Testiculul-anatomie şi funcţie

5. TESTICULUL ENDOCRIN

Testiculul secretă în principal trei steroizi importanţi: testosteronul, dihidrotestosteronul şi estradiolul. Din punct de vedere cantitativ cel mai important este testosteronul: 95% secretat de celulele Leydig, restul având origine adrenală. Alţi androgeni cu activitate slabă sunt dehidroandrostendiolul şi androstendionul. Celulele Leydig secretă şi mici cantităţi de estronă, pregnenolon, progesteron 17 OH pregnenolon şi 17 OH progesteron.

1. ADROGENII

Biochimie Toţi hormonii steroizi au ca structură de bază nucleul ciclopentanoperhidrofenantren cu 17 atomi de carbon dispuşi în trei inele de câte 6 atomi de C (A, B, C) şi un nucleu de 5 atomi de C (D). (Braun & Stolla 1996).

Sinteza androgenilor

1. 
   Sinteza colesterolului: Cea mai mare parte din colesterol este sintetizat local din acetil CoA la nivelul REN şi o parte provine din circulaţie (LDL). Pentru sinteza steroizilor colesterolul este transportat în membrana mitocondrială de SCP (sterol carrier protein).
   
2. 
   Sinteza pregnenolonului din colesterol are loc în membrana mitocondrială şi presupune clivarea lanţului lateral. Colesterolul este transferat în membrana mitocondrială de proteina StAR şi clivat la nivelul lanţului lateral de CYP11A1
   
3. 
   Conversia pregnenolonului în testosteron are loc în reticulul endoplasmatic neted. Există două căi de sinteză: calea delta 4 şi calea delta 5 (Celec & Ostatnikova 2003). Calea delta 4 predomină la om în testiculul fetal pentru ca la adult să predomine calea delta 5. Ultima reacţie a căilor delta 4 şi delta 5, conversia dehidroandrosteronului în androstendiol şi a adrostendionului în testosteron sunt reversibile (Braun & Stolla 1996, Mogos et al 1999). Reacţia de limitare a producţiei de testosteron este transportul intramembranar mitocondrial al colesterolului sub acţiunea StAR. Administrarea acută de LH-ul stimulează eliberarea mitocondrială de colesterol şi formarea de CYP11A1 (Griffin & Wilson 2002).
   

dihidrotestoteronul (dht)

Conversia testosteronului în DHT are loc sub acţiunea a două izoenzime - 5α reductaza 1 codată de o genă de pe braţul scurt al crz 5 şi 5α reductaza 2 codată de o genă de pe braţul scurt al crz 2. Distribuţia celor 2 izoenzime este diferită: exprimarea 5α reductazei 2 la nivelul tractului urogenital are loc precoce în embriogeneză în timp ce 5α reductaza1 se exprimă la nivel cutanat şi hepatic în momentul pubertăţii; de asemenea la nivelul scalpului 5α reductaza1 se exprima în glandele sebacee iar 5α reductaza 2 în foliculul pilos. La subiecţii cu deficienţă de 5α reductaza este vorba despre deficienţă în 5α reductaza 2 (Griffin & Wilson 2002) .

Transportul androgenilor

Androgenii sunt deversaţi de celulele Leydig în tubii seminiferi, capilarele sangvine şi limfatice; concentraţia limfatică şi în lichidul seminal este mai mare decât concentraţia sangvină dar rata fluxului sangvin este de 100 de ori mai înaltă decât a celorlalte fluide; concentraţia sangvină scăzută a testosteronului se datorează diluării sângelui venos cu sângele arterial datorită anastomozelor arterio-venoase de la nivelul plexului pampiniform, peste 60% din sângele arterial trecând direct în vene. Deoarece doar aproximativ 25μg de testosteron este stocat normal în testicul, este necesar un turn-over de peste 200 de ori al întregului conţinut testicular pentru o secreţie zilnică plasmatică de 6mg (Griffin & Wilson 2002).

Testosteronul prezintă un ritm circadian de secreţie cu un maxim dimineaţa (orele 4-8) şi minimum la miezul nopţii. Alături de testosteron se mai secretă 17 α OH progesteron, androstendion, pregnenolon, cantităţi reduse de DHT (dihidrotestosteron - 69 micrograme /zi) şi estradiol (10 micrograme /zi) (Horton 1997, Santen 1998).

Testosteronul este transportat în sângele periferic de proteine de transport:

1. 
   44% legat de SHBG (Sex Hormone Binding Globuline) - afinitate de 1,6 x10^-9M, singura implicată în întârzierea pătrunderii testosteronului la nivelul ţesuturilor
   
2. 
   54% legat slab de albumină (de 1000 de ori mai slab comparativ cu SHBG)
   
3. 
   1-2% legat de CBG (Cortisol Binding Globuline)
   
4. 
   2% este liber (Griffin & Wilson 2002)
   

SHBG (Sex Hormone Binding Globuline)

Este o glicoproteină cu structură heterodimerică de 95 kd, sintetizată în ficat, identică din punct de vedere biochimic şi imunologic cu cea secretată de celulele Sertoli. (genă de 6 exoni pe crz 17); conţine 30% carbohidraţi şi are un singur situs de legare pentru androgen. Leagă de asemenea şi DHT şi estradiolul (cu afinitate mai slabă). Scade în obezitate, acromegalie, hiperprolactinemie, hipotiroidie şi creşte în hipertiroidie, ingestia de pilule, tamoxifen sau fenitoin de către mamă pe parcursul sarcinii, ciroză, hipogonadism; creşte odată cu îmbătrânirea. Estrogenii îi simulează sinteza, iar androgenii o inhibă. Capacitatea de legare a steroidului scade în caz de consum de diferite medicamente: spironolactonă, fluoxymesterolon, danazol, 17-metiltestosteron etc(Horton 1997).

Concentraţia sangvină

1. 
   variază cu vârsta:
   

1. 
   1 nmol (30 ng/dl) la naştere cu creşterea concentraţiei la două luni
   
2. 
   350 pmol (10 ng/dl) până la pubertate - creşte progresiv de la 12 la 18 ani
   
3. 
   25 nmol (700 ng/dl) la adult
   
4. 
   după 50 ani scade activitatea celulelor Leydig cu hiperactivitate hipotalamo-hipofizară.
   

2. 
   semiviaţa testosteronului plasmatic este de 8-10 min (Braun & Stolla 1996, Horton 1997, Marcelli 1998, Mogos et al 1999).
   

Metabolismul androgenilor

3. 
   la nivel hepatic are loc catabolismul a 50-70 % din testosteron sub acţiunea 17 OH steroid dehidrogenazei în androstendion, redus în 5α şi 5 β - androstan 3,17 dionă; are loc ulterior conversia la patru 17 oxosteroizi izomeri ce sunt sulfo şi glicuronoconjugaţi şi excretaţi în urină şi fecale. Testosteronul poate fi redus şi la androstendioli, la rândul lor glicuronoconjugaţi hepatic şi excretaţi hepatic. O parte din produşii de metabolism hepatic au activitate androgenică (esterii de testosteron) (Celec & Ostatnikova 2003). Legarea testosteronului de SHBG permite pasajul hepatic al acestuia fără inactivare completă
   
4. 
   25% din testosteron se elimină liber urinar
   
5. 
   există şi o degradare tisulară a androgenilor. Astfel DHT este convertit reversibil 1n 3 α androstendiol şi apoi în compusul glucuronid ce este apoi secretat urinar. 3 α glucuronidul este un marker important al activităţii androgenice la nivel tisular, în stările de hiperandrogenism (exces de pilozitate, acnee la bărbaţi) înregistrându-se o creştere a acestui compus în plasmă şi urină (Horton 1997, Santen 1998).
   

Acţiunile androgenilor

Mecanismul de acţiune al androgenilor - la nivelul celulei ţintă, testosteronul pătruns prin simplă difuziune poate acţiona direct sau poate fi convertit în 5 α dihidrotestosteron sub acţiunea 5 α reductazei, în estradiol sub acţiunea aromatazei sau reconvertit într-unul din precursorii săi, androstendionul, sub acţiunea 17-OH steroid dehidrogenazei. Produşii rezultaţi pot acţiona la nivelul respectiv sau pot trece în circulaţie şi acţiona la alt nivel (Braunstein 1994, Horton 1997). Receptorul androgenic (AR) - este acelaşi pentru testosteron cât şi pentru dihidrotestosteron; este o proteină cu 910-919 aa, codificată de gene de pe braţul lung al cromozomului X (Xq, locusuri 11-12) constituită din 8 exoni; face parte dintr-un grup de patru receptori steroizi ce au nu numai similitudini structurale (structură în 82% omologă cu cea a receptorului progesteronic (RP), 79% cu cea a receptorului mineralocorticoid (RM) şi respectiv glucocorticoid (RG)) dar activează transcripţia genică prin acelaşi HRE (Hormone responsive element). Aparţin marii familii a factorilor transcripţiei nucleare împreună cu receptorul estrogenic , al hormonilor tiroidieni, vitaminelor D şi acidului retinoic . Este format din:

1. 
   domeniu amino-terminal: codat de exonul 1 - domeniul activator al transcriptazei
   
2. 
   domeniul de legare al ADN codat de exonul 2-3, conţine domeniul de legare al ADN-ului. Este cel mai puţin variabil, fiind dispus sub forma a două bucle de aminoacizi ce conţin câte 4 reziduri de cisteină pentru legarea zincului (Zn fingers):
   

• 
  primul “Zn finger”, codat de exonul 2 este important pentru legarea la ADN
  
• 
  al doilea “Zn finger” codat de exonl 3 stabilizează interacţiunea ADN-receptor
  

3. 
   regiune balama conţine secvenţa necesară transferului AR din citoplasmă la locusul nuclear de acţiune
   
4. 
   domeniu de legare al androgenilor este codat de exonii 4-8. Această porţiune a receptorului, localizată în citozol, leagă molecula de androgen, formând complexul hormon-receptor; proteinele de şoc (HSP90) se leagă de asemenea de acest complex fiind responsabile de menţinerea receptorului în stare inactivă. Eliberarea proteinelor de şoc şi cuplarea androgenilor este necesară pentru transportul intranuclear, dimerizare şi legarea la ADN (Weinbauer 2001)
   

Perioada şi nivelul de acţiune	Hormonii implicaţi	Acţiuni
Prenatal
Canalele lui Wolf	T	Dezvoltarea organelor genitale interne: epididim, canale deferente, vezicule seminale, ductul ejaculator
Sinus urogenital	DHT	Dezvoltare glandului din tuberculul genital, a penisului prin fuziunea plicilor uretrale, a scrotului prin fuziunea plicilor genitale, dezvoltarea prostatei şi a uretrei prostatice
Hipotalamus	T, E	Stimularea dezvoltării centrului tonic de secreţie al LH-RH hipotalamic şi inhibiţia definitivă a centrului ciclic duce la dezvoltarea sexului neuro-hormonal masculin (lunile IV-VI prenatal)
SNC	T E	Sexualizarea neuro-comportamentală prenatală (lunile VI-IX), respectiv crearea unui primordiu de comportament masculin care va fi modulat apoi educaţional şi stimulat la pubertate şi în viaţa adultă
Pubertar şi postpubertar
OGI	T,DHT	Dezvoltarea completă a OGI
OGE	DHT	Dezvoltarea completă a OGE
Testiculul exocrin	T	Iniţierea şi menţinerea spermatogenezei, împreună cu FSH-ul hipofizar
Foliculul pilo-sebaceu	DHT	Stimularea creşterii pilozităţii androgen-dependente cu stabilirea la finalul pubertăţii a modelului masculin de distribuţie a pilozităţii: barbă, mustăţi, torace, inserţie rombică a pilozităţii pubiene, golfurile frontale,
Laringe	DHT	Creşterea laringelui, îngroşarea corzilor vocale ce contribuie la tonalitatea joasă a vocii la bărbat.
Schelet	T	Accelerarea ritmului de creştere în înălţime la pubertate de la 5 la 8 cm/an, dezvoltarea scheletului centurii scapulare şi a morfotipului masculin în cadrul dimorfismului sexual. Dimensiunile şi conţinutul mineral al osului sunt în general mai importante la sexul masculin datorită efectului stimulator al androgenilor.
Sistemul muscular	T	Dezvoltarea muşchilor pectorali şi ai umărului cu realizarea dimorfismului sexual caracteristic.
Metabolismul proteic	T	Stimularea sintezei de proteice şi inhibarea catabolismului.
Metabolism lipoproteic	T	Creşterea LDL, scăderea HDL, cu efect aterogen
Sistemul hematopoetic	T	Stimularea producţiei de eritropoetină cu creşterea numărului de eritrocite şi a celulelor stem hematopoetice
Sistemul endocrin	T	Asigurarea controlului de feed-back negativ asupra secreţiei de LH şi FSH
Comportament
Comportament	T, E, DHT	Stimularea dorinţei sexuale şi a potenţei Comportamentului agresiv, capacităţii de iniţiativă, concentrare, orientare spaţială, abilităţilor matematice şi de compoziţie

1. 
   Acţiunile hormonilor androgeni în diferite faze ale funcţiei (Mogos et al 1999, Griffin & Wilson 2002, Weinbauer 2001)
   

DHT se leagă de receptor cu o afinitate mai mare (de 1,2 ori mai mare decât testosteronul) şi formează un complex mult mai stabil; s-a emis ipoteza că DHT ar servi ca amplificator al semnalului declanşat de testosteron şi nu ar forma singur un complex hormon/receptor cu ţintă ADN specifică (Griffin & Wilson 2002).

Testosteronul, legat în majoritate de proteinele de transport, ajunge la nivelul celulelor ţintă, se disociază de proteinele de legătură, difuzează în celulă (cu sau fără conversie în DHT sau estrogen) şi se leagă de receptor; se formează complexul androgen/receptor androgenic cu dimerizarea receptorului, transportul intranuclear şi interacţiunea cu ADN prin legare de HRE (Hormone Receptor Element) a genelor ţintă; are loc activarea ARN polimerazei I şi II, transcripţia şi sinteza de ARNm; acesta este transportat apoi în citoplasmă pentru sinteza de proteine androgen-dependente (Braunstein 1994, Santen 1998, Griffin & Wilson 2002 ). Activitatea complexului transcripţional este reglată de co-activatori şi co-represori (CPB/3000, ARA54, ARIP-3 testicular specifică). Cum receptorul pentru androgeni este ubicuitar în organism se pare că specificitatea sa asupra unui ţesut sau organ depinde tocmai de aceşti co-activatori şi co-represori (proces ce stă la baza acţiunii produselor de tip SARM - Selective androgen receptor modulator) (Weinbauer 2001) .

Acţiunile androgenilor - există două mari tipuri de acţiuni ale androgenilor: efectele anabolice şi efectele androgenice propriu-zise. Produsele farmaceutice au efect predominant anabolic sau androgenic prin mici modificări ale structurii chimice (de exemplu substituţia la poziţia C7 împiedică reducerea 5 α şi induce mai mult efecte anabolice decât androgenice) (Santen 1998). Se disting trei etape de acţiune a androgenilor: perioada prenatală, pubertară, şi postpubertară. Există procese dependente direct de testosteron şi altele dependente de dihidrotestosteron (Braunstein 1994, Mogos et al 1999).

2. Estrogenii testiculari

Sinteză, structură - estrogenii testiculari provin prin aromatizarea (în majoritate extraglandulară), inconvertibilă a androstendionului, testosteronului sau 19 OH androstendionului (Braun & Stolla 1996). Au origine: testiculară 20% din estrogenii ( sursa exactă a estrogenilor testiculari nu este cunoscută: celulele Sertoli în cultură produc mici cantităţi de estradiol la stimularea cu FSH, în alte studii evidenţiindu-se sinteza estrogenică în culturi cu celule Leydig (Braun & Stolla 1996)) şi prin conversie periferică la nivelul ţesutului adipos- 80%.

Concentraţia plasmatică a estradiolului este de sub 180pmol/l (50pg/ml) iar a estronei de sub 300pmol/l (80pg/ml) (Griffin & Wilson 2002).

Rolul estrogenilor testiculari - este încă incomplet elucidat (Griffin & Wilson 2002) : stimulează închiderea cartilagiilor de creştere epifizară, accelerarea creşterii pubertare, menţinerea densităţii minerale osoase, controlează secreţia gonadotropă, joacă rol în reglarea comportamentului masculin şi a potenţei la nivel central, controlează funcţia epididimară; celulele Leydig conţin receptori estrogenici, aceştia inhibând producţia de androgeni nu numai prin inhibiţia secreţiei de gonadotropi ci şi prin efect direct.

3. Inhibina ŞI ACTIVINA

Existenţa unui factor nesteroidian secretat de testicul şi reglator al FSH-ului hipofizar a fost suspicionată încă de acum 60 ani, dar natura exactă a acestuia n-a putut fi demonstrată decât în 1985. Inhibina este glicoproteină secretată sub formă de heterodimer, de 32 kDa, format din câte o subunitate α (identică) şi câte o subunitate βA (inhibina A) sau o subunitate β B (inhibina B) legate prin punţi disulfurice, care inhibă preferenţial secreţia de FSH. Activina este un hetero dimer de subunităţi β ce stimulează secreţia de FSH.

INHIBINE	Dimeri
Inhibina A	a-bA
Inhibina B	a-bB
ACTIVINE	Dimeri
Activina A	bA-bA
Activina B	bB-bB
Activina AB	bA-bB

2. 
   Dimerii de inhibină şi activină
   

Inhibina, activina şi receptorul activinei prezintă omologie structurală şi a secvenţelor peptidice atât cu TGFb cât şi cu receptorul pentru TGFb; fac parte împreună cu AMH din marea familie a transforming growth factor b (Krester & Hedger 1996).

Inhibina este secretată de celulele Sertoli şi germinale de la nivelul testiculului, din celulele granuloasei foliculului ovarian dar şi de la nivelul altor organe (placenta). FSH-ul induce sinteza şi secreţia inhibinei iar aceasta la rândul său joacă un rol important în reglarea FSH.

In timpul sarcinii placenta secretă inhibina A iar membranele placentare secretă atât inhibina A cât şi inhibina B. In testiculul fetal până în săptămâna 16 se identifică subunităţi a şi bB (nu şi bA) atât la nivelul celulelor Sertoli cât şi în celulele Leydig, dar după săptămâna 24 acestea se pot evidenţia în majoritate doar în celulele Sertoli. Nu se identifică subunităţi ale inhibinei la nivelul ovarului fetal. La termen, în cordonul ombilical al fetiţelor nou-născute nu se identifică nici unul din dimerii inhibinei în timp ce la băieţei se poate pune în evidenţă inhibina B cu o concentraţie medie de 167 pg/ml. In viaţa adultă inhibina A nu are valori detectabile iar precursorul subunităţilor alpha - proalphaC nu poate fi folosit ca marker al spermatogenezei – nu există corelaţii între acesta şi FSH, LH, testosterone, concentraţia spermatică sau volumul testicular total (Fujisawa et al 2001).

La pubertate, la ambele sexe se înregistrează creşterea nivelului de inhibină. La băieţi creşterea nivelului inhibinei B de-alungul pubertăţii este relativ constantă (de 1,5 ori în timp ce volumul testicular creşte de la 1 la 10 ml). Se produce o creştere iniţială între perioada prepubertară şi primele stadii ale pubertăţi ; în stadiul pubertar 2 concentraţia inhibinei rămâne relativ constantă în timp ce FSH-ul creşte semnificativ până în stadiul 3 pubertar după care rămâne relativ constant. Începând cu stadiul 3 începe să se contureze o corelaţie de tip invers între inhibina B şi FSH pentru ca din stadiul 4 aceasta să devină evidentă şi asemănătoare celei de la adult (Andersson 2000). Nivelul inhibinei B se corelează prepubertar cu activitatea celulelor Sertoli iar postpubertar cu spermatogeneza (pacienţii cu Sertoli only syndrom au nivele normale ale inhibinei prepubertar şi scăzute postpubertar şi în viaţa adultă - în funcţie de stadiul de oprire în maturare a spermatogenezei). Probabil că prepubertar subunităţile a şi bB ale inhibinei sunt produse de celulele Sertoli iar postpubertar şi în viaţa adultă celulele Sertoli complet diferenţiate produc doar subunităţi a , subunităţile bB fiind sintetizate de celulele germinale; la adult inhibina B pare a fi produsă sub influenţa interrelaţiei dintre celulele germinale şi celulele Sertoli. La prepuberi concentraţia bazală de inhibină este în corelaţie strânsă cu răspunsul testosteronului la administrarea de hCG putând fi folosită împreună cu acesta în diagnosticul prezenţei şi funcţiei testiculilor criptorhizi (Grumbac 2002, Andersson 2000).

Kamischke remarcă prin studiul său că injectarea de FSHr (3000UI cu repetare de doze diferite la 28 zile interval) determină o creşte a inhibinei la 96 h de la injectare, creştere ce nu este însă proporţională cu doza, iar secreţia de inhibină îşi păstrează ritmul circadian de secreţie în ciuda în ciuda stimulării exogene (Kamischke et al 2001). Acestea s-ar putea explica prin sinteza disociată a celor două subunităţi: a la nivelul celulelor Sertoli şi bB de spermatocitele aflate in faza de pahiten si de spermatida rotunda. Producţia de subunităţi a ar fi dependentă de FSH iar producţia de subunităţi bB ar fi sub controlul semnalelor venite de la nivelul celulelor germinale (Carlsen 1999).

Inhibina prezintă un ritm de secreţie circadian cu maxim matinal şi minim vesperal (Carlsen 1999); testosteronul are o influenţă semnificativă asupra secreţiei de inhibină în timp ce aceasta nu influenţează la rândul său secreţia de testosteron (Kamischke, Simoni et al 2001).

Concentraţia serică a inhibinei B se corelează strâns cu volumul testicul şi concentraţia spermatică. La pacienţii infertili există în general o corelaţie bună între inhibină şi gradul de afectare a spermatogenezei, un mare avantaj al determinării concentraţiei inhibinei B fiind faptul că aceasta reflectă funcţia întregului ţesut testicular; este utilă în special la bărbaţii infertili cu azoospermie secretorie putând diferenţia între cei cu aplazia celulelor germinale şi cei cu spermatogeneză focală, deci candidaţi la ICSI cu spermatozoizi obţinuţi prin biopsie testiculară. Până în ultimii ani FSH-ul era considerat principalul marker al funcţiei testiculare exocrine. Valuarea diagnostică a inhibinei B pare a fi mai bună deoarece concentraţia sa depinde de starea de funcţionare a tubilor seminiferi şi mai ales de prezenţa unei spermatogeneze până la stadiile avansate, în timp ce FSH-ul este dependent şi de GnRH, estradiol şi testosteron (Pierik et al 1998). Cu toate acestea şi utilitatea inhibinei este limitată deoarece există cazuri cu Sertoli only syndrome şi valori normale ale inhibinei (Meachem et al 2001), iar în alte studii nu s-a găsit o corelaţie între valoarea inhibinei B şi identificarea de spermatozoizi la biopsia testiculară la pacienţi cu azoospermie nonobstructivă (Vernaeve et al 2001).

4. ANTIMÜLLERIAN HORMONE (AMH)

Face parte din familia TGF β (Transforming Growth Factor β). Este secretat de celulele Sertoli imature, în săptămânile 8-13 ale vieţii intrauterine sub acţiunea genelor SRY şi SF1. Secreţia are loc bidirecţional : apical în tubii seminiferi şi bazal în interstiţiu şi circulaţia sangvină. AMH se menţine la concentraţii crescute prepubertar după care scade dramatic ajungând la valori foarte scăzute în viaţa adultă. Postpubertar este secretat de celulele Sertoli mature numai la nivelul polului apical, putând fi detectat în concentraţii semnificative la nivelul lichidului seminal (Fujisama et al 2002). Determină regresia ductelor műlleriene la fetusul masculin prin apoptoza elementelor mezenchimale; după naştere rolul său este controversat dar pare a interveni în controlul proliferării celulelor Leydig şi steroidogeneză şi poate şi în diferenţierea celulelor germinale.

Determinarea sa prepubertară este folosită în diagnosticul diferenţial al critorhidiei bilaterale şi anorhidiei; la hipogonadicii hipogonadotropi valoarea sa se menţine ridicată postpubertar prin lipsa de maturare a celulelor Sertoli (Weinbauer 2001, Griffin & Wilson 2002). În viaţa adultă concentraţia în plasma seminală a AMH se corelează cu concentraţia spermatică, determinarea sa la acest nivel putând servi ca marker al maturităţii celulelor Sertoli.

6.