Jajniki i jądra charakteryzują się tym, że są zbudowane z dwóch różnych strukturalnie i funkcjonalnie elementów, w których odbywa się równoległe wytwarzanie gamet i synteza hormonów steroidowych. Gametogeneza i synteza hormonów steroidowych znajduje się pod bezpośrednią kontrolą gonadotropin – folitropiny (FSH) i lutropiny (LH). Receptory dla FSH w jajniku zlokalizowane są w komórkach ziarnistych, w jądrach – w komórkach Sertoliego. Receptory dla LH w jajnikach znajdują się w komórkach otoczki wewnętrznej i w komórkach ziarnistych, w których są syntetyzowane pod wpływem stymulacji przez FSH i estrogeny w fazie lutealnej cyklu płciowego. Receptory dla LH w jądrach znaleziono w komórkach Leydiga (1).

Niezależnie od gonadotropin na steroidogenezę w gonadach może wpływać szereg innych czynników, takich jak prostaglandyny, cytokiny, hormony (angiotensyna II i inne) i neuropeptydy (kortykoliberyna – CRH, hormon uwalniający gonadotropiny – GnRH, hormon uwalniający hormon wzrostu – GHRH, VIP, PACAP i inne). Niektóre z nich są syntetyzowane bezpośrednio w gonadach, gdzie zidentyfikowano specyficzne dla nich receptory. Stwierdzono również, że część z wyżej wymienionych czynników niezależnie od gonadotropin wpływa modulująco na wydzielanie hormonów gonadowych w mechanizmie oddziaływań autokrynnych i parakrynnych (1, 2, 3, 4).

Biosynteza i wydzielanie testosteronu przez jądra przebiega acyklicznie. Biosynteza i wydzielanie przez jajniki hormonów steroidowych estrogenów i progesteronu przebiega w sposób okresowy, cykliczny. Wynika to z precyzyjnej regulacji centralnej podwzgórzowo-przysadkowej i lokalnej wewnątrzjajnikowej związanej z miejscowo wydzielanymi czynnikami wywierającymi wpływ na steroidogenezę. Na szczególną uwagę zasługują VIP i PACAP, które – podobnie jak sekretyna, glukagon, peptyd histydynowo-metioninowy (PHM-27) i GH-RH – należą do rodziny neuropeptydów sekretyny i glukagonu (5).

VIP i PACAP, neuropeptydy o działaniu plejotropowym, występują głównie w ośrodkowym i obwodowym układzie nerwowym, wywierając działanie biologiczne w tkankach i narządach organizmów filogenetycznie odległych od siebie (6). VIP i PACAP jako neuroprzekaźniki i neuromodulatory, oddziałując parakrynnie i autokrynnie, wpływają na wydzielanie hormonów podwzgórzowych oraz hormonów wydzielanych przez inne gruczoły dokrewne, relaksację mięśni gładkich, procesy troficzne w układzie nerwowym i neurogenezę w życiu płodowym. Poza tym VIP i PACAP wpływają na zachowanie homeostazy ustrojowej poprzez działanie immunomodulacyjne, przeciwzapalne i cytoprotekcyjne oraz poprzez hamowanie apoptozy i proliferacji komórek nowotworowych (6, 7, 8, 9).

W niniejszym opracowaniu zwrócono szczególną uwagę na możliwości wpływu VIP i PACAP na wydzielanie hormonów steroidowych przez gonady.

VIP (peptyd zbudowany z 28 aminokwasów) po raz pierwszy został wyizolowany ze ściany jelita cienkiego świni w 1970 roku (10). W organizmach żywych syntetyzowany jest w postaci cząsteczki preproVIP, składającej się z 170 aminokwasów, od której na drodze enzymatycznej odłącza się proVIP i następnie VIP, oraz PHM-27 u człowieka, a u innych ssaków peptyd histydynowo-izoleucynowy (PHI-27) (11).

PACAP jest najpóźniej odkrytym neuropeptydem z rodziny neuropeptydów sekretyny i glukagonu. Po raz pierwszy PACAP został wyizolowany z podwzgórza wołu w 1989 roku (12). PACAP występuje w dwóch formach molekularnych – PACAP 38 (peptyd zbudowany z 38 aminokwasów) i PACAP 27 (peptyd zbudowany z 27 aminokwasów) mających identyczną sekwencję 27 aminokwasów, rozpoczynając od N końcowych 27 reszt aminokwasowych PACAP 38. PACAP 27 i PACAP 38 pochodzą z tego samego prekursora. Cząsteczka prekursora PACAP zawiera u człowieka 176 aminokwasów i 175 u szczura i jest zbliżona budową do cząsteczki preproVIP. U człowieka sekwencja aminokwasów PACAP 38 i VIP wykazują 68% homologii (12). DNA kodujący PACAP u człowieka zachowuje 96% identyczności nukleotydów DNA kodującego PACAP u strunowców. Badania genetyczne wskazują na konserwatywny charakter genu kodującego PACAP w organizmach filogenetycznie odległych od siebie o ponad 700 milionów lat. Konserwatyzm struktury genu i budowy PACAP świadczy o podstawowym znaczeniu biologicznym PACAP w regulacji kluczowych procesów życiowych w organizmach żywych (6).

Receptory VIP i PACAP należą do rodziny receptorów metabotropowych dla sekretyny, glukagonu i GHRH sprzężonych czynnościowo z białkami regulacyjnymi G, zbudowanych z łańcucha białkowego, przenikającego siedmiokrotnie przez błonę komórkową. Ze względu na podobieństwo sekwencji aminokwasów w cząsteczce większość peptydów z rodziny sekretyny i glukagonu może łączyć się z receptorami dla VIP (13, 14).

VIP wywiera działanie poprzez interakcję z co najmniej dwoma receptorami VPAC1 i VPAC2 (15). PACAP – poprzez interakcję z trzema receptorami PAC1, VPAC1, VPAC2 (13, 14). Receptor PAC1 występuje w dwóch formach – typ IA (17, 18), który znajduje się w jajnikach, oraz typ IB (19), który znajduje się w jądrach. Klonowanie receptorów PACAP pozwoliło na wyodrębnienie pięciu wariantów receptora PAC1 różniących się między sobą strukturą przestrzenną (20). Receptor VPAC1 głównie jest zlokalizowany w ośrodkowym układzie nerwowym i w niewielkim stopniu w tkankach obwodowych. Natomiast receptor VPAC2 głównie zlokalizowany jest w gruczołach dokrewnych (15) i jego pobudzenie jest związane z neuroendokrynnym oddziaływaniem VIP (15).

W jajnikach szczura wykryto obecność mRNA dla VIP (21), przejściową ekspresję mRNA dla PACAP w okresie przedowulacyjnym oraz receptory dla VIP i PACAP – VPAC2 i PAC1 (22). W jądrach szczura znaleziono również mRNA dla receptora VPAC2 (15). Stosując metodę odwrotnej transkrypcji i polimerazowej reakcji łańcuchowej (PT-PCR), potwierdzono w przedowulacyjnych pęcherzykach jajnika szczura obecność dwóch receptorów PAC1 i VPAC2 (23) .

Pierwszym etapem biosyntezy hormonów steroidowych w jajnikach i jądrach jest konwersja cholesterolu do pregnenolonu (24). Jest to etap kluczowy i wspólny dla syntezy wszystkich hormonów steroidowych, który przebiega przy udziale kompleksu enzymatycznego P-450 scc (24), według nowego nazewnictwa CYP-11A (25) wbudowanego w wewnętrzną błonę mitochondrialną (26). Kolejny etap, którym jest konwersja pregnenolonu do progesteronu i odbywa się pod wpływem działania enzymu 3β-dehydrogenazy hydroksysteroidowej / Δ4-5 izomerazy (3β-HSD)(24).Czynnikiem limitującym biosyntezę hormonów steroidowych jest szybkość przechodzenia cholesterolu w przestrzeni od zewnętrznej do wewnętrznej błony mitochondrialnej (27, 28).

W ostatnich latach coraz większą uwagę zwraca się na rolę białka StAR (Steroidogenic Acute Regulatory Protein) w procesie biosyntezy progesteronu jako czynnika limitującego szybkość steroidogenezy w jajnikach i korze nadnerczy poprzez wpływ na transport cholesterolu w przestrzeni od zewnętrznej do wewnętrznej błony mitochondrialnej (27, 28, 29). Stwierdzono, że w odpowiedzi na hormonalną stymulację gruczołów dokrewnych dochodzi do syntezy termolabilnego białka (białka StAR), wrażliwego na cykloheksoimid (inhibitor syntezy białka), które jest odpowiedzialne za natychmiastowe pobudzenie syntezy steroidów w jajniku i korze nadnerczy (27). Stwierdzono, że w przypadku mutacji genu StAR u pacjentów z wrodzoną lipoidalną hiperplazję nadnerczy występuje zahamowanie możliwości syntezy steroidów gonadowych i nadnerczowych, co potwierdza znaczenie StAR w mechanizmie steroidogenezy (30). Wykazano również, że białkiem związanym z regulacją syntezy hormonów steroidowych jest obwodowy receptor benzodiazepiny PBR (31, 32). Zarówno białko StAR, jak i PBR w powiązaniu z trzecim białkiem endozepiną są związane z transportem cholesterolu w przestrzeni między błonami mitochondrialnymi (33). Długotrwała stymulacja syntezy steroidów wymaga de novo syntezy mRNA (27). W doświadczeniach przeprowadzonych w hodowli linii komórkowej MA-10 nowotworów komórek Leydiga myszy wykazano, że długotrwała stymulacja syntezy progesteronu wymaga zachowanej zdolności transkrypcji dla podtrzymania syntezy białka StAR (34). Wykazano również, że regulacja steroidogenezy i syntezy białka StAR odbywa się poprzez oddziaływanie cAMP na rodzinę czynników CREB (35). Biosynteza pregnenolonu i progesteronu w gonadach zapewnia możliwość dalszej syntezy hormonów steroidowych, takich jak androgeny, w tym testosteronu, oraz estrogenów.

Po raz pierwszy wykazano stymulujące działanie VIP na sekrecję i syntezę estrogenu i progesteronu w hodowli komórek ziarnistych pobranych z jajnika niedojrzałych szczurzyc po usunięciu przysadki i stymulacji estrogenami (36). W wyniku przeprowadzonych doświadczeń stwierdzono, że VIP w sposób zależny od dawki, niezależnie od obecności FSH, stymulował sekrecję estrogenu i progesteronu. Stymulowany przez VIP wzrost wydzielania estrogenu stanowił 28% wartości uzyskanej przy maksymalnej stymulacji przez FSH. Stymulacja przez VIP wydzielania progesteronu stanowiła 15% maksymalnej wartości uzyskanej przy maksymalnej stymulacji przez FSH. Wzrostowi syntezy estrogenu i progesteronu towarzyszył równoległy wzrost akumulacji cAMP w komórkach i w medium. Po dodaniu do medium inhibitora fosfodwuesterazy stwierdzono dodatkowy wzrost wydzielania estrogenów i progesteronu w odpowiedzi na stymulacje przez VIP. Na podstawie przedstawionych wyników wyciągnięto wniosek, że w komórkach ziarnistych jajnika postreceptorowym wewnątrzkomórkowym przekaźnikiem dla VIP jest cAMP. Wiadomo, że w jajniku pobudzenie cyklazy adenylowej i hydroliza ATP do cAMP prowadzi do aktywacji kinazy proteinowej A (PKA) w cytoplazmie i fosforylacji białek enzymatycznych związanych z regulacją steroidogenezy. Wykazano, że VIP stymuluje wydzielanie estrogenów w sposób podobny do działania FSH poprzez pobudzenie aktywności aromatazy, natomiast stwierdzono, że stymulacja wydzielania progesteronu jest bardziej złożona. W opisanym doświadczeniu wzrost syntezy progesteronu pod wpływem działania VIP przebiegał równolegle ze wzrostem syntezy pregnenolonu, przyśpieszeniem konwersji pregnenolonu do progesteronu poprzez aktywację 3-β-HSD i zahamowaniem rozkładu progesteronu poprzez zahamowanie aktywności 20-α-dehydrogenazy hyroksysteroidowej (20-α-HSD). Wykazano dodatkowo, że PHM-27, który w swojej strukturze wykazuje 44% identyczności w sekwencji aminokwasów z VIP, w dużo mniejszym stopniu stymulował wydzielanie progesteronu i estrogenów niż VIP. Stwierdzono również, że inne peptydy należące do tej samej rodziny, mianowicie sekretyna i glukagon (który wykazuje najmniejsze podobieństwo strukturalne do VIP – tylko 17% identyczności w sekwencji aminokwasów) w tych samych warunkach doświadczalnych nie wywierały wpływu na syntezę estrogenów i progesteronu (36). W innych doświadczeniach stwierdzono, że VIP wpływa na wzrost syntezy progesteronu w wyniku stymulacji syntezy kompleksu enzymatycznego P450scc (37) i poprzez pobudzenie ekspresji mRNA dla P450scc (38). W podobny sposób w innych pracach wykazano, że PACAP38 również stymuluje cAMP, steroidogenezę i akumulację progesteronu w hodowli komórek ziarnistych jajnika zarówno w obecności, jak i nieobecności FSH (39, 40). Stwierdzono, że PACAP38 o wiele silniej aktywuje steroidogenezę i akumulację cAMP w hodowli komórek ziarnistych jajnika niż VIP (23, 39, 40) oraz że przy równoczesnym podaniu VIP i PACAP w maksymalnych stężeniach nie występuje wzrost akumulacji progesteronu w hodowli komórek ziarnistych jajnika szczura (40). Może to wskazywać na ten sam postreceptorowy mechanizm komórkowego działania VIP i PACAP.

Również w innych eksperymentach przeprowadzonych w warunkach hodowli komórek ziarnistych pobranych z jajników niedojrzałych szczurzyc wykazano, że zarówno VIP, jak i PACAP27 stymulują wydzielanie estradiolu (41, 42). Poza tym wykazano, że VIP stymuluje wydzielanie androgenów z komórek tekalnych (42, 43).

Niezależnie od działania VIP i PACAP wykazano również, że GHRH (peptyd wykazujący 41% identyczności w sekwencji aminokwasów z PACAP) stymuluje w sposób zależny od dawki wydzielanie estradiolu i progesteronu (41). Uważa się, że wpływ GHRH na syntezę hormonów steroidowych w jajniku dotyczy przede wszystkim zahamowania degradacji progesteronu, a nie pobudzenia jego syntezy. Wykazano, że nie jest to działanie bezpośrednie GHRH, tylko pośrednie poprzez pobudzenie syntezy insulinopodobnego czynnika wzrostowego I (IGF I), który stymuluje wzrost syntezy steroidów jajnikowych (44).

W badaniach własnych w hodowli komórek ziarnistych pobranych z jajników dojrzałych szczurzyc z regularnie przebiegającymi cyklami rujowymi po długotrwałym podaniu aktynomycyny D – czynnika hamującego transkrypcję, obserwowano zahamowanie syntezy progesteronu (45). Świadczy to o tym, że długotrwała stymulacja syntezy progesteronu przez VIP i PACAP jest związana z pobudzeniem transkrypcji. Biorąc pod uwagę, że VIP i PACAP wpływają na procesy transkrypcji poprzez cAMP i fosforyzację białkowego czynnika transkrypcyjnego CREB (46) mogą również wpływać na syntezę białka StAR w komórkach jajnika.

Wydaje się, że w jajnikach VIP odgrywa główną rolę we wczesnym okresie rozwoju osobniczego, ponieważ pojawienie się unerwienia jajników znacznie wyprzedza rozwój pęcherzyków jajnika i ich zdolność do reagowania na gonadotropiny (47). Stwierdzono, że zanim jajniki staną się wrażliwe na gonadotropiny, wydzielane z zakończeń nerwowych VIP (48, 49) i noradrenalina (50) pobudzają rozwój pęcherzyków jajnika i poprzez stymulację syntezy mRNA dla receptorów FSH wpływają na pojawienie się w pęcherzykach wrażliwości na gonadotropiny i na ich zdolność do różnicowania się (51).

Wykazano, że w okresie przedowulacyjnym gonadotropiny wywołują indukcję mRNA dla PACAP w jajniku szczura (22) oraz indukcję ekspresji mRNA dla receptora PACAP typu I A (18, 52). Wykazano również, że progesteron wydzielany w okresie przedowulacyjnym odgrywa istotną rolę w indukowanej przez gonadotropiny ekspresji mRNA dla PACAP w komórkach ziarnistych jajnika szczura (53) poprzez oddziaływanie na receptory progesteronowe, dla których mRNA jest syntetyzowane pod wpływem gonadotropin równolegle z indukcją ekspresji mRNA dla PACAP (54). Wydzielany PACAP wpływa z kolei na wzrost syntezy progesteronu i wywołuje supresję apoptozy pęcherzyków jajnika, przedłużając w ten sposób okres ich przeżycia (55). W kolejnych badaniach zwrócono uwagę na rolę PACAP w jajniku jako czynnika wpływającego na cykliczną rekrutację niedojrzałych pęcherzyków (56). Wykazano, że poza wpływem na syntezę hormonów steroidowych VIP i PACAP odgrywają istotną rolę w lokalnej regulacji dojrzewania pęcherzyków jajnikowych (57).

Stwierdzono obecność VIP w płynie folikularnym i w komórkach granulozy pobranych od pacjentek podczas IVF-ET. W hodowli pobranych komórek ziarnistych/lutealnych stwierdzono, że VIP pobudza wydzielanie estradiolu, natomiast nie wpływa na sekrecję progesteronu (58). W hodowli komórek lutealnych pobranych z ciałka żółtego u kobiet w trakcie zabiegów chirurgicznych z powodów nieendokrynologicznych stwierdzono, że po podaniu VIP, GHRH i PACAP38 tylko PACAP38 stymulował w sposób zależny od dawki wydzielanie progesteronu (59). Na podstawie przedstawionych danych można przypuszczać, że VIP stymuluje wydzielanie estrogenów, natomiast PACAP38 progesteronu z jajników ludzkich.

Badania nad wpływem neuropeptydów VIP i PACAP na steroidogenezę w jądrach wykazały, że mogą one odgrywać istotną rolę w okresie rozwoju płodowego. Wykazano, że u szczura zapoczątkowanie steroidogenezy i syntezy testosteronu w rozwijających się jądrach w życiu płodowym jest niezależne od wpływu LH i może być stymulowane przez wydzielane lokalnie czynniki, do których zalicza się VIP i PACAP 27 (60). W roku 1998 po raz pierwszy wykazano, że VIP i PACAP 27 stymulują steroidogenezę w życiu płodowym, natomiast nie wywierają wpływu na syntezę testosteronu u dorosłych szczurów (60). Stwierdzono, że w hodowli komórek Leydiga pobranych z jąder nowonarodzonych szczurów VIP w sposób zależny od dawki stymulował wydzielanie pregnenolonu, progesteronu i testosteronu, równolegle ze stymulacją syntezy cAMP, ale tylko w subpopulacji komórek wrażliwych na LH (61). W hodowli komórek Leydiga pobranych z jąder płodu szczura wykazano, że VIP poprzez wpływ VPAC2 w sposób zależny od dawki może stymulować wydzielanie testosteronu, pobudzając syntezę innych przekaźników wewnątrzkomórkowych niż cAMP (62). W doświadczeniach przeprowadzonych w hodowli komórek Leydiga pobranych od dorosłych szczurów wykazano, że VIP i GnRH stymulują cAMP, ale równolegle nie wywierają wpływu na podstawowe wydzielanie testosteronu (63). W tym samym modelu doświadczalnym wykazano, że tylko PACAP 38, a nie PACAP 27 u dorosłych szczurów stymuluje sekrecję testosteronu w sposób zależny od dawki poprzez wpływ na dodatkowy receptor, którego aktywacja nie jest związana z cAMP. Aktywacja nowego receptora dla PACAP 38 związanego z białkiem G_i (blokowanym przez toksynę krztuścową) powoduje zależną od sodu depolaryzację komórek Leydiga i wtórny do tego wzrost produkcji testosteronu (64). Z przedstawionych prac wynika, że w jądrach VIP pobudza steroidogenezę w życiu płodowym i we wczesnym okresie po urodzeniu, podobnie PACAP 27, tylko w okresie płodowym, natomiast PACAP 38 pobudza syntezę testosteronu u szczurów dojrzałych.

Reasumując, zróżnicowanie charakteru odpowiedzi komórkowej na pobudzenie receptorów przez VIP lub PACAP w jajnikach i w jądrach świadczy o wysokiej specyficzności generowanych odpowiedzi w pobudzonych tkankach. Obecność unikalnych receptorów dla PACAP typu PAC IA w jajnikach i typu IB i jego podtypów w jądrach dodatkowo wskazuje na wysokie zróżnicowanie odpowiedzi ze strony jajników i jąder na stymulację przez PACAP.

Niniejsze opracowanie nie wyczerpuje całości zagadnienia. Należy zwrócić uwagę na możliwość powstawania szeregu stanów patologicznych w obrębie jajników i jąder w wyniku zaburzeń wydzielania miejscowo syntetyzowanych neuropeptydów.