжительное повышение секреции, которое служит проявлением не прямого влияния СТГ, а вторичной реакции на нарушение утилизации глю­козы. При достаточно длительном введении СТГ, особенно в при­сутствии других факторов, таких, как глюкокортикоиды или со­ответствующая генетическая предрасположенность, может раз­виться выраженный диабет. После отмены СТГ описанные изменения исчезают, что указывает на отсутствие чрезмерного по­вреждения секреторной способности b-клеток.

Далеко не все эффекты СТГ, наблюдаемые после его инъекций интактным животным, можно воспроизвести при воздействии гор­мона на ткани in vitro. Кроме того, хотя связывание СТГ с мем­бранными рецепторами различных тканей, включая печень, мо­лочную железу и моноциты крови, и легко показать, но корреля­ция его биологических эффектов с рецепторным связыванием менее очевидна, чем в отношении других гормонов. Тот факт, что СТГ стимулирует включение радиоактивного сульфата в протеогликаны хряща посредством индукции вторичного «сульфирую­щего фактора» [67], породил представление о присутствии в нор­мальной плазме ряда СТГ-зависимых ростовых факторов, стиму­лирующих клеточные процессы роста не только скелета, но и мягких тканей. Впоследствии был предложен термин «соматоме­дин» для обозначения посредника более широкого спектра биоло­гической активности СТГ [68]. Этот посредник весьма подобен и, вероятно, идентичен фактору, называемому НИПАр [неподавляе­мая (антителами к инсулину) инсулиноподобная активность, ра­створимая (в этаноле)], который представляет собой пептид с молекулярной массой около 7500, обладающий многими свойства­ми инсулина, в том числе способностью связываться с инсулиновыми рецепторами фибробластов цыпленка, а также проявляющий зависимость от СТГ и сульфирующую активность в отношении хряща. Соматомедин, наиболее схожий с НИПАр, получил на­звание соматомедина-А. Идентифицированы также имеющий более кислую реакцию белок примерно того же размера — соматомедин-С и меньший по размерам пептид (5400 дальтон) — соматомедин-В. Позднее эти пептиды стали называть ИФР (инсули­ноподобные факторы роста), что отражает их общие биологические свойства. В настоящее время начинает проясняться роль этих пептидов в опосредовании эффектов на секрецию СТГ по меха­низму обратной связи, а также в опосредовании эффектов самого

СТГ

СТГ обладает многими влияниями на рост органов (вызывая, например, гипертрофию сердца и почек), а также на продукцию и метаболизм отдельных гормонов (например, продукцию альдо­стерона и ренина и превращение тироксина в трийодтиронин). Подробнее все эти эффекты рассматриваются в другом разделе.

Определение

Биологические методы. Вначале методы определения СТГ основы­вались на его способности увеличивать линейный рост гипофизэк­томированных крыс. Затем была разработана более чувствитель­ная методика, основанная на измерении ширины эпифизарного хряща большеберцовой кости у гипофизэктомированных крыс. Хотя этот метод (тибиа-тест) остается наиболее надежным спосо­бом определения биологической активности СТГ, экстрагируемого из гипофиза, его чувствительность невелика (около 10 мкг), что не позволяет применять его для определений уровня СТГ в плаз­ме. Кроме того, на результаты соответствующих определений вли­яют многие другие факторы, что делает данный способ относи­тельно неспецифичным в отношении грубых экстрактов гипофиза. До настоящего времени отсутствует цитохимическая методика оп­ределения СТГ.

Радиоиммунологические методы. Эти методы являются стан­дартными для определения СТГ в жидкостях организма. Антитела к СТГ человека легко получить у кролика, и результаты приме­нения этих методов в разных лабораториях согласуются между собой. Чувствительность метода позволяет определять обычно ме­нее 10 пг, что более чем достаточно для определения исходных уровней гормона в циркуляции. Перекрестные реакции с любым другим гипофизарным гормоном отсутствуют, но практически все антитела к СТГ обнаруживают перекрестную реакцию с плацентарным лактогеном, который имеет очень сходную структуру (см. рис. 7—7). В силу весьма высокого уровня плацентарного лактогена при беременности обычные радиоиммунологические определе­ния СТГ в этот период оказываются ненадежными.

Радиорецепторные методы. Предложен радиорецепторный ме­тод определения СТГ человека с помощью плазматических мем­бран печени крольчих, находящихся в периоде середины беремен­ности. Хотя этот метод и менее чувствителен, чем радиоиммуно­логический, но он позволяет определять содержание СТГ в плазме. Однако он недостаточно специфичен, поскольку дает значитель­ную перекрестную реакцию с пролактином. Радиорецепторный метод применяется для выявления молекул СТГ с измененными биологическими свойствами, которые присутствуют, например, при акромегалии [69].