Воспроизводство крупного рогатого скота

и тестостерона в плазме крови и наблюдается атрофия семенников. Напротив, введение PRL стимулирует сперматогенез у мышей с карликовостью и восстанавливает функцию семенников у золотистых хомячков; у животных после удаления гипофиза PRL в присутствии LH вызывает сперматогенез и восстанавливает концентрацию тестостерона в плазме крови. У мужчин PRL играет важную роль в регуляции выработки тестостерона и репродуктивной функции.⁴⁹ При очень высоких концентрациях (гиперпролактинемии) PRL оказывает у мужчин антигонадное действие, угнетая функцию семенников, и связан с гипогонадизмом.⁵⁰

Другие регуляторные факторы

Влияние других регуляторных факторов, таких как гормон роста (GH), на стероидогенез в семенниках изучено не до конца. Однако ввиду структурного сходства PRL и GH предполагается, что оба гормона могут оказывать сопоставимое влияние на функцию клеток Лейдига.⁴² Влияние GH может быть более значительным в период полового созревания (см. главу 4). Вместе с тем известно, что введение гонадных стероидов интактным животным снижает выработку андрогенов. Этот эффект связывают с угнетением секреции гонадотропинов, которое вторично влияет на эндокринную функцию семенников. В интерстициальной ткани семенника также обнаружены рецепторы эстрогенов. Поскольку снижение уровня тестостерона не сопровождается соответствующим изменением концентрации LH в плазме крови, некоторые авторы предполагают, что эстрогены могут непосредственно угнетать функцию клеток Лейдига.^{51, 52} Отмечено также влияние кортикостероидов на функцию клеток Лейдига. У хряков, которым вводили адренокортикотропный гормон (ACTH), одновременно с усилением секреции кортикостероидов надпочечниками возрастала выработка тестостерона в семенниках.⁵³ После однократного введения ACTH у хряков сначала наблюдали кратковременное повышение концентраций как кортикостероидов, так и тестостерона в периферической крови, тогда как после длительного введения концентрация тестостерона снижалась.⁵⁴ Эти авторы заключили, что продолжительное воздействие стрессовых факторов может вызывать хроническое повышение уровня ACTH, тем самым подавляя выработку тестостерона и снижая половую активность.

Анализируя литературу, Tilbrook и соавт. .⁵⁵ установили, что влияние стресса на размножение сложно и изучено не полностью, однако в этом процессе могут участвовать различные эндокринные, паракринные и нервные системы. Значение вызванной стрессом секреции кортизола различается у разных видов. В некоторых случаях кратковременное повышение концентрации кортизола, по-видимому, почти не влияет на размножение, а для проявления неблагоприятного эффекта требуется длительное повышение его концентрации в плазме крови. В обстоятельном обзоре Моберг⁵⁶ описывает влияние системы гипоталамус — гипофиз — надпочечники на функцию половых желез у млекопитающих. Впоследствии тот же автор опубликовал подробный обзор⁵⁷ влияния поведения на репродуктивные показатели домашних животных, уделив особое внимание тому, как методы интенсивного животноводства могут способствовать вызванным стрессом нарушениям нормальной репродуктивной функции. Однако основное внимание уделялось исследованиям влияния вызванного стрессом высвобождения ACTH у самок.

Повышение уровня ACTH в плазме крови усиливает синтез кортикостероидов в надпочечниках и при хроническом воздействии может подавлять выработку гонадотропин-рилизинг-гормона и гонадотропных

гормонов, тем самым снижая высвобождение гонадотропина LH гипофизом и нарушая нормальную функцию яичников у самок. Тем не менее исследования показали, что вызванное стрессом повышение уровня ACTH действует на самцов сходным образом на физиологическом уровне, влияя на гонадотропную регуляцию функции семенников. Липтрап и Рейсайд⁵⁸ изучали влияние кортизола на гонадотропин-рилизинг-гормон у хряков, тогда как Маттери и соавт. .⁵⁹ обнаружили, что стресс или однократное введение ACTH подавляет вызванное гонадотропин-рилизинг-гормоном высвобождение LH у баранов. У быков голштинской породы, получивших болюсную дозу ACTH (0.45 IU/kg), отрицательного влияния на концентрации LH или FSH в плазме крови, по-видимому, не наблюдалось, однако концентрация тестостерона в плазме снижалась.⁶⁰ Введение ACTH в фармакологических дозах (200 IU каждые 8 часов) в течение 6 дней приводило к снижению уровня тестостерона в плазме крови у годовалых и взрослых быков соответственно через 8 часов и 4 дней после начала введения препарата. В обеих возрастных группах это снижение сохранялось ещё 24 часов после последней инъекции ACTH.⁶¹ Хотя длительное введение ACTH, сопровождавшееся выраженным повышением уровня глюкокортикоидов и снижением уровня тестостерона, не повлияло на жизнеспособность сперматозоидов, их концентрацию и общее количество в эякуляте, наблюдалось небольшое увеличение доли незрелых сперматозоидов или сперматозоидов с аномальными головками.⁶¹ Таким образом, при длительном стрессе подавление секреции гонадотропинов более вероятно, что приводит к угнетению репродуктивной функции. Кроме того, исследования показали, что при определённых обстоятельствах глюкокортикоиды могут подавлять секрецию гонадотропинов. Тилбрук и соавт. .⁵⁵ заключают, что подавление репродуктивной функции более вероятно при хроническом стрессе и может быть связано с воздействием на уровне гипоталамуса или гипофиза. Кроме того, они указывают на вероятные межвидовые различия во влиянии глюкокортикоидов на секрецию гонадотропинов; наличие половых стероидов и пол особи, вероятно, также имеют значение.

Цитокины относятся к семейству факторов роста. Интерлейкины, в частности, могут действовать на уровне гипоталамуса, регулируя высвобождение гонадотропин-рилизинг-гормона и тем самым влияя на высвобождение гонадотропинов гипофизом, а в конечном счёте — на синтез и высвобождение стероидов половыми железами. Свечнико и соавт. .⁶² сообщили, что интерлейкин (IL)-1 семенников может участвовать в паракринной регуляции стероидогенеза в клетках Лейдига у крыс. Другие исследователи сообщали, что интерлейкины семенников могут играть важную функциональную роль как при нормальной работе семенников, так и при патологических состояниях.⁶³ Имеются некоторые данные о том, что у крупного рогатого скота такие цитокины, как фактор некроза опухоли (TNF)-α и интерферон (IFN)-γ, могут участвовать в регуляции оксида азота в эндотелиальных клетках жёлтого тела, повышая активность индуцибельной синтазы оксида азота (iNOS) и тем самым ускоряя лютеолиз. При этом считается, что прогестерон подавляет экспрессию iNOS в клетках жёлтого тела крупного рогатого скота.⁶⁴ Оказывают ли эти или другие цитокины сходное действие на клетки семенников быка, пока не сообщалось.

Синтез стероидов клетками Лейдига

С начала XX века клетки Лейдига считались вероятным источником андрогенов семенников.⁶⁵ Бертольд⁶⁶ первым в ходе

опытов на петухах обнаружил, что семенники вырабатывают вещество, влияющее на развитие и поддержание вторичных половых органов.²⁶ Первое выделение андрогена — андростерона — из мочи человека⁶⁷ и получение кристаллического тестостерона из семенников быка¹¹ позволили установить, что основным местом выработки тестостерона являются семенники. За последние 50 лет появилась обширная литература о функции клеток Лейдига. Исследования с применением различных методов выявили и подтвердили, что клетки Лейдига служат основным источником андрогенов семенников, а также позволили выяснить важные пути биосинтеза андрогенов.^{5, 26, 52, 68} Также подтверждено, что LH является основным гормоном гипофиза, стимулирующим клетки Лейдига.⁴⁶ Юинг и соавт. .⁶⁸ предположили, что, поскольку клетки Лейдига сосредоточены группами в интерстициальной ткани семенника, они должны влиять на функции семенных канальцев и расположенных вне семенника андрогензависимых структур (добавочных половых желёз) посредством гормональных сигналов, а не прямого межклеточного взаимодействия.

Основные стероиды, вырабатываемые и секретируемые семенником быка, представлены в таблице 2.1. Превращение предшественника — холестерина — в андрогены и эстроген обеспечивается рядом ферментативных реакций, включая гидроксилирование, дегидрирование, изомеризацию, расщепление боковой цепи по связи C–C (лиазная активность) и действие ароматазы. В настоящее время тестостерон признан основным стероидом, обеспечивающим эндокринные функции семенника, поскольку клетки Лейдига млекопитающих синтезируют его в больших количествах. Установлено также, что клетки Лейдига являются важным источником других андрогенов и эстрогенов.^5,69 Кроме того, клетки Лейдига семенника хряка вырабатывают большое количество стероидов с мускусным запахом — Δ¹⁶-андростенов.⁷⁰ Стало очевидно, что основная

функция клеток Лейдига состоит в обеспечении андрогенной стимуляции, необходимой для начала и поддержания сперматогенеза в сперматогенном эпителии семенных канальцев.⁷¹ Некоторые из самых ранних функций клеток Лейдига связаны с регуляцией мужских репродуктивных органов, формированием определённых отделов мозга, секрецией гонадотропинов гипофизом и развитием добавочных половых органов у новорождённого самца, что обеспечивает надлежащую реакцию этих тканей на стероиды семенников у взрослого самца.⁶⁹ Зависимость добавочных половых органов самца от гормонов семенников не ограничивается ранним плодным периодом: она проявляется также во время полового созревания и на протяжении всей взрослой жизни самца.⁷²

Холестерин рассматривается как обязательное промежуточное соединение в синтезе тестостерона.⁵ Тестостерон синтезируется из пула метаболически активного холестерина, поступающего в результате биосинтеза de novo, из эфиров холестерина, запасённых в виде липидных капель в цитоплазме клетки, или из плазмы крови.⁶⁸ Превращение холестерина в тестостерон включает пять основных ферментативных этапов с участием 20,22-лиазы, 3β-дегидрогеназы-изомеразы, 17α-гидроксилазы, 17,20-лиазы и 17β-гидроксистероиддегидрогеназы; у некоторых видов происходит также превращение андрогенов в эстрогены с участием ферментной системы ароматазы.⁷³ Превращение холестерина в прегненолон является начальным этапом этого пути. Реакцию катализирует ферментный комплекс, расщепляющий боковую цепь холестерина; этот процесс состоит из трёх стадий и протекает в митохондриях клетки.⁴⁵ Вкратце, прегненолон образуется из холестерина (стерола C27) при расщеплении связи между C-20 и C-22, которое катализирует мультиферментный комплекс системы расщепления боковой цепи в митохондриях, и

Таблица 2.1 Основные стероидные и пептидные гормоны, синтезируемые и/или секретируемые семенником быка.

Холестерин 22-гидроксихолестерин
22-гидроксилаза
20-гидроксилаза
20,22-
Дигидроксихолестерин
20,22-лиаза
Прегненолон
3β-дегидрогеназа-изомераза
17α-гидроксилаза Прогестерон
17α-гидроксилаза
17α-
Гидроксипрегненолон 17α-гидрокси-
прогестерон
17,20-десмолаза
C17-20-лиаза
Ароматаза
Дегидро- Андростендион Эстрон
эпиандростендион
3β-дегидрогеназа- 17β-гидроксистероидная
изомераза дегидрогеназа
Ароматаза
Андростендиол Тестостерон Эстрадиол 17β
5α-редуктаза
Дигидротестостерон

Рисунок 2.2Путь синтеза тестостерона и его превращения в активные андрогенные и эстрогенные метаболиты в семеннике быка. Показаны соответствующие ферментные системы, участвующие в синтезе; в некоторых случаях ферментативные реакции обратимы. Цветовые обозначения: синий — холестерин и стероидные предшественники с C27; фиолетовый — прогестиновые стероиды с C21; зелёный — андрогенные стероиды с C19; красный — эстрогенные стероиды с C18.

метаболизируется в микросомах под действием микросомального ферментного комплекса 3β-гидроксистероиддегидрогеназы/изомеразы. Прегненолон также является обязательным промежуточным соединением в синтезе стероидов клетками Лейдига. Van der Mollen и Rommerts⁵²указали, что превращение стероидов с C21 (то есть прегненолона) в стероиды с C19 (тестостерон) может происходить в семеннике млекопитающих двумя путями биосинтеза. Ключевой этап биосинтеза андрогенов из прегненолона — отщепление двухуглеродной боковой цепи 17α-гидроксипрогестерона или 17α-гидроксипрегненолона под действием ферментного комплекса 17,21-лиазы.⁷⁴Эта реакция считается необратимой и приводит к образованию «слабых» андрогенов (соответственно андростендиона и дегидроэпиандростерона). Под действием 17β-гидроксистероиддегидрогеназы андростендион превращается в более активный андроген — тестостерон; это происходит в микросомальных компартментах клетки. Однако под действием ферментной системы 5α-редуктазы тестостерон превращается в дигидротестостерон (DHT), который считается наиболее биологически активным андрогеном, вырабатываемым семенником. Более подробное описание механизмов биосинтеза тестостерона можно найти в обзоре Hall,⁴⁵ но схематическое

представление о синтезе стероидов в семеннике быка приведено на рисунке 2.2.

Необычно большое количество клеток Лейдига у домашних хряков и жеребцов послужило основанием для гипотезы о том, что это может быть связано со значительной секрецией эстрогенов у обоих видов,⁷⁵ однако значение огромного количества эстрогенов, вырабатываемых этими двумя видами, остается невыясненным. Предполагается, что эстрогены действуют синергично с тестостероном, усиливая как секреторную активность добавочных половых желез, так и половое поведение хряков, кастрированных после полового созревания.⁷⁶ Эстрогены относятся к C18-стероидам и образуются при превращении андрогенов под действием ферментной системы ароматазы: из андростендиона образуется эстрон, а из тестостерона — эстрадиол. Особый интерес у хряка представляют имеющие мускусный запах Δ¹⁶-андростеновые стероиды (феромоны), которые в количественном отношении считаются наиболее распространенными стероидами, вырабатываемыми семенником хряка, и обусловливают характерный «запах хряка» у свинины.⁷⁷ Однако нет достаточных доказательств того, что семенники быка вырабатывают эстрогены в количествах, обнаруживаемых у хряка и жеребца; нет также данных о том, что у быка в значительных количествах секретируются