Воспроизводство крупного рогатого скота

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 .

Однако исследования, в которых изучалась реакция на замену эстрадиола и ингибина у овариэктомизированных овец, указывают на то, что для полной блокировки подъема концентрации ФСГ после овариоэктомии необходима комбинация отрицательной обратной связи эстрадиола и ингибина.⁵⁹ Дополнительные гормоны яичников также могут способствовать регуляции секреции ФСГ в течение эстрального цикла. Активин - димер ингибина β- субъединиц (βAβA, βAβB и βBβB) и фоллистатин - β-субъединицсвязывающий белок, продуцируются в фолликулярных клетках и могут регулировать секрецию ФСГ. Хотя эндокринная активность активина и фоллистатина овариального происхождения неясны, эти белки, так же как и ингибин, синтезируются в аденогипофизе и могут контролировать синтез и высвобождение ФСГ с помощью паракринных механизмов^.60,61

Активин стимулирует синтез и высвобождение ФСГ, в то время как фоллистатин ингибирует действия активина, предотвращая связывание активина с рецептором. Ингибин, с другой стороны, нарушает действия активина, связываясь с рецептором активина и индуцируя внутриклеточную передачу сигналов через β-гликанопосредованный путь. Следовательно, постовуляторное повышение циркулирующих концентраций ФСГ, наблюдаемое вскоре после преовуляторных скачков ЛГ и ФСГ (рис. 23.1), в значительной степени объясняется изменениями в активности обратной связи гонадных гормонов на уровне аденогипофиза, которые следуют за исчезновением доминантного фолликула после овуляции и снижением циркулирующих концентраций эстрадиола и ингибина. Увеличение ФСГ в кровообращении в это время способствует рекрутированию (отбору) первой фолликулярной волны, наблюдаемой во время ранней лютеиновой фазы, и последующих волн в течение оставшейся части цикла.

Предполагается существование отдельной молекулы гипоталамического происхождения со способностью регулировать секрецию ФСГ. Доказательства в поддержку этой гипотезы включают наблюдения, согласно которым абляция ( разрушение) передних гипоталамических нейронов и их отростков нарушает высвобождение ФСГ без явного влияния на высвобождение ЛГ.^62,63 Кроме того, у овец наблюдается блокирование секреции ЛГ без заметных эффектов на секрецию ФСГ после иммунизации против ГнРГ и ингибирования действия ГнРГ путем введения его антагонистов^41,64 . Тем не менее, для подтверждения этой гипотезы потребуется выделение и идентификация молекулы, которая может быть охарактеризована как ФСГ-высвобождающий фактор, отличный от ГнРГ.

Влияние кормления на

гипоталамо-гонадотропную функцию

Пищевой контроль высвобождения гонадотропина происходит главным образом посредством регуляции высвобождения ГнРГ в срединном возвышении. Сильное ограничение питательных веществ подавляет секрецию ЛГ у репродуктивно зрелого и препубертатного крупного рогатого скота.^65,66 Однако, кратковременное ограничение потребления корма оказывает дифференциальное ( различающееся) влияние на выброс гонадотропина у зрелых и незрелых коров. У коров 2–3 дня голодания не влияют на частоту пульсации ЛГ.^66–68 У препубертатных телок, напротив, голодание в течение 48–72 часов снижает пульсацию ЛГ^69,70 Гонадные стероиды оказывают заметное влияние на пищевую регуляцию выброса гонадотропина. Импульсное высвобождение ЛГ подавляется у овариоэктомированных крыс, обработанных эстрадиолом, голодавших в течение 48 часов.⁷¹ Однако, острое ограничение питания не подавляет секрецию ЛГ у овариоэктомированных крыс без заместительной обработки эстрадиолом.⁷¹

Таким образом, гонадальные стероидные гормоны взаимодействуют с пищевыми и метаболическими сигналами, регулируя высвобождение гонадотропина.

Исследования, в которых определялись концентрации ГнРГ в образцах крови, взятых из гипоталамо-гипофизарной портальной сосудистой сети у овец с нормальным и с ограниченным кормлением, продемонстрировали значительное снижение частоты импульсов ГнРГ в ответ на ограничение корма.⁷² Снижение частоты пульсации ЛГ было сильнее, чем снижение пульсации ГнРГ, потому что некоторые импульсы ГнРГ с низкой амплитудой не сопровождались импульсом ЛГ. Следовательно, уменьшенная амплитуда импульсов ГнРГ может также играть роль в общем снижении средних концентраций ЛГ, наблюдаемых во время недостаточного питания. Основным следствием низкой частоты стимуляции ГнРГ гонадотропов в ответ на пищевое ограничение является снижение синтеза рецепторов ЛГ и ГнРГ в аденогипофизе.

Импульсное введение ГнРГ овцам на ограниченном рационе восстанавливает циркулирующие концентрации ЛГ до нормы и увеличивает гипофизарную экспрессию генов ЛГ-β и ЛГ-α.⁷⁴ Эти наблюдения согласуются с гипотезой о том, что высокая частота ГнРГ-стимуляции необходима для оптимальной экспрессии общей для аденогипофизарных гликопротеиновых гормонов α- субъединицы и специфической β-субъединицы ЛГ.⁷⁵ Следовательно, в условиях низкого синтеза и накопления гонадотропинов в аденогипофизе и уменьшенного количества рецепторов к ГнРГ в гонадотропах, импульсов ГнРГ малой амплитуды может быть не достаточно, чтобы стимулировать четкий импульс ЛГ. Это можно объяснить тем, что некоторые импульсы ГнРГ малой амплитуды не сопровождаются эпизодом высвобождения ЛГ.⁷² Кроме того, возможно, что импульсы гонадолиберина малой амплитуды активируют аденогипофиз для повышения чувствительности к импульсам большой амплитуды, которые вызывают отчетливые эпизоды высвобождения гонадотропина.⁷⁶

Пищевой и метаболический статус воспринимаются в основном на уровне гипоталамуса, хотя интеграция с сигналами, контролирующими другие области мозга и периферические органы, важна для точного контроля секреции и активности гонадотропина в тканях-мишенях. Сигналы, которые обеспечивают контроль за высвобождением гонадотропина, включают питательные вещества (например, глюкозу, жирные кислоты, аминокислоты) и метаболические гормоны (например, лептин, инсулин, грелин). Глюкоза служит основным источником энергии для центральной нервной системы и, наряду с жирными кислотами и аминокислотами, служит сигнальными молекулами для контроля клеточных метаболических путей.^77-79 У овец индуцированная инсулином гипогликемия⁸⁰ и лечение 2- дезоксиглюкозой⁸¹ - конкурентным антагонистом метаболизма глюкозы, ингибируют секрецию ЛГ. У крупного рогатого скота, гипогликемия, вызванная флоризином - ингибитором переносчика глюкозы, который увеличивает почечную экскрецию глюкозы, приводит к аналогичному снижению концентрации ЛГ.⁸² Хотя общепринято, что глюкоза необходима для нормальной функции гипоталамуса, механизмы, с помощью которых дефицит глюкозы ухудшает высвобождение ЛГ, неясны. Восстановление пульсирующей способности ЛГ у голодных обезьян происходит не только после кормления углеводами, которые повышают уровень циркулирующей глюкозы, но и после кормления белками/жирами, которые не повышают уровень глюкозы в крови.⁸³ Аминокислоты и жирные кислоты, помимо того, что служат важными молекулами-предшественниками для клеточного биосинтеза, повидимому, также служат и в качестве сигнальных молекул для контроля репродуктивной нейроэндокринной функции.⁷⁷

Контроль NPY
18 18 * ГнРГ пульсация
ингибирована
16 16
14 14
* * * *
12 12
10 10
8 8
6 6
4 4
2 2
0 0
10 * * * 10
8 8
6 6
4 4
2 2
0 0
0 120 240 0 120 240
Время (мин) Время (мин)
)ГнРГ (пг/мл
)ЛГ (нг/мл

Рис. 23.5 Нейропептид Y (NPY) подавляет высвобождение гонадотропин-рилизинг-гормона (ГнРГ) у коров. Пульсирующее высвобождение ГнРГ (верхняя панель) и лютеинизирующего гормона (ЛГ) (нижняя панель) ингибируется после интрацеребровентрикулярного введения NPY (панели справа). Звездочкой обозначены обнаруженные импульсы ГнРГ и ЛГ. Модифицировано с разрешения Gazal и др.⁵

Глутамат и полученная из глутамата ГАМК (y (гамма)аминомасляная кислота) являются нейротрансмиттерами, которые воздействуют непосредственно на нейроны ГнРГ, регулируя их активность и высвобождение ГнРГ.^84,85

Гормоны, такие как инсулин, инсулиноподобный фактор роста IGF-1, грелин и лептин, являются надежными маркерами качества кормления и, по-видимому, играют важную роль в опосредовании метаболического контроля секреции гонадотропина.⁸⁶ Лептин - белковый гормон, синтезируемый и секретируемый главным образом адипоцитами, был тщательно исследован как метаболический сигнал, контролирующий репродуктивную нейроэндокринную функцию у различных видов животных, в том числе у крупного рогатого скота.⁸⁷ Циркулирующие концентрации лептина положительно коррелируют с ожирением⁸⁸ и увеличиваются с увеличением массы тела.⁸⁹ Напротив, недостаточное питание снижает концентрацию лептина в кровотоке. Лечение лептином предотвращает вызванное голоданием уменьшение пульсации ЛГ у перипубертатных телок.⁷⁰ Хоть у зрелых коров кратковременное голодание и не влияет на частоту высвобождения ЛГ, лептин усиливает секрецию ЛГ⁶⁸ , воздействуя как на гипоталамус, увеличивая амплитуду импульса ГнРГ⁹⁰ , так и на аденогипофиз, повышая его чувствительности к ГнРГ.⁹¹

Медиаторы действия лептина включают нейроны нейропептида Y (NPY) и проопиомеланокортина (POMC , кортикотропин-подобный иммунный пептид ) в дугообразном ядре. Эти нейроны содержат рецепторы к лептину.⁹² NPY является мощным стимулятором потребления корма, и ограничение корма увеличивает экспрессию гена NPY.⁹³ Анорексигенное ( подавляющее аппетит) действие лептина, вероятно, связано с его способностью уменьшать экспрессию NPY.⁹⁴ NPY ингибирует высвобождение ГнРГ у коров⁵ (Рисунок 23.5).

В отличие от своего ингибирующего воздействия на экспрессию гена NPY, лептин усиливает экспрессию POMC.⁹⁵ Было показано, что один из пептидных продуктов гена POMC - α-меланоцит-стимулирующий гормон (α-MSH), также оказывает прямое стимулирующее действие на ГнРГнейроны.⁹⁶ Таким образом, влияние лептина на стимуляцию секреции ГнРГ, по-видимому, включает подавление ингибирующего действия NPY и стимуляцию возбуждающих эффектов α-MSH. Хотя NPY и POMC, как полагают, являются основными путями, участвующими в контроле высвобождения ГнРГ, вполне вероятно, что другие нейронные сети вносят вклад в пищевой контроль репродуктивной нейроэндокринной функции.

Пубертатное развитие

Половое созревание - это процесс, посредством которого особи приобретают репродуктивную зрелость. Он включает физиологические и поведенческие изменения, которые в значительной степени обусловлены активацией функции половых желез. У самок млекопитающих активация гипоталамо-аденогипофизарной оси и последующее влияние гонадотропинов на функцию половых желез поддерживают усиленный фолликулогенез и стероидогенез (прежде всего синтез эстрадиола) и приводят к первой овуляции.⁹⁷ Начало полового созревания характеризуется увеличением эпизодического высвобождения ЛГ в результате повышения частоты высвобождения ГнРГ и стимуляции им гонадотропов.⁹⁸