Воспроизводство крупного рогатого скота

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

Δ¹⁶-андростеновые стероиды. Вместе с тем в настоящее время достоверно установлено, что тестостерон — наиболее сильнодействующий андроген, вырабатываемый клетками Лейдига в семенниках млекопитающих; он действует главным образом на клетки-мишени семенных канальцев, влияя тем самым на редукционное деление сперматогенных клеток.⁷⁸ Андрогены стимулируют выработку клетками Сертоли андрогенсвязывающего белка (ABP),⁷⁹ который служит внутриклеточным переносчиком тестостерона и DHT в клетках Сертоли. Тестостерон также является важнейшим фактором, определяющим скорость образования фруктозы в семенных пузырьках человека, быка и барана, а также лимонной кислоты в предстательной железе и семенных пузырьках быка, барана и человека.⁷⁸

Окситоцин — нейропептидный гормон, состоящий из девяти аминокислот. Обычно его связывают с гипоталамо-нейрогипофизарной системой и регуляцией родов и лактации у самок, однако показано, что он также играет эндокринную и паракринную роль в репродуктивной функции самцов.^{19, 80} В литературе имеются данные о том, что окситоцин вырабатывается и секретируется органами репродуктивной системы самцов, включая семенники.^{81, 82} Более того, в настоящее время имеются данные, свидетельствующие о местной выработке окситоцина в семеннике и его паракринной роли в регуляции стероидогенеза в семеннике и сократительной активности органов репродуктивной системы самцов.⁸³ Кроме того, показано, что в семеннике этот гормон вырабатывается клетками Лейдига, а окситоцин действует как паракринный гормон, влияющий на сократительную активность перитубулярных миоидных клеток.¹⁹ Предполагается, что сокращение миоидных клеток эпителия семенных канальцев способствует продвижению сперматозоидов через паренхиму семенника в сеть семенника и далее в систему придатка семенника. Показано, что в предстательной железе тестостерон под действием 5α-редуктазы превращается в DHT, который стимулирует рост этой железы. Николсон⁸³ выдвинул гипотезу, согласно которой окситоцин повышает активность 5α-редуктазы, что приводит к увеличению концентрации DHT и росту предстательной железы, тогда как андрогенная обратная связь снижает концентрацию окситоцина в предстательной железе и тем самым регулирует ее рост. Убедительные доказательства синтеза окситоцина в семеннике быка получены в исследованиях экспрессии гена окситоцина в семенных канальцах.^84,85

Релаксин и INSL-3

Инсулиноподобный пептид 3 (INSL3; ранее известный как релаксиноподобный фактор) — пептидный гормон, принадлежащий к семейству пептидных гормонов релаксина и инсулина.^{86, 87} Впервые он был обнаружен в семенниках свиней⁸⁸ и в настоящее время считается важным фактором регуляции нормального опускания семенников,⁸⁷ особенно на второй его стадии, когда он воздействует на направляющую связку семенника, что было продемонстрировано на мышах с выключенным геном. Этот пептидный гормон обнаружен в тканях самцов и самок других видов, в том числе человека, обыкновенной игрунки, овцы, козы, крупного рогатого скота, а также оленя, собаки и других видов.⁸⁹ Он вырабатывается в больших количествах клетками Лейдига семенников как плодов, так и взрослых особей; концентрации циркулирующего INSL3 измерены в крови взрослых самцов млекопитающих, включая крысу (5 нг/mL),⁹⁰ мышь (2 нг/mL)⁹⁰ и человека (0.8–2.5 нг/mL).^91,92 Хотя INSL3 был успешно выделен из семенника быка⁹³ и обнаружен

в амниотической жидкости плодов мужского пола человека,⁹⁴ лишь недавно Ананд-Айвелл и соавторы .⁹⁵ с помощью нового иммуноанализа с временным разрешением флуоресценции для непосредственного выявления INSL3 в крови и биологических жидкостях жвачных сообщили, что в середине стельности (день 153) концентрация INSL3 в крови коров, вынашивающих плод мужского пола, была значительно выше, чем у коров, вынашивающих плод женского пола. Авторы предполагают, что INSL3 представляет собой первый пример полоспецифического гормона плода, потенциально способного влиять на физиологию как плаценты, так и матери. В недавнем обзоре сообщается, что INSL3 является одним из основных продуктов секреции интерстициальных клеток Лейдига зрелых семенников у всех самцов млекопитающих.⁹⁶ Кроме того, имеющиеся данные указывают на его аутокринную, паракринную и эндокринную функции, опосредованные рецептором 2 семейства релаксиновых рецепторов, сопряженным с G-белком (RXFP2), хотя для подробного изучения этих функций необходимы дальнейшие исследования. В частности, недавние исследования выявили наличие в сперматозоидах свиней рецепторов RXFP1 и RXFP2,⁹⁷ что позволяет предположить важную роль релаксина в подвижности сперматозоидов.⁹⁸ Однако у крупного рогатого скота еще предстоит подтвердить наличие рецепторов релаксина, способность сперматозоидов связывать релаксин и повышение их подвижности под его действием; с появлением новых технологий это может стать возможным.⁹⁹

Семенные канальцы, клетки Сертоли, герминативная ткань

В участках паренхимы семенника расположены семенные канальцы, первоначально образующиеся из первичных половых тяжей. Семенные канальцы содержат клетки Сертоли, также известные как клетки-кормилицы развивающихся половых клеток, и сперматогонии — удлиненные клетки, находящиеся внутри канальцев. Клетки Сертоли были впервые описаны итальянским физиологом Энрико Сертоли в начале 1860-х годов. Эти клетки имеют большое структурное значение: они образуют гематотестикулярный барьер, отделяющий интерстициальное кровеносное пространство семенника от адлюминального пространства семенных канальцев. Помимо того что клетки Сертоли обеспечивают развитие и созревание половых клеток на различных стадиях сперматогенеза, они действуют как фагоциты, удаляя или поглощая остаточную цитоплазму и избыточный материал сперматозоидов. Клетки Сертоли также активно выполняют секреторную функцию: они вырабатывают антимюллеров гормон (AMH) — гликопротеин, который секретируется семенником на ранних стадиях внутриутробного развития и направляет формирование мужского репродуктивного тракта, вызывая регрессию мюллеровых протоков.^100,101 Мутации гена AMH приводят у мужчин к синдрому персистенции мюллеровых протоков;¹⁰² наблюдается ли то же явление у крупного рогатого скота, не сообщалось. Однако в недавних исследованиях профили AMH успешно использовали в качестве нового биомаркера для определения наличия функционального семенника при крипторхизме у телят японской черной породы.¹⁰³ Более подробный обзор цитологии клеток Сертоли содержится в работе де Кретсера и Керра.³³

Кроме того, клетки Сертоли секретируют два близкородственных белковых комплекса из надсемейства цитокинов — трансформирующих факторов роста (активин и ингибин), которые оказывают противоположное регулирующее действие на синтез и секрецию гипофизарного FSH. Активин усиливает, а ингибин