В последнее время часто можно встретить суждения о сугубо негативной роли глобулина, связывающего половые гормоны (ГСПГ), в мужском организме. ГСПГ рассматривается как «белокловушка», необратимо связывающий тестостерон и блокирующий его биологическую активность [1]. Повышение сывороточного уровня ГСПГ в данном контексте представляется фактором, неминуемо ведущим к снижению концентрации свободного тестостерона и развитию гипогонадизма [1]. В данной лекции мы попытаемся прояснить физиологическую роль ГСПГ в мужском организме и установить клиническое значение определения данного белка в крови на основании последних данных мировой литературы.
Глобулин, связывающий половые гормоны, впервые был описан в 60-х годах 20 века как белок плазмы крови, способный специфически связывать андрогены (за исключением дегидроэпиандростерона сульфата (ДГЭАС) и андростендиона) и эстрадиол [2]. В последующем было установлено, что ГСПГ связывает половые стероиды в следующем порядке со снижением аффинности: дигидротестостерон (ДГТ) –> тестостерон –> эстрадиол, при этом аффинность к эстрадиолу в 5 раз ниже, чем к андрогенам [3]. ГСПГ также способен связывать ряд лекарственных препаратов, таких как левоноргестрел и флюоксиместерон [4].
ГСПГ представляет собой гликопротеин, состоящий из двух идентичных мономеров, содержащих 402 аминокислоты, и кодируется одним геном, расположенным в области P12-P13 короткого плеча 17-й хромосомы [5]. Каждый мономер имеет свой сайт связывания половых стероидов, что позволяет одной молекуле ГСПГ связывать 2 молекулы стероидного гормона [6]. У мужчин 36% сайтов связывания циркулирующего ГСПГ занято тестостероном, 20% – другими андрогенами и эстрадиолом, а 44% остаются незанятыми [4]. Для сравнения, только 1% сайтов связывания циркулирующего альбумина занят половыми стероидами [4].
Циркулирующий в крови ГСПГ вырабатывается преимущественно в печени, хотя ряд исследований указывает на то, что небольшие количества ГСПГ вырабатываются в яичках, матке, молочной железе, головном мозге, эндометрии, яичниках, предстательной железе [7-9]. В яичках в клетках Сертоли секретируется близкий по структуре андроген-связывающий белок (АСБ). АСБ не попадает в системный кровоток, предполагается, что его основная функция – транспорт тестостерона от клеток Лейдига в семенные канальцы [10].
Регуляция выработки ГСПГ в печени опосредована стимулирующим влиянием ядерного фактора гепатоцитов 4-альфа (HNF-4α) и тормозящим воздействием транскрипционного фактора COUP (COUP-TF) на экспрессию гена ГСПГ [11-13]. Выработка ГСПГ стимулируется гормонами щитовидной железы [14], эстрогенами [15] и подавляется андрогенами (тестостерон, дигидротестостерон) [16], гормоном роста [17], глюкокортикоидами [18], липидами печени [19] и фактором некроза опухоли-α [20]. Существенное влияние на концентрацию ГСПГ оказывает полиморфизм гена ГСПГ. Одни из форм связаны с повышенным (rs12150660, rs727428, rs1799941, rs6259), другие со сниженным (rs6258, (TAAAA)n, rs6257) уровнем ГСПГ в крови [21-24].
Концентрация ГСПГ в сыворотке крови меняется в разные этапы жизни человека. В детском возрасте уровни ГСПГ высокие [25]. С достижением половой зрелости концентрация ГСПГ у мальчиков снижается примерно в 2 раза. Во взрослом возрасте средняя концентрация ГСПГ в крови мужчин составляет 36,89 нмоль/л, что почти в два раза ниже аналогичного показателя у женщин (60,34 нмоль/л) [26-28]. Начиная с 40 лет у мужчин прослеживается тенденция к увеличению уровня ГСПГ в крови, в среднем, на 1,1% в год [29, 30].
ГСПГ является основным транспортным белком для гидрофобных андрогенов в крови. В среднем, у взрослого мужчины 44% циркулирующего тестостерона связано с ГСПГ, 50% – с альбумином, 3-5% – с кортикостероид-связывающим глобулином (транскортин) и только 2% тестостерона пребывает в плазме в несвязанном состоянии [4].
Наряду с транспортной, ГСПГ выполняет буферную функцию, обеспечивая постоянство концентрации свободного тестостерона в сыворотке крови. Свободные и связанные с белками фракции тестостерона находятся между собой в равновесном состоянии [31]. При снижении концентрации свободного тестостерона происходит быстрое высвобождение тестостерона из связи с транспортными белками до тех пор, пока не будет достигнуто равновесное состояние на новом уровне. Напротив, при избыточном поступлении в кровоток тестостерона существенная его часть будет связываться ГСПГ, что предотвратит поступление большого количества гормона в ткани. Существование такой буферной системы позволяет сглаживать колебания уровня свободного тестостерона, а для поддержания определенного уровня свободного гормона достаточны более низкие скорости синтеза стероидов [32, 33].
ГСПГ отсутствует в крови мышей в постнатальном периоде. Наблюдения за этими животными продемонстрировали очень низкие и сильно колеблющи-еся концентрации общего тестостерона сыворотки крови, что подтверждает представление о буферной роли ГСПГ [34]. Экспериментальные исследования на трансгенных мышах, экспрессирующих человеческий ГСПГ, показали 200-кратное увеличение концентрации общего тестостерона в сыворотке крови животных в сравнении с генетически не модифицированными особями. При этом концентрация свободного тестостерона, измеренная методом равновесного диализа с жидкостной хроматографией и тандемной масс-спектрометрией, существенно не изменилась, но имело место некоторое снижение биологической активности половых стероидов [35].
У мужчин с полиморфизмом гена ГСПГ, ведущим к увеличению концентрации ГСПГ в сыворотки крови, также наблюдаются высокие уровни общего тестостерона, а расчетные уровни свободного тестостерона находятся в пределах референтного интервала и не отличаются от уровней у мужчин с другими генотипами [21, 36].
Представленные наблюдения демонстрируют, что при адекватной работе оси гипоталамус-гипофизяички концентрация сывороточного ГСПГ не оказывает существенного влияния на уровень свободного тестостерона, но влияет на уровень общего тестостерона. Данный вывод можно объяснить с позиции «гипотезы свободных гормонов», согласно которой только концентрация свободных гормонов в плазме может влиять на внутриклеточную концентрацию гормонов и, следовательно, их биологическую активность [37]. Только свободный тестостерон плазмы способен проникать внутрь клеток и обеспечивать биологические эффекты, в том числе антигонадотропный (способность тестостерона подавлять выработку гонадотропинов, прежде всего лютеинизирующего гормона (ЛГ)). Повышение концентрации ГСПГ в сыворотке крови приведет к перераспределению тестостерона между фракциями для достижения равновесного состояния, при этом концентрация свободного тестостерона снизится. Снижение концентрации свободного тестостерона ослабит его ингибирующее влияние на синтез ЛГ. Концентрация ЛГ в крови вырастет, что приведет к увеличению выработки тестостерона в клетках Лейдига. Поступающий в кровоток тестостерон будет распределяться межу фракциями до тех пор, пока не будет достигнута адекватная концентрация свободного тестостерона. При этом увеличится количество тестостерона, связанного с ГСПГ, что закономерно приведет к росту концентрации общего тестостерона крови.
Аналогично, при снижении концентрации ГСПГ уровень общего тестостерона снизится, но концентрация свободного тестостерона не изменится, что подтверждается наблюдениями за пациентами с отсутствием ГСПГ в крови. M.J. Vos и соавт. описали редкую мутацию гена, кодирующего ГСПГ, приводящую к образованию дефектного варианта глобулина, накапливающегося в клетках и не попадающего в кровоток. У мужчины, гомозиготного по мутантному аллелю, в сыворотке крови отсутствовал ГСПГ, общий тестостерон крови был низким (4,8 нмоль/л), но уровень свободного тестостерона (174 пмоль/л), определенный методом равновесного диализа, находился в пределах указанного автором референсного интервала (120– 750 пмоль/л). У пациента не было признаков нарушения полового развития и эректильной дисфункции. Яички имели нормальный объем (16 мл), параметры спермы находились в пределах референсных интервалов (ВОЗ 2010). При этом у пациента наблюдалось низкое либидо, снижение частоты утренних эрекций, усталость, мышечная слабость, снижение частоты бритья (один раз в 4 дня), неспособность сосредоточиться, нарушение сна и подавленное настроение. Данное наблюдение с одной стороны подтверждает концепцию о ключевой роли свободного тестостерона в реализации биологических эффектов тестостерона. С другой стороны, наличие признаков гипогонадизма на фоне нормального уровня свободного тестостерона указывает на то, что ГСПГ, вероятно, необходим для реализации ряда эффектов тестостерона [38].
Сведения, указывающие на более широкие функции ГСПГ, выходящие за рамки «гипотезы свободных гормонов», накапливаются с 80-х годов 20 века. С одной стороны, есть данные, что ГСПГ, по крайней мере, в некоторых тканях обеспечивает транспорт половых стероидов внутрь клетки. Комплекс, состоящий из молекулы ГСПГ и связанных с ней молекул тестостерона, перемещается внутрь клетки посредством эндоцитоза, опосредованного мембранным белком мегалином [25]. Внутри клетки в лизосоме под действием низкого pH тестостерон высвобождается из связи с ГСПГ [39]. Исследования подтвердили, что ГСПГ содержится в цитоплазме клеток [40]. При этом нет однозначного мнения о происхождении внутриклеточного ГСПГ: является ли он синтезированным в печени ГСПГ, проникающим через клеточную мембрану, или синтезируется внутри клетки, или задействованы оба механизма [41].
С другой стороны, описан рецептор ГСПГ на мембранах клеток в предстательной железе, придатке яичка, яичке, скелетных мышцах и печени [42, 43]. Показано, что рецептор связывается со свободным ГСПГ (не связанным со стероидными гормонами), после чего этот комплекс активируется присоединением стероидного гормона, что запускает каскад событий, начинающийся с активации аденилатциклазы, генерации цАМФ и приводящий к различным конечным эффектам, зависящим от органа и ткани [41]. Предполагается, что взаимодействие ГСПГ с рецептором позволяет как модулировать эффекты стероидных гормонов, так и оказывать собственные конечные эффекты на клетки мишени [44].
Многие исследователи склонны считать, что на сегодняшний день нет доказательств того, что описанные механизмы прямого взаимодействия ГСПГ с клетками играют существенную роль в реализации биологических эффектов половых стероидов [31]. Поэтому вернемся к обсуждению физиологической роли ГСПГ с позиции «гипотезы свободных гормонов». Как мы выяснили, при адекватном функционировании оси гипоталамус-гипофиз-яички концентрация ГСПГ будет влиять на уровень общего, но не свободного тестостерона. Но что произойдет если ось гипоталамусгипофиз-яички не функционирует или функционирует неадекватно? В таком случае снижение уровня свободного тестостерона не будет компенсировано увеличением синтеза тестостерона яичками. В данной модели концентрация ГСПГ будет определять уровень свободного тестостерона и, соответственно, его биологическую активность.
В эксперименте с трансгенными мышами, экспрессирующими человеческий ГСПГ, на одном из этапов животным удаляли яички и имплантировали устройство, обеспечивающее непрерывный выброс тестостерона в кровоток. В отсутствие яичек ось гипоталамус-гипофиз-яички перестает адекватно функционировать, поступление тестостерона в кровоток не зависит от концентрации лютеинизирующего гормона (ЛГ), что позволяет ГСПГ влиять на уровень свободного тестостерона. Прямое измерение свободного тестостерона показало его более низкую концентрацию у кастрированных мышей с имплантом по сравнению с мышами дикого типа, что подтверждает концепцию об ограничивающем влиянии ГСПГ на биологическую активность тестостерона в отсутствии адекватной работы оси гипоталамус-гипофиз-яички [45]. Предполагается, что высокие концентрации ГСПГ в крови, наблюдаемые в детском возрасте, необходимы именно для ограничения биологической активности половых гормонов до наступления пубертата [25].
С увеличением возраста концентрация ГСПГ в крови увеличивается, что при адекватной работе оси гипоталамус-гипофиз-яички должно приводить к параллельному увеличению концентрации общего тестостерона. Но исследования демонстрируют противоположную тенденцию – концентрация общего тестостерона в крови после 30 лет постепенно снижается [46, 47]. С возрастом в результате нарушения трофики яичка, снижения активности ферментов стероидогенеза, снижения плотности рецепторов к лютеинизирующему гормону нарушается функционирование оси гипоталамус-гипофиз-яички [48]. В результате снижение концентрации свободного тестостерона, обусловленное увеличением концентрации ГСПГ, не в полной мере компенсируется увеличенной выработкой тестостерона в яичках. Данное предположение подтверждается тем фактом, что тенденция к возрастному снижению более заметна для свободного тестостерона (1,3% в год) чем для общего (0,4% в год) [47].
В этой связи представляется целесообразным использовать именно свободный тестостерон для диагностики мужского гипогонадизма. Как было показано выше, даже при очень низком уровне общего тестостерона могут наблюдаться нормальные концентрации свободного тестостерона. Исследования подтверждают, что только у небольшой части мужчин (27,3%) с низким общим тестостероном действительно наблюдается низкий уровень свободного тестостерона, и развиваются сопутствующие клинические симптомы гипогонадизма [49].
Наиболее точным методом определения уровня свободного тестостерона в крови является равновесный диализ с последующей жидкостной хроматографией — тандемной масс-спектрометрией [31]. Данная методика сложная и дорогостоящая, поэтому преимущественно используется в рамках научных исследований и мало доступна для клинической практики. Методика иммунного анализа признана крайне неточной и не рекомендуется к использованию рядом авторитетных эндокринологических ассоциаций [50, 51]. В условиях малой доступности равновесного диализа единственной альтернативой с приемлемой точностью остается расчет уровня свободного тестостерона на основании значений общего тестостерона, ГСПГ и альбумина крови [50].
Предложено достаточно большое количество формул для расчета свободного тестостерона [10, 5254]. Ранние формулы, например, широко используемая формула A. Vermeule и соавт., не учитывают наличие двух сайтов связывания на молекуле ГСПГ и демонстрируют значения свободного тестостерона на 20-30% превышающие значения, полученные с помощью равновесного диализа на тех же образцах крови [10, 54, 55]. Недавно M.N. Zakharov и соавт. предложили аллостерическую модель связывания тестостерона, учитывающую наличие двух сайтов связывания молекулы ГСПГ и влияние связывания тестостерона одним сайтом на аффинность к тестостерону другого сайта [6]. Значения свободного тестостерона, рассчитанные на основании аллостерической модели, эквивалентны результатам, полученным равновесным диализом [6, 10].
Определение уровня ГСПГ крови для расчета свободного тестостерона безусловно следует считать основным направлением его клинического применения у мужчин. Наряду с этим появляется все больше данных о том, что ГСПГ также можно использовать как биомаркер ряда патологических состояний и заболеваний. Наибольшего внимания заслуживает связь уровня ГСПГ с риском развития сахарного диабета 2-го типа. Низкий уровень ГСПГ в крови можно рассматривать как ранний индикатор сахарного диабета 2-го типа или, по крайней мере, лежащих в его основе патофизиологических процессов. В крупном продольном когортном исследовании показано, что уровень ГСПГ менее 20 нмоль/л у мужчин повышает риск развития сахарного диабета 2-го типа в 5 раз по сравнению с контрольной группой (ГСПГ более 60 нмоль/л) [50]. Ранее считалось, что данная взаимосвязь обусловлена тем, что инсулин способен напрямую подавлять продукцию ГСПГ в печени, но последующие экспериментальные исследования на животных показали, что глюкоза, а не инсулин подавляет экспрессию гена ГСПГ путем изменения уровня αHNF-4 в печени [56]. В последующем было показано, что низкий уровень ГСПГ также ассоциирован с повышенным риском метаболического синдрома и неалкогольной жировой болезни печени (НАЖБП) [57, 58]. С другой стороны, более высокие концентрации ГСПГ ассоциированы с повышенным риском остеопороза и переломов различной локализации у пожилых мужчин [58].
Патофизиологические основы представленных связей на сегодняшний день изучены недостаточно. Наиболее интригующий вопрос – является ли ГСПГ лишь маркером или вовлечен в патогенез развития представленных заболеваний? На последнее, например, указывает тот факт, что носители полиморфизма rs6259, связанного с высоким уровнем ГСПГ, имеют более низкий риск сахарного диабета 2-го типа, чем носители полиморфизма rs6257, который сопровождается пониженным уровнем ГСПГ [24].
Основные физиологические функции ГСПГ в мужском организме – транспорт половых стероидов в гидрофильной крови и создание буферной системы, сглаживающей колебания концентрации свободного тестостерона. Кроме этого, глобулин, связывающий половые гормоны, может ограничивать биологическую активность половых стероидов за счет снижения концентрации свободной фракции гормона, но только при нефункционирующей или неадекватно функционирующей оси гипоталамус-гипофиз-яички. При корректной работе механизма отрицательной обратной связи концентрация ГСПГ будет определять уровень общего тестостерона, но не окажет влияния на свободную фракцию и, соответственно, биологическую активность половых стероидов. Вероятно, у ГСПГ есть и иные функции, на что указывает наличие рецепторов ГСПГ в некоторых тканях и механизма транспорта ГСПГ внутрь клетки посредством эндоцитоза, но физиологическая роль этих процессов на сегодняшний день не ясна и требует дальнейшего изучения.
С практической точки зрения определение уровня ГСПГ необходимо прежде всего для расчета уровня свободного тестостерона, так как точные методы прямого измерения свободного тестостерона не доступны в клинической практике. Диагностика гипогонадизма только на основании уровня общего тестостерона ассоциирована с риском гипердиагностики, так как концентрация ГСПГ в крови может оказывать существенное влияние на уровень общего тестостерона, не меняя при этом уровень свободного тестостерона. Перспективным представляется применение ГСПГ в качестве биомаркера ряда заболеваний и патологических состояний. Более низкие концентрации ГСПГ ассоциированы с повышенным риском сахарного диабета, метаболического синдрома и НАЖБП, а более высокие – с повышенным риском остеопороза и переломов у пожилых мужчин. При этом открытым остается вопрос: является ли ГСПГ всего лишь биомаркером или вовлечен в патогенез развития данных заболеваний?
Attachment | Size |
---|---|
Скачать статью | 451.4 KB |