а) Генетический контроль эмбриональной дифференциации гонад. Дифференциация гонад представляет собой сложный, многоэтапный процесс, требующий последовательных действий и взаимодействия многочисленных генных продуктов.
На ранней стадии I триместра недифференцированная, бипотенциальная гонада плода появляется в виде уплотнения урогенитального гребня возле развивающейся почки и коркового в-ва надпочечника. На 6-й неделе гестации гонада содержит зародышевые клетки, стромальные кл., которые впоследствии станут клетками Лейдига в семенниках, либо тека-клетки, интерстициальные или хилюсные клетки в яичниках; а также поддерживающие клетки, которые впоследствии развиваются в кл. Сертоли в яичках/зернистые клетки в яичниках. У представителей мужского пола ген SRY (детерминирующий половую принадлежность участок Y-хромосомы) является временно экспрессируемым с последующей постепенной повышающей регуляцией ряда тестикулоспецифических генов. В отсутствие SRY бипотенциальная гонада сможет развиться в яичник.
Развитие яичника также характеризуется экспрессией специфических генов в тот же самый период. Одним из таких генов является R-спондин-1. В течение 6-9 нед гестационного периода экспрессия некоторых генов повышается до одинаковой степени как в яичках, так и в яичнике, включая WNT4 и CTNNB1.
Для развития здоровых яичников требуется хромосомный набор 46ХХ. Как длинное, так и короткое плечо Х-хромосомы содержат гены для нормального развития яичника. Локус DSS (dosage sensitive/sex reversal, чувствительность к дозировке/изменение пола), связанный с геном DAX1 (DSS adrenal hypoplasia on the X chromosome, гипоплазия надпочечников, связанная с DSS на Х-хромосоме), который является дефектным у пациентов с кариотипом 46XY, имеющих Х-сцепленную врожденную гипоплазию надпочечников и гипогонадотропный гипогонадизм, является членом суперсемейства ядерной системы рецепторов и действует как репрессор в отношении экспрессии мужских генов.
Генный продукт DAX1 действует путем связывания с соответствующим ядерным рецептором SF-1 (стероидогенный фактор-1). В условиях in vitro сигнализирующий ген WNT4 стимулирует экспрессию DAX1, что приводит к подавлению синтеза андрогенов у женщин XX. WNT — это лиганды, активирующие рецепторно-опосредованный путь трансдукции сигналов и участвующие в модуляции экспрессии генов, а также поведения, адгезии и полярности клеток. После завершения развития яичнику требуется FAX12 для сохранения его дифференциации и стабильности. Его роль для человека была объяснена мутацией гена WNT4 с утратой функции, обнаруженной у 18-летней девушки с 46ХХ. У нее отсутствовали производные мюллеровых протоков (матка и фаллопиевы трубы), а также наблюдалась односторонняя агенезия почки и клинические признаки избытка андрогенов.
Мутации гена опухоли Вильмса 1 (WT1), включая альтернативный сплайсинг, также могут влиять на половую дифференциацию. Мутации WT1 сопряжены с синдромом Дениса-Драша (ранняя почечная недостаточность с аномальными наружными половыми органами и опухолью Вильмса).
Гаплонедостаточность 3-аминокислотной (KTS) формы WT1 имеет отношение к дисгенезии гонад у пациентов с синдромом Фрейзера (отсроченная прогрессирующая гломерулопатия и дисгенезия гонад 46XY). Мутации в генах FOXL2 и SF-1 сопряжены с недостаточностью яичников. Мутации гена R-спондина-1 описываются у лиц с 46ХХ DSD (нарушение полового развития). Другие аутосомные гены тоже играют роль в органогенезе здорового яичника и тестикулярном развитии. В некоторых случаях дисгенезия гонад сопряжена с существенными аномалиями аутосом и половых хромосом. При делеции, затрагивающей короткое плечо Х-хромосомы, продуцируются типичные соматические аномалии синдрома Тернера.
Для развития яичек требуется короткое плечо Y-хромосомы; оно содержит ген SRY, необходимый для тестикулярной дифференциации. Во время мейоза у представителей мужского пола У-хромосома должна отделиться от Х-хромосомы т.о., чтобы X- и Y-хромосомы не оказались в одних и тех же сперматозоидах. Преобладающая часть Y-хромосомы состоит из Y-специфичных последовательностей, не имеющихся в Х-хромосоме. Однако меньшая часть Y-хромосомы содержит последовательности, имеющиеся в Х-хромосоме, и конъюгация в этой области не происходит.
Гены и последовательности в этой области воссоединяются между половыми хромосомами и ведут себя как аутосомные гены. Термин «псевдоаутосомная область» используют для описания этого участка хромосомы, также он указывает на генетическое поведение этих генов применительно к конъюгации и рекомбинации. Ген SRY находится на участке, расположенном на 35 kb проксимальнее псевдоаутосомной области У-хромосомы. Он содержит негистоновый белок группы высокой подвижности (HMG box), что подтверждает роль гена SRY в качестве регулятора транскрипции других генов, участвующих в дифференциации по половому признаку. Половой гребень формируется примерно через 33 дня гестации. Ген SRY обнаруживается через 41 день, его пик приходится на 44-й день, когда впервые визуализируются зачатки яичка, и он сохраняется до зрелого возраста.
В этом процессе важную роль играют и др. гены, обнаруживаемые на аутосомах. S0X9, т.е. SRY-связанный ген, содержащий область, соответствующую HMG-боксу 9 гена SRY, расположен на хромосоме 17. Мутации этого гена приводят к реверсии пола ХУ и кампомелической дисплазии. SF-1 на хромосоме 9q33 играет важную роль в развитии надпочечников и гонад, а также в развитии нейронов, секретирующих ГнРГ в гипоталамусе.
WTI, особенно KST-изоформа на хромосоме 11р13, необходим для раннего развития гонад, надпочечников и почек. Также важны: фактор роста фибробластов-9, GATA-4, ХН-2 и SOY9.
Когда генетическая рекомбинация на половых хромосомах выходит за пределы псевдоаутосомной области, X- и У-специфичная ДНК может переноситься между хромосомами. Такие аберрантные рекомбинации могут привести к появлению Х-хромосом, несущих ген SRY, что приводит к появлению мужчин с кариотипом XX, или У-хромосом, потерявших SRY, что приводит к появлению женщин с кариотипом ХУ. Ген SRY действует в качестве транскрипционного регулятора для повышения клеточной пролиферации, привлечения интерстициальных клеток из смежного мезонефроса в половой гребень и стимуляции тестикулярной дифференциации клеток Сертоли. Клетки Сертоли действуют в качестве организатора стероидогенных и зародышевых клеточных линий и продуцируют АМГ, вызывающий регрессию системы протоков у женщин. В табл. 1 перечислены дополнительные гены, которые участвуют в половом развитии и в случае каких-либо аномалий приводят к нарушению полового развития.
Ранее считалось, что развитие яичника представляет собой пассивный процесс при отсутствии гена SRY. Несмотря на то, что морфологические изменения в развивающемся яичнике являются менее выраженными, чем в яичках, для полного развития яичников, а также для поддержания целостности яичника в постанатальный период требуется ряд последовательно экспрессируемых генов. Одним из таких генов является R-спондин-1, который в случае мутации приводит к тестикулярному/овотестикулярному развитию у лиц с 46ХХ. Некоторые пептиды в сигнальном пути Wnt могут препятствовать развитию яичек. Такой эффект м.б. опосредован сигнализированием β-катенина, который необходим для подавления тестикулярных признаков. После завершения развития яичнику требуется FAX12 для сохранения его дифференциации и стабильности.
б) Функции яичек. Пиковые уровни плацентарного ХГЧ приходятся на 8-12 нед гестации и стимулируют секрецию тестостерона, главного гормонального продукта яичек, фетальными клетками Лейдига (рис. ниже). Посредством двух разных биосинтетических путей продуцируется более сильный метаболит тестостерона — дигидротестостерон. В первочально описанном пути тестостерон преобразуется в дигидротестостерон посредством фермента 5α-редуктазы. Согласно более новому описанию, дигидротестостерон продуцируется из андростандиола. Синтез и активность дигидротестостерона в ранний фетальный период играет решающую роль для нормальной и полной вирилизации плода ХУ. Дефекты в этом процессе приводят к различным нарушениям развития у мальчиков.
Биосинтез половых стероидов. Пунктирные линии показывают ферментные нарушения, сопряженные с нарушениями полового развития при 46XY. 3β-HSD2 — 30-гидроксистероид-дегидрогеназа типа 2; AKR1 C2/RoDH (Ох) — оди н из ферментов в альтернативном пути биосинтеза андрогенов; ARO — ароматаза; CYP17A1 — ген, кодирующий белки 17α-гидроксилазы/17,20-лиазы; HSD17B3 — ген, кодирующий белок 17β-гидроксистероид-дегидрогеназу 3 (17β-HSD3); POR — Р450 оксидоредуктаза; StAR — стероидогенный острый регуляторный белок
После завершения вирилизации фетальные уровни тестостерона снижаются, но поддерживаются во второй половине беременности за счет ЛГ, выделяемого гипофизом плода; такая ЛГ-опосредованная секреция тестостерона требуется для постоянного роста полового члена и в некоторой степени для опущения яичек.
В рамках физиологического перехода от в/утробного к внеутробному периоду жизни новорожденные и маленькие дети испытывают кратковременный выброс гонадотропинов и половых стероидов, возможно, обусловленный внезапным прекращением воздействия материнских и плацентарных гормонов. Это так называемый минипубертат.
У мальчиков пик ЛГ и тестостерона приходится на 1-2 мес, а затем снижается до уровня препубертата к 4-6 мес. ФСГ вместе с ингибином В достигает пика через 3 мес и снижается до уровня препубертата к 9 и 15 мес соответственно. Повышение уровня ЛГ более выражено, чем повышение ФСГ.
Неонатальный всплеск гормонов может иметь значение для послеродового созревания гонад, развития мужских наружных половых органов, а также, возможно, для развития гендерной идентичности и сексуального поведения. Послеродовой всплеск ЛГ и тестостерона отсутствует/притупляется у младенцев с гипопитуитаризмом, крипторхизмом и синдромом полной нечувствительности к андрогенам. Развитие ночной пульсирующей секреции ЛГ знаменует начало полового созревания.
В определенных клетках-мишенях 6-8% тестостерона превращаются 5α-редуктазой в дигидротестостерон, более мощный андроген (см. рис. выше), на 0,3% тестостерона воздействует ароматаза с образованием эстрадиола. 50% циркулирующего тестостерона находятся в связи с глобулином, связывающим половые гормоны, а половина связана с альбумином; только 2% присутствуют в свободной форме. Уровни глобулина, связывающего половые гормоны, в плазме низкие при рождении, быстро повышаются в течение первых 10 дней жизни, а затем остаются стабильными до наступления половой зрелости. В данном физиологическом повышении может играть роль гормон ЩЖ, т.к. у новорожденных с атиреозом (отсутствием ЩЖ) обнаруживают очень низкий уровень глобулина, связывающего половые гормоны.
АМГ (ранее называвшийся ингибирующим веществом Мюллера), ингибин и активин являются членами суперсемейства трансформирующего фактора роста-β (TGF-β; англ. transforming growth factor-β). Данная группа, насчитывающая более 45 членов, также включает морфогенетические белки костей. Члены суперсемейства TGF-β участвуют в регуляции процессов развития и формировании многочисленных патологических состояний человека, включая хондродисплазию и рак.
АМГ, гомодимерный гликопротеиновый гормон, кодируемый геном на хромосоме 19, является самым ранним продуктом секреции клеток Сертоли в семенниках плода. Вырабатываемый как прогормон, он приобретает активность после расщепления его карбоксиконцевого фрагмента. Транскрипция АМГ инициируется SOX9, действующим через HMG-бокс, в то время как экспрессия активируется за счет связывания SF-1 с его промотором и дальнейшего взаимодействия SOX9, WT1 и GATA4. АМГ связывается с двумя отдельными сериновыми/треониновыми рецепторами, каждый из которых имеет один трансмембранный домен. Активированный рецептор 1-го типа передает сигнал семейству внутриклеточных медиаторов SMAD.
Ген рецептора АМГ (на хромосоме 12) экспрессируется в клетках Сертоли. У женщин данный ген экспрессируется в клетках мюллерова протока плода, а также в фетальных и постнатальных гранулезных клетках. Во время половой дифференцировки у мужчин АМГ вызывает инволюцию мюллеровых (парамезонефрических) протоков, служащих эмбриологическими предшественниками шейки матки и матки. АМГ действует совместно с SF-1, вызывая инволюцию маточных труб.
АМГ секретируется у мужчин клетками Сертоли, как во в/утробный, так и в послеродовой период. У женщин он секретируется гранулезными клетками с 36 нед беременности до менопаузы, но в более низких уровнях. Уровни АМГ в сыворотке крови у мужчин наиболее высокие при рождении, тогда как у женщин достигают максимума в период полового созревания. После полового созревания оба пола имеют схожие концентрации АМГ в сыворотке крови. Его роль в постнатальном периоде еще полностью не изучена.
Ингибин — еще один гликопротеиновый гормон, секретируемый клетками Сертоли семенников, а также гранулезными клетками и текой яичника. Ингибин А состоит из дисульфидной α-субъединицы, связанной с субъединицей β-А, тогда как ингибин В состоит из той же субъединицы а, связанной с субъединицей β-В. Активины представляют собой димеры субъединиц В: гомодимеры (ВА/ВА, ВВ/ВВ)/гетеродимеры (ВА/ВВ). Ингибины избирательно подавляют, тогда как активины стимулируют секрецию ФСГ гипофизом. С помощью иммуноанализов, специфичных для ингибина A/В, было показано, что ингибин А отсутствует у мужчин и присутствует в основном в лютеиновой фазе у женщин. Ингибин В является основной формой ингибина у мужчин, а у женщин присутствует во время фолликулярной фазы. Ингибин В м.б. использован в качестве маркера функции клеток Сертоли у мужчин.
ФСГ стимулирует секрецию ингибина В у женщин и мужчин, но только у мужчин имеются доказательства гонадотропин-независимой регуляции. Уровни ингибина В потенциально информативны у детей с различными формами гонадных и пубертатных расстройств. У мальчиков с задержкой полового созревания ингибин В м.б. полезным скрининговым тестом для дифференцировки конституциональной задержки полового созревания и гипогонадотропного гипогонадизма. При гипогонадотропном гипогонадизме уровень ингибина В в сыворотке крови варьирует от очень низкого до неопределяемого.
Подобно ингибину и активину, фоллистатин (одноцепочечный гликозилированный белок) вырабатывается гонадами и др. тканями, такими как гипоталамус, почки, надпочечники и плацента. Фоллистатин подавляет секрецию ФСГ главным образом за счет связывания активинов, тем самым блокируя действие активинов на уровне яичников и гипофиза.
В качестве медиаторов развития и функции семенников действуют многие дополнительные пептиды, включая нейрогормоны, такие как соматотропин-рилизинг-гормон, ГнРГ, кортикотропин-рилизинг-гормон, окситоцин, аргинин, вазопрессин, соматостатин, вещество Р и нейропептид У; факторы роста, напр. инсулиноподобные факторы роста и белки, связывающие инсулиноподобный фактор роста, TGF-β и факторы роста фибробластов, тромбоцитов и нервов; вазоактивные пептиды; цитокины иммунного происхождения, такие как ФНО и IL1, 2, 4 и 6.
Клинические варианты пубертатных изменений широко варьируют (см. главы 26 и 577, посвященные половому созреванию). У 95% мальчиков увеличение половых органов начинается в 9,5-13,5 лет, а зрелость достигается к 13-17 годам. У малой доли здоровых мальчиков половое созревание начинается >15 лет. У некоторых мальчиков пубертатное развитие завершается менее чем за два года, но у других может продолжаться >4,5 лет. Пубертатное развитие и скачок роста у подростков-мужчин происходит в более старшем возрасте, чем у женщин, с разницей примерно в 2 года.
Средний возраст производства спермы (спермархе) — 14 лет. Данное событие приходится на середину полового созревания, о чем судят по появлению волос на лобке, размеру яичек, признакам скачка роста и уровням тестостерона. Уровни ФСГ в ночное время во время спермархе находятся в диапазоне, соответствующем таковому у взрослых мужчин; примерно в то же время происходит первая сознательная эякуляция.
в) Функция яичников. У плода женского пола в норме недифференцированные гонады м.б. идентифицированы гистологически как яичник к 10-11 нед гестации после активации R-спондина 1. Ооциты появляются с 4-го месяца беременности и достигают пика в 7 млн к 5 мес беременности. Для нормального поддержания ооцитов необходимы гранулезные клетки для образования примордиальных фолликулов. Функциональные рецепторы ФСГ (но не ЛГ) присутствуют в ооцитах первичных фолликулов во время фолликулогенеза. Для поддержания развития ооцитов необходимы две нормальные Х-хромосомы. В отличие от соматических клеток, в которых активна только одна Х-хромосома, в половых клетках активны обе Х-хромосомы. При рождении яичники содержат ~1 млн активных фолликулов, количество которых уменьшается до 0,5 млн к менархе. После этого их содержание сокращается со скоростью 1000 в месяц, а после 35 лет — с еще большей скоростью.
Гормоны яичников плода в основном поступают из фетоплацентарного отдела. Как и у мужчин, пик секреции гонадотропинов происходит во в/утробном периоде, а затем снова через 2-3 мес после рождения, достигая минимума примерно в шестилетнем возрасте. В отличие от мужчин, у женщин всплеск ФСГ преобладает над ЛГ. ФСГ достигает пика в возрасте 3-6 мес, снижается к 12 мес, но обнаруживается в течение 24 мес. Под влиянием ЛГ возникает пик выработки эстрадиола, который приходится на 2-6 мес. Ответ на ингибин В вариабелен и достигает пика между 2 и 12 мес, оставаясь выше уровней препубертата до 24 мес. Как в младенчестве, так и в детстве уровни гонадотропинов у девочек выше, чем у мальчиков.
Наиболее важными эстрогенами, продуцируемыми яичниками, служат эстрадиол-17β (E2) и эстрон (E1); эстриол является продуктом их метаболизма, и все три эстрогена можно обнаружить в моче зрелых женщин. Эстрогены также образуются из андрогенов, вырабатываемых надпочечниками, а также женскими и мужскими гонадами (см. рис. выше). Данное преобразование объясняет, почему при определенных типах нарушений дифференцировки пола у мужчин феминизация происходит в период полового созревания. Напр., при дефиците 17-кетостероидредуктазы ферментативный блок приводит к заметному увеличению секреции андростендиона, превращающемуся в периферических тканях в эстрадиол и эстрон. Данные эстрогены, в дополнение к непосредственно секретируемым яичками, вызывают гинекомастию.
Эстрадиол, образующийся из тестостерона при синдроме полной нечувствительности к андрогенам, вызывает у данных людей с генотипом XY полную феминизацию.
Эстроген регулирует множество функциональных процессов в различных тканях. Существует по крайней мере два различных рецептора эстрогена с разными паттернами экспрессии. Яичник также синтезирует прогестерон — главный гестагенный стероид; прогестерон в т.ч. синтезируется в коре надпочечников, где он служит предшественником др. гормонов надпочечников и яичек.
В яичниках было обнаружено множество др. гормонов с аутокринным, паракринным и интракринным действием, включая ингибины, активины, релаксин и факторы роста, инсулиноподобный фактор роста 1, TGF-α и TGF-β, а также цитокины.
Уровни эстрадиола в плазме медленно, но неуклонно повышаются на протяжении полового созревания и хорошо коррелируют с клинической оценкой пубертатного развития, костного возраста и повышения уровня ФСГ. Уровни ЛГ не повышаются, пока не произойдет развития вторичных половых признаков. Эстрогены, как и андрогены, подавляют секрецию как ЛГ, так и ФСГ («-» обратная связь). У женщин эстрогены также вызывают всплеск секреции ЛГ, происходящий в середине менструального цикла, и стимулируют овуляцию. Способность к формированию данной «+» обратной связи — еще одна веха полового созревания.
Средний возраст менархе у американских женщин составляет ~ 12,5-13 лет, но диапазон нормальных значений широк, и 1-2% здоровых женщин не имеют менструаций к 16 годам. Возраст появления признаков полового созревания варьирует, исследования демонстрируют меньший возраст, чем предполагалось ранее, особенно среди афроамериканского населения США. Наступление менархе обычно тесно связано с костным возрастом. Созревание и закрытие эпифизов зависит от содержания эстрогена, что было продемонстрировано у очень высокого 28-летнего мужчины с нормальной маскулинизацией и продолжающимся ростом в результате неполного закрытия эпифизов, у которого была выявлена полная нечувствительность к эстрогенам, вызванная дефектом эстрогеновых рецепторов.
г) Диагностические тесты. Чувствительные и специфические тесты на гормоны гипофиза и половые гормоны, позволяющие измерить их содержание в небольших количествах крови, способствовали быстрому прогрессу в понимании нормальных и аномальных взаимодействий гипоталамуса, гипофиза и гонад. У младенцев мужского пола измерения ЛГ, ФСГ и тестостерона позволяют обнаружить дефекты гипофиза и яичек. Целостность клеток Лейдига в детском возрасте можно определить по выработке тестостерона после введения ХГЧ. Один из протоколов предполагает ежедневное введение 5000 ME в/м в течение 3 дней; доступны и др. протоколы. Целостность, а также зрелость гипоталамо-гипофизарно-гонадной оси у мужчин и женщин можно оценить путем серийных измерений уровня половых стероидов, ЛГ и ФСГ после п/к-введения аналога ГнРГ лейпролида.
Было показано, что сверхчувствительный анализ ЛГ позволяет различить мальчиков с задержкой полового созревания и мальчиков с полным, но не частичным гипогонадотропным гипогонадизмом.
Нормальный диапазон уровней ингибина В установлен у мальчиков грудного возраста. Ингибин В м.б. маркером сперматогенеза, а также опухолей, таких как опухоли гранулезных клеток. Ингибины могут участвовать в подавлении роста опухоли. Определение рецепторов эстрогена м.б. клинически полезны при лечении различных видов рака яичников. Измерения АМГ показаны при обследовании детей с непальпируемыми гонадами и нарушениями полового развития.
д) Терапевтическое использование половых стероидов. Эстрогенные эффекты полигалогенированных ароматических углеводородов м.б. частично обусловлены ингибированием сульфатирования эстрадиола эстрогенсульфотрансферазой — важного пути инактивации эстрадиола. Натуральные эстрогены при приеме внутрь быстро разрушаются ферментами ЖКТ и печени. Поэтому их обычно вводят в виде конъюгатов/слож-ных эфиров. Наиболее широко применяемыми ЛП для приема внутрь служат эстрогены конъюгированные («Премарин») и этинилэстрадиол. Также широко используют эстроген-содержащие кожные пластыри для трансдермальной абсорбции.
С улучшением понимания взаимодействия эстрогена с эстрогеновыми рецепторами был синтезирован новый класс соединений, называемых селективными модуляторами эстрогеновых рецепторов.
Напр., ралоксифен, нестероидное производное бензотиофена, действует как агонист эстрогена в костях и печени и как антагонист эстрогена в молочных железах и матке.
Андрогены, такие как тестостерон, из-за их активности и устойчивого ответа обычно вводят в/м в составе сложных эфиров длительного действия (чаще всего тестостерона энантата/тестостерона ципионата). Пластыри для трансдермального введения тестостерона и гель для нанесения на кожу используют в основном у взрослых с гипогонадизмом из-за трудностей с титрованием доз, показанных в детском и подростковом возрасте. ЛП для приема внутрь, такие как метилтестостерон/флуоксиместерон, не вызывают столь сильного андрогенного ответа и м.б. гепатотоксичными. Тестостерона ундеканоат, еще один ЛП для приема внутрь, используется в Европе, но не в США. Сообщается, что ЛП тестостерона для сублингвального (микросферы/гранулы) и трансбуккального (всасывание через слизистую оболочку рта) применения находятся в стадии разработки.
