Vliv neuronů produkujících kisspeptin, neurokinin a dynorfin na lidskou reprodukci

Souhrn

Pulzatilita gonadotropin-releasing hormonu je pod vlivem hypothalamických neuropeptidů, zejména neuronů exprimujících kisspeptin, neurokinin B a dynorfin. Tyto hypothalamické buňky se nazývají KNDy neurony. Integrací hormonálních a environmentálních podnětů v mozku modulují účinky na uvolňování neuropeptidů a řídí frekvenci i amplitudu pulzů. Vztah mezi KNDy neurony a gonadálními hormony je zásadní pro iniciaci puberty, regulaci menstruačního cyklu a reporodukce. Steroidní hormony mají zpětnovazebný účinek na modulaci aktivity KNDy neuronů, jelikož jejich membrána i buněčné jádro exprimují receptory pro estradiol, progesteron i testosteron. Poslední výzkumy naznačují úzký vztah k patofyziologii neplodnosti, patologií těhotenství, poruch menstruačního cyklu, syndromu polycystických ovarií, endometriózy a vazomotorických symptomů v perimenopauze.

Klíčová slova:

Endometrióza – reprodukce – menstruační cyklus – menopauza – syndróm polycystických ovárii – kisspeptin – neurokinin – dynorfin

Úvod

Dekapeptid gonadotropin-releasing hormonu (GnRH) je v centrální nervové soustavě (CNS) obratlovců přítomen přibližně 400 milionů let, jelikož evolučně je reprodukce nutná pro přežití druhů. GnRH neurony lze v embryonálním vývoji lidského plodu detekovat od 6. týdne těhotenství, tyto buňky dále migrují z olfaktorického bulbu k hypothalamu [1]. V lidském mozku lze identifikovat přibližně 1 500 GnRH neuronů, které podléhají stimulaci aferentních glutamátergních buněk, gama-amino máselné kyseliny (GABA), anti-Mülleriánského hormonu (AMH), norepinefrinu, dopaminu, adipokinu a leptinu. GnRH neurony ale neexprimují estrogennní repetor alfa (ER-a), který je nezbytný pro kontrolu sekrece gonadotropinu zprostředkované pohlavními steroidy [2]. Neuronální sítě exprimující kisspeptin (Kiss), neurokinin B (NKB), dynorfin (Dyn) hrají klíčovou roli v regulaci pulzatility GnRH integrací endokrinních, environmentálních signálů i živin. Tím ovlivňují downstream regulaci hypothalamus-hypofýza (pituitary) -ovaria (HPO). Osa HPO anatomicky zahrnuje hypothalamus, zejména nucleus arcuatus, rostrální periventrikulární oblast třetí komory a area preoptica, kde se nacházejí KNDy neuronální sítě komunikující s neurony GnRH.

V předním laloku hypofýzy jsou stimulací GnRH vylučovány luteinizační hormon (LH) a folikuly stimulující hormon (FSH). Ovariální buňky reagující na FSH a LH jsou zodpovědné za produkci pohlavních steroidů, zejména estradiolu (E2), progesteronu (PR) a testosteronu (T), inhibinu B a glykoproteinu AMH. Mají zpětnovazebný účinek na hypothalamus a hypofýzu. Během folikulární fáze se hladina E2 postupně zvyšuje, negativní zpětná vazba se mění na pozitivní, s narůstající hladinou GnRH dojde k elevaci LH spouštějící ovulaci. Výzkumy prokázaly, že nukleární izoforma ER-a na KNDy neuronech v rostrální periventrikulární oblasti třetí komory je zodpovědná za pozitivní zpětnovazebné působení GnRH/LH up-regulací genu pro kisspeptin (Kiss1) [3]. Po ovulaci produkuje corpus luteum PR, který inhibuje sekreci GnRH a FSH. Negativní zpětná vazba zprostředkovaná působením Dyn zajišťuje, že se ideálně během cyklu uvolní pouze jeden folikul. Po vytvoření corpus luteum se postupně zvyšuje koncentrace PR, frekvence LH pulzů se zpomaluje, až klesnou na základní hladiny [4].

Neuropeptidy produkované KNDy neurony

Kisspeptin

V roce 1996 byl objeven metastázy-supresorový gen maligního melanomu. Gen KISS1 chromozomu 1q32 byl nazván metastatin, později přejmenovaný na kisspeptin (Kiss). Počátkem milénia se osud Kiss obrátil a jeho cesta se z biologie rakoviny přesunula na výzkum vlivu na reprodukci. Neurony GnRH exprimují mRNA KISS1 receptor (KISS1R), což dokazuje zapojení Kiss do sekrece GnRH. Hladiny mRNA KISS1 v hypothalamu se dramaticky zvyšují v pubertě. Je pravděpodobné, že kisspeptinová signalizace zprostředkovává neuroendokrinní děje spouštějící nástup puberty [5].

Jedná se o komplexní biologický proces řízený tisíci geny, zahrnuje maturaci nadledvin, vývoj sexuálních znaků a zrychlený růst. V pubertálním období dochází k vývoji axonů KNDy neuronů ke GnRH neuronům. Zvyšuje se amplituda a frekvence pulzace, s nárůstem LH a E2 dochází k menstruačnímu krvácení. Zásadní roli ale hrají také hormony jako leptin, adipokin, ghrelin a inzulin. Leptin moduluje energetické rezervy a jeho koncentrace v séru kolísají během menstruačního cyklu. Nejvyšší koncentrace leptinu se shodují s dobou ovulace [6]. Genetické mutace inaktivující KISS1R byly spojeny se sníženou plodností, a naopak funkčně aktivující mutace KISS1R jsou spojeny s předčasnou pubertou [7].

Významná exprese Kiss byla prokázána v limbických a paralimbických oblas ‑⁠ tech mozku, jako je mediální amygdala, cingulát, globus pallidus, hippocampus, putamen a thalamus, klíčové oblasti neurobiologické kontroly sexuálního a emočního chování [8].

Kromě reprodukční a centrální exprese byl Kiss prokázán v periferních tkáních, ovariích, děloze, placentě, pankreatu, endoteliálních buňkách různých cévních řečišť, koronárních arteriích, aortě a pupeční žíle, má vliv na imunitní systém. Dále se uplatňuje v tubulárních buňkách ledvin, sběrných kanálcích a buňkách vaskulárního hladkého svalstva, stejně jako v kostní, tukové a jaterní tkáni [9].

Dynorphin

Dyn působí jako negativní regulátor uvolňování GnRH. Během luteální fáze zvýšené hladiny E2 a PR zvyšují expresi Dyn v neuronech KNDy, což inhibuje uvolňování GnRH prostřednictvím kappa-opioidních receptorů na neuronech GnRH. Tak se snižuje frekvence pulzů GnRH, a zabraňuje tím předčasné ovulaci [10].

Neurokinin B

Neurokinin B (NKB) produkovaný v neuronech KNDy interaguje s receptory neurokininu (NK3R) a usnadňuje uvolňování GnRH. NKB hraje komplexní roli v pulzatilitě GnRH. Synergické působení Kiss a NKB zvyšuje amplitudu a frekvenci pulzů GnRH, zatímco Dyn tuto aktivitu tlumí a vytváří dynamickou zpětnovazební smyčku [11]. Aferentním signálním systémem, jemuž se v poslední době dostalo velké pozornosti v centrální kontrole reprodukce, je systém složený z tachykininového NKB a jeho vysokoafinitního receptoru neurokininu-3 (NK3R). Genetická analýza odhalila, že pacienti s inaktivujícími mutacemi v genu kódujícím NKB nebo jeho receptor NK3R vykazovali hypogonadotropní hypogonadizmus a neplodnost. Od té doby rostoucí počet studií prokázal úzkou souvislost mezi signalizací NKB/NK3R a sekrecí GnRH/LH (obr. 1) [12].

Klinický význam

Kisspeptiny jsou rodinou několika peptidů kódovaných genem KISS1. Exogenní podávání kisspeptinu-54 (KP54) silně stimuluje sekreci gonadotropinu u zdravých jedinců. Laboratorně a in vivo se zkoumají Kiss dráhy s cílem vylepšit terapii reprodukčních poruch u lidí. Jediný subkutánní bolus KP54 indukuje vzestup LH u žen podstupující in vitro fertilizaci bez zvýšení rizika ovariálního hyperstimulačního syndromu. Ve výzkumu se zkoušelo podávání KP54 u žen s funkční hypothalamickou amenoreou. Nevýhoda je ale tachyfylaxe s následnou nedostatečnou stimulací HPO osy. Výzkum se proto nyní zaměřuje na agonisty KISS1R s delší dobou působení [13].

Kisspeptin v těhotenství

Kiss hraje klíčovou roli při implantaci, podporuje nidaci prostřednictvím interakce s buněčnými adhezními molekulami a stimuluje decidualizaci stromatu zvýšením regulace leukemického inhibičního faktoru (LIF). Dále tlumí nadměrnou migraci a invazi trofoblastu prostřednictvím inhibice matrixových metaloproteináz (MMP) 2 a 9. Kiss ovlivňuje angiogenezi a modelování spirálních arterií. Při implantaci pomáhá modulovat mateřskou imunitní odpověď k zamezení rejekce plodu. Placenta je považována za hlavní zdroj Kiss během těhotentsví a gen Kiss1 je exprimován v syncytiotrofoblastech. Hladiny Kiss se během gestace postupně zvyšují, po porodu opět strmě klesají [14].

Kisspeptin u patologického těhotenství

U žen se spontánním potratem jsou hladiny Kiss výrazně sníženy (o 60–80 %) ve srovnání se zdravým těhotenstvím. Exprese KISS1 je snížena v placentách žen s recidivujícím spontánním potratem oproti těm, které podstoupily dobrovolné ukončení těhotenství [15].

Mimoděložní těhotenství (EP) postihuje přibližně 2 % těhotenství. V rozvojových zemích zůstává nejčastější příčinou mateřské mortality v I. trimestru těhotenství, kdy způsobuje až 10 % všech mateřských úmrtí, a 6–16 % hemoragií v I. trimestru je v důsledku EP. Diagnostika se v současné době opírá o měření hladin hCG v kombinaci se symptomy a ultrazvukovým nálezem [16]. Definitivní diagnóza je pouze operační s histologickým potvrzením, což způsobuje problém zejména u těhotenství neznámé lokalizace (PUL –⁠ pregnancy of unknown location). Zatím neexistuje specifický biomarker EP nebo PUL, nesprávná diagnóza může vést k ukončení zdravého těhotenství. V souladu s tím byly zkoumány různé biomarkery ve snaze zvýšit diagnostickou přesnost EP.

Cirkulující Kiss je patrně slibným biomarkerem pro časnou ztrátu těhotenství a je zapotřebí dalšího výzkumu k posouzení jeho potenciálu u dalších těhotenských komplikací [17].

Kisspeptin jako další klíč k patofyziologii endometriózy

Endometrióza je komplexní onemocnění s dysregulací imunologických, hormonálních, angiogenních, neuronálních a genetických faktorů. Výrazné změny se odehrávají na lokální buněčné úrovni ektopické endometriání tkáně, ale zahrnují i systémovou odpověď. Evoluční biologové popsali nižší hladiny T, vyšší hladiny E2 a narušení funkce HPO osy. To může u některých pacientek způsobovat nižší index tělesné hmotnosti (BMI), nižší poměr pasů a boků, menší anogenitální vzdálenost a snížení objemu svalové hmoty [18]. Předpokládá se, že dysregulace Kiss by mohla přispívat k patogenezi endometriózy. Na malém souboru pacientek byla prokázána odlišná periferní hladina Kiss a exprese KISS-1R v eutopickém a ektopickém endometriu, což by mohlo mít vliv centrálně na hladiny GnRH. V děloze inhibuje Kiss invazi trofoblastu, snižuje expresi matrixových metaloproteináz (MMP) a vaskulárního endoteliálního růstového faktoru (VEGF) [19]. Kiss ovlivňuje lokální aktivitu monocytů a neutrofilů. Matrixové metaloproteinázy mohou degradovat extracelulární matrix a u pacientek s endometriózou bývá změněná exprese MMP-9, její vyšší hladiny v séru také korelují se závažností invaze onemocnění [20]. MMP-9 je převážně syntetizována makrofágy a neutrofily, které taktéž bývají ve zvýšeném množství v peritoneální tekutině pacientek s endometriózou.

Syndrom polycystických ovarií (PCOS –⁠ polycystic ovary syndrome)

U žen s PCOS a anovulací byl zkoumán vztah mezi hladinami Kiss a gonadotropinů. Studie prokázaly vyšší hladiny kisspeptinu a LH v séru pacientek [21]. Díky tomu se objevila potenciální terapie zaměřená na neuroendokrinní dysfunkci. Podávání antagonistů receptoru neurokininu 3 výrazně snížilo koncentraci pulzů GnRH i LH v séru a následně snížení T [22].

Terapie vazomotorických symptomů v klimakteriu

Regulace tepla v těle je řízena naším „termostatem“ v hypothalamu, který reaguje na aferentní nervové signály a humorální látky. Ekrinní potní žlázy jsou inervovány sympatickými vlákny s acetylcholinem jako přenašečem. Termoregulační vazodilatace je regulována sníženou stimulací adrenergních receptorů. U žen v postmenopauze dochází poklesem E2 k hypetrofii KNDy neuronů a ke zvýšené expresi některých genů. Antagoisté NK3R působí supresi zvýšené pulzatility GnRH, snižují poměr LH/FSH, ale nesnižují významně hladinu FSH [23]. Fezolinetant je prvním antagonistou NK3R, který byl schválen Evropskou lékovou agenturou, a je k dispozici pro klinické použití u žen s vazomotorickým syndromem, převážně u těch, které si hormonální terapii nepřejí nebo je kontraindikována. U pacientek je potřeba monitorovat jaterní funkce. Dalším schváleným dvojitým antagonistou neurokininového receptoru je Elinzanetant.

Závěr

Pohlavní steroidy, neurosteroidy a neuropeptidy fungují velmi úzce v řízení homeostázy a reprodukce. Tato regulace zahrnuje také emoční centra, centra pro pocity hladu a sytosti i periferní tkáně. Kisspeptinový systém hraje roli v mnoha fyziologických procesech, jako je antimetastatický efekt, nástup puberty, reprodukčních mechanizmů, těhotenství a menopauzální tranzice.

Vývoj agonistů a antagonistotů receptorů pro Kiss, NKB a Dyn v CNS jsou slibným terapeutickým cílem u žen s poruchami reprodukce, PCOS, endometriózou a u symptomů v menopauze. Jejich efekt a bezpečnost je ale nutné ověřit v klinických studiích.