Статья по теме:
Роль метаболических гормонов в регуляции функции яичников у коров (обзор)
В.А. Лебедев, И.Ю. Лебедева, Т.И. Кузьмина, И.Ш. Шапиев
Освещена роль метаболических гормонов в опосредовании регуляторного влияния рационов и режима питания на овариальную функцию у коров. Дана оценка действия гормонов на созревание фолликулов in vivo и функциональную активность овариальных клеток in vitro. Рассматривается участие эндогенных соматотропина, инсулин-подобного фактора роста I, инсулина и лептина в регуляции активности яичников у коров. Обсуждается влияние метаболического состояния коров с высокой молочной продуктивностью на репродуктивные параметры и связь последних с концентрацией метаболических гормонов в крови.
Качество питания и обусловленное им метаболическое состояние животных оказывают ярко выраженное влияние на репродуктивную функцию коров, однако механизм, лежащий в основе такого действия, до сих пор слабо изучен (1-3). Как известно, центральную роль в регуляции активности яичников у млекопитающих играют гонадотропины -- фолликулостимулирующий и лютеинизирующий гормоны (ФСГ и ЛГ). Поэтому ранее исследователи основное внимание уделяли гипотезе о том, что питание и связанные с ним метаболические сигналы влияют на яичники коров посредством модуляции секреции гонадотропинов, то есть через гипоталамо-гипофизарную ось. Эта гипотеза тем не менее была только отчасти подтверждена экспериментальными данными. Так, показано, что частота импульсной секреции ЛГ и его концентрация в крови животных зависят от качества кормления (4, 5). Однако резкое ограничение питания может ингибировать рост доминантного фолликула и продукцию им эстрадиола, не влияя на освобождение ЛГ гипофизом (6). Напротив, концентрация ФСГ не изменяется у телок, получающих как пониженный, так и повышенный рацион питания (7, 8). Кроме того, у лактирующих молочных коров, находящихся в состоянии негативного энергетического баланса, послеродовой анэструс сохраняется при восстановлении нормальной секреции ФСГ (9, 10).
В настоящее время многочисленные исследования направлены на изучение влияния питания непосредственно на функцию яичников, а именно, на рост и развитие овариальных фолликулов, функциональную активность желтого тела, созревание и качество ооцитов и раннее развитие эмбрионов (11, 12). Вместе с тем изменения, связанные с овариальной функцией, оказывают в свою очередь влияние на секрецию гонадотропных гормонов, что осложняет разграничение прямых и опосредованных гонадотропинами эффектов питания на яичники. Следовательно, между питанием и воспроизводительной функцией у коров существует сложная взаимосвязь, обусловленная воздействием метаболических сигналов на многочисленные отделы репродуктивной оси.
В регуляции метаболизма животных принимает участие ряд гормонов, которые в свою очередь могут оказывать воздействие на рост, дифференцировку и жизнеспособность овариальных клеток: соматотропный гормон (СТГ); инсулин; инсулин-подобный фактор роста I (ИФР I), синтезируемый печенью; лептин; тиреоидные гормоны; кортизол (2, 11, 12). Поэтому полагают, что метаболические гормоны являются важными посредниками в реализации эффектов питания на функцию яичников у млекопитающих. Однако на уровне организма очень сложно определить вклад в эти эффекты отдельных гормонов вследствие одновременного изменения их концентрации в крови при нарушении сбалансированности питания.
Несмотря на возрастающий интерес к роли метаболических гормонов в регуляции овариальной функции у коров, наибольшее внимание уделяли только трем из них -- СТГ, инсулину и ИФР I. Показано, что введение этих гормонов стимулирует рост и развитие антральных фолликулов у коров (2, 11, 12). При этом в организме животных существует сложная взаимосвязь между концентрацией СТГ, ИФР I и инсулина в крови, а также их воздействием на яичники. Было обнаружено, что обработка телок СТГ приводит к увеличению числа малых антральных фолликулов и повышению концентрации инсулина и ИФР I в крови, но не отражается на концентрации гонадотропных гормонов, а также количестве рецепторов гонадотропинов в фолликулярных клетках (13). В настоящее время полагают, что регуляторное действие СТГ на фолликулогенез у коров может быть реализовано несколькими способами: непосредственно на уровне соматических и половых фолликулярных клеток; при участии ИФР I, синтезируемого печенью -- главным органом-мишенью для СТГ; в некоторых случаях, возможно, опосредоваться через инсулин (14, 15). Выявленные in vitro многочисленные эффекты СТГ, ИФР I и инсулина на стероидогенез, пролиферацию и жизнеспособность клеток овариальных фолликулов коров (15-19) и наличие у последних специфических рецепторов к этим гормонам (20-23) предполагают функционирование всех перечисленных способов реализации соматотропного действия. Кроме того, у животных с повышенной концентрацией в крови СТГ, сопряженной с резистентностью клеток печени к стимулирующему воздействию этого гормона на синтез ИФР I, наблюдается повышение активности яичников. Это свидетельствует о самостоятельной роли СТГ в регуляции фолликулогенеза у коров (24). Способность фолликулярных клеток секретировать СТГ и ИФР I, которые в свою очередь могут играть роль внутриовариальных паракринных и аутокринных факторов, еще более осложняет разграничение действия этих гормонов на фолликулы (15, 22, 25).
В ряде исследований было показано, что концентрация в крови эндогенных СТГ, ИФР I и инсулина варьирует в зависимости от репродуктивного состояния и стадии эстрального цикла коров (3, 24). Концентрация СТГ в фолликулярной жидкости снижается при усилении атретических процессов в больших антральных фолликулах (26). Выявлены изменения по числу рецепторов СТГ и ИФР I в фолликулярных клетках в процессе созревания овариальных фолликулов и зависимость связывания СТГ с этими клетками от репродуктивного статуса животных (21-23, 27). Кроме того, наблюдались различия по интенсивности экспрессии мРНК рецепторов СТГ в желтом теле на различных стадиях эстрального цикла (22). Эти данные свидетельствуют о важном физиологическом значении СТГ, ИФР I и инсулина в регуляции воспроизводительной функции у коров.
Имеющаяся в настоящее время информация, полученная в экспериментах in vivo и in vitro, позволяет сделать вывод о положительном влиянии СТГ, ИФР I и инсулина на созревание фолликулов и функциональную активность овариальных клеток у коров. Соматотропин оказывает стимулирующее воздействие на рост антральных фолликулов, что может быть следствием как регуляторного влияния на пролиферацию фолликулярных клеток, так и торможения внутрифолликулярных атретических процессов (13, 26, 28-30). При этом чувствительность фолликулов, находящихся на разной стадии созревания, к воздействию СТГ зависит от качества питания и наличия/отсутствия лактации у коров (28, 31). На основании данных о стимуляции СТГ развития преантральных фолликулов (32) было выдвинуто предположение, что регуляторное действие осуществляется главным образом на ФСГ-независимой фазе созревания, то есть на стадии базального фолликулогенеза (12). Это, возможно, способствует увеличению числа антральных фолликулов, достигших ФСГ-зависимой фазы созревания (стадия тонического фолликулогенеза). По данным других авторов, СТГ может участвовать в селекции фолликулов, так как у коров с дефицитом соматотропных рецепторов нарушается развитие доминантных фолликулов (33). Секреторная активность желтого тела также зависит от действия СТГ (15, 22). Выявлено стимулирующее влияние СТГ in vitro на созревание ооцитов и их способность к дальнейшему развитию после оплодотворения (25). Обнаружено повышение качества ооцитов при обработке коров СТГ (34). Следует отметить, что СТГ, по-видимому, воздействует на активность яичников также посредством стимуляции секреции гонадотропных гормонов на гипоталамо-гипофизарном уровне и в результате повышения чувствительности фолликулярных клеток к этим гормонам (24).
Инсулин и ИФР I оказывают аналогичное стимулирующее действие на стероидогенез и пролиферацию фолликулярных клеток коров in vitro (17, 18). Однако в некоторых исследованиях отмечено большее влияние этих гормонов на секрецию эстрадиола, чем прогестерона (35, 36). Кроме того, на функциональную активность клеток из овариальных фолликулов ИФР I и инсулин оказывают влияние в синергизме с гонадотропинами, что свидетельствует о повышении чувствительности клеток к этим гормонам при их совместном действии (17, 18, 35). У коров с анэструсом, вызванным ограничением питания, фолликулярные клетки сохраняют способность отвечать на воздействие ИФР I и инсулина (37). Введение животным этих гормонов может усиливать рост малых и больших антральных фолликулов, вступивших в фазу тонического фолликулогенеза, а также секрецию ими эстрадиола (38, 39). Наиболее важной функцией ИФР I является, по-видимому, его роль как фактора выживания соматических фолликулярных клеток (40). При этом концентрация ИФР I в жидкости антральных фолликулов коров служит показателем интенсивности атретических процессов (41). Однако повышение интрафолликулярной концентрации этого гормона выше оптимального уровня может снижать качество ооцитов (3). Инсулин, вероятно, также участвует в регуляции жизнеспособности клеток гранулезы в антральных фолликулах, причем это действие может реализовываться посредством усиления секреции клетками эстрадиола (16, 30). Выявлено стимулирующее влияние ИФР I на секрецию прогестерона в клетках желтого тела (22).
В последнее время особое внимание исследователей привлекает участие идентифицированного около 10 лет назад гормона жировой ткани млекопитающих лептина в контроле репродукции у коров. В организме млекопитающих этот гормон вовлечен в регуляцию энергетического баланса, потребления пищи, воспроизводительной и иммунной функций (42). Концентрация лептина в крови и его мРНК в жировой ткани повышается во время полового созревания телок, у которых оно завершается в период ранняя весна--середина лета (43). Наблюдается также снижение экспрессии мРНК лептина в адипоцитах коров и половозрелых телок во время поздней лютеальной и ранней фолликулярной фаз, что соответствует периоду инициации синхронизированного роста антральных фолликулов.
Влияние лептина на воспроизводительную функцию коров может быть реализовано как на уровне яичников, так и посредством модуляции секреции ЛГ. Было обнаружено, что введение лептина коровам, получающим пониженный рацион питания, приводит к повышению концентрации ЛГ в крови в результате увеличения амплитуды импульсной секреции гормона (44). Этот эффект лептина зависит от метаболического состояния животных и опосредуется на уровне гипофиза (42). Показано также ингибирующее действие лептина in vitro на индуцированную гонадотропинами, инсулином и ИФР I стероидогенную активность клеток гранулезы и теки из антральных фолликулов коров, хотя гормон не влиял на базальный стероидогенез клеток (45-47). При этом выявлено наличие специфических связывающих участков для лептина в фолликулярных клетках обоего типа (45, 46).
В литературе практически нет информации относительно влияния на активность яичников у коров in vivo тиреоидных и глюкокортикоидных гормонов. В экспериментах in vitro было обнаружено стимулирующее действие тироксина, трийодтиронина и кортизола на секрецию половых стероидных гормонов фолликулярными клетками коров, индуцированную инсулином, ИФР I или гонадотропинами (48, 49). Кроме того, в клетках текального слоя антральных фолликулов отмечено уменьшение числа рецепторов для ИФР I под влиянием кортизола (48). Эти данные указывают на возможность вовлечения этих гормонов в метаболическую регуляцию овариальной функции коров.
Как известно, повышение молочной продуктивности коров в некоторых случаях сопровождается негативными последствиями, такими как метаболические заболевания, хромота, мастит, а также снижение репродуктивной функции (50-52). Это дает основания полагать, что высокопродуктивные молочные коровы находятся в состоянии метаболического стресса в ранний период лактации, что приводит к нарушению у них других физиологических функций (11). При этом у животных снижается интенсивность воспроизводства, особенно когда они находятся в состоянии негативного энергетического баланса (9, 53, 54). По мнению ряда авторов, ослабление репродуктивной функции у высокопродуктивных коров обусловлено затруднением процесса метаболической адаптации к негативному энергетическому балансу в ранний период лактации (55).
ФСГ-зависимая инициация синхронного роста антральных фолликулов и селекция доминантного фолликула происходят у коров при всех репродуктивных состояниях и рационах кормления даже на поздней стадии стельности и при наступлении анэструса, вызванного хроническим недоеданием (56, 57). Рост антральных фолликулов возобновляется у молочных коров в течение первых 10 сут после отела (2). По данным Beam с соавт., у этих животных в послеотельный период возможны три варианта завершения фолликулярного созревания: овуляция эстроген-активного доминантного фолликула; формирование неовулирующего доминантного фолликула с низким уровнем секреции эстрогенов, которое заканчивается его регрессией; трансформация эстроген-активного доминантного фолликула в кисту (9).
Следовательно, пролонгированный интервал послеотельного анэструса у молочных коров, очевидно, обусловлен не отсутствием доминантного фолликула, а его неспособностью овулировать в результате неполноценного развития или низкого уровня преовуляторного пика ЛГ. Оба феномена могут быть следствием измененного метаболического состояния животных. В пользу этого вывода свидетельствует отрицательная связь между энергетическим балансом и продолжительностью интервала послеотельного анэструса у высокопродуктивных молочных коров (58, 59). Вместе с тем не ясно, на какой стадии созревания фолликулы, а также ооциты наиболее подвержены влиянию негативного энергетического баланса в ранний период лактации. Тем не менее было показано, что наличие отрицательного энергетического баланса в ранний послеотельный период может вызывать снижение фертильности молочных коров, несмотря на последующую нормализацию метаболического состояния животных ко времени осеменения (60). Следует также отметить, что овуляция доминантного фолликула даже с небольшим отклонением в развитии может приводить к формированию неполноценного желтого тела, в результате чего отсутствует адекватная поддержка стельности (60).
| 504 |