Негеномное действие тестостерона и его метаболитов на организм
Негеномные (быстрые) эффекты стероидов
Половые стероидные гормоны, включая андрогены, оказывают биологическое воздействие на все клеточные механизмы, включая пролиферацию, дифференцировку и гомеостаз. Исторически догма гормональной регуляции биологических функций была сосредоточена вокруг транскрипции генов и синтеза белка. Эта классическая геномная модель действия стероидных гормонов предполагает, что стероидные гормоны могут свободно пересекать плазматическую мембрану, проникать в цитоплазму, связываться со специфическими внутриклеточными белками стероидных рецепторов и активировать их. Связанные стероидные рецепторы действуют как факторы транскрипции и связываются в виде гомодимеров или гетеродимеров со специфическими элементами ответа ДНК в промоторах генов-мишеней, вызывая активацию или репрессию транскрипции и, как следствие, синтез белка (Рисунок 1).
Нет сомнений в том, что классическая геномная модель действия стероидов точно описывает молекулярные механизмы многих реакций на стероидные гормоны. Однако многочисленные эксперименты последних двух десятилетий подтверждают вывод о том, что некоторые реакции на стероиды связаны с неклассическими и изначально негеномными механизмами. Исследования на различных моделях in vitro и in vivo показали, что стероидные гормоны могут влиять на клеточные процессы негеномным образом. Например, связанные с гормонами/активированные ядерные рецепторы способны взаимодействовать с другими факторами транскрипции на промоторах генов-мишеней без прямого связывания с ДНК. Стероидные рецепторы способны активировать внутриклеточные сигнальные молекулы, такие как семейство митоген-активируемых протеинкиназ (MAPK), ERK1/2, посредством независимых от транскрипции механизмов. Также было показано, что стероиды быстро вызывают клеточные реакции, даже если им не удаётся проникнуть в клетку.
Возможно, наиболее консервативным клеточным ответом на стероидные гормоны, указывающим на негеномное действие, является быстрое повышение внутриклеточной концентрации кальция (Ca 2+), наблюдаемое в различных типах клеток. Эти эффекты проявляются в течение нескольких секунд или минут и описаны для всех классов стероидов.
Эта статья сосредоточена на потенциальных негеномных действиях андрогенов. Подобно негеномному действию других стероидов, существуют определённые основные критерии/категории, позволяющие считать андроген-индуцированную реакцию негеномной по своей природе:
1. Скорость: эффекты должны проявляться в течение периода времени (от секунд до минут), недостаточно длительного для обеспечения транскрипции/трансляции генов. Классическая геномная модель предсказывает, что задержка между воздействием стероидов и наблюдаемыми ответами не может быть короче, чем время, необходимое стероиду для запуска транскрипции гена с последующим синтезом белка. Обычно пик транскрипции генов достигает через несколько часов после воздействия стероидов, хотя латентный период событий транскрипции составляет всего 7,5 минут. Однако затем требуется дополнительное время для трансляции мРНК в белки, а также для процессинга белков и индукции измеримых ответов. Обычно клеточные реакции, отвечающие этому требованию, представляют собой изменения свободного внутриклеточного кальция и активацию путей вторичного мессенджера.
2. Мембранно-опосредованный ответ может включать встроенные в мембрану или связанные с ним рецепторы или связывающие белки, а также действие, которое может быть индуцировано даже тогда, когда стероид конъюгирован с молекулами, которые запрещают ему проникать глубоко в цитоплазму или перемещаться в ядро при связывании с рецептором. Наиболее распространённым примером является использование тестостерона (Т), конъюгированного с большими молекулами, такими как бычий сывороточный альбумин (БСА).
3. Отсутствие активации механизма транскрипции/трансляции. Эксперименты с использованием клеточных линий, в которых отсутствует необходимый механизм для геномного ответа, идентифицируют эффекты андрогенов, которые нечувствительны к ингибиторам транскрипции и трансляции, тем самым демонстрируют, что определённые стероидные ответы могут быть вызваны в системах, где синтез белка маловероятны или невозможны.
Эти неклассические действия гормонов были названы негеномными. Эта терминология, хотя и широко используется, несколько ошибочна, поскольку некоторые из ранее описанных негеномных действий гормонов могут приводить к геномным реакциям (т.е. активации вторичного мессенджера), однако это не во всех случаях тщательно изучалось и поэтому до сих пор остаётся неизвестным. Следовательно, в этом обсуждении термин «негеномный» будет использоваться для действий андрогенов, которые соответствуют вышеуказанным критериям, с оговоркой, что геномные эффекты могут быть идентифицированы как одна из многих последующих конечных точек. Существование этих альтернативных путей регуляции стероидных гормонов уже заставило эндокринологов и нейробиологов изменить своё представление о том, как стероидные гормоны регулируют функции клеток. Больше недопустимо предполагать, что ежеминутные изменения концентрации стероидов не регулируют биологически важные краткосрочные реакции.
Андрогены и механизмы регуляции внутриклеточного кальция.
Хотя данные, демонстрирующие негеномное действие андрогенов, ограничены, наиболее последовательным негеномным эффектом воздействия андрогенов является быстрое изменение Ca2+. Поскольку модуляция кальция представляет собой довольно быстрый ответ, происходящий в течение нескольких секунд или минут, предполагалось, что андроген должен связываться с каким-то рецептором на поверхности клетки, чтобы достичь такого результата (Рисунок 2). Интересно, что не все типы клеток, которые демонстрируют быстрый андрогенный ответ, экспрессируют классический ядерный андрогенный рецептор (АР) или блокируются антагонистами АР. Поэтому пока неизвестно, является ли рецептор, расположенный на поверхности клетки, классическим внутриклеточным АР, соединённым с другим механизмом передачи сигнала, расположенным в мембране, или уникальным белком, способным связывать андроген и инициировать каскады передачи сигнала.
На протяжении более двух десятилетий группа исследователей во главе с Фрэнком Вундерлихом демонстрировала изменения Ca2+ под воздействием андрогенов на ряде типов клеток, включая мышиные макрофаги. В макрофагах, использованных в этих экспериментах, отсутствовала измеримая экспрессия внутриклеточного АР. Однако введение Т повышало внутриклеточный кальций за счёт связывания с уникальной андроген-связывающей единицей и задействовало непотенциал-управляемые кальциевые каналы, ингибирующие G-белок и активацию пути фосфолипазы С (Рисунок 2). Мобилизация кальция также индуцировалась непроницаемым для плазматической мембраны T-BSA. На действие Т не влияли антагонисты АР, ацетат ципротерона или флутамид, тогда как оно полностью ингибировалось ингибитором фосфолипазы С, U-73122, и ингибитором G-белка, коклюшным токсином. Более того, на поверхности этих макрофагов были обнаружены предполагаемые сайты связывания Т. Было обнаружено, что эти сайты связывания интернализуются в кавеолах и везикулах, покрытых клатрином, после стимуляции агонистами. Эти данные позволяют предположить участие новой мембраны АР в андроген-зависимом Ca2+ ответе.
Быстрое, независимое от андрогенных рецепторов воздействие Т на внутриклеточный Ca2+ в клетках нейробластомы также было показано Estrada et al (2006). Первоначальное кратковременное повышение Ca2+ зависело от продукции инозитол-1,4,5-трифосфата, но распространение повышения уровня кальция требовало притока Ca2+ из внеклеточных источников, а также высвобождение Ca2+ из внутриклеточных запасов.
Похожий ответ обнаружен в остеобластах крыс, где Т индуцирует как приток внеклеточного Са2+ через Са2+ каналы, так и высвобождение Са2+ из внутренних депо через связанные с G-белком рецепторы, активирующие фосфолипазу С. В отличие от макрофагов, приток кальция в остеобласты был чувствителен к верапамилу, блокатору кальциевых каналов фенилалкиламина, что указывает на вовлечение потенциалзависимых кальциевых каналов. Следует отметить, что способность Т или Т, конъюгированного с БСА (Т-БСА), увеличивать Ca2+ в первичных остеобластах, как было обнаружено, имеет половой диморфизм. Т был способен индуцировать приток Ca2+ только в первичных остеобластах самцов, но не в клетках, полученных от самок. Напротив, приток Ca2+ в женские остеобласты зависел от эстрадиола негеномным образом, тогда как мужские остеобласты были нечувствительны к эстрадиолу. Причина этого полового диморфизма неизвестна, но возможно, что существуют разные мембранные рецепторы эстрадиола и Т.
Было также показано, что андрогены оказывают глубокое воздействие на клетки сердечно-сосудистой системы. Андрогены могут вызывать расслабление аорты и коронарных артерий, но могут также способствовать вазоконстрикции. Было показано, что перфузия Т в изолированные сердца крыс вызывает резкое увеличение сосудистого сопротивления и блокирует действие сосудорасширяющих агентов. Предполагалось, что эти эффекты имеют негеномное происхождение, поскольку они воздействуют на клеточную мембрану. Было обнаружено, что в культивируемых кардиомиоцитах Т индуцирует быстрое увеличение Ca2+ за счёт активации андрогенного рецептора плазматической мембраны, связанного с PTX-чувствительным сигнальным путём G-белок-PLC/IP3 (Рисунок 2). Вызванное андрогенами повышение Ca2+ в кардиомиоцитах, по-видимому, зависит от высвобождения Ca2+ из внутренних запасов по PLC/IP3-зависимому механизму.
О способности Т индуцировать быстрый приток Са2+ также сообщалось в первичных культурах клеток Сертоли крысы. Увеличение Ca2+ в клетках Сертоли происходит в течение 4 минут после обработки Т и может ингибироваться антагонистом андрогенных рецепторов флутамидом. Подобным образом было показано, что 5α-дигидротестостерон (ДГТ), увеличивает Ca2+ в клетках рака простаты человека (LNCaP) и в первичных нейронах гиппокампа, ответ, который в обоих случаях также может быть блокируется флутамидом. Однако в первичных нейронах гиппокампа остаётся неизвестным, вызвано ли андроген-индуцированное увеличение негеномными действиями.
В случае андрогенной индукции мобилизации Ca2+ относительно мало известно о конечном клеточном эффекте. Ca2+ функционирует как вездесущая молекула-вторичный мессенджер, а модуляция внутриклеточных уровней Ca2+ влияет на широкий спектр клеточных процессов, включая пролиферацию клеток, апоптоз, некроз, подвижность и экспрессию генов. Повышение Ca2+ детектируется специфическими сенсорными молекулами Ca2+ (включая PKC и кальмодулин), чтобы индуцировать каскады сигнальной трансдукции и модуляцию транскрипции. Андрогенно-индуцированное повышение Ca2+ само по себе может регулировать активацию АР, поскольку повышенные уровни Ca2+ стимулируют связывание андрогенов с АР. Кроме того, андрогены могут активировать пути кальций-зависимых киназ, таких как ERK или Src, которые могут фосфорилировать АР и усиливать его активность. Однако было обнаружено, что устойчивое повышение Ca2+ после лечения ионофорами Ca2+ или ингибиторами Ca2+-АТФазы снижает экспрессию АР. Следовательно, функциональное значение андроген-индуцированной негеномной передачи сигналов Ca2+ , в частности, в отношении экспрессии генов и клеточных функций, ещё не полностью понятно.
Самый интригующий вывод, который можно сделать из многочисленных наблюдений негеномного андроген-опосредованного увеличения Ca2+, заключается в том, что механизмы, вызывающие это увеличение, по-видимому, различны в разных типах клеток. Ещё предстоит определить, представляет ли это функцию различных андрогенсвязывающих белков с различным распределением, зависящим от типа клеток, или существует один мембранный андрогенсвязывающий белок, который передаёт свой сигнал способом, подверженным различиям, специфичным для других типов клеток. Тем не менее, изменяя Ca2+ уникальными способами, клетки, подвергшиеся воздействию андрогенов, могут использовать одну и ту же сигнальную молекулу для специфической регуляции различных клеточных функций.
Андрогены вызывают изменения в «гибкости» мембран.
Независимо от рецепторов, каналов или путей вторичного мессенджера, андрогены могут опосредовать некоторые негеномные действия посредством своих структурных свойств. Было обнаружено, что метаболиты андрогенов приобретают дополнительные заряды за счёт сульфатных остатков и, в свою очередь, достигают необходимого заряда для проникновения в липидно-белковый комплекс клеточной мембраны, тем самым уменьшая гибкость мембраны и модулируя действие ферментов, необходимых для гидролиза АТФ. Например, Вербист и др. (1991) продемонстрировали прямое взаимодействие отрицательно заряженных фосфолипидов с мембранными кальциевыми насосами АТФазы посредством флуоресцентного резонансного переноса энергии. Эти наблюдения могут иметь физиологические последствия, поскольку локальный синтез стероидов может обеспечить постоянную, независимую от кальция регуляцию активности Са2+ -АТФазы в плазматических мембранах нейронов. В подтверждение этой гипотезы было показано, что гидрофобные стероиды, включая Т и ДГТ, взаимодействуют с мембранными фосфолипидами, влияют на текучесть мембран (Рисунок 2).
Аналогично, было показано, что молекулы, которые взаимодействуют с липидным бислоем, такие как холестерин, снижают активность как катион-активируемых аденозин-5-трифосфатаз, таких как натрий/калиевая аденозин-5-трифосфатаза (Na/K-АТФаза), так и кальций-аденозин-5-трифосфатаза зависимая от аденозин-5-трифосфатазы (Ca2+ -АТФаза). Тестостерон, по-видимому, увеличивает активность как Na/K-АТФазы, так и Ca2+-АТФазы. Острая обработка Т вызывает дозозависимое увеличение гидролитической способности Са2+-АТФазы, очищенной из синаптосомальных мембран коры головного мозга крысы.
Аналогичным образом было показано, что Т ослабляет передачу сигналов липополисахаридов. Тестостерон снижает индуцированную липополисахаридами активацию промотора c-fos и выработку оксида азота, что устраняется внутриклеточным хелатором Са2+ BAPTA. Тестостерон также ослабляет активацию липополисахаридов р38, но не ERK1/2 и JNK/SAPK, и это ингибирование также устраняется в присутствии BAPTA.
Также было показано, что тестостерон препятствует прямому межклеточному обмену ионов и молекул, который происходит через щелевые контакты в клетках Сертоли и сердца молодых крыс. Щелевые соединения представляют собой специализированные мембранные каналы, построенные в результате взаимодействия двух полуканалов, называемых коннексонами. Лечение тестостероном вызывало быстрое нарушение межклеточного взаимодействия. Это прерывание межклеточной коммуникации через каналы щелевых соединений зависело от дозы и постепенно обращалось вспять после отмены тестостерона. Предварительная обработка антагонистом АР, ципротерона ацетатом, не смогла предотвратить разобщающее действие Т. Механизм выявленного разобщения неизвестен, но может быть результатом прямого взаимодействия Т с мембраной, приводящего к изменению конформации каналов щелевого соединения. и тем самым изменить своё функциональное состояние.
Андрогены активируют пути вторичного мессенджера
Было показано, что помимо кальция тестостерон быстро активирует и другие пути вторичного мессенджера. Было показано, что тестостерон снижает приток калия в ооциты, сверхэкспрессируя G-белок внутрь, выпрямляя калиевые каналы, что ещё больше вовлекает андрогены в ослабление активности Gβγ. Интересно, что снижение экспрессии АР за счёт РНК-интерференции снижает влияние Т на активность калиевых каналов при низких, но не высоких концентрациях Т.
Было показано, что андрогенные рецепторы активируют пути вторичных мессенджеров независимо от их классической транскрипционной активности. В соответствии с этим способом действия было обнаружено, что АР взаимодействует с тирозинкиназой c-Src и активирует её. c-Src обычно нацелен на внутреннюю поверхность плазматической мембраны, что указывает на необходимость мембраносвязанного АР. Тирозинкиназная активность c-Src автоматически ингибируется за счёт взаимодействия между тирозинкиназным доменом и доменами гомологии Src2 (SH2) и гомологии Src3 (SH3). Нарушение этих взаимодействий белками, связывающимися с доменами SH2 или SH3, приводит к активации киназы c-Src. Было показано, что рецептор андрогена, связанный с андрогеном, взаимодействует с доменом SH3 c-Src (Рисунок 1). Ассоциация АР с c-Src приводит к стимуляции активности киназы c-Src в течение 1 мин в линии клеток рака простаты LNCaP. Кроме того, было показано, что АР образует комплекс с Src и белком MNAR (модулятор негеномного действия рецептора эстрогена). Было показано, что в клетках рака простаты ассоциация AR/Src/MNAR и результирующая активация MAPK являются как андроген-зависимыми, так и независимыми. Одной из мишеней c-Src является адаптерный белок Shc, вышестоящий регулятор пути MAPK. c-Src-опосредованная активация MAPK участвует во многих клеточных процессах, включая миграцию, пролиферацию и дифференцировку.
Введение андрогенов также приводит к стимуляции двух членов сигнального каскада MAPK: Raf-1 и ERK-2, в течение 5 минут. Андрогенная индукция передачи сигналов c-Src/Raf/ERK останавливается ингибированием активности киназы c-Src или лечением антагонистами АР. В AR-негативных клетках COS-1 трансфекция АР необходима для индукции андроген-зависимого увеличения активности c-Src/Raf/ERK. Эти результаты позволяют предположить, что андрогены действуют через известный АР, активируя негеномный путь вторичного мессенджера. Интересно, что АР может также функционировать совместно с рецепторами эстрогена (ЭР), индуцируя активность киназы c-Src как часть комплекса, состоящего из c-Src, ЭР и АР.
Одним из негеномных действий АР в конечном итоге может быть влияние на транскрипционную активность, опосредованную АР. Активность АР и коактиваторов АР модулируется прямым фосфорилированием МАРК. Фосфорилирование АР с помощью ERK-2 связано с повышенной транскрипционной активностью АР и повышенной способностью рекрутировать коактиваторы. Семейство транскрипционных коактиваторов стероидных рецепторов (SRC) является мишенью фосфорилирования МАРК. Фосфорилирование SRC приводит к увеличению способности этих коактиваторов рекрутировать дополнительные корегуляторные комплексы к ДНК-связанному рецептору. Возможно, что андрогены могут индуцировать аутокринный тип петли прямой связи, в которой андроген-связанный АР стимулирует путь MAPK посредством прямого взаимодействия с киназой c-Src, что приводит к фосфорилированию АР и коактиваторов АР и усилению транскрипционной активности АР.
Андрогены также могут активировать цАМФ и протеинкиназу А (ПКА) через рецептор ГСПГ (Рисунок 1). ГСПГ представляет собой гликопротеин, полученный из печени, который связывается с половыми гормонами, в частности с Т, ДГТ и эстрадиолом. Большая часть сывороточного Т и ДГТ (приблизительно 60%) находится в комплексе с ГСПГ, а остальная часть связана с альбумином. Рецептор клеточной поверхности для ГСПГ функционально идентифицирован во многих тканях, включая простату, яички, молочные железы и печень. Индукция цАМФ с помощью ГСПГ приводит к активации ПКA в клетках рака простаты и молочной железы. Транскрипционная активность андрогенных рецепторов усиливается при стимуляции ПКA. Однако АР не содержит консенсусного сайта фосфорилирования ПКA и не фосфорилируется напрямую с помощью ПКA. Усиление транскрипции АР с помощью ПКA может происходить за счёт повышения активности корегуляторов АР. Было обнаружено, что фосфорилирование корегуляторных белков влияет на их способность взаимодействовать со стероидными рецепторами и влияет на рекрутирование других корегуляторных белков. Следовательно, возможно, что «андроген-ГСПГ-стимуляция ПКA» может привести к изменению фосфорилирования АР и его корегуляторов и, таким образом, модулировать транскрипционную активность АР (Рисунок 1).
Было показано, что обработка клеток простаты LNCaP T-BSA вызывает фосфорилирование и активацию киназы фокальных контактов (FAK) и увеличивает секрецию простат-специфического антигена (ПСА) в течение нескольких минут. Активированный FAK, в свою очередь, фосфорилирует и активирует киназу фосфатидилинозитол-3 (PI-3), а последующая активация последней приводит к активации малых гуанозинтрифосфатаз Cdc42/Rac1 и изменениям цитоскелетного белка актина. Предварительная обработка клеток специфическим ингибитором киназы PI-3, вортманнином, устраняла как активацию Cdc42/Rac1, так и изменения актинового цитоскелета, но не влияла на фосфорилирование FAK. Эти данные указывают на то, что киназа PI-3 активируется ниже FAK и выше Cdc42/Rac1, чтобы впоследствии регулировать динамику актина. Секреция ПСА, индуцированная T-BSA, требует реорганизации актинового цитоскелета, поскольку совместное инкубирование клеток с агентом, разрушающим актин, блокирует секрецию ПСА.
Мембранные рецепторы
Существование нового мембраносвязанного АР было постулировано рядом авторов на основании обнаружения специфического связывания андрогенов с плазматическими мембранами в различных типах клеток, включая эндотелиальные клетки, клетки рака молочной железы и клетки рака предстательной железы, остеобласты, макрофаги и Т-лимфоциты. Способность андрогенов быстро модулировать активность ионных каналов и Ca2+ наблюдалась в нескольких типах клеток.. К сожалению, предполагаемый мембранный АР ещё не очищен и не клонирован, что не позволяет провести дальнейшую окончательную характеристику. Примером такого рецептора-кандидата является АР45, сплайсинговый вариант АР, лишённый части n-концевого домена, кодируемого экзоном 1, который был обнаружен в сердце и скелетных мышцах. Неясно, играет ли этот усечённый АР значительную роль в действии андрогенов в этих тканях.
Идентификация отдельных мембранных рецепторов для других стероидных гормонов позволяет предположить, что также могут существовать новые мембранные рецепторы для андрогенов. Иммунореактивность андрогенных рецепторов (АР-IR) была обнаружена в дендритных шипиках, многие из которых возникают из дендритов пирамидных и гранулярных клеток. Андрогенный рецептор-IR также связан с скоплениями небольших синаптических везикул внутри претерминальных аксонов и окончаний аксонов. Рецепторы андрогенов, как и другие белки стероидных рецепторов, по-видимому, имеют консервативную аминокислотную последовательность для возможного перемещения через мембрану. Мутационный анализ установил, что мотив из 9 аминокислот в лигандсвязывающем домене АР опосредует мембранную транслокацию посредством пальмитоилирования. Мутации этих аминокислот значительно снижают мембранную локализацию, активацию киназы MAPK и PI3.
Как и в случае с рецептором ГСПГ, другие известные рецепторы могут играть роль в негеномном действии андрогенов. Андрогены имеют специфический участок связывания на рецепторах нейромедиаторов, в частности на рецепторе гамма-аминомасляной кислоты А (ГАМК А). Связывание с рецепторами ГАМК А изменяет активность нейронов посредством изменения постсинаптического торможения. В частности, было показано, что метаболит ДГТ, 3α-диол, изменяет функцию рекомбинантного крысиного рецептора ГАМК А в ооцитах, и его влияние на сексуальную восприимчивость, как предполагается, осуществляется посредством стимулирования ГАМК-стимулированной хлоридный флюс (Рисунок 2). Гормональная терапия также приводит к быстрому отрицательному и положительному воздействию на другие рецепторы плазматической мембраны ионных каналов, включая рецепторы N-метил-D-аспартата (NMDA), глициновые и никотиновые рецепторы, а также рецепторы, связанные с G-белком. Также хорошо известно, что возбудимость нейронов, опосредованная ионными каналами, модулируется местными нейроактивными стероидами. Таким образом, быстрая индукция нейроактивными стероидами плазматической мембраны может играть важную роль в регуляции функции мозга. Ещё предстоит определить, будет ли модуляция, вызванная другими стероидами, такой же для андрогенов, как и в рецепторе ГАМК А.
Быстрое влияние андрогенов на регуляцию высвобождения ГнРГ
Известно, что андрогены оказывают быстрое воздействие на биологические системы. Андрогены тесно связаны с нейроэндокринным контролем гонадотропин-рилизинг-гормона (ГнРГ). Давно известно, что андрогены ингибируют секрецию ЛГ, которая находится под прямым контролем гипоталамуса посредством секреции ГнРГ. Хотя известно, что андрогены влияют на чувствительность гипофиза к ГнРГ, есть данные, которые убедительно свидетельствуют о нейрональном компоненте андрогенной регуляции секреции ЛГ, однако конкретные нервные участки действия андрогенов остаются в значительной степени неизвестными. Например, кастрация не влияет на уровни мРНК ГнРГ в течение первых 7 недель после кастрации. Однако некоторые исследования показали, что Т повышает уровни мРНК ГнРГ при введении кастрированным самцам крыс. Кроме того, было показано, что Т увеличивает уровни ГнРГ у кастрированных крыс и обезьян. Однако, поскольку Т может ароматизироваться до эстрогенных метаболитов, и эти результаты не были воспроизведены с неароматизируемым андрогеном, одним только ДГТ, или в отсутствие активации рецептора эстрогена, неизвестно, действует ли эстрогенный метаболит тестостерона на увеличение ГнРГ. Аналогично, влияние андрогенов на секрецию ГнРГ может быть косвенно опосредовано опиоидами, поскольку налоксон, общий антагонист опиоидных рецепторов, может блокировать андроген-индуцированную отрицательную обратную связь in vivo. Возможно, самое главное, что нейроны ГнРГ не содержат АР. Поэтому широко распространено мнение, что андрогены действуют через транссинаптический путь с участием интернейронов, влияя на секрецию ГнРГ.
О возможном прямом действии андрогенов на ГнРГ-нейроны свидетельствуют результаты исследований, демонстрирующих экспрессию и функцию классического ядерного АР в ГнРГ-секретирующей гипоталамической клеточной линии GT1. Более того, Shakil и др. (2002) продемонстрировали классический АР во фракциях плазматических мембран клеток GT1-7. Они наблюдали активность связывания андрогенов с непроницаемым для клеток T-BSA и смогли обнаружить белок массой 110кДа, распознаваемый моноклональным антителом (MA150), нацеленным на внутриклеточный АР, во фракции плазматической мембраны клеток GT1-7. Эти исследования также продемонстрировали, что когда клетки GT1-7 были трансфицированы химерным белком АР, меченным зелёным флуоресцентным белком, рецептор транслоцировался на плазматическую мембрану, и мембранный транспорт АР увеличивался в присутствии ДГТ.
Кроме того, эти исследования выявили негеномное действие АР в нейронах GT1-7. В то время как лечение только ДГТ не оказывает влияния на цАМФ, ДГТ ингибирует стимулированное форсколином накопление цАМФ посредством чувствительного к коклюшному токсину G-белка. Ингибирование стимулированного форсколином накопления цАМФ с помощью ДГТ блокировалось антагонистом АР, гидроксифлутамидом. Интересно, что уровни мРНК ГнРГ снижались под действием ДГТ и T, но не при обработке T-BSA, что указывает на различные геномные/негеномные действия в этой клеточной линии.
Быстрое влияние андрогенов и метаболитов андрогенов на поведение
Было показано, что введение андрогенов вызывает быстрые изменения в поведении животных, хотя точный механизм действия пока трудно определить. Используя рефлекс женского лордоза в качестве конечной точки, исследователи показали, что андрогены могут быстро модулировать сексуальную восприимчивость у самок грызунов. Было показано, что ДГТ и 3α-диол играют важную роль в прекращении половой восприимчивости у грызунов, и этот эффект наблюдается при отсутствии функциональных внутриклеточных рецепторов андрогенов. Аналогично, изменение функции рецептора ГАМК А в гипоталамусе может отменить ингибирование 3α-диолом сексуальной восприимчивости. Эти данные свидетельствуют о том, что 3α-диол может влиять на лордоз посредством неклассических действий.
ДГТ ингибирует индуцированную эстрогеном сексуальную восприимчивость у нескольких видов грызунов, но точные механизмы, с помощью которых ДГТ подавляет репродуктивные процессы, до сих пор неясны. Было высказано предположение, что ДГТ может ингибировать сексуальную восприимчивость, препятствуя связыванию Э с его рецептором или его ранее упомянутым метаболитом, 3α-диолом. ДГТ легко и обратимо метаболизируется до 3α-диола ферментом 3-α-гидроксистероиддегидрогеназой (3α-HSD или альдо-кеторедуктаза 1C, членом суперсемейства белков AKR) во многих тканях, включая мозг, при этом конверсия происходит и в астроцитах. И 3α-диол, и ДГТ ингибируют Э-индуцированное поведение лордоза. Однако 3α-диол в три раза более эффективен, чем ДГТ, а ДГТ эффективен с точки зрения поведения только в дозах, обеспечивающих уровень 3α-диола в крови, достаточный для ингибирования сексуального поведения.
3α-андростандиол также изменяет аффективные компоненты поведения в зависимости от пола. Вливание 3α-диола в базолатеральную миндалину изменяет поведение в тесте предпочтения условного места и тесте конфликта Фогеля у самок крыс, но не оказывает эффекта на самцов. Кроме того, 3α-диол оказывает положительное и подкрепляющее действие при введении самкам крыс с удалёнными яичниками.
У кошек 3α-диол быстро и обратимо ингибирует электрическую активность мозга. 3α-диол обладает мембранным действием, о чем свидетельствует его способность, конъюгированного с БСА, изменять сексуальную восприимчивость после центрального введения аналогично тому, что наблюдается при системном введении 3α-диола. Аналогичным образом, 3α-диол может влиять на поведение лордоза, действуя через рецепторы ГАМК А. Стимулированный ГАМК поток хлоридов увеличивается у восприимчивых животных по сравнению с таковым у невосприимчивых контрольных животных с удалёнными яичниками, тогда как ГАМКергическая активность дополнительно повышается у крыс с ингибированной восприимчивостью.
Нейропротекторная роль
Сообщается, что в центральной нервной системе андрогены могут оказывать как нейропротекторное, так и нейроопасное действие. Было обнаружено, что ДГТ регулирует клеточный рост, дифференцировку, выживание или смерть посредством как геномных, так и негеномных сигнальных путей. Андрогены, включая Т и ДГТ, могут защищать нейроны от различных повреждений в культуре, включая токсичность каиновой кислоты, токсичность β-амилоида и депривация сыворотки. Было показано, что они быстро активируют связанный с цитопротекцией путь ERK/MAPK. Считается, что рецептором, опосредующим эти защитные эффекты, является АР, поскольку антагонисты АР блокируют нейропротекторные эффекты. Напротив, было обнаружено, что супрафизиологические уровни Т увеличивают апоптоз нейронов. Фактически, эффекты Т, способствующие повреждению, наблюдались в нескольких экспериментальных моделях. Например, было показано, что Т увеличивает размер поражения, возникающего в результате окклюзии средней мозговой артерии у самцов крыс. Более того, обработка Т увеличивала вызванную каиновой кислотой гибель клеток культивируемых олигодендроцитов. Таким образом, андрогены могут защищать или способствовать повреждению, но механизм, лежащий в основе этой двойственности, до сих пор неясен. Однако было предложено несколько гипотез, объясняющих эти несопоставимые эффекты андрогенов.
Внутриклеточные пути, лежащие в основе защитного или угрожающего действия андрогенов, можно объяснить тем фактом, что андрогены вызывают противоположные действия на сигнальные пути ERK/MAPK и Akt. Это контрастирующее действие зависит от того, активируется ли мембранная АР или внутриклеточная АР. Гатсон и др. (2007) предположили, что андрогены могут по-разному влиять на жизнеспособность клеток в зависимости от того, какой рецептор активирован. Было показано, что дигидротестостерон защищает первичные кортикальные астроциты от метаболического и окислительного повреждения, связанного с токсичностью, вызванной йодуксусной кислотой, тогда как ДГТ-БСА подавляет передачу сигналов Akt, увеличивает активность каспазы 3/7 и усиливает гибель клеток, индуцированную йодуксусной кислотой. Стимулирующие эффекты ДГТ на внутриклеточную передачу сигналов и выживаемость клеток блокировались антагонистом АР, флутамидом, тогда как как индуцированное ДГТ-БСА подавление ERK и фосфорилирования Akt, так и ДГТ-БСА-индуцированное увеличение гибели клеток были нечувствительны к флутамиду. Аналогичным образом, в клетках рака молочной железы T47D и клетках рака предстательной железы LNCaP эффекты андрогенов, способствующие гибели клеток, были приписаны мембранному АР из-за того, что Т-БСА имитировал эффекты, способствующие гибели клеток. В головном мозге было показано, что ДГТ-БСА подавляет фосфорилирование двух ключевых эффекторов выживания клеток (пути MAPK и PI-3K/Akt). В присутствии анионного алкилирующего агента йодоацетата было установлено, что активация мембранного АР с помощью ДГТ-БСА усиливает гибель клеток первичных кортикальных астроцитов. В совокупности эти данные подтверждают существование двух потенциально конкурирующих путей поступления андрогенов в данную клетку или ткань. Роль андрогенов в выживании клеток, по-видимому, проявляется двумя конкурирующими путями: один связан с защитой мозга, а другой — со стимулированием гибели клеток.
