Существует сильная связь между питанием и воспроизводством.
Хронический дефицит энергии в рационе питания,
а также избыток энергии могут ухудшить репродуктивную способность.
На зоотехническом сайте можно написать то. о чем умалчивается на медицинских!
Интегративный контроль энергетического баланса и воспроизводства у самок
Р. М. Гарсия-Гарсия
Абстракт
Существует сильная связь между питанием и воспроизводством. Хронический дефицит энергии в рационе питания, а также избыток энергии могут ухудшить репродуктивную способность. Метаболический статус влияет на репродуктивную функцию на системном уровне, модулируя гипоталамическую нейронную сеть GnRH и / или секрецию гонадотропина гипофиза через несколько гормонов и нейропептидов, а также на яичниковом уровне, действуя через регуляцию роста фолликулов и стероидогенеза с помощью гормона роста-IGF-инсулина системы и местных овариальных медиаторов. В последние годы в качестве важных посредников между энергетическим балансом и воспроизводством появились несколько гормонов и нейропептидов. В настоящем обзоре рассматриваются основные участки, участвующие в контроле энергетического баланса, связанного с репродуктивным успехом, и обобщаются наиболее важные метаболические и нейроэндокринные сигналы, участвующие в репродуктивных событиях, с особым акцентом на роль недавно обнаруженных нейроэндокринных пептидов. Кроме того, был представлен небольшой обзор последствий материнского питания, влияющих на воспроизводство потомства.
1. Введение
Взаимосвязь между энергетическим балансом и воспроизводством хорошо известна. Питание оказывает значительное влияние на многие репродуктивные функции, включая выработку гормонов, фолликулогенез, оплодотворение и раннее эмбриональное развитие [ 1-3 ].
Это объясняется тем, что репродуктивные процессы энергетически дороги, и мозг должен умерить фертильность индивидуумов, чтобы соответствовать питательной доступности [ 4, 5].
Репродуктивная функция у млекопитающих может подавляться при низкой доступности пищи или когда повышенные потребности в энергии не удовлетворяются за счет компенсаторного приема пищи, например при кратковременном и хроническом отборе питательных веществ [ 6-8 ].
Это очень тесное соотношение с пищевым обеспечением более важно у женщин, где беременность и лактация связаны со значительными энергетическими затратами, необходимыми для вскармливания эмбрионов и новорожденных [ 9 ]. На самом деле, ее репродуктивный исход может быть серьезно изменен и даже угрожать жизни как матери, так и потомству, если возникает дисбаланс питания [ 4 ].
Связь между питанием и воспроизводством осуществляется главным образом через энергетический баланс [ 1 , 4 ], Помимо влияния специфических питательных веществ, которые действуют независимо от такого энергетического баланса [ 10 ]. Энергетический баланс обычно измеряется как затраты энергии, рассматриваемые как питание, минус выработка энергии, которая включает молоко, содержание, активность, рост и расходы на беременность [ 9 , 11 ]. Для поддержания постоянных запасов энергии в организме млекопитающих при возникновении состояния дефицита или избытка энергии активизируется ряд гомеостатических событий, приводящих к поддержанию энергетического баланса.
Высокая плодовитость животных производителей, таких как высокопродуктивных молочных коров или кроликов первородящих часто в серьезного негативного энергетического баланса (НЭБ) в некоторых физиологических фаз, то есть, в период лактации, так как объем питательных веществ потребности более повышенный, чем нетто-потребление пищевых продуктов в этой стадии (коров: [12, 13]; кролики: [14]). НЭБ провоцирует низкие репродуктивные показатели. Большинство исследований о влиянии NEB были выполнены на бычьих породах. Хорошо известно, что метаболическое состояние коров при НЭБ смещается в сторону катаболического метаболизма, что в свою очередь вызывает повышение концентрации гормона роста плазмы и неэтерифицированных жирных кислот и снижение концентрации инсулиноподобного фактора роста плазмы-I, инсулина и глюкозы [ 15-17], а также концентрации лептина в сыворотке крови [ 18 ]. Кроме того, нарушенный метаболический статус снижает преовуляторную функцию фолликулов [ 19], посредством интрафолликулярных изменений как продукция низких концентраций эстрадиола и ИГФБП [ 20 , 21 ]. Вероятно, это может быть связано с тем, что нарушается транспорт холестерина в митохондрии для инициации стероидогенеза [ 21 ]. В любом случае, изменения в характере роста фолликула яичника в период НЭБ могут косвенно влиять на качество ооцитов, что в конечном итоге отвечает за субфертильность у молочных коров [ 22]. У других видов с высокими требованиями в раннем послеродовом периоде, как и у первородящих кроликов, они демонстрируют глубокий НЭБ, который отрицательно влияет на качество фолликулов яичников и ооцитов, что также приводит к плохой репродуктивной функции [ 14 , 23 ].
У нескольких видов, долгосрочные (хронические) и краткосрочные (острые) недостаточности питания наблюдается подавлять размножение самок через подавление гонадотропин-рилизинг гормона (ГнРГ) секреции, задержки наступления половой зрелости, нарушение нормального эстрального цикла и изменения эндокринной функции (свинка: [24]; Телица [25, 26]; Эве: [27]; кролика: [28]). В этом смысле ингибирование или задержка преовуляторного выброса ЛГ, снижение выделения эстрадиола-17 β [ 1, 29 ] и повышение концентрации сывороточного прогестерона [ 30] были описаны. Кроме того, недоедание влияет на развитие фолликулов яичников [ 31], овуляцию [ 32], образование бластоцист [ 33] и уровень фертильности [ 5 , 34 ].
В отличие от этого, когда потребности в питании меньше, чем в пище, животное будет хранить избыток питательных веществ (гликоген, триглицериды), находясь в состоянии положительного энергетического баланса. Однако, репродуктивные ненормальности встречаются также у индивидуумов с ожирением хотя механизм за этим влиянием неясен. В генезе ожирения-индуцированного бесплодия , по-видимому, участвует инсулиновая сигнализация гипофиза [ 35, 36 ]. Кроме того, недавние достижения в ряде видов показали, что ожирение отрицательно влияет на способность ооцитов к развитию [37, 38]. Тем не менее, краткосрочное энергоснабжение, называемое “промыванием” вокруг зачатия, может улучшить скорость овуляции и размер помета [ 39], главным образом у мелких жвачных животных. Топление увеличивает рекрутмент фолликула и рост фолликула (для обзора см. [ 4 ]). Однако высокий уровень кормления является только полезным для ооцитов у животных с низким состоянием тела, поскольку он вреден для ооцитов у животных с умеренным и высоким состоянием тела [ 40 ].
Механизмы, опосредующие влияние метаболизма и питания на фертильность, в настоящее время неясны, но существует сильная связь между метаболическими нарушениями и бесплодием [ 41]. Трудно определить конкретные функции и механизмы, посредством которых питание влияет на репродуктивную функцию. Циркулирующие факторы и гипоталамические контуры координируют эти реакции сложным образом. Хорошо известно, что эффекты питания либо опосредуются непосредственно через воздействие на гипоталамический ГнРГ или секрецию гипофизарного гонадотропина, либо опосредованно через систему гормона роста-IGF-инсулина или местные овариальные медиаторы [ 42]. В последние годы несколько гормонов и нейропептидов продемонстрировали свою важную роль в качестве местных медиаторов мозга для арбитража связи между энергетическим балансом и воспроизводством. Понимание интегративного управления энергетическим балансом и воспроизводством может привести к репродуктивному успеху, который будет иметь преимущества для улучшения клинических исходов и систем производства сельскохозяйственных животных. В настоящем обзоре рассматриваются основные участки, задействованные в контроле энергетического баланса, связанного с репродуктивным успехом, и обобщаются наиболее важные метаболические сигналы, участвующие в репродуктивных событиях, с особым акцентом на роль недавно обнаруженных нейроэндокринных пептидов. Был представлен небольшой обзор межпоколенческих эффектов питания, влияющих на потомство.
2. Объекты, участвующие в контроле энергетического баланса, связанного с воспроизводством
Циркулирующие уровни питательных веществ и метаболитов, как правило, не связаны напрямую ни с одним из факторов, определяющих их концентрацию, но связаны с физиологически значимой комбинацией факторов, включая запасы питательных веществ, потребление питательных веществ и потребности в питательных веществах для поддержания, роста или производства [ 43 ]. В поддержании энергетического баланса и репродуктивных процессов участвует огромный выбор химических мессенджеров и метаболических процессов [8]. Большинство из этих факторов влияют на гипоталамо-гипофизарно-гонадную ось (ГПГ) (обзор см. [ 8]). Потенциальные места действия питания на функцию яичников включают системные эффекты на гипоталамическом уровне через синтез и высвобождение GnRH; передний гипофиз через контроль синтеза и высвобождения ФСГ, ЛГ и гормона роста (гр); на яичниковом уровне через регуляцию роста фолликулов [ 44 ] и синтез стероидов [ 45 ]. Существуют также возможные локальные участки действия через воздействие на каскад факторов роста и их связывающие белки внутри яичника [ 42, 45]. См. Рисунок 1 .
Рисунок 1
Схематическое представление механизмов, посредством которых питание влияет на репродуктивную функцию.
2.1. Гипоталамо-Гипофизарная Ось
Многоуровневая регуляторная активность вегетативных центров и нейрональных путей является примечательной характеристикой многих гипоталамических структур. Одни и те же группы нейронов одновременно участвуют в выполнении многих регуляторных функций. Они отвечают за поддержание энергетического и осмотического гомеостаза, а также участвуют в центральной регуляции репродуктивных процессов, включая половое созревание и брачное поведение [ 46 ].
Мозг использует жировые и кишечные гормоны, такие как лептин, Инсулин и грелин, чтобы модулировать активность нейрональной сети GnRH, которая управляет воспроизводством [ 5 ]. Недавние исследования показали, что основным механизмом, посредством которого метаболический статус влияет на репродуктивную функцию, является модуляция нейрональной сети GnRH в гипоталамусе [ 5, 8, 47 ], главным образом посредством множественных гипоталамических пептидергических систем, ответственных за гомеостатический контроль энергетического баланса [ 48] (этот раздел рассматривается в следующем разделе). Кроме того, метаболические проблемы модифицируют всплеск ГнРГ, ЛГ и ФСГ независимо от их влияния на пульсирующую секрецию ЛГ [ 49 ].
2.2. Яичник
Яичник может реагировать непосредственно на метаболические входы независимо от гонадотропинового привода [ 50 ]. Одним из наиболее важных событий, модулируемых энергетическим балансом, является фолликулогенез. Овариальный фолликул является неотъемлемой частью репродуктивного процесса. Он играет важную роль в контроле цикла эструса, определении эструсного поведения, обеспечении компетентности ооцитов и последующей выживаемости эмбриона, а также определении как постовуляционной функции желтого тела, так и синтеза прогестерона [ 42]. С другой стороны, гонадная функция регулируется точной и скоординированной секрецией гипофизарных гонадотропинов, лютеинизирующего гормона (ЛГ) и фолликулостимулирующего гормона (ФСГ), который также модифицируется питанием. Таким образом, фолликулогенез является очень сложным, но тонко настроенным процессом, в котором эндокринные и паракринные сигналы играют важную роль (обзор см. в работе [ 51 ]).
Фолликулогенез стимулируется энергией; в частности, глюкоза является главным компонентом подразумеваемой диеты, хотя энергия, полученная из окисления жирных кислот, также представляется важной. С другой стороны, белки, витамины и другие микроэлементы, вероятно, оказывают скорее разрешающую, чем регулирующую функцию на фолликулогенез [ 52 ]. Метаболически модулирующими системами в фолликулярном ответе являются инсулин-глюкоза, лептин и инсулиноподобные факторы роста (ИФР) I и II и их связывающие белки [ 53-55 ], которые взаимодействуют между собой сложным образом [ 4]. Они, вероятно, являются важными медиаторами эффектов диетического потребления и/или энергетического баланса [ 42 ].
Прямое пищевое влияние на функцию яичников зависит от концентрации IGF-I в печени и IGFBP, кроме того, снижение фолликулярной реактивности ЛГ провоцируется инсулином, подавляющим продукцию фолликулярного эстрадиола ниже порога, необходимого для индуцирования преовуляторного всплеска Внрж [ 8, 42]. Например, при Гилт кормление повышает ответную реакцию яичника на ЛГ за счет увеличения концентрации инсулина и IGF-I [ 56]. У овцематок изменения питания могут модулировать способность гонадотропин-зависимых фолликулов использовать небольшие количества ФСГ на конечных стадиях роста фолликулов, которые наиболее чувствительны к низким уровням ФСГ [ 57 ].
3. Метаболические сигналы, управляющие энергетическим балансом, связанные с воспроизводством
В целом, концентрация в плазме некоторых гормонов, таких как инсулин [ 58], IGF-I [ 59] и лептин [ 60 , 61], увеличивается, когда состояние питания улучшается за счет более высокого потребления пищи или увеличения жировых депо в организме. И наоборот, они уменьшаются с уменьшением потребления пищи или увеличением мобилизации тканей в фазах беременности или лактации.
Доступные метаболические топлива модулируют поступление гормонов в нейроны GnRH, что, в свою очередь, приводит к изменению высвобождения GnRH и соответствующему приводу к гонадам [ 5 ]. В следующем разделе представлен обзор основных гормонов и нейропептидов, участвующих в контроле питания и размножения.
3.1. Соматотропные гормоны оси, Инсулин и Глюкоза
Соматотропные гормоны оси состоят из гормона роста (GH), инсулиноподобных факторов роста I и II (IGF-I и IGF-II), связывающего белка GH (GHBP), связывающих белков IGF (IGFBPs) от 1 до 6 и рецепторов клеточной поверхности для GH. Гг, а также системная и локально продуцируемая ИГФ могут оказывать стимулирующее, синергическое или разрешающее воздействие на каждом уровне оси ГПГ, в репродуктивном тракте, наружных половых органах и молочной железе [ 62 ]. Эта группа гормонов оказывает значительное влияние на рост, лактацию и воспроизводство [ 63] и имеет четкую связь с метаболическим статусом животных. Действительно, для достижения полового созревания и полного репродуктивного потенциала необходимы действия ГХ и адекватные уровни IGF-I в периферическом кровообращении [ 64 ].
GH, по-видимому, играет скорее стимулирующую, чем обязательную роль в воспроизводстве [ 65 ]. Он оказывает прямое воздействие на фолликул, а также косвенные эффекты, опосредованные сдвигами в метаболизме питательных веществ, чувствительности к инсулину, IGF-I и IGFBP [ 64 ].
Существует несколько уровней оси HPG, на которых IGF-I может действовать для координации размножения с ростом. В этом смысле IGF-I действует как прямой регулятор нейрона GnRH, обычно возбуждающего [66 ]. Кроме того, IGF-I может также регулировать ось ГПГ посредством воздействия на гипофиз [ 67 ] и гонадные уровни [ 68 ]. По этой причине IGF-I является потенциальным звеном между репродуктивной и соматотропной нейроэндокринными системами [ 66]. Кроме того, местная продукция IGF-I независимо от GH играет важную роль в сложном паракринном контроле функции различных типов соматических клеток в яичнике. Инсулиновый фактор роста I и IGF-связывающие белки (IGFBPs) участвуют посредством различных механизмов в различных стадиях фолликулярного развития, фолликулярного стероидогенеза [ 51 , 69] и созревания ооцитов [ 70], а также в контроле овуляции [ 71 ]. Таким образом, инсулин и IGF-I могут быть посредниками между состоянием организма и развитием фолликулов яичников, овуляцией и развитием эмбрионов [ 50]. На самом деле, питательно индуцированные изменения в овариальной системе IGF играют ключевую роль в регулировании качества ооцитов [ 72 ].
Инсулин является модулятором метаболического стимула, а не посредником между уровнем внутренней энергии и центральными эффекторами [ 8 ]. Общий сигнальный путь IGF-I рецептор и рецептор инсулина (IR) сигнализируют через белки субстрата рецептора инсулина (IRS) [73 , 74 ] играет роль в регулировании фертильности в нормальных условиях откорма. Инсулин оказывает прямое действие на уровне яичников [ 4 , 75 ]. Диетическое ограничение и НЭБ уменьшают циркулирующие концентрации инсулина [ 76 ] и, следовательно, могут снижать продукцию андрогенов и эстрадиола [ 77] которые компрометируют способность фолликулов приобретать приемные устройства ЛХ [ 42]. Концентрация инсулина и IGF-I повышается после кратковременного приема препарата, и они повышают чувствительность к гонадотропинам, стимулируют фолликулярный рост и подавляют апоптоз в фолликулах [ 12 , 53 , 78 ]. Неизвестно, какие профили инсулина являются оптимальными для хорошего качества фолликулов и однородности, и как эти профили инсулина могут быть достигнуты [ 79]. Однако, картина секретирования инсулина может также быть модулирована составом диеты и подавая частотой. В этом смысле, модуляция уровней инсулина плазмы диетическими углеводами кажется возможной у свиноматок, но уровни IGF-I менее легко модифицируются [ 80 ]. Однако, добавление жирных кислот в корове не улучшило концентрацию инсулина в плазме крови [ 81].
Доступность локально продуцируемого IGF II в фолликулах контролируется локально продуцируемыми IGF-связывающими белками (IGFBPs) [ 82 ]. ИГФ-ИИ может доработать функцию фолликулярных клеток изменениями в диете которая изменила ИГФБП-2 и ИГФБП-4 [ 2 ]. Низкие концентрации IGFBP в крови возникали при недостаточном питании [ 83] или тяжелой НЭБ [ 84], ограничивая доступность IGF к клеткам-мишеням в фолликуле и регулируя их способность стимулировать пролиферацию клеток и стероидогенез [ 85].
Глюкоза является очень важным медиатором пищевого воздействия на репродуктивную функцию. Концентрация в крови обратно коррелирует с потреблением энергии [ 86]. Глюкоза транспортируется семейством стимулирующих транспортеров глюкозы (Glut), которые участвуют в гипоталамической регуляции [ 87], а также играет важную роль в обеспечении метаболических субстратов для ооцитов и эмбрионов [ 88, 89 ]. Доступность глюкозы влияет на секрецию ЛГ через систему GnRH [ 90]. Фактически, многочисленные исследования поддерживают идею о том, что глюкоза, в частности, опосредует эффекты голодания, чтобы подавить стимулированный GnRH высвобождение ЛГ. Нейроны GnRH могут непосредственно ощущать изменения в доступности глюкозы с помощью механизма, включающего активированную АМФ протеинкиназу [ 91]. С другой стороны, глюкоза является наиболее важным энергетическим субстратом для ооцитов и бластоцист млекопитающих, поэтому дефицит глюкозы может поставить под угрозу способность ооцитов достигать второй метафазы, чтобы вытеснить первое полярное тело [ 92] и достичь стадии бластоцисты. Изменения роли глюкозы в процессе предимплантационного развития эмбрионов указывают на то, что существует специфическое взаимодействие между метаболизмом глюкозы и транспортерами глюкозы на разных этапах предимплантационного развития эмбрионов [ 93 ]. Кроме того, изменения в транспорте и метаболизме глюкозы на самых ранних стадиях развития могут влиять на развитие плода [ 88 ].
3.2. Семейство адипокинов: лептин, резистин и адипонектин
Семейство адипокинов включает лептин, резистин и адипонектин. Нормальные уровни адипокинов имеют основополагающее значение для поддержания целостности оси ГПГ, регулярных овуляторных процессов, успешной имплантации эмбриона и физиологической беременности [ 94 ].
Лептин-это белок 16 кд, состоящий из 146 аминокислот, который синтезируется преимущественно жировой тканью. Этот белок был впервые идентифицирован как генный продукт, который оказался недостаточным у тучной мыши ob / ob [ 95 ]. Он считается мощным фактором насыщения [ 96 ], и его концентрация в плазме отражает количество жира в организме [97 ]. Лептин модулирует широкий спектр биологических функций , включая энергетический гомеостаз и воспроизводство [ 98, 99 ]. Более того, было продемонстрировано влияние лептина на потребление корма, нейроэндокринную ось и иммунологические процессы [ 100]. По этой причине лептин рассматривается как ключевое звено между питанием и репродукцией, как соответствующий сигнал для информирования репродуктивной системы о метаболическом статусе [ 99 ].
Лептин является разрешающим сигналом для наступления полового созревания [ 101, 102], так как порог лептина необходим для нормального наступления полового созревания [ 103, 104]. Гипоталамус является важным местом действия лептина. Лептин является мощным стимулятором центральной секреции ГнРГ и гонадотропинов [ 105 , 106 ]. Кроме того , лептин оказывает прямое действие на яичники, являясь мощным ингибитором овариального стероидогенеза [ 107, 108 ]. В яичнике лептин антагонизирует стимулирующее действие инсулина на клеточный стероидогенез, что в конечном итоге приводит к снижению секреции эстрадиола [ 109 ].
Он также влияет на
- созревание ооцитов [110],
- разрыв фолликулов,
- образование желтого тела [111],
- имплантацию эмбриона и
- беременность [ 112].
Последнее исследование Чжана и др. [ 113] предполагают, что роль лептина может быть опосредована дивергентной модуляцией гонадотропинами даже прямого яичникового эффекта.
Концентрация лептина чувствительна к краткосрочным изменениям в потреблении пищи и энергетическом балансе [ 114 , 115 ]. Лептин обладает способностью усиливать окисление топлива [ 8], влияет на гомеостаз глюкозы во всем организме и действие инсулина. Чувствительность к инсулину нарушается лептином [ 116], а продукция лептина опосредованно повышается инсулином, так как инсулин стимулирует секрецию лептина адипоцитами и способствует липогенезу [ 117].
Важную роль лептина как связь между питанием и размножением может быть подтверждено, поскольку хотя ГнРГ нейронов не выражают лептин-рецепторов при физиологических условиях, лептин влияет ГнРГ нейронов через регулирование немедленного вниз по течению посредников, в том числе нейропептидов нейропептида Y и меланокортина агонист и антагонист (альфаа-MSH и агути-связанный пептид) [118, 119]. Кроме того, лептин повышает функцию GnRH через косвенное действие на нейронах kisspeptin [ 120, 121 ].
Два других адипокина были менее изучены, и центральная роль адипонектина и резистина менее ясна. Резистин ухудшает чувствительность к инсулину, как и лептин, тогда как адипонектин усиливает ее. Адипонектин значительно снижает секрецию GnRH [ 122] и ингибирует высвобождение GH и LH [ 123]. В яичнике адипонектин стимулирует стероидогенез гранулезными клетками [116]. Резистин экспрессируется в яичниках крыс и крупного рогатого скота и может модулировать функции гранулезных клеток в базальном состоянии или в ответ на IGF-I in vitro [ 124]. Резистин преимущественно ингибирует стероидогенез недифференцированных (мелких фолликулов) гранулезных клеток и ингибирует пролиферацию дифференцированных (крупных фолликулов) гранулезных клеток, указывая, что ответ яичников на резистин изменяется в процессе фолликулярного развития [ 125 ].
3.3. Грелина
Пептид грелин был обнаружен компанией Kojima et al. [126] и выявили 28 ацилированный остаток пептида, освобожденных из кишки, как эндогенных биоактивных лигандов для рецептора стимулятора секреции гормона роста (СГС-Р) тип 1А. Грелин участвует в широкий спектр биологических функций, включая секретирование GH и энергетический баланс регулирования, и экспонаты различных эффектов, в том числе на метаболизм глюкозы и на секрецию и моторику желудочно-кишечного тракта [127]. Роль грелина в метаболизме заключается в регуляции энергетического гомеостаза, способствующего приему пищи и увеличению веса [ 128]. Чистый орексигенный эффект грелина функционально противоположен эффекту лептина [ 129], и многие данные подтверждают представление о том, что оба гормона действуют комплементарно, обеспечивая центральную нервную систему информацией об энергетическом балансе для поддержания гомеостаза [ 130 – 132].
На уровень грелина в сыворотке крови влияют как краткосрочные, так и долгосрочные изменения энергетического гомеостаза (т. е. уровень глюкозы, инсулина и соматостатина) [ 133 ]. Грелин рассматривается как сигнал голодания или энергетической недостаточности с отрицательной корреляцией, наблюдаемой между индексом массы тела (ИМТ) и уровнями грелина. В этом смысле нормальное время полового созревания может быть отсрочено, если уровни грелина постоянно повышаются как предполагаемый сигнал для энергетической недостаточности [ 118]. При контроле репродуктивной функции грелин проявляет комплексный режим действия на гонадотропную ось, с преимущественными ингибирующими эффектами на центральном (гипоталамическом) уровне и на ГнРГ-индуцированной секреции гонадотропина, но прямыми стимулирующими действиями на базальную секрецию ЛГ и ФСГ [ 134 ]. Физиология гонад также регулируется grhelin [ 118 , 127, 135 ] и даже в предимплантационный период [ 133], хотя механизм остается неясным до настоящего времени.
3.4. Нейропептиды и модуляторы
Считается, что нейропептиды, включая нейропептид Y (NPY), продукты проопиомеланокортина (проопиомеланокортин- (POMC-) производный пептид и альфа-меланоцитстимулирующий гормон (Альфа-MSH)), галаниноподобный пептид (GALP) и кисспептины участвуют в контроле метаболизма и размножения. Предполагается, что вовлечение связано с тем, что нейроны, которые экспрессируют эти нейропептиды, все находятся в гипоталамическом дугообразном ядре, критическом месте для регуляции как метаболизма, так и размножения. Кроме того, все эти нейропептиды являются мишенями для регуляции метаболических гормонов, таких как лептин и инсулин. И, наконец, эти нейропептиды оказывают либо прямое, либо косвенное влияние на питание и обмен веществ, а также на секрецию ГнРГ и ЛГ [ 136 ]. Открытие кисспептинов и гонадотропин-ингибиторного гормона (GnIH) проливает новый свет на механизмы, посредством которых регулируется репродуктивная активность. Другие молекулы, такие как GnRH II, орексины и несфатин-1, также показали свою роль в контроле метаболизма и размножения.
3.4.1. Нейропептид Y (NPY)
Нейропептид Y, самый мощный известный орексигенный пептид [ 99], является 36-аминокислотным пептидным нейротрансмиттером. Он имеет двойственную функцию по отношению к размножению и аппетиту [ 137]. Он стимулирует прием пищи и отрицательно регулирует репродуктивную функцию [ 138 , 139], поскольку подавляет секрецию ЛГ [ 140, 141 ]. NPY, по-видимому, вовлечен в генерацию преовуляторного всплеска ЛГ [ 142 ].
3.4.2. Меланокортиновая Система
Меланокортиновая система, включающая меланоцитстимулирующий гормон, адренокортикотропный гормон, агути-родственный пептид и центральные рецепторы меланокортина 3 и 4, играет важную роль в гипоталамической регуляции энергетического баланса [ 143 ]. В отличие от NPY, сигнализация меланокортина контролирует проглатывающее поведение, энергетический баланс и использование субстрата [ 99 ] посредством уменьшения потребления пищи и стимуляции размножения [ 144, 145 ]. Меланокортин недавно продемонстрировал, что является важным компонентом в лептин-опосредованной регуляции активности нейронов GnRH, инициации полового созревания и фертильности [119, 146].
3.4.3. Галаниноподобный пептид (GALP)
Галанинподобный пептид (GALP) -это 60-аминокислотный нейропептид, который относится к семейству G-белковых рецепторов (GPCR). GALP главным образом произведен в нейронах в гипоталамическом дугообразном ядре. Влияние GALP на потребление пищи и массу тела является комплексным. В крысах, центральное влияние GALP сперва простимулировать и после этого уменьшить вход еды, тогда как в мышах, GALP имеет аноректическую функцию. Кроме того, GALP проявляет прямое стимулирующее действие на секрецию гонадотропинов [ 147, 148], регулирует уровень ЛГ в плазме крови через активацию продуцирующих ГнРГ нейронов, что позволяет предположить , что он также участвует в репродуктивной системе [ 148, 149 ]. Присутствие Галанина в аксонах kisspeptin, иннервирующих нейроны GnRH, и эстроген-зависимая регуляция этого присутствия добавляют новое измерение к ролям, которые играет Галанин в центральной регуляции размножения [ 150 ].
3.4.4. Кисспептин
Ген Kiss1 кодирует семейство пептидов, называемых kisspeptins, которые связываются с рецептором G-белка, связанным с рецептором GPR54. Люди и мыши с утратой функции мутации генов, кодирующих kisspeptins (Kiss1) или kisspeptin receptor (Kiss1r) бесплодны из-за гипогонадотропного гипогонадизма [ 151, 152]. Результаты из большого разнообразия исследований показывают, что кисспептин стимулирует секрецию гонадотропина через гипоталамический путь, который активирует нейроны GnRH. Кисспептины появились как важные хранители ключевых аспектов репродуктивного созревания и функции, от половой дифференцировки мозга и наступления полового созревания до взрослой регуляции секреции гонадотропинов и метаболического контроля фертильности (для обзора см. [ 153 ]).
Гипоталамические нейроны Kiss1 очень чувствительны к энергетическому статусу организма и метаболическим сигналам, о чем свидетельствует подавление экспрессии Kiss1/kisspeptin в условиях отрицательного энергетического баланса, которые также связаны с ингибированием репродуктивной оси [ 154 ]. Нейроны кисспептина являются нисходящими медиаторами положительного влияния лептина на секрецию гонадотропинов [ 154 ], и на него влияет состояние лептина [ 155 ]. Кроме того, сеть между клетками Kisspeptin, сообщающимися с NPY и POMC клетками, по-видимому, координирует мозговой контроль репродуктивных и метаболических гомеостатических систем [155, 156]. Агонисты и антагонисты киссептина появились в качестве ценных новых инструментов для манипулирования осью ГПГ и являются перспективными препаратами для дальнейшего лечения [ 157 ].
3.4.5. Гонадотропин Ингибиторный Гормон (GnIH)
Инкреть гонадотропного гормона инхибиторы (GnIH) действует через романное приемное устройство 147 г Протеин-Соединенное (ГПР147) для того чтобы заблокировать отпуск и синтез гонадотропного гормона. Он также играет двойную роль с функцией в регулировании воспроизводства и потребления пищи [158 ]. Он стимулирует прием пищи у крыс [ 159 ], а последние данные указывают на прямое действие GnIH на гипофизарный гонадотроп для снижения синтеза и секреции ЛГ (160), поэтому его можно рассматривать как блокатор репродуктивной функции у млекопитающих [ 160]. Последние данные также указывают на то, что GnIH действует на уровне гонад как аутокринный/паракринный регулятор стероидогенеза и гаметогенеза (обзор см. в работе [ 161 ]).
3.4.6. GnRH II
Одна из форм гонадотропин-рилизинг гормона (GnRH), получившая в настоящее время название GnRH II, действует в качестве разрешающего регулятора женского репродуктивного поведения, основанного на энергетическом статусе, а также модификатора краткосрочного приема пищи [ 162 ]. ГнРГ II играет важнейшую роль, организуя координацию воспроизводства с наличием нутритивной поддержки [ 163].
3.4.7. Орексины
Орексины А и В являются нейропептидами, которые синтезируются главным образом в боковом гипоталамусе и связаны с различными физиологическими функциями, такими как энергетический гомеостаз и размножение. Орексины активируют два связанных с G-белком рецептора, называемых орексиновым рецептором 1 (OX1R) и орексиновым рецептором 2 (OX2R). Они вовлечены в регуляцию клеток ГнРГ [ 164] как механизм, посредством которого лептин может влиять на репродуктивную нейроэндокринную функцию. Кроме того, орексин а участвует в пульсирующей секреции ЛГ [ 165], которая потенцируется эстрогеном [ 166 ].
3.4.8. Несфатин-1
Nesfatin-1 (Nefa / NUCB2-encrypted satiety and fat-influenting protein) -это недавно обнаруженный и до сих пор относительно неизвестный гипоталамический пептид, который можно рассматривать как один из регуляторных факторов гипоталамо-гипофизарной оси. Несфатин-1 является мощным анорексигенным фактором, индуцирующим сытость и сильно ингибирующим прием пищи и воды [ 167 , 168 ]. Он участвует в секреции гонадотропинов в период полового созревания [ 169 ], и эти процессы могут быть значительно нарушены отрицательным энергетическим балансом, вызванным кратковременным голоданием или дефицитом питания [ 170]. Необходимы дальнейшие исследования по вовлечению Несфатина-1 в регуляцию секреции гонадотропинов в зрелом возрасте [ 46 ].
4. Влияние питания матери на репродуктивное развитие и функции плода и новорожденного
Питание матери, главным образом в периконцептивный период, может иметь долгосрочные последствия для здоровья и благополучия потомства. Это называется программированием развития. В животноводстве Программирование развития влияет на производственные признаки, включая рост, состав тела [ 171] и воспроизводство [172, 173]. Последние исследования указывают на очень важную роль материнского питания в развитии потомства, учитывая, что на репродуктивную деятельность явно влияют пренатальные факторы. Механизмы, посредством которых экологические факторы влияют на репродуктивные органы развивающегося потомства, на сегодняшний день не очень хорошо известны, как и будущие последствия материнского питания.
Материнское питание может оказывать влияние на развитие репродуктивной системы плода на всех этапах развития, в процессе дифференцировки и развития [ 174 – 176 ] и между рождением и половым созреванием [ 177 , 178 ]; эффекты проявляются перед нейроэндокринными органами (такими как гипоталамус и гипофиз), а репродуктивные органы дифференцированы [ 179 ]. Она включает в себя множество различных физиологических систем. Поэтому задействован широкий круг механизмов (обзор см. в [ 43]). Например, в недавнем исследовании было выяснено, что чувствительность мРНК Kiss1r, которая экспрессируется в нейроне GnRH, к нутритивному статусу уже установлена в раннем неонатальном периоде [ 180 ].
Сообщается о скудной литературе о влиянии питания матери на репродуктивный исход потомства. Тем не менее, материнское недоедание и избыточное питание или употребление добавок, по-видимому, влияют на компоненты системы ГФГ у потомства [ 43 ]. Например, недоедание матери в течение первого месяца беременности приводило к повышению чувствительности гипофиза к ГнРГ и увеличению количества мелких фолликулов в яичнике, в то время как в период от середины до конца гестации приводило к уменьшению количества крупных Телец lutea у потомства овец женского пола [ 181]. С другой стороны, трансгенерационные добавки с рыбьим жиром значительно снижали скорость овуляции и размер помета у самок мышей [ 182 ].
Необходимы дальнейшие исследования, чтобы лучше понять влияние материнского питания на будущий репродуктивный успех потомства.
5. Вывод
Открытие белка лептина открыло новое время в понимании нейроэндокринного контроля энергетического гомеостаза и его тесной взаимосвязи с репродуктивной осью [ 118]. В последние годы, благодаря динамичному развитию молекулярной биологии, был выявлен и описан ряд новых регуляторных нейропептидов. Недавние открытия прояснили важную роль факторов периферии, таких как лептин, грелин и инсулин. Тем не менее, они интегрированы со сложной сетью нейропептидов, чьи действия расположены выше по течению от популяции клеток GnRH в головном мозге. Например, убедительные доказательства указывают на то, что кисспептины и их рецепторы представляют собой ключевые элементы в нейроэндокринном контроле репродукции. Кроме того, GnIH фундаментально изменил наше понимание гипоталамического контроля репродукции. Кроме того, некоторые местные факторы, связанные с метаболическим статусом, чрезвычайно важны в регуляции яичников. В заключение отметим, что интегративный контроль энергетического баланса и воспроизводства осуществляется множеством метаболических и нейроэндокринных сигналов, которые сложным образом управляют воспроизводством, даже воздействуя на последующие поколения.
Информация о статье
ISRN Vet Sci. 2012; 2012: 121389.
Р. М. Гарсия-Гарсия
Кафедра физиологии (физиология животных), университет Комплутенсе, Avenida Puerta de Hierro S/N, 28040 Мадрид, Испания
Кафедра физиологии (физиология животных), университет Комплутенсе, Avenida Puerta de Hierro S/N, 28040 Мадрид, Испания
Академические Редакторы: K. -P. Brüssow, J. F. Hocquette и A. Shamay
Получено 16 Августа 2012 Года; Принято 4 Сентября 2012 Года.
Это статья открытого доступа, распространяемая в соответствии с лицензией Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии, что оригинальная работа правильно цитируется.
Эта статья была опубликована
цитируется по:
другие статьи в PMC. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23762577
Статьи из ISRN ветеринарной науки предоставляются здесь любезно Hindawi Limited
Рационы свиноматки перед спариванием улучшают однородность потомства. Высокие уровни инсулина во время ВОИ, по-видимому, благоприятно влияют на секрецию прогестерона у свиноматок, вероятно, опосредованную через благотворное влияние инсулина на развитие фолликулов.https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21599763
