Знание основ регуляции менструального цикла обязательно для каждого практикующего акушера-гинеколога, поскольку является фундаментом для понимания патогенеза практически любой гинекологической патологии. Характер менструального цикла является зеркалом здоровья женщины, не только репродуктивного, но и общего. Любое нарушение менструального цикла указывает на неблагополучие репродуктивной системы. Так, при недостаточности лютеиновой фазы цикла клиницист сталкивается с проблемами бесплодия и невынашивания беременности, при ановуляции добавляется решение вопросов риска гиперпластических процессов эндометрия и аномальных маточных кровотечений, при аменорее с дефицитом эстрогенов растет риск остеопоротических переломов, появляются симптомы атрофии слизистых и пр.

Изучение центральных регулирующих механизмов репродуктивной функции лежит в основе понимания не только физиологии пубертата и циклической функции репродуктивных органов, но и патогенеза ряда гинекологических заболеваний, таких как преждевременное половое созревание или задержка полового развития, центральные функциональные гипоталамические аменореи на фоне стресса, нарушений пищевого поведения или избыточной физической активности. Следует отметить, что объяснение механизма возникновения приливов жара при дефиците эстрогенов также стало возможным только после уточнения функции тех или иных структур головного мозга, регулирующих репродуктивную функцию по механизмам обратной связи, и учета их анатомического соседства с другими центрами. Кроме того, успешная реализация вспомогательных репродуктивных технологий немыслима без четкого представления о высших регулирующих отделах.

Таким образом, знание центральных механизмов регуляции репродуктивной функции, а также последних фундаментальных открытий в этой области необходимо для специалистов, занимающихся сферой детской гинекологии, гинекологической эндокринологии, репродуктологии.

Открытие феномена «нейросекреции» в первой половине ХХ века стало основой для развития нейроэндокринологии, нового направления эндокринологии. В 20-х годах XX века Ernst и Bertha Scharrer впервые предложили новую концепцию нейросекреции, полагая, что окончания нейронов гипоталамуса в нейрогипофизе синтезируют нейрогормоны, аналогичные таковым у желез внутренней секреции. Эта идея сразу не была принята обществом и получила второе рождение лишь в 1949 г. после публикации работы W. Bargmann [1]. Вскоре были открыты гипоталамические нейропептиды вазопрессин и окситоцин — нейрогормоны нейрогипофиза [2].

Изучение морфологии гипоталамических нейронов, оканчивающихся в срединном возвышении, позволило G. Harris [3] создать гипотезу, что эти нейроны могут секретировать нейрогормоны в портальную систему гипофиза для регуляции синтеза гормонов его передней доли. В дальнейшем он представил первую «карту» гипоталамуса с указанием областей, ответственных за высвобождение различных гормонов гипофиза, на основании экспериментов с разрушением или стимуляцией различных регионов мозга [4].

В конце 70-х годов XX века D. Price и M. Greenberg [6] в головном мозге были выделены первые RF-амидопептиды. Их С-концевой фрагмент оканчивается последовательностью Арг-Фен-NH₂, что и дало название семейству. Этот класс пептидов выполняет регуляторные функции в разнообразных физиологических процессах, например, потребление пищи, восприятие боли и эндокринная активность [5]. Первый открытый RF-амидопептид, Phe-Met-Arg-Phe-Nh2, является кардиостимулирующей молекулой, изолированной из ганглиев моллюска Macrocallista nimbosa [6]. В дальнейшем было выделено множество нейроаминопептидов — нейротрансмиттеров, нейромодуляторов, периферических гормонов. К семейству RF-амидопептидов относятся группа нейропептида FF, группа кисспептина, группа пролактин-рилизинг пептида и группа пироглутамилатных RF-амидопептидов [7].

В 1974 г. S. McCann и V. Ramirez [8] впервые продемонстрировали наличие рилизинг-фактора лютеинизирующего гормона (LHRF) в базальных отделах срединного гипоталамуса. В дальнейшем группы A. Schally и R. Guillemin [9, 10] идентифицировали структуры нескольких нейрогормонов, регулирующих деятельность аденогипофиза, в том числе тиреотропин-рилизинг-гормона, гонадотропин-рилизинг-гормона (ГнРГ) и соматостатина. В 1977 г. группы A. Schally и R. Guillemin были удостоены Нобелевской премии за открытие гонадолиберина. Тогда же нобелевским лауреатом стала Yalow за развитие метода радиоиммунологического анализа для идентификации этих нейрогормонов.

ГнРГ-нейроны располагаются в срединном возвышении, откуда гонадолиберин попадает в портальную систему аденогипофиза и там стимулирует синтез гонадотропинов. В 1978 г. E. Knobil и соавт. [13] была продемонстрирована важность пульсативной секреции ГнРГ для адекватной активации гипоталамо-гипофизарно-яичниковой оси (ГГЯ-оси) при половом созревании и ее циклической функции в репродуктивном возрасте. Пульсативный характер высвобождения ГнРГ четко коррелирует с импульсами ЛГ в периферической крови [11, 12]. В целом нейрогормональная регуляция репродуктивной системы зависит не только от уровня (тоническая секреция), но и от ритма (пульсовая секреция) продукции гонадолиберина (ГнРГ) и гонадотропинов (ФСГ и ЛГ).

В исследованиях на птицах было показано наличие двух изоформ ГнРГ. ГнРГ-1 отвечает за стимуляцию секреции гонадотропинов аденогипофизом, а ГнРГ-2 — за репродуктивное поведение у птиц и млекопитающих [14].

С момента открытия гонадолиберина в 70-х годах считалось, что ГнРГ является единственным гипоталамическим регулятором высвобождения гипофизарных гонадотропинов и ни один другой нейропептид не оказывает прямого влияния на репродуктивную ось. Причем было известно, что половые стероиды и ингибин могут модулировать секрецию гонадотропинов по механизмам отрицательной и положительной обратной связи. При этом у ГнРГ-нейронов не экспрессируются альфа-эстрогеновые рецепторы, которые необходимы для обеспечения положительной обратной связи. Стало понятным, что существует иной непрямой путь регуляции обратной связи через другие группы нейронов, руководящие секрецией гонадолиберина. В какой-то степени модулировать высвобождение гонадотропинов могут некоторые нейросоединения и периферические гормоны — гамма-аминобутират (GABA), опиаты, ингибины [15].

В начале ХХI века была открыта новая группа нейропептидов, оказывающих стимулирующее действие на высвобождение гонадолиберина. Доказано, что пульсативная секреция ГнРГ модулируется субпопуляцией нейронов аркуатного ядра, экспрессирующих альфа-эстрогеновый рецептор (ERα), рецептор к нейрокинину-3 (NK3R), кисспептин, нейрокинин В (NKB) и динорфин — так называемые KNDy-нейроны [16]. Нейропептиды KNDy-нейронов играют важную роль в регуляции репродукции в ответ на краткосрочные (циркадианные) и долгосрочные (сезонные) изменения окружающей среды [17, 18].

Kiss-пептин был открыт в 1996 г. в США J. Lee и D. Welch [19]. Одним из ярких открытий XXI века в области нейроэндокринологии было доказательство участия кисспептина и его рецептора в инициации пубертата и в поддержании репродуктивной функции [20].

В 2003 г. в результате генетических исследований при идиопатическом гипогонадизме были получены первые доказательства важной роли сигнальной системы кисспептина в регуляции репродуктивной функции: активирующие мутации гена KISS1 приводят к преждевременному половому созреванию [21], ингибирующие — к гипогонадотропному гипогонадизму [22]. Введение экзогенного кисспептина вызывает стимуляцию ГГЯ-оси [23].

Показано, что экспрессия гена KISS1 запускается лишь при достаточном уровне эстрадиола, при этом критическая масса жировой ткани является ключевым триггером активации ГГЯ-оси. Гипоталамические кисс-нейроны экспрессируют рецепторы к лептину [24, 25], именно он является пермиссивным фактором начала пубертата. При гиполептинемии уровень экспрессии гена KISS1 крайне низкий [24], а введение лептина значительно повышает экспрессию гена KISS1. Установлено, что короткий период голодания нарушает экспрессию как KISS1, так и рецепторов к кисспептину [26]. Кисспептин оказывает анорексигенное действие [27] и считается основным сигналом передачи метаболического статуса тела на нейроэндокринную репродуктивную ось [28, 29]. Считается, что гонадотрофы гипофиза также экспрессируют рецепторы к лептину, поэтому лептин может модулировать пик ЛГ [30].

В пубертате отмечается увеличение экспрессии гена KISS и kiss1-нейронов в преоптической области гипоталамуса, а также числа синаптических контактов волокон kiss1-нейронов и ГнРГ-нейронов. Происходит повышение чувствительности ГнРГ-нейронов к кисспептину. Секреция кисспептина носит пульсативный характер и четко коррелирует с пульсами секреции ГнРГ/ЛГ: после каждого пульса секреции кисспептина происходит пульс секреции гонадолиберина [20]. Начало пубертата характеризуется возникновением и установлением пульсов секреции гонадолиберина с возрастанием их амплитуды и частоты [31].

Kiss1-нейроны аркуатного ядра инфундибулярной области (группа КNDy-нейронов) участвуют в отрицательной обратной связи между половыми стероидами и гонадотропинами, обеспечивая тоническую секрецию ГнРГ, с участием динорфина (супрессора синтеза ГнРГ) и нейрокинина В (стимулятора синтеза ГнРГ). Kiss1-нейроны рострального поля III желудочка играют ключевую роль в передаче положительной обратной связи эстрадиола на гонадотропины, в первую очередь, регулируя пульсативную активность гонадолиберина, в присутствии активированных рецепторов прогестерона, что инициирует преовуляторный пик ГнРГ [32].

Есть несколько доказательств, что кисс-нейроны имеют прямые связи с ГнРГ-нейронами. Во-первых, у большинства ГнРГ-нейронов есть рецепторы к кисспептину [33, 34]. Во-вторых, обнаружены нервные связи между кисс-нейронами и ГнРГ-нейронами [35, 36]. В-третьих, в исследованиях in vitro кисспептин может действовать непосредственно на ГнРГ-клетки, стимулируя их [37, 38]. В-четвертых, считается, что кисс-нейроны опосредованно влияют на функцию ГнРГ-нейронов при помощи GABA-нейронов и глутаматергических клеток [38, 39]. Кисспептины также участвуют в отрицательной связи половых гормонов при овуляции, а также сезонных, циркадианных, метаболических и стрессовых сигналов к репродуктивной оси [26, 28, 40]. При этом наличие рецептора к ГнРГ у KNDy-нейронов пока не продемонстрировано [20].

Стимулирующее действие кисспептина на гонадотропины блокируется антагонистами ГнРГ, что указывает на зависимость влияния кисспептина на репродуктивную ось от сигнальных путей рецептора к ГнРГ, а не напрямую через рецептор кисспептина в гипофизе, т. е. кисспептин модулирует высвобождение ГнРГ [41].

Таким образом, функции кисспептина многообразны, он играет роль в ключевых аспектах репродукции: половая дифференцировка мозга, начало полового развития, секреция гонадотропинов, овуляция, метаболическое регулирование фертильности, сезонное размножение животных, имплантация эмбриона, плацентация [20, 40].

Догма об отсутствии у ГнРГ прямого гипоталамического антагониста была нарушена в 2000 г., когда у позвоночных был открыт гипоталамический нейропептид, ингибирующий высвобождение гонадотропинов.

В поиске новых нейропептидов, регулирующих синтез гонадотропинов, K. Tsutsui и соавт. [42] идентифицировали новый декапептид из семейства RF-амидопептидов (Ser-Ile-Lys-Pro-Ser-Ala-Tyr-Leu-Pro-Leu-Arg-Phe-Nh2, SIKPSAYLPLRamide), который напрямую ингибирует синтез гонадотропинов у перепелов. Назвали его гонадотропинингибирующий гормон (ГнИГ). За последние 15 лет исследований он был обнаружен и у других позвоночных, от рыб до человека [43].

У птиц из предшественника ГнИГ, состоящего из 173 аминокислот, синтезируются один ГнИГ и два ГнИГ-связанных пептида (GnIH-RP-1 и GnIH-RP-2), относящихся к группе lpxrfамидов у птиц, где Х может быть L или Q. Это позволило идентифицировать ортологичные гены и пептиды у млекопитающих. У человека синтезируются три ГнИГ-ортолога, относящихся к группе RF-амидопептидов, RFRP (RFamide-related peptide) — RFRP-1, -2 и -3. RFRP-2 не активирует те же рецепторы, что и RFRP-1 и RFRP-3, его функция не уточнена. RFRP-1 и -3 относятся к группе lpxrfамидов и с одинаковой аффинностью связываются с одним и тем же рецептором — GPR147 и обладают свойствами ингибировать синтез и/или высвобождение гонадотропинов у млекопитающих. Однако по данным фармакологических исследований именно RFRP-3 является функциональным ортологом ГнИГ у млекопитающих и ингибирует синтез и высвобождение гонадолиберина и стимулируемый им синтез обоих гонадотропинов — ФСГ и ЛГ, поддерживая их на базальном уровне [15, 44] (рис. 1).

У всех животных обнаружена пульсативная секреция ГнИГ в портальной системе гипофиза, пульсовая частота и амплитуда были выше в период снижения фертильности [32].

ГнИГ является ключевым игроком в регуляции репродуктивной функции и репродуктивного поведения у млекопитающих: снижает синтез и высвобождение гонадотропинов за счет прямого эффекта и опосредованно за счет снижения активности ГнРГ1-нейронов. Большинство данных о гонадоингибине получено в результате экспериментов на животных.

У млекопитающих тела ГнИГ-синтезирующих нейронов располагаются в дорсомедиальной области гипоталамуса, а их аксоны подходят к срединному возвышению и к ГнРГ1-нейронам в преоптическом ядре. В преоптических ядрах до 67,9% ГнРГ-нейронов имеют связи с аксонами ГнИГ, также выявлены связи с гонадотрофами. Гонадоингибин тормозит синтез и высвобождение гонадотропинов за счет прямого действия на гонадотрофы гипофиза и вызывает ингибирование активности ГнРГ1-нейронов через свой рецептор, а также нарушает пульсовую секрецию ГнРГ в гипоталамусе [45] (рис. 2).

У певчих птиц длительное внутривенное введение ГнИГ приводило к быстрому снижению уровня циркулирующего ЛГ и его пульсовой амплитуды без влияния на частоту пульсовой секреции, а также снижению экспрессии мРНК альфа-, бета-субъединиц ЛГ и ФСГ в гипофизе [46, 47]. Таким образом, ГнИГ вызывает возникновение временной паузы в деятельности репродуктивной системы без полного выключения ГГЯ-оси [43] (см. рис. 2).

Как известно, кисспептин оказывает стимулирующее действие на ГнРГ-нейроны и ГГЯ-ось в целом. ГнИГ-нейроны также подводят свои окончания и к кисспептин-нейронам и могут регулировать их активность [48].

Таким образом, становится понятным патогенез функциональных гипоталамических аменорей у женщин репродуктивного возраста: временная блокировка кисспептин-нейронов и ГнРГ-нейронов за счет активации нейронов, синтезирующих ГнИГ и подводящих свои нервные окончания именно к центральным отделам, стимулирующим деятельность репродуктивной системы.

По всей видимости, именно ГнИГ обусловливает начало полового развития, в том числе медиируя активность кисс-нейронов. Установлено, что от момента рождения до пубертата постепенно нарастает экспрессия ГнИГ. Внутримозговое введение ГнИГ значительно повышает секрецию гормона роста, независимо от времени суток, без действия на уровень тиреоидных гормонов и кортизола [49]. Возможно, ГнИГ обусловливает скачок роста перед началом пубертата. При достижении определенного количества жировой ткани и уровня эстрадиола снижается экспрессия мРНК для синтеза гонадоингибина. Повышение уровня циркулирующего эстрадиола и прогестерона способствует down-регуляции рецептора к ГнИГ [50]. Активность гонадотрофов высвобождается из-под ингибирующего влияния ГнИГ, запускается пульсативная активность кисс-нейронов и устанавливается деятельность гонадолиберина. Предположено, что половая зрелость характеризуется изменением соотношения рецепторов ГнИГ/ГнРГ и переключением чувствительности гипофиза от ингибирующего воздействия посредством рецептора к ГнИГ к стимулирующему посредством рецептора к ГнРГ [49, 51].

Кроме того, ГнИГ и рецепторы к нему экспрессируются на стероидпродуцирующих клетках и гаметах в гонадах (клетках гранулезы преовуляторных фолликулов, текаклетках и желтом теле), что подразумевает ауто- и паракринный способы подавления продукции стероидов гонадами, а также дифференцировки и созревания половых клеток [2, 5, 14, 32, 45, 49] (см. рис. 2). Возможно, гонады также синтезируют ГнИГ, однако не уточнено — может ли такой ГнИГ попадать в системный кровоток [52]. Также T. Ubuka и соавт. [14] продемонстрировали, что введение ГнИГ индуцирует апоптоз в яичниках и может ингибировать влияние гонадотропинов на продукцию прогестерона и экспрессию StAR-белка [15, 53] (cм. рис. 2).

Низкая концентрация эстрадиола у большинства млекопитающих по механизму обратной связи поддерживает соотношение ГнРГ/ЛГ на базальном уровне. Во время преовуляторного периода высокий уровень эстрадиола из доминантного фолликула по механизму положительной обратной связи приводит к возникновению пика ГнРГ. У ГнРГ-нейронов нет альфа-эстрогенового рецептора, необходимого для обеспечения положительной и отрицательной обратной связи эстрадиола [54], о чем было сказано выше. В передаче этих сигналов участвуют другие нейроны, передающие эффект действия эстрадиола на регуляцию секреции ГнРГ/ЛГ, по всей вероятности — кисспептин и ГнИГ, имеющие альфа-эстрогеновые рецепторы (до 25% ГнИГ-нейронов) [15, 55].

В экспериментах на животных показано, что экспрессия мРНК KISS1 значительно выше в позднюю фолликулярную фазу, непосредственно перед пиком ГнРГ/ЛГ, в сравнении с лютеиновой фазой. Также установлено повышение экспрессии ГнИГ в поздней фолликулярной фазе, что позволяет предположить медиирующую роль ГнИГ в генерировании пика ГнРГ/ЛГ [32]. По данным других авторов [15], экспрессия ГнИГ снижается в преовуляторный период и повышается в лютеиновую фазу, в сравнении с фолликулярной фазой.

В экспериментах на животных также показано, что уровень ГнИГ выше при аменорее, чем в фолликулярную фазу, и не отличался от такового в лютеиновую фазу [15]. Полагают, что скоординированный баланс между ГнРГ и ГнИГ играет важную роль в развитии и атрезии фолликулов в течение цикла [43].

По данным экспериментов на овариэктомированных мышах [56], при внутривенном введении ГнИГ происходило значительное снижение плазменного уровня ЛГ, а внутримозговое введение не влияло ни на средний уровень ЛГ, ни на частоту пульсативной секреции. В исследовании на культуре клеток [57] применение ГнИГ не влияло на базальную секрецию, но снижало ГнРГ-стимулированную секрецию ЛГ в среднем на 25%. В экспериментах была отмечена, по данным некоторых авторов [58], значимость именно длительного применения ГнИГ, поскольку единичная инъекция не давала никакого эффекта.

Аналогично, только применение эстрогенов в высоких дозах или длительная терапия способствовали снижению экспрессии ГнИГ, а однократная подкожная инъекция эстрадиола увеличивала активность ГнИГ-нейронов у овариэктомированных хомяков [59].

Механизм передачи сигнала гонадоингибина изучался в экспериментах на мышах. Рецептор к ГнИГ связан с G-белком. Показано, что ГнИГ эффективно снижает индуцированную гонадолиберином продукцию циклического аденозинмонофосфата (цАМФ) и внеклеточное фосфорилирование сигнал-регулируемой киназы. Ингибируются сигнальные каскады: рецептор к ГнИГ ингибирует аденилатциклазу и снижает внутриклеточный уровень цАМФ, активность цАМФ-зависимой протеинкиназы и сигнального пути митогенактивированной протеинкиназы (МАРК), что в итоге приводит к ингибированию секреции субъединиц гонадотропинов [60]. С другой стороны, рецептор активирует фосфолипазу С, что приводит к продукции инозитол-3-фосфата и диацилглицерола, в свою очередь они повышают внутриклеточное содержание кальция и активируют протеинкиназу С и МАРК-пути, влияя на ГнРГ-индуцированные синтез и секрецию гонадотропинов [45, 47].

Таким образом, на рубеже ХХ—ХХI столетия были сделаны ярчайшие открытия в нейроэндокринологии, уточняющие центральные механизмы регуляции репродуктивной функции у женщин: роль кисспептина и ГнИГ. Стали понятнее этапы запуска ГГЯ-оси в пубертате и причины задержки полового развития. Уточнена роль нейрогормонов в обеспечении отрицательной и положительной обратной связи между уровнем половых гормонов и деятельностью гипоталамуса и гипофиза. Изучена их роль в поддержке циклического ритма работы репродуктивной системы, реализации репродуктивных задач. Продемонстрирована роль взаимоотношений гонадолиберина, кисспептина и гонадоингибина в различные фазы менструального цикла, регулирующих процессы развития и атрезии фолликулов, подготовки к беременности. Однако необходимо дальнейшее проведение клинических исследований для экстраполяции полученных теоретических и экспериментальных знаний в рутинную клиническую практику.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Сведения об авторах

Лейла Владимировна Адамян (Leyla V Adamyan) — акад. РАН, д.м.н., проф. засл. деятель науки РФ, главный специалист по акушерству и гинекологии Министерства здравоохранения РФ, зам. директора по научной работе ФГБУ НЦАГиП им. В.И. Кулакова МЗ РФ, зав. каф. репродуктивной медицины и хирургии ФДПО МГМСУ им. А.И. Евдокимова, Москва, Россия, 117997

Виктория Николаевна Касян (Victoria N Kasyan) — к.м.н., доц. каф. репродуктивной медицины и хирургии ФДПО МГМСУ им. А.И. Евдокимова, Москва Россия, 117997; тел. 8 903 1828682, e-mail: victoria.kasyan@gmail.com