У женщин основная роль пролактина заключается в инициировании и поддержании беременности и кормления грудью. Во время беременности секреция пролактина гипофизом важна для поддержания беременности, а уровень пролактина коррелирует с возникновением выкидыша. Когда уровень пролактина не повышается должным образом, повышается риск выкидыша1. Но уровни пролактина также важны во время репродуктивного цикла женщины, поскольку повышенная секреция пролактина может вызвать бесплодие, подавляя выброс гормонов, вызывающих овуляцию. Таким образом, уровень пролактина не может быть слишком высоким, чтобы произошла овуляция и беременность, но он также должен повышаться с надлежащей скоростью на ранних сроках беременности, чтобы обеспечить успех беременности. Но то, как организм тщательно регулирует пролактин в реальном времени, оставалось загадкой – до сих пор.
Регулирование секреции пролактина
Организм контролирует свой гормональный выброс с помощью положительной и отрицательной обратной связи. В общем, гормоны, секретируемые в гипоталамусе (область мозга, которая контролирует гомеостаз тела), стимулируют гипофиз к секреции нескольких гормонов. Эти гормоны попадают в кровоток и действуют в периферических железах-мишенях, стимулируя дальнейшее высвобождение гормонов (положительная обратная связь). Впоследствии эти гормоны, секретируемые железами-мишенями, возвращаются туда, где начался процесс, подавляя гормональную секрецию как в гипоталамусе, так и в гипофизе (отрицательная обратная связь). Как и в вашем домашнем термостате, он определяет, когда в доме становится слишком тепло, и включает кондиционер. После достижения оптимальной температуры кондиционер снова выключается.
Но пролактин другой. В нем отсутствует целевая периферическая железа, и поэтому он не регулируется стандартными механизмами отрицательной обратной связи, которые напоминают ваш термостат. В отличие от других гормонов гипофиза, которые стимулируются гипоталамусом, секреция пролактина контролируется ингибирующими дофаминергическими входами, вырабатываемыми в тубероинфундибулярной области гипоталамуса (TIDA). Мы знаем, что дофамин подавляет пролактин (а пролактин, в свою очередь, стимулирует дофамин), но мы не знаем временных отношений между этими игроками. Активность дофаминергических нейронов очень высока, они запускаются всплесками импульсов с интервалом в 20 секунд2. В свою очередь, реакция пролактина происходит гораздо медленнее. Итак, как вся эта быстрая активность дофаминергических нейронов трансформируется в высвобождение дофамина на среднем уровне и последующую (более медленную) секрецию пролактина??
В недавнем исследовании, опубликованном в PNAS, Романо и его коллеги использовали новый инновационный подход для изучения взаимодействия между дофамином и пролактином в реальном времени. Исследователи смогли измерить дофаминергическое высвобождение нейронов TIDA, сопоставив его с уровнем пролактина у свободно перемещающихся мышей, в режиме реального времени в течение нескольких дней! Они имплантировали несколько миниатюрных углеродных волокон прямо в срединное возвышение самок мышей. Эта область является частью гипоталамуса, где выделяются гормоны, являясь связующим звеном между мозгом и гипофизом.
Между различными дофаминергическими нейронами существует иерархическая взаимосвязь
Анализируя дофаминергическую секрецию в течение нескольких дней, авторы обнаружили, что высвобождение дофамина чаще происходило ночью, и что периоды интенсивной дофаминергической активности всегда сменялись периодами молчания. Это имеет смысл в рамках обратной связи в нейроэндокринологической системе, где гормоны высвобождаются импульсами, чтобы предотвратить подавление целевых рецепторов. Повышенный постоянный гормональный уровень приводит к снижению количества рецептора гормона, что приводит к снижению чувствительности (понижающая регуляция).
Анализируя дофаминергические токи на основе их формы, авторы пришли к выводу, что дофаминергические нейроны стереотипно организованы в отдельные группы с разными и конкретными скоростями возбуждения. Эти стереотипные особенности дофаминергических нейронов были одинаковыми у разных животных и в разные дни записи. Когда записи с двойным углеродным волокном были выполнены в двух различных дофаминергических нейронах на расстоянии 500 мкм друг от друга, авторы обнаружили, что события дофаминергического возбуждения координировались в течение нескольких минут во время большинства записей. Таким образом, активность всех этих различных групп TIDA каким-то образом координируется в течение нескольких минут до высвобождения дофаминергической энергии на среднем уровне.
Новый комплексный взгляд на то, как дофамин контролирует секрецию пролактина
Хотя все нейроны TIDA выделяют дофамин со средней высотой, существуют разные подмножества нейронов TIDA с аналогичными паттернами возбуждения среди членов одной и той же группы, но не согласованные с другими группами (эти разные группы TIDA показаны на рисунке зеленым цветом, оранжевый и пурпурный). Каждая из этих групп нейронов TIDA следует стереотипной последовательности событий. Это означает, что локально существует организация частот, и события срабатывания происходят как последовательности (Кратковременное взаимодействие). Эти локальные дофаминергические паттерны точно настраиваются в заранее установленных временных окнах, полностью интегрированы в срединное возвышение до фактического дофаминергического высвобождения (долгосрочное взаимодействие).
Этот тип иерархической организации ритмической активности ранее наблюдался в нескольких других областях мозга и эволюционно сохранился у нескольких видов3. Эта повторяющаяся ритмичная нервная активность генерирует нервные колебания, которые могут варьироваться по величине и / или частоте. В областях мозга с иерархической организацией несколько разных нейронных осцилляторов образуют линейную последовательность, причем более медленные колебания регулируют амплитуду (размер) более быстрых. Это служит механизмом для передачи информации из крупномасштабных мозговых сетей в быстрые и локальные корковые интегрирующие функциональные системы в различных пространственных и временных масштабах.
Это первый раз, когда исследование смогло показать, что медианное возвышение способно интегрировать иерархические нейронные колебательные сети в определенном пространственно-временном паттерне. Это исследование открывает совершенно новый путь к изучению того, как гормональные ритмы могут возникать в разных временных масштабах, от минут и дней до сезонов, помогая объяснить медленные эндокринные явления, такие как размножение, рост, метаболизм и стресс.