Приложение 2
Основы эндокринологии
Эндокринология – это наука о гормонах, представляющих собой, подобно нейромедиаторам из главы 2, службу передачи информации, но совершенно другую. Вспомним, что нейромедиаторы выделяются нейронными окончаниями аксонов в ответ на потенциал действия. Дальше они должны проплыть через микропространство синапса и связаться с рецепторами на дендритах второго, постсинаптического нейрона, сдвинув его заряд.
В противоположность этому гормоны являются химическими передатчиками, которые выделяются секреторными клетками (нейроны к ним тоже относятся) в различных железах. Произведенный гормон попадает в кровоток и, следовательно, может повлиять на все клетки тела, если у них найдется соответствующий рецептор. Так что уже с первых строк мы видим ключевые различия. Первое заключается в том, что нейромедиаторы напрямую влияют лишь на нейроны по ту сторону синапса, а гормоны могут повлиять на триллионы клеток тела. Второе отличие касается времени: нейромедиаторы доносят сообщение через синапс за миллисекунды; гормональный же эффект проявляется в течение часов и дней, а может продолжаться и всю жизнь (например, задумайтесь, насколько быстро проходит пубертатный период и исчезают его следы?).
Нейромедиаторы и гормоны отличаются и масштабом своих действий. Нейромедиаторы связываются с постсинаптическими рецепторами, что приводит к локальным изменениям в потоке ионов через мембрану дендритного шипика. А гормоны меняют активность конкретных белков в клетках, включают и выключают экспрессию генов, сдвигают клеточный метаболизм, заставляют клетки расти и делиться или прекратить питаться вплоть до полного истощения и смерти. Тестостерон, например, увеличивает мышечную массу, а прогестерон активирует клеточное деление в матке, за счет чего во время лютеиновой фазы ее стенки утолщаются. Еще один пример – тироидный гормон убивает клетки в хвостике головастика, когда в ходе метаморфоза тот превращается в лягушонка. А один из классов гормонов стресса уничтожает клетки иммунной системы (что объясняет, почему стресс увеличивает восприимчивость к простуде). Гормоны исключительно практичны.
Большинство гормонов является частью т. н. нейроэндокринных осей. Из главы 2 мы помним, что все дороги лимбической системы ведут в гипоталамус, который играет ключевую роль в регуляции гормональных и автономной нервной систем. Но есть еще и другая правда. Нейроны гипоталамуса выделяют специальный гормон, путешествующий по коротеньким местным путям, связывающим гипоталамус с гипофизом в самой нижней части мозга. И этот гормон, стимулируя гипофиз, заставляет его выделять свой гипофизарный гормон, который отправляется в общий кровоток и в свою очередь активирует клетки тех или иных периферийных желез плюс, соответственно, производство третьего гормона. Вот мой любимый пример с тремя гормонами. Во время стресса нейроны гипоталамуса выделяют КРГ (кортиколиберин, или кортикотропин-рилизинг-гормон), который заставляет клетки гипофиза производить АКТГ (адренокортикотропный гормон). Попав в кровь и достигнув надпочечников, АКТГ вызывает секрецию стероидных гормонов – глюкокортикоидов (у человека это кортизол или, что то же самое, гидрокортизон). Другие гормоны (эстроген, прогестерон, тестостерон, тироидный гормон) выделяются периферическими железами на конечном отрезке их собственной нейроэндокринной оси: гипоталамус – гипофиз – (какая-то периферическая) железа. А чтобы еще чудеснее усложнить эту систему, добавлю, что секрецию каждого гипофизарного гормона контролирует не только один гормон гипоталамуса. На эту работу отправляются гормоны нескольких типов, другие же при этом могут ингибировать их секрецию. Например, выделение АКТГ регулируется, помимо КРГ, еще целым рядом гормонов гипоталамуса, причем разные факторы стресса индуцируют производство разных наборов гипоталамических гормонов.
Не все гормоны регулируются по принципу оси мозг – гипофиз – эндокринная железа. В некоторых случаях срабатывает двухступенчатая последовательность мозг – гипофиз, когда гормон гипофиза напрямую влияет на все клетки тела. Таким двухступенчатым манером, например, работает гормон роста. В других случаях мозг посылает нейроны в спинной мозг и оттуда к той или иной железе внутренней секреции, участвуя в регуляции выделения ее гормона. В качестве примера можно привести поджелудочную железу и, соответственно, ее гормон инсулин (здесь главным регулятором будет уровень глюкозы в крови). А еще есть совсем странные гормоны, которые выделяются в нехарактерных местах, в сердце, скажем, или в кишечнике. В этих случаях мозг участвует в их регуляции лишь опосредованно.
Производство гормонов типа нейромедиаторов «стоит» дешево, они так специально устроены. Ведь для их синтеза полно предшественников – будь то простые белки либо холестерол, – да и требуется всего несколько биохимических шагов. При этом в теле синтезируются несколько разных типов гормонов из одного предшественника. К примеру, многие стероидные гормоны построены на основе холестерола.
Теперь рассмотрим вкратце, какие бывают рецепторы гормонов. Они выполняют примерно ту же работу, что и рецепторы нейромедиаторов. Для каждого типа гормонов имеется свой рецептор со специфически вогнутым местом (сайтом) связывания, комплементарным форме молекулы гормона. Извлечем из памяти уже знакомую по нейромедиаторам метафору ключа и замка и приложим ее теперь к гормонам, она и здесь будет кстати. Как и рецепторы нейромедиаторов, рецепторы гормонов тоже не бесплатны. Ведь различные стероидные гормоны композиционно схожи. Поэтому, чтобы реагировать адекватно на их небольшие структурные различия, рецепторы должны быть подогнаны очень точно и тонко, мы ведь не хотим, чтобы они то и дело путали эстроген и тестостерон.
Вот еще одно сходство гормонов и нейромедиаторов. Подобно рецепторам нейромедиаторов, сродство рецепторов к гормонам может варьировать. Это означает, что форма сайтов связывания чуть-чуть изменяется, из-за этого гормон встраивается в сайт связывания более или менее удобно, тем самым усиливая или ослабляя эффект гормонального действия. В каждой клетке-мишени того или иного гормона число рецепторов к нему тоже не постоянно; сдвигая его в ту или другую сторону, можно повысить или понизить чувствительность клетки к гормону. Число рецепторов даже не менее важно в этом смысле, чем уровень самого гормона: есть эндокринные болезни, когда уровень гормона в норме, а рецепторы к нему мутантные, потому-то гормональный сигнал не достигает цели. Уровень гормона можно сравнить с громкостью голоса говорящего, а количество и качество рецепторов – с остротой и чуткостью слуха у собеседника.
И наконец, гормональные рецепторы, как правило, имеются только в определенных группах клеток и тканей тела, и только эти группы восприимчивы к гормону. Например, у головастиков лишь в клетках хвоста есть рецепторы к тироидному гормону, запускающему процесс клеточного отмирания. Далее, при некоторых типах рака молочной железы появляются клетки, имеющие рецепторы эстрогена, в результате они начинают расти и делиться в ответ на действие этого гормона.
Итак, мы ознакомились с тем, как гормоны влияют на функционирование клеток-мишеней; временной масштаб их влияния – это часы и дни. Особенно сильно влияние гормонов сказывается в периоды внутриутробного развития и раннего детства, что мы предметно обсуждали в главе 7. Гормоны, в частности, играют «организующую» роль при формировании мозга, т. е. определяют, как мозг «собран». А в роли «активаторов» их влияние длится не столь долго – от нескольких часов до нескольких дней. Две эти роли взаимосвязаны: результаты действия гормонов-организаторов на эмбриональный мозг создают базу для последующей работы гормонов-активаторов уже во взрослом возрасте.
Вот теперь можно вернуться обратно к основному тексту, где разобрано действие конкретных гормонов.
