Заболевания репродуктивной системы у детей и подростков (андрологические аспекты)

Из перечисленных выше хромосом особое значение в процессах развития яичка принадлежит хромосоме 9р, на дистальном коротком плече которой локализуются области, участвующие в функции гена, ответственного за пол. Делеция этой области выявлена у больных с 46XY-гонадальным дисгенезом и обратным полом. У одного из таких пациентов заболевание сочеталось с гонадобластомой (McDonald M. T. [et al.], 1997). В последующем в области хромосомы 9р24.3 была идентифицирована локализация двух генов, участвующих в процессах становления пола (Raymond C. S. [et al.], 1999). Эти гены получили название DMRT1 и DMRT2. Окончательная роль и значение указанных генов в процессах половой дифференцировки устанавливаются, однако показано, что ген DMRT1 экспрессируется только в яичках взрослого человека.

В норме уже к 8-й неделе эмбрионального развития яички способны секретировать половые гормоны, которые и определяют соответствующее развитие наружных половых органов. Дифференцировка наружных половых органов по мужскому типу происходит под влиянием тестостерона, который секретируется клетками Лейдига эмбриона. Последние образуются из интерстиция уже на 9-й неделе эмбрионального периода. Несколько позже эти клетки продуцируют тестостерон, уровень которого достигает максимального значения к 15 – 18-й неделе (Wilson J. D. [et al.], 1995). Уже к середине беременности содержание тестостерона в амниотической жидкости достоверно выше у плодов мужского пола. Скорость и количество секретируемого тестостерона определяется активностью 3?-гидроксистероидной дегидрогеназы, которая в тестикулах эмбриона в 50 раз выше, чем ее содержание в яичниках эмбриона женского пола. Считается, что в течение первого триместра беременности до начала секреции ЛГ передней долей гипофиза плода образование тестостерона клетками Лейдига может находиться под контролем хорионического гонадотропина человека (ХГЧ), который вырабатывается плацентой. Активаторами тестостерона в тестикулах являются инсулиноподобный фактор роста 1 (ИФР1) и ингибин, а ингибиторами – ?-трансформирующий фактор роста (?-TGF), эпидермальный фактор роста (EGF), фактор роста фибробластов (FGF), активин, ИЛ1, кортиколиберин, вазопрессин, ангиотензин II. Ферменты, участвующие в биосинтезе андрогенов, приведены в табл. 2.1.

Таблица 2.1

Ферменты, участвующие в биосинтезе андрогенов

В клетках-мишенях (урогенитальный синус) должно быть достаточное количество рецепторов к тестостерону, наличием которых и объясняется чувствительность тканей к этому гормону. Гены, контролирующие синтез рецепторов к андрогенам, локализуются на Xq11 – 12-хромосоме. Ученые установили, что наличие у больных резистентности к андрогенам различной степени выраженности связано с мутациями гена рецептора к андрогенам (Lumbroso S. [et al.], 1992). Рецепторы к андрогенам, как и другие рецепторы к стероидным и тироидным гормонам, состоят из гормон-связывающего домена, ДНК-связывающего домена и N-концевого домена. Большинство мутаций при андрогенрезистентных состояниях выявлены в гормон-связывающем домене.

Следует отметить, что в клетках-мишенях (урогенитальный синус и наружные половые органы) дифференцировку урогенитального синуса в наружные половые органы по мужскому типу опосредует не сам тестостерон, а его производное – 5а-дигидротестостерон, который обладает большей биологической активностью. В цитозоле клеток-мишеней содержится фермент 5?-редуктаза (ген 5?-редуктазы расположен на 2-й хромосоме 2р13), конвертирующий тестостерон в дигидротестостерон (ДГТ), который является «чистым» андрогеном и не подвергается воздействию ароматазы и поэтому не может быть конвертирован в эстрогены. Ген 5?-редуктазы экспрессируется в период половой дифференцировки в тканях предстательной железы, урогенитального синуса и наружных половых органов. Выявляют две изоформы 5?-редуктазы. 5?-редуктаза типа 1 (экспрессируется в эпителиальных клетках и проявляет максимальную активность при рН 8,0) и 5?-редуктаза типа 2 (экспрессируется в мезенхимальных андрогенчувствительных и андрогеннечувствительных клетках и проявляет активность при рН 5,5). ДГТ комплексируется с высокоаффинным рецептором цитоплазмы, после чего гормонорецепторный комплекс перемещается в ядро и взаимодействует с местами связывания на хроматине ДНК, что активизирует определенные гены и стимулирует синтез белков. Цитозольный рецептор, связывающий андрогены, регулируется геном, расположенным на Х-хромосоме.

Наряду с тестостероном, большое значение в дифференцировке половых признаков имеет гормон, угнетающий развитие парамезонефрического протока (проток Мюллера), который секретируется клетками Сертоли эмбриона и под влиянием которого происходит инволюция протоков Мюллера, то есть ингибируется их дифференцировка в матку и маточные трубы. Антимюллеров гормон (АМГ) относится к семейству ?-трансформирующего фактора роста, к которому также принадлежат активин, ингибин и другие факторы, участвующие в дифференцировке и росте клеток. У человека ген АМГ локализуется на 19-й хромосоме, и его секреция клетками Сертоли осуществляется от периода тестикулярной дифференцировки до пубертата. Примордиальные герминальные клетки являются предшественниками сперматогоний в яичке и овоцитов в яичнике. Дифференцировка бипотенциальной гонады в яичко начинается с процесса миграции примордиальных герминальных клеток на 7-й неделе развития (43 – 50-й день эмбрионального развития, когда длина плода составляет всего 13 – 20 мм). Происходит трансформация интерстициальных поддерживающих клеток в клетки Сертоли, которые затем агрегируют (начинают соединяться друг с другом) и образуют семявыносящие канальцы. Для дифференцировки первичной гонады в яичко необходима также нормальная функция клеток Сертоли, секретирующих антимюллеров гормон (АМГ), который комплексируется с соответствующими рецепторами. Ген, кодирующий синтез рецепторов к АМГ, локализуется на 12-й хромосоме. При нормальном взаимодействии АМГ с его рецептором и последующих пострецепторных воздействиях у эмбриона мужского пола ингибируется развитие протоков Мюллера, и они подвергаются обратному развитию. Клетки Лейдига дифференцируются из мезенхимы уже на 9-й неделе внутриутробного развития и способны секретировать тестостерон, содержание которого предельно возрастает на 15 – 18-й неделе. Эти клетки имеют рецепторы, связывающие как ЛГ, так и хорионический гонадотропин, под влиянием которого осуществляется биосинтез тестостерона. Секреция тестостерона в период эмбрионального развития имеет прямую корреляцию с уровнем ХГЧ. Лишь позже гипофиз плода начинает секретировать ЛГ, обеспечивая вместе с ХГЧ нормальную секрецию тестостерона, дифференцировку урогенитального синуса, рост и развитие наружных мужских половых органов.

Рис. 2.8. Влияние генетических и гормональных факторов на дифференцировку

Таким образом, для нормального мужского фенотипа (рис. 2.8) необходимы интактная Y-хромосома с локализацией на ней генов SRY и SOX9, а также нормальная функция Х-хромосомы с наличием на ней гена, ответственного за рецепторы к андрогенам. Для последующей дифференцировки организма по мужскому типу необходимы не только нормальное образование клеток Лейдига и Сертоли (адекватная экспрессия SF1), но и секреция тестостерона – гормояичек и формирование мужского фенотипа на, угнетающего развитие протока Мюллера. Кроме того, необходимо наличие в клетках-мишенях 5?-редуктазы, цитозольных рецепторов к андрогенам в протоках Вольфа, урогенитальном синусе и наружных половых органах, мембранных рецепторов, связывающих фактор, угнетающий развитие протока Мюллера и, естественно, интактного андрогенрегулируемого гена транскрипции белков. Дефект в любом звене этого механизма приведет к нарушению половой дифференцировки и развитию организма по женскому типу.

Необходимо отметить, что под влиянием АМГ к 10-й неделе происходит дегенерация мюллеровых протоков, а к 14-й из вольфовых протоков под контролем тестостерона формируются придатки яичек, семявыносящие протоки и семенные пузырьки (Шабалов Н. П., 2003).

Наружные половые органы формируются на 12 – 14-й неделе внутриутробного развития вместе с уретрой и дистальными отделами кишечника. Под влиянием ДГТ, образующегося из тестостерона в клетках полового бугорка и губно-мошоночных складок в присутствии фермента 5?-редуктазы, формируется губчатая часть мочеиспускательного канала и мошонка. Формирование полового члена и мошонки заканчивается к 16 – 17-й неделе гестации.

После 20-й недели происходит миграция яичек из забрюшинной области в мошонку, причем первый этап – опускание яичек до уровня внутреннего пахового кольца – контролирует АМГ, а второй этап – опускание яичек через паховый канал в мошонку – тестостерон. Миграция яичек завершается в основном к 35 – 36-й неделе, а к 38 – 40-й неделе у большинства новорожденных окончательно формируется паховый канал и прерывается сообщение между брюшной полостью и мошонкой.

Обобщенные данные по генетическому контролю над дифференцировкой пола представлены в табл. 2.2.

Таблица 2.2

Обобщенные данные по основным участкам генома, контролирующим дифференцировку мужского пола

2.2. Контроль секреции гормонов половых желез и сперматогенеза

Мужские половые железы (яички) – место образования и секреции тестостерона и место образования сперматогенеза, который осуществляется в извитых канальцах, выстланных клетками Сертоли, первичными половыми клетками – сперматогониями. Из сперматогоний через стадии образования сперматоцитов 1-го и 2-го порядка развиваются сперматозоиды (см. цв. вкл., рис. 2.9). Клетки Сертоли, содержащие жировые и пигментные зернышки, служат питающими сперматозоиды клетками. Помимо эндокринной, располагающиеся в канальцах клетки Сертоли выполняют трофическую, опорную и фагоцитарную функции (рис. 2.10; 2.11).

Внутриутробно в клетках Сертоли происходит синтез АМГ, в допубертатном возрасте образуется ингибин – гормон, подавляющий секрецию ФСГ и тормозящий сперматогенез. Начиная с пубертатного возраста, в клетках Сертоли синтезируется активин, стимулирующий сперматогенез и секрецию ФСГ. Кроме того, эти клетки поддерживают гематотестикулярный барьер, фагоцитируют поврежденные герминативные клетки, продуцируют белки, которые попадают в просвет канальца и кровь, секретируют эстрогены, обеспечивают реализацию многих гормональных воздействий на яички (Йен С. С. К., Джаффе Р. Б., 1998). Основной гормон семенников – тестостерон – синтезируется клетками Лейдига из холестерина под влиянием ряда ферментов. Секреция Т и промежуточных метаболитов в кровь происходит постоянно со скоростью, зависящей от скорости биосинтеза гормонов. Поскольку секреция гонадотропинов носит импульсный характер с наибольшим пиком секреции в утренние часы, то и секреция Т также имеет циркадный ритм с повышением секреции в 6 – 8 ч утра и понижением в вечерние часы (20 – 22 ч), хотя амплитуда колебаний составляет всего 10 – 25 %. Биологическое значение существования циркадного ритма секреции Т в настоящее время окончательно не установлено.

Рис. 2.10. Поперечный срез семенного канальца

Рис. 2.11. Стадии развития сперматозоида из сперматогонии

Основными эстрогенами крови мужчин являются эстрон и эстрадиол. Наиболее активным эстрогеном является эстрадиол (Е

). За сутки в мужском организме синтезируется около 30 – 40 мкг эстрадиола. После орхидэктомии уровень обоих стероидов снижается, что позволяет считать яички источником эстрогенов. Однако определение содержания эстрогенов в семенной вене показало, что в периферической крови только 10 – 20 % эстрогенов имеют гонадное происхождение. Кроме того, проведенные исследования подтвердили, что только небольшая фракция эстрогенов крови образуется в надпочечниках.

Рис. 2.12. Схема стероидогенеза в семенниках и клетках-мишенях андрогенов

Доказано, что 80 % эстрогенов образуется из андрогенов путем их ароматизации в периферических тканях. Процесс биотрансформации тестостерона в эстрадиол происходит при участии фермента ароматазы. Ароматаза (эстрогенсинтетаза, андрогенароматаза) – фермент семейства цитохрома Р450, катализирующий превращение андрогенов в эстрогены на одном из этапов биосинтеза. В геноме человека ген ароматазы (CYP19) локализован на участке q21.1 15-й хромосомы. Ароматаза – белок, состоящий из 503 аминокислотных остатков. N-концевой участок молекулы (особенно его 10 – 20 аминокислотных остатков) важен для сохранения активной конформации фермента. Отщепление первых 10 аминокислот не влияет на активность ароматазы, однако удаление 20 аминокислот уже приводит к снижению ее активности более чем на 95 % (Simpson E. R. [et al.], 1994). Вблизи С-конца молекулы расположен гем-связывающий участок, содержащий важный и сохраняющийся в филогенетическом ряду остаток цистеина. Активность ароматазы в организме повышается с возрастом и при ожирении. Количество жировой ткани коррелирует с уровнем эстрогенов. Как и тестостерон, эстрадиол способен связываться с ССГ, но его сродство к этому белку значительно меньше, чем у тестостерона (рис. 2.12).

Причиной выяснения источника основного пула эстрогенов крови стало наблюдение за развитием гинекомастии у мужчин с гипогонадизмом, которых лечили большими дозами Т. Было показано, что введенный внутривенно Т превращается в эстрадиол, который и поступает в кровь (Siiteri P. K. [et al.], 1973). Известно, что многие неэндокринные ткани располагают цитохромной Р-450-зависимой ароматазой, необходимой для превращения андрогенов в эстрогены. Окончательно установлено, что основная часть эстрадиола и эстрона крови здорового мужчины и подростка образуется соответственно из тестостерона и андростендиона крови. Количественные аспекты экстрагландулярной продукции эстрогенов из андрогенов представлены на рис. 2.13.

СПМ – скорость продукции, определяемая по специфической активности мочевых метаболитов. Верхние прямоугольники отражают скорость продукции андростендиона и тестостерона. Стрелки дают количественное представление (%) о превращении каждого стероида в соответствующий продукт. Нижние черные прямоугольники отражают скорость продукции эстрона (60 мкг/сут) и эстрадиола (40 мкг/сут). Количество каждого эстрогена (%), происходяще го из андростендиона и тестостерона, указано рядом со стрелками. Из рис. 2.13 следует, что у здорового мужчины или подростка почти весь эстрон и эстрадиол образуются из андростендиона и тестосте рона. подростка ола (40 мкг/сут). Количество каждого эстрогена (%), происходящего из андростендиона и тестостерона, указано рядом со стрелками. Из рис. 2.13 следует, что у здорового мужчины или подростка почти весь эстрон и эстрадиол образуются из андростендиона и тестостерона.

Рис. 2.13. Анализ продукции андрогенов и эстрогенов у здорового мужчины или

Значительные трудности возникают при попытке выяснить источник эстрогенов плазмы при наличии симптомов заболевания (например, гинекомастии), свидетельствующих о доминировании эстрогенов. У некоторых больных суммарная продукция эстрогенов остается в норме, и единственным выявляемым гормональным нарушением является снижение секреции тестостерона. В этом случае феминизация связана не с абсолютным уровнем гормонов, асувеличением соотношения эстрогенов к андрогенам. В ряде случаев феминизация вызвана увеличением уровня эстрогенов плазмы вследствие их гиперсекреции или гиперсекреции таких их предшественников, как андростендион. Примером может служить синдром Клайнфелтера, который, как полагают, связан или с высокой активностью тестикулярной ароматазы, или с усиленной продукцией субстрата для этого фермента (Siiteri P. K. [et al.], 1973). Более того, имеется сообщение о больном с генерализованным усилением активности ароматазы во всех тканях. Феминизация в данном случае была вызвана усиленным превращением андрогенов в крови в эстрогены на периферии; хороший лечебный эффект при этом был получен при применении ингибитора ароматазы.

Благодаря связыванию со стероидсвязывающим глобулином (ССГ) в семенниках создается более высокая концентрация тестостерона, чем в периферической крови, где около 97 – 98 % андрогенов также связаны с ССГ, вследствие чего они становятся биологически неактивными. В крови ДГТ также связывается главным образом с глобулином. Биологически активным является свободный (не связанный с ССГ) тестостерон, способный проникать в интерстициальную и внутриклеточную среду. Только в таком виде он способен связываться рецепторами тканей-мишеней и оказывать биологическое действие. ССГ по своим свойствам более близок к тестостерону, чем к эстрогенам.

В препубертатном периоде концентрация глобулина, связывающая половые гормоны, одинакова у мальчиков и у девочек. В период полового созревания у лиц мужского пола его уровень значительно снижен. В крови женщин концентрация этого глобулина в два раза выше, чем в крови мужчин. Известно, что концентрация Т в крови мужчин в 20 раз выше по сравнению с его уровнем у женщин. Однако уровень свободного Т у мужчин выше в 40 раз. У молодых мужчин и подростков скорость образования Т составляет 6 – 7 мг/сут, концентрация в крови – 8,5 – 27 нмоль/л.

ССГ образуется в печени и имеет молекулярную массу около 100 кДа. При циррозе печени, гипертиреозе, гиперэстрогенемии и гипогонадизме у мужчин уровень глобулина, связывающего половые гормоны, в сыворотке крови повышен. Андрогены, глюкокортикоиды, состояния, связанные с потерей белка, гипотиреоз и ожирение понижают концентрацию ССГ в плазме. Если концентрация ССГ снижается, соотношение свободного Т к свободному Е

увеличивается, хотя при этом имеет место абсолютное повышение концентрации обоих гормонов. Если концентрация ССГ увеличивается, отношение свободного Т к свободному Е

уменьшается. Таким образом, результатом увеличения содержания ССГ является усиление эффектов эстрогенов. С возрастом происходит повышение секреции ССГ, что может приводить, с одной стороны, к усилению эффекта эстрогенов (в клинической картине проявляется гинекомастией и перераспределением жировой ткани по женскому типу), а с другой стороны, к поддержанию уровня общего Т в пределах нормальных показателей при снижении свободного Т. Следовательно, для оценки содержания свободного Т необходимо определение ССГ. Факторы, влияющие на содержание ССГ, представлены в табл. 2.3.

Альбумин связывает андрогены слабее, чем эстрогены. У здорового человека в свободном состоянии находится примерно 2 % Т. Связь Т с альбумином достаточно слабая, благодаря чему Т может высвобождаться, поэтому биологически активными считают свободныйТиТ,связанный с альбумином.

Таблица 2.3

Факторы, влияющие на концентрацию в плазме крови ССГ (Маршалл В. Дж., 2000)

В яичке секретируется другой транспортный белок — андрогенсвязывающий, который представляет собой гликопротеид, продуцируемый в клетках Сертоли под влиянием ФСГ гипофиза. По структуре он похож на ССГ, но отличается от него углеводными остатками. Этот белок поступает из клеток Сертоли непосредственно в половые клетки, а не в кровь, как ССГ, а также в просвет извитых семенных канальцев. Концентрация андрогенсвязывающего белка максимальна в головке придатка яичка. Функции этого белка следующие:

1) трансмембранный и внутриклеточный транспорт андрогенов в половых клетках;

2) стимуляция созревания сперматоцитов 2-го порядка;

3) депонирование андрогенов в извитых семенных канальцах;

4) транспорт андрогенов из извитых семенных канальцев в сеть яичка и придаток яичка.

Взаимодействие между клетками Сертоли, Лейдига и половыми клетками как компонентами единой анатомо-функциональной системы осуществляется путем паракринной регуляции. Клетки Сертоли вырабатывают целый ряд полипептидов, действующих на клетки Лейдига: ингибин, активин, ИФР1, усиливают экспрессию рецепторов ЛГ на клетках Лейдига и тем самым активизируют стероидогенез. Ингибин, кроме того, является ингибитором секреции ФСГ. Трансформирующие факторы роста альфа и бета подавляют стероидогенез в клетках Лейдига.

Сперматогонии стимулируют синтез ингибина и подавляют синтез эстрадиола в клетках Сертоли.

Сперматоциты 2-го порядка и сперматиды усиливают действие ФСГ на клетки Сертоли. Механизмы взаимодействия половых клеток с клетками Сертоли пока окончательно не выяснены.

Продолжительность циркуляции половых гормонов в крови невелика и носит двухфазный характер. Период полувыведения на первом этапе составляет 5 – 20 мин, а затем замедляется до 2,5 – 3 ч. Значительное снижение концентрации половых гормонов в крови происходит за счет поглощения тканями, где происходит их интенсивный метаболизм. Большое количество гормонов диффундирует из крови в жировую ткань, которая служит своего рода депо для половых гормонов.

Метаболическим превращениям подвергается как свободный, так и связанный с альбумином (но не с ССГ) тестостерон. Разрушение тестостерона под влиянием 17?-дегидрогеназы происходит в основном в печени, где его метаболиты связываются с глюкуроновой и серной кислотами и экскретируются с мочой в виде 17-кетостероидов (17-КС), которые представлены андростероном, этиохоланолоном, дегидроандростероном и эпиандростероном.

Уровень этих 17-КС в моче не позволяет судить о продукции тестостерона, поскольку аналогичным метаболическим превращениям подвергаются и слабые андрогены надпочечников. Следовательно, определение 17-КС нельзя использовать для оценки содержания тестостерона. Другим экскретируемым метаболитом тестостерона является его глюкуронид, уровень которого в моче здорового человека хорошо коррелирует с продукцией тестостерона. Метаболизм тестостерона во многом зависит от функции печени, поскольку основные метаболические превращения происходят в гепатоцитах. При нарушении функции печени андрогенные препараты (производные тестостерона) не подвергаются полному превращению в неактивные соединения, а преобразуются в эстрогены. Поскольку эндогенный тестостерон также подвергается превращению в эстрогены в любых состояниях, сопровождающихся функциональной печеночной недостаточностью, возможно появление гинекомастии.

В клетках большинства андрогенчувствительных тканей тестостерон может превращаться в более или менее активные метаболиты, и тем самым локально создается необходимая концентрация гормона с особыми свойствами (рис. 2.14). Так, под влиянием фермента 5а-редуктазы в семенниках, половых органах и коже тестостерон превращается в более активный метаболит 5?-ДГТ; в семенниках, жировой ткани и печени при участии фермента ароматазы из тестостерона образуется Е2, а под влиянием 5?-редуктазы образуются 5?-дигидротестостерон и этиохоланолон, не обладающие андрогенным эффектом, но стимулирующие эритропоэз.

Рис. 2.14. Механизм действия половых стероидов на клетки-мишен

Таким образом, можно выделить три основных пути метаболизма Т в организме.