促性腺激素.ppt

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1、第二章 促性腺激素(gonadotripin,Gn)(gonadotropic hormone,GTH),促性腺激素(gonadotropic hormone,GTH),黄体生成素(luteinizing hormone,LH)卵泡刺激素(follicle-stimulating hormone,FSH)人绒毛膜促性腺激素(human chorionic gonadotropin,hCG)马绒毛膜促性腺激素(equine chorionic gonadotropin,eCG),GTH的发现和纯化,1920s 发现去垂体大鼠出现严重的生殖功能紊乱，幼鼠不成熟，成年鼠不繁殖；1927 发现hCG(

2、孕妇、葡萄胎及绒癌患者的尿中)1933 证明腺垂体分泌的GTH是2种糖蛋白；1959 从羊垂体中分离出LH1960s 分离、纯化FSH1970s 测出LH、FSH的氨基酸序列,第一节 FSH与LH的结构,(一)LH 和FSH亚单位的结构LH和FSH的结构相似：、亚单位通过2个非共价键结合而成，亚单位的氨基酸序列几乎完全相同，亚单位各自具有独特的氨基酸序列，对受体的识别、结合起决定作用，、二聚体才具有生物活性。,FSH,(二)糖基与LH和FSH亚单位、亚单位分别与不同的糖基结合意义：保持蛋白的稳定性，保证其生物活性亚单位：结合2个寡糖亚单位：(人LH)结合1个寡糖(FSH)结合2个寡糖,(三)活

3、性决定簇1.、亚单位结合并维持其结构的完整，是保持GTH生物活性的先决条件。拆分hCG的与亚单位后，失活；拆分后再重组，活性降低(60%80%)。2.糖基是延长t1/2、提高生物活性的关键。去唾液酸的hCG t1/2缩短为数分钟，生物活性为完整hCG的3%。,(四)基因结构与染色体定位1.亚单位基因定位于人染色体6p21.123，长度616.5kb，有4个外显子和3个内含子；亚单位基因的编码区高度保守成熟的mRNA含730800个核苷酸，翻译产生120(24+96 or 92)个氨基酸的前体多肽。,2.亚单位基因各种亚单位由不同染色体上的不同基因编码。人LH 亚单位基因：19q13.3,长度1

4、.1kb,含3个外显子，2个内含子；mRNA约含700个核苷酸，前体蛋白145氨基酸(24+121)。人LH 和CG 亚单位 的氨基酸序列有82%相似，二者具有几乎相同的生物活性。人FSH 亚单位基因：11q13,含3个外显子，2个内含子，不同种属间的核苷酸和氨基酸有高度相似性(80%)；mRNA在3端有一段非翻译区(11.5kb),与保持其稳定性有关。,第二节 FSH和LH的合成、分泌、代谢与排泄,合成的场所：促性腺细胞（腺垂体）。促性腺细胞垂体细胞总数的7%15%,分2种细胞群：卵形细胞(大)、有角细胞(小)。双激素细胞：卵形细胞(大)产生LH和FSH单激素细胞：有角细胞(小)仅产生LH或

5、FSH双激素，单激素细胞并存，LH和FSH分级释放和不平行释放的结构基础,正常腺垂体显微镜图像。腺垂体包含嗜酸性细胞、嗜碱性细胞和嫌色细胞。染色方法多样，如要准确识别特定激素分泌物，免疫组织化学染色法是必要的。激素分泌分类如下：粉红色嗜酸性细胞分泌生长素(GH)和催乳素(PRL)；暗紫色的嗜碱性细胞分泌促肾上腺皮质激素(ACTH)，促甲状腺激素（TSH）和卵泡刺激素（FSH）和黄体生成素(LH)。淡染的嫌色细胞几乎没有胞质颗粒，但也有分泌活动。,一、LH和FSH的合成和分泌,合成：1.亚单位、亚单位装配在内质网进行，2.连接寡聚糖(在从内质网向高尔基体过程中完成)。,分泌：1.LH的分泌：卵泡

6、早期下降，然后逐渐上升，在排卵期达高峰，随后快速下降，到下一个周期在逐渐增加。2.FSH分泌的波动较小，排卵后和卵泡早期也呈下降表现。,Figure 3.Hormonal levels through the menstrual cycle.The cycle is driven by alterations in GnRH pulsation,which differentially favor the production of gonadotropins.Follicular development fostered by FSH results in E2 production,whi

7、ch,in turn,causes positive feedback to produce the LH surge.After ovulation,the corpus luteum produces P,causing a slowing of the GnRH pulse generator and decrease in LH.The arrows indicate GnRH pulsations.The length of the arrow indicates the amount of GnRH secreted.The distance between arrows indi

8、cates pulse intervals.(From Marshall JC et al:Gonadotropin-releasing hormone pulses:Regulators of gonadotropin synthesis and ovulatory cycles.Recent Prog Horm Res 47:155-189,1991).,GnRH脉冲释放的频率对维持适当的血浆LH和FSH水平起决定作用。,GnRH脉冲释放频率过低或过频、连续释放时导致循环中的促性腺激素水平下降。连续灌注GnRH，LH释放呈双向反应：初次释放 30分钟达峰值，90分钟后开始第二次上升，持续4

9、小时。提示：人垂体中有2个LH池，GnRH作用，使第1LH池快速释放LH，第2池为激素生物合成激发促性腺细胞分泌颗粒，释放LH（雌激素可促进此相分泌）。,连续灌注GnRH，血浆FSH逐渐升高。提示：促性腺细胞中没有可快速释放的FSH池；可能还需要特殊的FSH释放因子。,二、LH和FSH合成和分泌的调控,调控GTH的表达的因素：1.下丘脑因子 GnRH2.垂体内因子肽类激素、激活素、卵泡抑素3.性腺的反馈调节甾体激素、肽类,调控GTH的表达的方式：1.改变转录速度2.改变mRNA的稳定性3.增加蛋白亚基的合成4.改变翻译后加工5.改变促性腺细胞数量,（一）下丘脑的调控,GnRH 下丘脑正中隆起

10、腺垂体 与促性腺细胞表面的受体结合。GnRH+R达一定数量后，细胞表面内陷一胞吞作用转运至胞内，GnRH+R在溶酶体酶的作用下分离，GnRH进入细胞内部，R游离回到细胞表面，等待与下一个GnRH分子结合。,间歇性GnRH释放（脉冲式），使受体的数量逐次增加，LH和FSH合成与分泌逐渐增多上调作用。持续性GnRH释放，初期可使LH和FSH大量合成与分泌，长期作用后因受体不足而使LH和FSH合成与分泌减少下调作用。,影响脉冲式GnRH释放的因素：雌二醇增加脉冲式GnRH释放频率，使LH释放增加；孕酮水平增高，降低脉冲式GnRH释放频率，减少LH释放，有利于FSH合成与分泌；去甲肾上腺素刺激GnRH

11、释放阿片抑制GnRH释放多巴胺可双相调节GnRH释放,GnRH对促性腺激素分泌的调节：促进促性腺激素的分泌 促进促性腺激素的合成,（二）甾体激素的反馈调节,GTH的合成与分泌受2个反馈系统调节：性腺甾体激素系统雌激素、孕激素、雄激素激活素-抑制素-卵泡抑制素系统激活素、抑制素、卵泡抑素与GnRH的脉冲调节重叠，起抑制作用。,1.甾体激素,雌激素：小剂量雌激素抑制GTH的基础分泌，还降低GnRH的分泌频率；大剂量(200pg/ml，持续50h时)雌激素促进GTH释放。排卵前成熟卵泡释放大量的雌二醇，引起LH、FSH峰，这是 GnRH与雌二醇协同作用的结果。,孕激素黄体期：抑制大剂量雌激素引起的L

12、H、FSH释放，使其维持低水平分泌状态。黄体期注射雌激素不出项LH峰；排卵前：孕激素水平较低时，促进LH的分泌，与雌二醇一起促进LH峰的形成。,雄激素对下丘脑：抑制GnRH分泌对垂体：对LH作用很小（）提高FSH分泌（提高FSH亚单位mRNA水平）,2.激活素-抑制素-卵泡抑制素系统,卵泡液中提取的多肽（在卵巢、睾丸、胎盘、垂体、中枢神经、肾上腺和骨髓中都发现），根据其对FSH基因表达的作用不同而命名：抑制素（inhibin）激活素（activin）卵泡抑素（follistatin）,作用：抑制素（inhibin）选择性抑制垂体分泌FSH。（精液、卵泡液）激活素（activin）刺激FSH合成

13、、分泌（垂体细胞产生、分泌）刺激颗粒细胞表面FSH受体的合成（卵巢）卵泡抑素（follistatin）与激活素的亚单位结合，使之刺激FSH合成、分泌的活性丧失。,血清抑制素在月经周期中的变化,在整个周期中，血清抑制素在1001500 IU/L之间波动。卵泡期：维持低水平 FSH基因表达增加黄体期：急剧增高达峰值；之后迅速下降，FSH开始升高 在月经周期中血清激活素、卵泡抑素维持稳定,三、LH、FSH代谢与排泄,代谢：肝。LH、FSH、亚基中结合的糖蛋白去掉唾液酸后代谢加快，作用时间缩短。排泄：肾,第三节 FSH、LH的受体和作用机制,一、分布性腺细胞（卵巢，睾丸）非性腺细胞（子宫内膜和子宫肌层

14、、输卵管、大脑）,二、蛋白结构和基因LH受体的蛋白与基因 LH和hCG与同一受体结合，LH受体又称LH/CG受体。LH/CG受体是含有674（卵巢）、669（睾丸）个氨基酸的多肽；定位于2号染色体FSH受体基因 含有678个氨基酸，定位于2号染色体，其跨膜区与LH/CG受体序列有80%同源性。,三、GTH受体第二信号转导,四、脱敏作用,GTH连续作用于受体后，受体对GTH的反应性降低，称受体的脱敏作用(desensitization)。快速脱敏：解耦联-受体分子的翻译后的修饰发生改变，导致活性下降。缓慢脱敏：降调节-初期受体胞吞增加，降解加速；后期mRNA减少，受体合成下降。,五、GTH的生理

15、作用,FSH对女性：促进卵泡成熟促进颗粒细胞增生，合成并分泌性激素；增加颗粒细胞中芳香化酶活性，使雄激素转化为雌激素；调节卵泡期细胞产生抑制素；调节FSHR的表达：卵泡期增加，排卵期减少；诱导颗粒细胞中LH/CG受体生成在LH的配合下促进卵泡细胞分泌雌激素、孕激素和雄激素,FSH对男性：促进生精上皮发育，促进精子成熟诱导青春期精子发生的启动；与睾酮一起维持睾丸内精子的发生，对保持精子的数量和质量至关重要；,LH：促进甾体激素生成，形成并维持第二性征 对女性：与FSH协调，促进卵泡成熟并分泌激素。增加LH/CG受体数量（卵泡内膜细胞、颗粒细胞）；促进黄体形成和孕酮分泌，维持黄体功能；增强雌激素的

16、正反馈作用；LH峰触发排卵；对男性：作用于睾丸间质细胞，促进睾酮生成。促进睾丸Leydig细胞成熟；促进睾丸Leydig细胞分泌雄激素。,思考题：,1.促性腺激素有哪些？2.LH、FSH、hCG主要由哪分泌？其基本结构是什么？3.Gn分泌受哪些因素调节？如何调节？4.Gn的作用机制是什么？5.简述FSH、LH的作用。,？,第四节 GnRH的结构、合成、分泌和释放,1971年，Schally和Guillemin分别从下丘脑提取了能刺激腺垂体释放LH和FSH的活性物质，称黄体生成素释放激素(luteinizing hormone releasing hormone,LHRH)或促性腺激素释放激素(

17、gonadotropin-releasing hormone,GnRH)。GnRH由下丘脑内侧基底区的弓状核和视前区的GnRH细胞合成，转运到正中隆起，进入垂体门静脉，到达腺垂体，作用到促性腺细胞，使之分泌、合成LH和FSH。,Roger Guillemin（吉尔曼）、Andrew V.Schally（沙利）1971年 从猪和羊的下丘脑分离提取黄体生成素释放激素（10肽）。1977年获诺贝尔生理学和医学奖,一、GnRH的结构,焦谷组色丝酪甘亮精脯甘酰肽,活性部位,结合部位,B,B,B,C,A,A:焦谷氨酸肽酶B：中性肽链内切酶C:脯氨酸后碳链裂解酶,二、GnRH的合成与分泌,基因定位：8号染色

18、体的短臂上，长4.5kb，含4个外显子，3个内含子；转录的mRNA长0.6kb。,GnRH原,GnRH10aa,信号肽23aa,GAP56aa,Gly Lys Arg,GnRH的分泌呈脉冲式释放(pulsatile release)分泌时间短，间歇时间长，血中难检测(血中T1/2=24 min)；检测LH血中水平，推断GnRH水平。,垂体对GnRH的反应性是先升高随后逐步下降。此时垂体细胞内仍含有一定量的Gn，但其对GnRH的刺激处于不应答状态。可能与垂体促性腺细胞表面GnRH-R活性下降，使细胞脱敏有关。,三、GnRH合成与分泌的调节,GnRH的调节：长反馈调节生殖腺分泌产物（性激素）短反馈

19、调节垂体分泌产物（LH、FSH）中枢神经系统调节多种神经递质（NE、神经肽Y、DA和内啡肽）,（一）性激素的调节GnRH的脉冲分泌受性激素的反馈抑制的影响。雌二醇（E2）GnRH脉冲频率增加（大剂量）孕 酮（P）GnRH脉冲频率减慢雄激素（T）抑制GnRH释放,（二）促性腺激素（LH、FSH）的调节LH、FSH能减少下丘脑GnRH的分泌，此种负反馈作用称短反馈。,（三）中枢神经系统的调节NE、ACh 能促进GnRH 分泌；5-HT、DA、内啡肽能抑制GnRH 分泌；PGE能刺激GnRH 分泌。1.NE 相关神经元位于脑干区，刺激GnRH 分泌，控制精神状态。此神经细胞也能产生5-HT。,2.神

20、经肽Y 双相调节 是脑在饥饿或营养不良时分泌的神经蛋白，能刺激GnRH分泌。但在雌激素缺乏的情况下，抑制GnRH分泌。神经性厌食症患者，脑脊液中含有高水平神经肽Y，但GnRH分泌量极低，提示此肽与生殖系统高度相关。（可能与营养素摄入不足，蛋白合成减少有关）,3.DA系统神经元位于弓状核内部，分泌进入正中隆起，作为催乳素抑制因子，减少催乳素的释放。多巴胺神经元兴奋，可使内啡肽分泌加速，抑制GnRH的释放。下丘脑性闭经对DA拮抗剂有反应，能增加LH脉冲的频率。,4.内生性阿片系统阿片类神经元，分泌阿片肽（-内啡肽、脑啡肽），抑制GnRH分泌。GnRH神经元上没有雌激素受体，雌激素对GnRH的负反馈

21、作用与雌激素刺激内啡肽形成，内啡肽抑制GnRH的分泌。,四、GnRH的体内代谢,下丘脑分泌的GnRH仅存于垂体门脉循环中，外周血中含量极低。血中没有特异性蛋白与之结合，故其t1/2极短，在血中检测出GnRH困难。代谢酶：焦谷氨酸肽酶、中性肽链内切酶、脯氨酸后碳链裂解酶。外源性GnRH t1/2=4min 在肝代谢，肾排泄。,第五节 GnRH的受体和作用机制,一、GnRH受体GnRH-R由327个氨基酸构成，分子量为37684，是G蛋白藕联的细胞膜受体。GnRH-R定位于染色体4q13.21.1.GnRH-R分布于：垂体、卵巢、睾丸、大脑、前列腺、乳腺、胎盘等正常组织；垂体瘤、人乳腺癌、人卵巢上

22、皮癌等肿瘤组织。,下丘脑门脉中的GnRH主要与腺垂体促性腺细胞膜表面的GnRH-R结合。GnRH-R的数量受GnRH频率和其他激素的调控。GnRH-R浓度的变化与促性腺激素对GnRH的反应性有关。垂体内GnRH-R浓度在GnRH频率为30min时最高，2h时较低。,二、GnRH的作用机制GnRH与GnRH-R结合，使G蛋白活化，激活PLC（磷脂酶C）和PLD-PC（磷脂酰胆碱-特异性磷脂酶D），促进DAG和IP3 生成，激活内质网上的Ca+通道，使Ca+向细胞浆内移动，细胞浆内的Ca+与CM结合，激活PLA2，水解细胞膜磷脂生成AA，AA及其非PG衍生物刺激LH的释放。,脉冲式释放GnRH是下

23、丘脑对腺垂体促性腺细胞的适宜刺激。持续给予GnRH，在初始阶段会增加促性腺细胞释放LH、FSH，随后对LH、FSH的产生呈负调节，减少其分泌。这主要是由促性腺细胞膜GnRH-R减少所致。,三、GnRH的生理作用（一）调控LH、FSH释放给药后，LH明显升高，FSH轻度升高。GnRH不仅促进Gn释放，还促进其合成。（二）自我激发作用GnRH可提高垂体促性腺细胞对GnRH的敏感性。给大鼠脉冲注射GnRH，间隔数小时后再次给药时，垂体细胞的反应性明显增强。机制不清：第一次给药使其合成Gn增加，第二次给药后释放增加。第一次给药后促进细胞膜GnRH-R合成，使其数量增加，故第二次给药后反应增强。,三、G

24、nRH的生理作用（三）对性腺的直接作用GnRH通过垂体调节性腺的功能，还直接作用于性腺。大鼠性腺上有GnRH-R；大量GnRH及其激动剂对性腺轴系有抑制作用，使E2、T水平降低，性腺重量减轻，雌性停止排卵，雄性精子减少。但对人主要是通过对垂体的抑制而发挥作用。（四）对行为的影响GnRH对下丘脑及其以外的神经元有兴奋和抑制两种作用。兴奋视前区和下丘脑神经元。介导性行为，诱发交配行为。雄性-睾酮；雌性-雌二醇。,第六节 促性腺激素(Gn)对性腺的调节,LH、FSH作用的靶细胞卵巢：颗粒细胞、卵泡膜细胞睾丸：支持细胞、间质细胞LH、FSH作用的方式与细胞膜上的GTH-R结合，激活受体，产生效应LH、

25、FSH与其他激素协同作用产生效应LH、FSH作用的效应促进性腺的发育，性激素的生成，性细胞的成熟,一、卵泡成熟的调节,卵泡中期，大卵泡中含有高水平的FSH。卵泡刺激素(FSH)：诱导颗粒细胞增生，激活颗粒细胞中的芳香化酶，促进雌激素的合成；诱导颗粒细胞产生抑制素。调节FSH受体mRNA表达：卵泡期 mRNA增加，排卵期mRNA减少。诱导LH/CG受体形成,黄体生成素(LH)：进一步增加卵泡内膜细胞上LH/CG受体数量，使受体的数量随卵泡的成熟而增加，增加卵泡内膜细胞中P450c17的表达，促进雄激素在卵泡内膜细胞中合成，合成的雄激素进入颗粒细胞转化生成雌激素。刺激优势卵泡颗粒细胞上孕酮受体的表

26、达，促进黄体形成和早期孕酮的产生，减慢颗粒细胞的增生。,二、月经中期的调节,大量的Gn（LH、FSH）释放，通过血液循环到达卵泡。FSH刺激颗粒细胞产生LH受体，使卵泡转变为黄体，开始分泌黄体酮。促进卵泡内纤溶酶原活化为纤溶酶溶解卵丘。对尚未发育的小卵泡有启动作用。,LH促进休止期的卵子完成减数分裂，进入成熟期。刺激LH受体产生黄体，开始分泌黄体酮。与FSH共同促进卵泡内纤溶酶原活化为纤溶酶溶解卵丘。增加环氧酶活性，促进PG合成，PG使新生血管聚集，血液集中，卵泡液增加，卵泡周围平滑肌收缩，将松散的卵子与卵丘细胞排出卵泡。LH的高水平维持4850，排卵一般在LH峰值的1012后发生。,三、黄体

27、期的调节,在LH的影响下，孕酮不断增加。诱导LDL受体增加，摄取LDL胆固醇，提供合成孕酮的原料；增加编码P-450scc和3-羟甾脱氢酶的mRNA的表达，使合成孕酮的酶增加。正常的黄体期有赖于LH，排卵后约14天黄体枯萎似乎与LH刺激的改变无关，在哺乳动物中尚未发现黄体的溶解因子。,思考题：,1.GnRH是由哪种组织合成的？其结构有何特点？2.GnRH的分泌有何特点？受哪些因素的调节？3.GnRH的作用机制？其生理作用有哪些？4.Gn对处于月经周期不同时期的卵巢的调控作用有何不同？,？,GnRH Signaling in Pituitary CellsGonadotrophin-releas

28、ing hormone(GnRH)is a hypothalamus-derived decapeptide component of the hypothalamus-pituitary-gonadal axis that regulates the biosynthesis and secretion of the gonadotrophins,luteinizing hormone(LH)and follicle-stimulating hormone(FSH)by pituitary gonadotrope cells through high-affinity GnRH recept

29、or(GnRHR).Gn-releasing factor is released from the hypothalamus in an estrous cycle-linked pulsatile pattern.LH and FSH are heterodimers that share an alpha subunit,but have unique beta subunits.The secretion and expression level of the-subunits of LH and FSH-heterodimers are regulated differentiall

30、y throughout the menstrual cycle by the frequency and amplitude of GnRH pulses from the hypothalamus.This differential signaling for LH versus FSH synthesis and secretion is linked to the density of surface expressed GnRH-receptors.High levels of GnRH-receptor density correlate with increase levels

31、of LH beta subunit mRNA and lower levels with increase FSH beta subunit mRNA.Gn-releasing factor receptors are G-protein coupled receptors(GPCR)that are coupled to the pertussis toxin-insensitive G-protein alpha q/11(Gq/11)family which link to inositol phospholipid turnover via phospholipase Cbeta(P

32、LCbeta).PLCbeta cleavage of PIP2 promotes the mobilization of calcium and the activation of protein kinase C isoforms followed by sequential activation of phospholipase D and phospholipase A2.PKC activation leads to activation of the MAP-kinases,ERK,JNK and p38.The elevation of cAMP and activation of PKA via GnRH-receptor activation is G-protein subunit-independent and believed to result from activation of a calcium/calmodulin activated adenylyl cyclase downstream from G-protein activation.,