Воспроизводство крупного рогатого скота

(a) (b) ДМГ
ПОО
ПОГ 3Ж
ДМГ
ВМГ
МТ
ЗХ ДЯ pt
СВ
НГ
(c)
АГ
ЛГ
ФСГ

Рисунок 23.2 Диаграмма, представляющая сагиттальный вид нижней части мозга коровы и областей гипоталамуса, участвующих в нейроэндокринном контроле репродукции. У крупного рогатого скота тела нейрональных клеток гонадотропин-рилизинг-гормона (ГнРГ) распределены в континууме, который простирается от перегородки/преоптической области (ПОО) до базальных частей гипоталамуса (а). Нейроны ГнРГ проецируются ( распространяются) на срединное возвышение (СВ), где нейрональные терминалы примыкают к капиллярам гипоталамо-гипофизарной портальной системы. ГнРГ, высвобождаемый в СВ, достигает гонадотропов в аденогипофизе (AГ) и стимулирует синтез и высвобождение лютеинизирующего (ЛГ) и фолликулостимулирующего (ФСГ) гормонов. Изображения с низким (b) и высоким (c) увеличением ГнРГ-иммунореактивных нейрональных волокон, которые выступают базолатерально в направлении срединного возвышения и оканчиваются рядом с капиллярами (*) внешней зоны СВ. ПОГ - передняя область гипоталамуса; ДЯ - дугообразное ядро; ДМГ - дорсомедиальный гипоталамус; МТ - мамиллярное ( сосцевидное) тело; НГ - нейрогипофиз; ЗХ- зрительная хиазма ( перекрест зрительных нервов) ; pt — туберальная часть (pars tuberalis) (листовидный вырост, окружающий ножку гипофиза, функции которого не ясны) аденогипофиза; ПОЗ - преоптическая зона; ВМГ- вентромедиальный гипоталамус; 3Ж, - третий желудочек.

Эффект влияния прогестерона на импульсное высвобождение ГнРГ/ЛГ хорошо охарактеризован: прогестерон ингибирует частоту высвобождения ЛГ¹⁴ , действуя на уровне гипоталамуса.^15,16 Однако, эффект отрицательной обратной связи эстрадиола является более сложным и проявляется в значительной степени аддитивно ( добавочно ) к действию прогестерона.¹⁷ Положительная же обратная связь эстрадиола является основным физиологическим механизмом, стимулирующим развитие преовуляторного выброса ГнРГ и ЛГ в поздней фолликулярной фазе. Интересно, что хотя прогестерон и может блокировать эстрадиол-индуцированный всплеск ЛГ у телок и овец^18,19 предшествующее воздействие эндогенного (лютеиновая фаза) или экзогенного (фармакологическое лечение) прогестерона усиливает эстрадиолиндуцированный всплеск ЛГ.²⁰ Механизмы, с помощью которых прогестерон ингибирует частоту импульсного высвобождения ЛГ, по-видимому, опосредованы эндогенными опиоидными пептидами, в частности динорфином.²¹ Исследования на овцах показали, что прогестерон, воздействуя на нейроны динорфина, расположенные в дугообразном ядре гипоталамуса и содержащие рецепторы к прогестерону, подавляет частоту импульсов ГнРГ посредством активации нейротрансмиссии ( передачи нервных импульсов) эндогенного опиоидного пептида. Этот эффект, по-видимому, опосредован κ( каппа) -опиоидным рецептором. Поддержка этого механизма действия продемонстрирована наблюдениями, согласно которым 1) интрацеребровентрикулярная инъекция прогестерона ингибирует пульсирующую секрецию ЛГ;¹⁶ 2) антагонисты эндогенного опиоидного пептида²² и κ-опиоидного рецептора,²³ инъецированные в медиобазальный ( средний) г ипоталамус, увеличивают частоту импульсов ЛГ; и 3) прогестероновые рецепторы, содержащиеся в динорфиновых нейронах, расположенных в дугообразном ядре гипоталамуса, широко распространяются и на нейроны ГнРГ в медиобазальном гипоталамусе, но в меньшей степени на нейроны ГнРГ в преоптической области.

Важно отметить, что у овец популяция нейронов ГнРГ, расположенных в медиобазальном гипоталамусе, по-видимому, является основной группой нейронов ГнРГ, активируемых во время импульса ЛГ.²⁴ Это доказывает, что нейронная схема, расположенная в этой области, представляет собой путь, посредством которого прогестерон ингибирует частоту эпизодического выброса ГнРГ/ЛГ во время лютеиновой фазы. Хотя у крс механизмы влияния отрицательной обратной связи прогестерона в отношении регуляции высвобождения ЛГ не были тщательно изучены, данные указывают на то, что эндогенные опиоидные пептиды играют роль, аналогичную той, которая характерна для овец²⁵ .

Влияние отрицательной обратной связи эстрадиола на высвобождение ЛГ является более сложным. Во время периодов повышенного уровня прогестерона (например, в лютеиновую фазу) эстрадиол усиливает ингибирование прогестероном пульсации ЛГ. Этот эффект может включать прямое воздействие эстрадиола на эндогенные нейроны опиоидных пептидов, включая нейроны динорфина дугообразного ядра, которые у овец, как известно, экспрессируют α-рецепторы эстрогена и рецепторы прогестерона.^26,27 У овариэктомированных овец эстрадиол усиливает экспрессию ( чувствительность) рецепторов к прогестерону в дугообразном ядре, поэтому отрицательная обратная связь прогестерона может усиливаться с помощью эстрадиола²⁸ за счет повышения чувствительности нейронов гипоталамуса к воздействию прогестерона. Отрицательная обратная связь эстрадиола у овец также наблюдается в способности эстрадиола уменьшать амплитуду импульсов ЛГ во время фолликулярной фазы²⁹ . Однако, этот эффект может быть следствием увеличения частоты пульсации ЛГ, наблюдаемой во время поздней фолликулярной фазы² или ингибирования экспрессии генов α-субъединицы гликопротеиновых гормонов (общих для ЛГ, ФСГ и адренокортикотропина) и β-субъединицы ЛГ.^30,31

10 Постовуляторная/прелютеиновая фаза Поздняя фолликулярная фаза
Низкий прогестерон - высокая частота, низкая (преовуляторный всплеск ЛГ)
8 амплитуда импульсов ЛГ
6 25
4
2
0 20
Лютеиновая фаза
10
(Повышенный прогестерон - низкая частота, высокая
амплитуда импульсов ЛГ)
8
6 15
4
2
0 10
10 Ранняя фолликулярная фаза
(Снижение прогестерона - увеличение
8 частоты пульсации ЛГ)
6 5
4
2
0
0
0 6 12 18 24 0 6 12 18 24
Время (ч) Время (ч)
)ЛГ (нг/мл
ЛГ (нг/мл)
)ЛГ (нг/мл
)ЛГ (нг/мл

Рисунок 23.3 Особенности выделения лютеинизирующего гормона (ЛГ) во время эстрального цикла у коров. Образцы крови из яремной вены коровы были отобраны с 10-минутными интервалами в течение 24 часов в четырех различных фазах эстрального цикла. Модифицировано с разрешения Rahe и др.²

Эстрадиол, по- видимому, оказывает двухфазное влияние на секрецию ЛГ во время развития фолликулярной фазы. Введение эстрадиола в физиологических дозах, способных вызвать преовуляторный всплеск ЛГ, вначале приводит к острому снижению частоты пульсации ЛГ.^29,32 Доказательства этого эффекта также присутствуют во время поздней фолликулярной фазы эстрального цикла.⁵ Этот краткий период спада пульсации (~6 часов) , вызванный эстрадиолом, сменяется значительным увеличением частоты и амплитуды пульсации ГнРГ/ЛГ и, соответственно, прогрессивным устойчивым повышением концентрации ЛГ, характерным для преовуляторного всплеска (эстрадиол - положительная обратная связь; Рисунок 23.4).^5,6 Хотя механизмы, с помощью которых формируется эстрадиол - положительная обратная связь, неясны, они, по- видимому, включают активацию эстрадиол-восприимчивых нейронов в гипоталамусе и передачу сигнала эстрадиола к нейронам ГнРГ для стимуляции его выброса в срединном возвышении.³³ Вентромедиальный гипоталамус и дугообразное ядро были определены как критические участки воздействия положительного эффекта эстрадиола у овец.^34,35 Изменения в трансмиссии норэпинефрина, β- эндорфина, глутамата, γ- аминомасляной кислоты (ГАМК) , нейрокинина В и кисспептина могут быть вовлечены в процесс передачи положительной обратной связи эстрадиола.

На уровне аденогипофиза эстрадиол усиливает экспрессию рецепторов к ГнРГ.³⁶ Этот эффект является физиологически значимым, поскольку повышенное выделение гонадотропных гормонов в ответ на воздействие ГнРГ во время поздней фолликулярной фазы может иметь решающее значение для поддержания повышенной секреции ЛГ во время преовуляторного всплеска ГнРГ.

Предварительное воздействие прогестерона усиливает вызванный эстрадиолом всплеск секреции ЛГ. Этот эффект прогестерона, повидимому, имеет место как на уровне гипоталамуса, так и на уровне аденогипофиза. У овариоэктомированных овец, предварительно обработанных прогестероном в течение искусственного эстрального цикла, величина выброса ГнРГ была выше, чем у овец, не подвергавшихся предварительному воздействию прогестерона.³⁷ Хоть данные и свидетельствуют о том, что этот эффект возникает вследствие изменения секреции ГнРГ, имеет место также прямое влияние аденогипофиза. Так, у овариоэктомированных овец с хирургически заблокированной гипоталамо-аденогипофизарной связью, чувствительность к эстрадиол-индуцированному всплеску ЛГ была повышена у овец, предварительно обработанных прогестероном.³⁸ По-видимому, у коров предварительная обработка прогестероном так же хорошо влияет на отзывчивость на эстрадиольную обратную связь.^39,40 Контроль синтеза и высвобождения ФСГ из гонадотропов четко регулируется ГнРГ и гонадными гормонами, включая стероидные и белковые гормоны.

12 60
10 50
8 40
6 30
4 20
2 10
0 0
10 20 30 10 20 30
Время (ч) Время (ч)
ГнРГ (нг/мл)
)ГнРГ (пг/мл

Рисунок 23.4 Эстрадиол-индуцированный выброс гонадотропин-рилизинг-гормона (ГнРГ) и лютеинизирующего гормона (ЛГ) у коров. Эстрадиол (1 мг) вводили внутримышечно в час 0. Цереброспинальную жидкость (ЦСЖ) из третьего желудочка и кровь из яремной вены получали с 10-минутными интервалами. Концентрация ГнРГ в спинномозговой жидкости (вверху) значительно увеличилась и оставалась повышенной более 12 часов. Концентрации ЛГ последовательно увеличивались с повышением уровня ГнРГ и возвращались к исходным концентрациям примерно через 10 часов. Изменено с разрешения Gazal и др.⁵

Интра-аденогипофизарные факторы также могут играть роль в регуляции секреции ФСГ посредством паракринных воздействий.⁴¹ Кроме того, было предложено существование гипоталамического фактора с ФСГ-секретирующей активностью, отличной от ГнРГ,⁴² хотя такой фактор еще предстоит определить. Как и в случае с высвобождением ЛГ, было показано, что высвобождение ФСГ является пульсирующим^43,44 . Однако, при использовании антисыворотки, продуцируемой против β- субъединицы ФСГ⁴⁵ , которая устраняет возможную перекрестную реактивность с ЛГ, получены результаты, в которых было трудно обнаружить в периферическом кровообращении отчетливые импульсы секреции ФСГ. Отчасти это объясняется длительным периодом полураспада ФСГ в кровообращении.⁴¹ Кроме того, колебания концентраций овариальных пептидов (ингибин, фоллистатин) и эстрадиола, которые происходят во время эстрального цикла, играют большую роль в регулировании характера ( паттерна ) секреции ФСГ у крупного рогатого скота.^3,4,46 Тем не менее, исследования, в которых определялись концентрации ФСГ в образцах крови, взятых из гипофизарного портального кровообращения у овец, показали, что секреция ФСГ явно пульсирующая⁴¹ . Интересно, что хотя значительная доля импульсов ФСГ совпадает с эпизодами высвобождения ГнРГ, наблюдаются многие эпизоды, не связанные с ГнРГ.

ГнРГ-ассоциированные ( происходящие после всплеска ГнРГ, что говорит об их связи) импульсы ФСГ, наблюдаемые у овец, происходят одновременно с импульсами ЛГ.⁴¹ У овец ЛГ и ФСГ косинтезируются ( одновременный синтез) в субпопуляции гонадотропов⁴⁷ , хотя оба гонадотропина накапливаются в разных везикулах (пузырьках). Следовательно, совпадающее высвобождение ЛГ и ФСГ может отражать одновременный экзоцитоз* легко высвобождаемых пулов (объединений) везикул, содержащих гонадотропины. У крупного рогатого скота, однако, существует четкое различие в клетках, синтезирующих ФСГ и ЛГ в аденогипофизе.⁴⁸ Тем не менее, у крс ФСГ четко секретируется после введения ГнРГ .^39,49

Кроме того, преовуляторный всплеск ЛГ сопровождается скачком ФСГ.^50,51 . Эти наблюдения показывают, что, хотя ФСГ и ЛГ могут быть синтезированы в различных популяциях гонадотропов, оба типа гонадотропов чувствительны к ГнРГ. Однако, контроль секреции каждого гонадотропина кажется независимым, и взаимодействие ГнРГ-зависимых и ГнРГ-независимых механизмов важно для точного контроля секреции ФСГ.

Механизмы, с помощью которых генерируются импульсы ФСГ, не связанные с ГнРГ, остаются неясными. Считается, что прямое действие гонадных гормонов на уровне аденогипофиза является основным регуляторным механизмом. Пептидные (например, ингибин) и стероидные (например, эстрадиол) гормоны, вероятно, контролируют синтез и высвобождение ФСГ на уровне гонадотропа. Ингибин - димер субъединиц α и βA (ингибин A) или βB (ингибин B), продуцируется в фолликулярных клетках и действует как эндокринный фактор, регулирующий высвобождение ФСГ в гонадотропах. Ингибин подавляет высвобождение ФСГ в культурах клеток гипофиза крупного рогатого скота.⁵² Роль ингибина также была показана в исследованиях по иммунизации. Базальная (фоновая, основная) циркулирующая концентрация ФСГ и ГнРГ-стимулированный всплеск ФСГ увеличиваются у овец, иммунизированных против бычьего ингибина.⁵³ Аналогичным образом, средние концентрации ФСГ у телок, иммунизированных против ингибина, увеличиваются, провоцируя увеличение числа мелких фолликулов, присутствующих в яичнике. Влияние ингибина на регуляцию высвобождения гонадотропина, по-видимому, специфично и действует только на секрецию ФСГ, поскольку не наблюдается явного влияния ингибина на секрецию ЛГ.⁵⁵ Кроме того, маловероятно, что ингибин действует на уровне гипоталамуса и контролирует секрецию ГнРГ.^56,57

Было показано, что эстрадиол ингибирует синтез и секрецию ФСГ в аденогипофизе. Прямое действие эстрадиола, по-видимому, происходит посредством ингибирования экспрессии гена ФСГ-β.

• у эукариот клеточный процесс, при котором внутриклеточные везикулы (мембранные пузырьки) сливаются с внешней клеточной мембраной и выделяют содержимое наружу .