Физиологическое действие гипоталамо-гипофизарно-гонадной оси основывается на пульсирующей гипоталамической секреции гонадолиберина (ГнРГ), нарушение которой является причиной редких заболеваний, объединяемых под термином гипогонадизм. Отсутствие ГнРГ приводит к дезактивации рецептора на поверхности гонадотрофов аденогипофиза и выпадению стимулирующего действия на синтез и высвобождение гонадотропинов (ЛГ и ФСГ) в общий кровоток. Дефицит ЛГ и ФСГ обусловливает отсутствие гаметогенеза и синтеза половых стероидов. Таким образом, нормальное функционирование репродуктивной системы зависит от скоординированной работы трех звеньев: аркуатных ядер гипоталамуса, гонадотрофов гипофиза и гонад (рис. 1).

В зависимости от сроков возникновения различают врожденный и приобретенный гипогонадизм, а в зависимости от уровня поражения - первичный (поражение самих гонад) и вторичный (гипоталамо-гипофизарный) гипогонадизм. Существует также классификация, разделяющая поражения гипофиза и гипоталамуса на вторичный и третичный уровень соответственно [1]. Определение содержания гонадотропинов (ЛГ, ФСГ) в сыворотке позволяет диагностировать гипер- или гипогонадотропный гипогонадизм.

Гипогонадотропный гипогонадизм (ГГ) характеризуется задержкой или отсутствием полового созревания и, как следствие, бесплодием. Врожденный или идиопатический гипогонадотропный гипогонадизм (ИГГ) - гетерогенное заболевание. Встречаемость этого синдрома составляет 1:5000-1:10 000 у мужчин и 1:50 000-1:100 000 у женщин. Традиционно ИГГ подразделяют на две формы: в сочетании с аносмией или гипосмией (синдром Каллмана - СК) и с нормальным обонянием (нИГГ) [2]. СК обусловлен нарушением нормальной миграции нейронов ГнРГ из области обонятельного нерва в гипоталамус.

В основе ИГГ в большинстве случаев лежат генетические нарушения [3]. Исследование генетической составляющей в формировании гипогонадизма необходимо для усовершенствования диагностики различных его форм и выбора оптимальной схемы лечения, включая сроки терапевтического вмешательства. Алгоритм обследования пациентов программы ЭКО также должен учитывать результаты генетических исследований.

Ключевую роль в нервной регуляции репродуктивной функции играет гонадолиберин. Внутриутробное развитие гипоталамо-гипофизарной оси и миграция нейронов ГнРГ одинакова у мужчин и женщин. ГнРГ-секретирующие нейроны возникают в обонятельной плакоде приблизительно на 4-5-й [4] или на 5-й неделе [5] эмбрионального развития. На 6-й неделе они начинают мигрировать вдоль нервных терминальных волокон и обонятельного тракта в гипоталамус. Их развитие в большей степени связано с нормальным развитием обонятельных луковиц [5]. На 9-й неделе ГнРГ-секретирующие нейроны мигрируют через передний мозг в медиобазальный гипоталамус, где начинают секрецию гормона [4]. В то же время происходит развитие гонадотрофов, секретирующих ЛГ и ФСГ. Гипоталамо-гипофизарный аппарат становится функциональным к 15-й неделе беременности [5].

Гипоталамические ГнРГ-нейроны в отличие от других нейронов, высвобождающих гормоны, формируются вне мозга [6]. Число нейронов, продуцирующих ГнРГ в гипоталамусе человека, относительно мало (<2000). Они формируют скорее диффузную сеть, чем отдельные ядра. Такая анатомическая организация обусловливает чувствительность генератора импульсов ГнРГ к незначительным изменениям функционирования системы [7].

ГнРГ из нейронов медиобазального гипоталамуса по аксонам, проецирующимся в срединное возвышение, поступает в гипофизарные портальные сосуды [8] и с током крови попадает в аденогипофиз, где взаимодействует со специфическими рецепторами на поверхности гонадотрофов [9], обеспечивая импульсное высвобождение ЛГ и ФСГ. Эпизодическая секреция ГнРГ необходима для поддержания нормальной секреции ЛГ и ФСГ гипофизом. Частота и амплитуда импульсов ГнРГ зависят от концентрации половых гормонов, которые по механизму отрицательной обратной связи действуют как на уровне гипоталамуса, так и гипофиза (см. рис. 1). Высвобождение ГнРГ и гонадотропинов происходит с частотой приблизительно 1 импульс в час. Непрерывный выброс ГнРГ приведет к десенсибилизации рецепторов на поверхности гонадотрофов с последующим уменьшением секреции ЛГ и ФСГ [10]. Регуляция высвобождения ГнРГ у женщин является циклической, а у мужчин - тонической.

Нарушение секреции ГнРГ, служащее причиной ГГ, может происходить по двум причинам:

1) вследствие нарушения онтогенеза и миграции ГнРГ-секретирующих нейронов; 2) вследствие нарушения гипоталамической секреции гормона.

ГГ - полигенное заболевание. Гены-кандидаты, ассоциированные с данным заболеванием, можно разделить на следующие группы [5]: нейроразвивающие гены (контролирующие онтогенез нейронов ГнРГ и влияющие на их миграцию) и гены, определяющие функцию ГнРГ-нейронов (регулирующие секрецию ГнРГ и обеспечивающие его биологический эффект). Классификацию можно продолжить, выделив в самостоятельную группу гены, детерминирующие функционирование гонадотрофов и регулирующие секрецию гонадотропинов (рис. 2).

В настоящее время около 65% случаев ИГГ остаются без выявленной генетической причины. Нами составлена таблица всех известных на сегодня генов-кандидатов с указанием их молекулярной функции и непосредственного участия в формировании заболевания (см. таблицу).

Функции как минимум пяти генов - WDR11, FGFR1/FGF8, NELF, HS6ST1 - необходимы для правильной эмбриональной дифференциации нейронов ГнРГ. Продукт гена WDR11 играет важную роль в развитии обонятельных нейронов [11], а также непосредственно участвует в процессе развития нейронов ГнРГ. Гены FGF8 и FGFR1 кодируют соответственно фактор роста фибробластов (FGF8) и его рецептор и непосредственно участвуют в онтогенезе нейронов ГнРГ. Снижение экспрессии FGF8 ингибирует дифференцировку клеток-предшественников в нейроны ГнРГ [12, 13]. Ген FGFR1 участвует в спецификации нейронов в обонятельной плакоде [14]. Для активации FGFR1-пути требуется связывание белка FGF8 с рецептором FGFR1 и гепарансульфатом (HS) [15], который является компонентом внеклеточного матрикса и модулирует межклеточные связи, важные для развития нервной системы [16, 17]. Ген HS6ST1 участвует в развитии нейронов и в нейронном ветвлении [18]. Ген NELF стимулирует миграцию нейронов ГнРГ в обонятельную луковицу [19].

Гены IL17RD, DUSP6, SPRY4 действуют как ингибиторы FGF8-пути, а ген FLRT3 - как активатор [20]. Ген IL17RD ингибирует передачу сигналов FGF, действуя как на уровне FGF-рецепторов (FGFR1 и FGFR2), так и на уровне последующих компонентов этого сигнального пути. Коэкспрессия генов IL17RD и FGF8 в обонятельной плакоде во время эмбриогенеза предполагает его потенциальную роль в раннем развитии нейронов ГнРГ и обонятельных нейронов [20].

Существуют два типа нейронов ГнРГ, присутствующих в гипоталамусе: нейроны ГнРГ1 и ГнРГ2. Однако только нейроны ГнРГ1 задействованы в функционировании гипоталамо-гипофизарно-гонадной системы. Нейроны ГнРГ2 играют роль лишь нейромодуляторов, непосредственно не участвуя в контроле становления репродуктивной системы [21].

Группа генов - PROK2/PROKR2, KAL1, CHD7, FGFR1 контролирует миграцию нейронов ГнРГ1 от места эмбрионального происхождения в гипоталамус. Продукт гена FGFR1 влияет на развитие обонятельной луковицы и на миграционную активность нейронов ГнРГ1 [12]. Гены PROK1/PROKR1 и PROK2/PROKR2 кодируют компоненты прокинетицитиновой системы, состоящей из двух почти идентичных (на 85%) рецепторов (PROKR1 и PROKR2) и двух их лигандов (PROK1 и PROK2). Пара рецептор-лиганд PROKR2/PROK2 участвует в нейрогенезе обонятельной луковицы [22]. Ген CHD7 кодирует АТФ-зависимый ремодулятор, влияющий на структуру хроматина и экспрессию генов и играет важную роль в регуляции эмбрионального развития. По-видимому, CHD7 регулирует экспрессию генов KAL1, FGFR1, PROK2 и PROKR2 [23]. Ген KAL1, кодирующий белок аносмин-1, играет определенную роль в дальнейшей миграции нейронов: при входе нейронов ГнРГ в обонятельную луковицу и при установлении контакта между входящими обонятельными аксонами и центральными нейронами луковицы. Мутации в гене KAL1 не влияют на нейрогенез нейронов ГнРГ1 в носовой плакоде [19], но в отсутствие функционального белка KAL1 происходит (как следствие нарушения нормальной синаптической связи) ретроградная дегенерация обонятельного нерва, в результате чего нарушается миграция нейронов ГнРГ [4]. Таким образом, потеря основного миграционного пути, сформированного первичными обонятельными аксонами, объясняет основные симптомы СК.

Ген SEMA3A необходим для формирования нейронной системы ГнРГ. Недостаток белка ухудшает расположение нейронов ГнРГ в гипоталамусе, что приводит к нарушению нейроэндокринного механизма регуляции полового развития [6].

Комплексы рецептор-лиганд KISS1/KISS1R, TAC3/TACR3, LEP/LEPR и ген PCSK1 кодируют белки, способствующие активации нейронов ГнРГ1, и, тем самым, регулируют секрецию ГнРГ [12, 24]. Ген KISS1 кодирует белок кисспептин. Пара рецептор-лиганд KISS1/KISS1R оказывает стимулирующий эффект на высвобождение ГнРГ и последующий синтез гонадотропинов. KISS1-секретирующие нейроны чувствительны к эстрогену и вовлечены в механизм отрицательной и положительной обратной связи [12]. У пациентов с нИГГ из-за мутаций в гене KISS1R серьезно снижается амплитуда импульсов ЛГ, но сохраняется нормальная их частота [15]. Однако мутации в гене KISS1R - чрезвычайно редкая причина ГГ [15].

Продукт гена TAC3 - нейрокинин B через рецептор NK3R (TACR3) регулирует частоту выброса ГнРГ в гипоталамо-гипофизарно-портальную систему [25]. Функционирование системы генов TAC3/TACR3 необходимо для нормальной эмбриональной секреции гонадотропинов. Механизмы, посредством которых мутации в этих генах влияют на центральную нейроэндокринную регуляцию полового созревания и репродукции у людей, плохо изучены [12].

Влияние лептина (ген LEP) на секрецию ГнРГ может быть опосредовано (по крайней мере, частично) продукцией кисспептиновых нейронов (Kp), которые играют фундаментальную роль в модуляции секреции ГнРГ [26]. Kp-нейроны чувствительны к количественному содержанию лептина в гипоталамусе: лептин стимулирует экспрессию гена KISS1 [27]. Кроме того, лептин уменьшает экспрессию нейропептида Y (NPY) в аркуатном ядре гипоталамуса, что, в свою очередь, уменьшает ингибирование ГнРГ [26]. Показано, что пара генов LEP/LEPR стимулирует выброс ЛГ и ФСГ с помощью азотной активации синтазы [28].

Продуктом гена PCSK1 является нейроэндокринная конвертаза 1 (NEC1), катализирующая процессинг прогормонов. В частности, она вовлечена в процессинг проопиомеланокортина, действующего на секрецию ГнРГ [27, 29].

Пара рецептор-лиганд GNRH1/GNRHR обеспечивает биологическое действие ГнРГ, регулирует синтез и секрецию ЛГ и ФСГ [28]. Рецептор, взаимодействуя с ГнРГ, активирует фосфолипазу С и мобилизует внутриклеточный кальций в гонадотрофах гипофиза, приводя к высвобождению гонадотропинов [4, 5, 30].

Гены HESX1, PROP1, DAX1 (NROB1), LHX3 и LHX4 участвуют в функционировании гонадотрофов гипофиза [1, 31]. Мутации в гене DAX1 приводят к снижению как гипоталамической секреции ГнРГ, так и гипофизарной выработки гонадотропинов [4, 32-34]. К другим генам, регулирующим секрецию ЛГ и ФСГ, относятся пары лиганд-рецептор LHB/LHR и FSHB/FSHR. Дефицит гонадотропинов обусловлен нарушением синтеза β-субъединиц лютропина (ген LHB) и фоллитропина (ген FSHB), так как β-субъединица определяет специфические свойства гормонов (узнавание рецептора, иммунные свойства). Мутации в гене LHB приводят к расстройству овуляции у женщин и дефициту тестостерона у мужчин, и, как результат, к ГГ [35]. Мутации в гене FSHB приводят к развитию первичной аменореи [32].

Таким образом, гены, ассоциированные с заболеванием, можно разделить на участвующие в патогенезе нИГГ и участвующие в патогенезе СК (рис. 3).