Aivolisäkkeen etulohkon gonadotrooppisolut

Äyräpää-luento 1999 Gonadotropiinien synteesistä, vaikutuksista ja niihin liittyvistä sairauksista Ilpo Huhtaniemi Jokainen lääketiedettä lukenut muistanee fysiologian ja gynekologian opinnosta aivolisäke-gonadiakselin, jolla aivolisäkkeen etulohkosta erittyvät gonadotropiinit luteinisoiva hormoni ja follikkelia stimuloiva hormoni stimuloivat munasarjan ja kiveksen kehitystä ja hormonitoimintoja ylläpitäen näin hedelmällisyyttä. Näiden kahden hormonin synteesi, eritys, vaikutusmekanismit ja toiminnan patofysiologia ovat olleet tämän artikkelin kirjoittajan tutkimustyön kohteina liki 30 vuotta. Tutkimustyön käytännön tavoitteina ovat olleet sukupuolen kehityshäiriöiden ja lapsettomuuden syiden selvittely, parempien diagnostiikka- ja hoitomenetelmien kehittäminen sekä uusien raskaudenehkäisykeinojen etsintä miehille. Esittelen tässä kirjoituksessa tutkimustyöni tuloksia ja kerron minua teoreettisesti eniten sävähdyttäneistä havainnoista sekä niistä, joista saattaa koitua suurin hyöty käytännön lääketieteelle. Aivolisäkkeen etulohkon gonadotrooppisolut erittävät kahta gonadotropiinihormonia, luteinisoivaa hormonia (LH) ja follikkelia stimuloivaa hormonia (FSH), jotka kuuluvat tyreotropiinin (TSH) ja istukkagonadotropiinin (HCG) ohella glykoproteiinihormonien geeniperheeseen. Ne koostuvat kullekin hormonille yhteisestä α-alayksiköstä sekä jokaiselle erilaisesta ja vaikutuksen spesifisyyden määrittävästä β-alayksiköstä. Lisäksi gonadotropiinimolekyyleissä on hiilihydraattiosia, jotka pitkittävät niiden puoliintumisaikaa verenkierrossa ja vaikuttavat biologiseen aktiivisuuteen. Gonadotropiinit erittyvät aivolisäkkeestä hypotalamuksesta tulevan gonadotropiinien vapauttajahomonin (GnRH) sääteleminä 1 1.5 tunnin välein toistuvina lyhyinä pulsseina. Sukupuolirauhasten gonadotropiinivasteen stimuloimat steroidija peptidihormonit taas osallistuvat LH:n ja FSH:n erityksen palautesäätelyyn hypotalamuksessa ja aivolisäkkeessä. Gonadotopiinien vaikutukset välittyvät kohdesoluihin niiden ulkokalvolla sijaitsevien reseptoriensa välityksellä. FSH-vaikutus kohdistuu munasarjassa granuloosasoluihin ja kiveksessä Sertolin soluihin. LH-vaikutuksen kohdesoluja ovat munasarjassa teeka-, granuloosa- ja luteaalisolut sekä kiveksessä Leydigin solut. Tämä säätelyjärjestelmä eli hypotalamus-aivolisäke-sukupuolirauhasakseli (kuva 1) on selkeätä oppikirjatietoa, mutta sen toiminnassa on vielä paljon selvitettävää, ja kokonaiskuva mutkistuu kaiken aikaa uuden tiedon kertyessä. Kuva 1. Hypotalamus-aivolisäke-sukupuolirauhasakseli. GnRH = gonadotropiineja vapauttava hormoni FSH = follikkelia stimuloiva hormoni LH = luteinisoiva hormoni 2324 Duodecim 1999; 115: 2324 32 I. Huhtaniemi

Mistä kaikki alkaa gonadotropiinivaikutus sikiökaudella Ensimmäinen tieteellinen tutkimukseni käsitteli sikiön kiveksen hormonitoimintaa, ja siinä todettiin ensimmäistä kertaa ihmisen sikiön kiveskudoksen hyvin suuri testosteronipitoisuus (Huhtaniemi ym. 1970). Tämän seikan tiedettiin jo silloin eläinkokeiden perusteella olevan välttämätöntä koirassikiön maskulinisoitumiselle (Jost ym. 1973). Havainto muodosti keskeisen osan sikiön steroidihormoniaineenvaihduntaa käsitelleessä väitöskirjatyössäni (Huhtaniemi 1974), jonka muut havainnot ovat aikoja sitten vaipuneet tieteen unholaan. Jatkoin tohtoritutkijakaudellani Yhdysvalloissa tämän perushavainnon tutkimista, ja tarkoitukseni oli selvittää, mikä säätelee sikiön kiveksen testosteronintuotantoa. Osoitin vastikään kehitetyllä LHreseptorimäärityksellä, että ihmisen sikiön kiveskudos sisältää suuren määrän LH-reseptoreja, ja lisäksi inkubaatiokokeet osoittivat, että LH:n sikiökautinen»superagonisti» eli HCG pystyy stimuloimaan sikiön kiveksen testosteronintuotantoa (Huhtaniemi ym. 1977). Kun lisäksi tiedettiin sikiön kiveksen androgeenintuotannon ja istukkagonadotropiinipitoisuuksien olevan samanaikaisesti suurimmillaan raskauden ensimmäisen ja toisen kolmanneksen vaihteessa, kehitimme hypoteesin siitä, että istukan HCG:n trooppinen vaikutus saa aikaan sikiön kiveksen testosteronintuotannon ja koirassikiön maskulinisoitumisen. Tämä havainto löysikin tiensä alan oppikirjoihin, mutta sitten texasilainen tutkimusryhmä osoitti, että sikiön kives tuottaakin suuria testosteronipitoisuuksia ilman gonadotropiinivaikutusta (Word ym. 1989). Syntynyt ristiriita jäi kaivelemaan mieltä, kunnes päätimme ottaa asian uudelleen tutkittavaksi eläinkokein. Olimme rakentaneet laboratorioomme erittäin herkät menetelmät LH:n ja testosteronin mittaamiseksi, ja pystyimme nyt määrittämään nämä kaksi hormonia yksittäisistä rotan tai hiiren sikiön seerumi- tai kiveskudosnäytteistä. Havaitsimme hämmästykseksemme, että sinä ajankohtana, jolloin rotan sikiön kives tuottaa suurimmat määrät testosteronia, sikiön verenkierrossa ei ole vielä lainkaan Kuva 2. Rotan sikiön ja vastasyntyneen rotan verenkierron LH:n (Ο Ο) ja kiveksen testosteronin (T, ) pitoisuudet. Ajankohtana, jona sikiön kiveksensisäinen testosteronipitoisuus on suurimmillaan, verenkierrossa ei ole lainkaan LH:ta (Huhtaniemi 1994). LH:ta (kuva 2), eli testosteronin tuotannon täytyy todella käynnnistyä ilman gonadotropiinivaikutusta (El-Gehani ym. 1998). Ilmiö osoittautui samaksi gonadotropiinivajailla hpg-mutanttihiirillä (O Shaughnessy ym. 1998) ja poistogeenisillä hiirillä (Kendall ym. 1995). Tällaiset hiiret tuottivat testosteronia normaalisti syntymäänsä asti, minkä jälkeen niiden maskulinisoituminen tyrehtyi. Jopa sellaiset poistogeeniset hiiret, joille ei kehity lainkaan aivolisäkettä, näyttävät maskulinisoituvan sikiökaudella normaalisti (F. El-Gehani, P. Pakarinen, Y. Kimura ja I. Huhtaniemi, julkaisematon havainto). Ainakin jyrsijöillä sikiön kiveksen testosteronintuotanto siis käynnistyy autonomisesti ilman gonadotropiinivaikutusta. Kyseessä on ilmeisesti jokin kiveksensisäinen idioottivarmasti toimiva parakriininen säätelymekanismi. Sikiön maskulinisoituminen on niin tärkeä tapahtuma, että se ei voi jäädä epävarman aivolisäkestimulaation varaan. Kun tämä erilaistumisvaihe on ohitettu, voi alkaa aikuisiälle tyypillinen gonadotropiinien ohjaama testosteronintuotanto. Ihmisellä tilanne saattaa kuitenkin olla erilainen, mille oletukselle on saatu aivan äskettäin lisävahvistusta ihmiseltä löydettyjen LH- ja LH-reseptorimutaatioiden fenotyypeistä. Jos LH-synteesi Gonadotropiinien synteesistä, vaikutuksista ja niihin liittyvistä sairauksista 2325

on mutaation vuoksi estynyt, tapahtuu poikalapsen sukupuolinen erilaistuminen normaalisti syntymään asti, sillä siitä huolehtii raskauden aikana istukan HCG (Weiss ym. 1992). Sen sijaan jos mutaatio vioittaa LH-reseptoria, ei sukupuolen erilaistuminen mieheksi käynnisty lainkaan, vaan seurauksena on pseudohermafroditismi (Themmen ym. 1998). Ihmissikiö tarvitsee siis kuitenkin, päinvastoin kuin rotta ja hiiri, jonkin LH-reseptorivälitteisen ärsykkeen maskulinisoituakseen. Tätä ongelmaa on ollut kiehtovaa tutkia muutaman vuoden välein uusilla menetelmillä, aiemmin nyt triviaaleilta tuntuvilla hormonimittauksilla, sittemmin tieteen eturintamassa olevilla poistogeenihiirimalleilla. Monilla tutkijoilla on varmaan jokin iäisyyskysymys, jonka piiriin on pakko palata määrävälein. Uusia yllättäviä LH-vaikutuksia 1980-luvulla tutkittiin ahkerasti voimakkaiden hormonistimulaatioiden aikaansaamaa reseptorien vaimennussäätelyä (down-regulation) eli häviämistä kohdesoluista ja hormonivasteen»desensitoitumista» eli hiipumista. Tämä ilmiö oli hyvin selvä LH:n gonadivaikutuksissa, mikä viittasi siihen, että sillä on oltava joku tärkeä tehtävä. Suuren gonadotropiinipitoisuuden vaikutukset elimistön toimintoihin ovat siis jostakin tuntemattomasta syystä estyneet erittäin tehokkaasti. Voisiko sillä olla haitallisia vaikutuksia, ja mitä nämä vaikutukset voisivat olla? Tämä kysymys alkoi selvitä odottamattomalla tavalla. Olimme tuottaneet siirtogeenisiä hiiriä, joiden gonadeissa ilmentyi voimakas virusonkogeeni, SV40 T-antigeeni. Siirtogeeni indusoi odotustemme mukaisesti kasvaimia kiveksiin ja munasarjoihin (Kananen ym. 1995, Rahman ym. 1998). Tätä koemallia voitiin sitten käyttää tutkittaessa gonadituumorien patogeneesiä ja erilaisia kokeellisia hoitomalleja. Joillekin eläimistä ilmaantui myös etäpesäkkeiltä näyttäviä tuumoreita maksaan ja keuhkoihin. Selvittääksemme, olivatko nämä metastaaseja vai primaarikasvaimia, poistimme eläinten gonadit ennen tuumorien syntyä. Maksa- ja keuhkotuumorit hävisivät, joten kyse oli etäpesäkkeistä. Sen sijaan gonadektomoitujen siirtogeenisten hiirten lisämunuaisiin ilmestyi täysin odottamattomasti kasvaimia, joita ei havaittu yhdelläkään gonadektomoimattomalla eläimellä (Kananen ym. 1996, Rilianawati ym. 1998). Mistä siis oli kysymys? Tuottivatko gonadit jotain tuumorisuppressorimolekyyliä, vai indusoiko gonadien poisto jonkin tuumoripromoottorimolekyylin ilmaantumisen? Seuraavaksi teimme eläimille kemiallisen gonadektomian hoitamalla niitä GnRH-antagonistilla, joka estää gonadotropiininerityksen ja gonadien hormonintuotannon (Kananen ym. 1997). Lisämunuaistuumoreita ei ilmaantunut, joten gonadien kirurgisella poistolla täytyi olla jotain tekemistä niiden kanssa. Tässä yhteydessä gonadotropiinipitoisuudet luonnollisesti suurenevat negatiivisen palautevaikutuksen hävitessä, mutta tällä ei pitäisi olla mitään tekemistä lisämunuaisten kanssa, sillä kuuluuhan endokrinologian perusasioihin, että gonadotropiinit vaikuttavat vain kiveksessä ja munasarjassa. Tutkimme kuitenkin, löytyisikö lisämunuaiskasvaimista LH-reseptoreja, ja yllätykseksemme löydös oli positiivinen (kuva 3). Siis gonadektomian jälkeinen suuri LH-pitoisuus indusoi LH-reseptorien ektooppisen ekspression lisämunuaisen kuoressa, jossa se yhdessä T-antigeenin kanssa saa sitten aikaan tuumorien synnyn. Voimakas LH-stimulaatio voi siis tietyissä olosuhteissa indusoida oman reseptorinsa ektooppisen ekspression ja toimia tuumoripromoottorina. Olisiko tämä se syy, miksi elimistö on kehittänyt tehokkaan suojamekanismin pitkäaikaisia ja voimakkaita hormonistimulaatioita vastaan? Myöhemmin teimme samanlaisen havainnon toisella siirtogeenisellä hiirimallilla, joka tuotti suuren määrän LH:ta (Risma ym. 1995). Näille eläimille ei onkogeenin puuttuessa ilmaantunut lisämunuaistuumoreja, mutta tietyssä iässä ne alkoivat lihoa ja niille kehittyi kystia ja kasvaimia munasarjoihin. Havaitsimme jälleen, että lisämunuaiset sisälsivät suuren määrän LH-reseptoreja, ja kroonisesti suurentunut LH-pitoisuus sai aikaan lisämunuaisen glukokortikoidituotannon stimuloitumisen ja siis Cushingin syndrooman (Kero ym., julkaisematon havainto) jo aiemmin eläimillä todetun polykystisen muna- 2326 I. Huhtaniemi

Kuva 3. Immunohistokemiallinen LH-reseptorin (A) ja SV40 T -antigeenin (B) osoitus kastroitujen inhibiini-α/sv40t-ag-siirtogeenisten hiirten lisämunuaisesta (Rilianawati ym. 1998). Janan pituus 20 µm. sarjasyndrooman (PCOS) lisäksi (Risma ym. 1995). Edellä kuvatuilla havainnoilla saattaa olla merkitystä hormoneista riippuvaisten kasvainten synnyssä ihmisellä. Kuten tiedämme, LHeritys lisääntyy vaihdevuosien jälkeen, ja samana ajankohtana kasvaa munasarja- ja lisämunuaiskasvainten esiintyvyys. Alustavien havaintojemme perusteella sekä normaali postmenopausaalinen lisämunuaiskudos että ihmisen lisämunuaiskasvaimet ekspressoivat LH-reseptoria, joten gonadotropiinivaikutus saattaa liittyä lisämunuaiskasvainten syntyyn. Samaa on jo kauan epäilty munasarjasyövässä. LH-pitoisuudet ovat kroonisesti suurentuneet usein myös PCOS:ssä, ja siinä myös lisämunuaiskuoren hormonituotanto aktivoituu. Tässä on uusi teoria PCOS:n toistaiseksi selvittämättömäksi jääneestä etiologiasta. Gonadotropiinien geneettiset variantit Työtoverini Kim Pettersson tutki joitakin vuosia sitten LH:n erilaisten monoklonaalisten vasta-aineiden käyttäytymistä immunometrisissa LH-määrityksissä (Pettersson ym. 1992). Hän havaitsi yllättäen, että yksi testatuista vasta-aineista ei pystynyt tunnistamaan lainkaan erään terveen naisen seeruminäytteen LH:ta. Naisella oli kaksi lasta, joten hänellä täytyi olla LH-tuotantoa, koska ilman sitä raskaudet olisivat olleet mahdottomia; lisäksi hänen FSH- ja TSHarvonsa olivat normaaleja. Tästä päättelimme, että naisen LH-molekyylin täytyi olla rakenteellisesti poikkeava. Eristimme hänen DNA-näytteestään LHβ-geenin ja sekvensoimme sen. Hypoteesimme oli oikea: geenistä löytyi kaksi pistemutaatiota, jotka kumpikin aiheuttivat muutoksen LHβ-ketjun aminohappojärjestyksessä Gonadotropiinien synteesistä, vaikutuksista ja niihin liittyvistä sairauksista 2327

Kuva 4. Normaalin ja variantti-lhβ:n (LH-VAR-β) ja HCGβ:n 20 aminoterminaalista aminohappoa. Variantti-LH:n β-ketjun kahdeksas aminohappo on mutatoitunut tryptofaanista (TRP) arginiiniksi (ARG) ja 15. aminohappo isoleusiinista (ILE) treoniiniksi (THR). (kuva 4) (Nilsson ym. 1998). Nämä muutokset selittivät hyvin havaitun eron mutatoituneen LH:n immunoreaktiivisuudessa. Tämän LH-variantin biologian ja patofysiologian selvittely jatkuu parhaillaan laboratoriossamme, ja se on avannut uusia näköaloja gonadotropiinien vaikutuksiin ja niiden häiriöihin. Löytämämme LH-variantti osoittautui yleiseksi LHβ-geenin alleeliksi, jonka kantajataajuus suomalaiseten keskuudessa on noin 27 %. Olemme mitanneet varianttialleelin esiintymistaajuuden runsaasta 20 etnisestä ryhmästä ympäri maailmaa. Se vaihtelee Etelä-Intian kotaväestön 0:sta Australian alkuperäisväestön 52 %:iin. Euroopan ennätystä pitävät hallussaan lappalaiset hieman yli 40 %:lla (Nilsson ym. 1997, 1998). Variantti-LH on reseptoritasolla vaikutuksiltaan normaalia LH:ta voimakkaampi, mutta toisaalta sen puoliintumisaika on verenkierrossa selvästi lyhempi kuin normaalin LH:n (Haavisto ym. 1995). Nämä erot kuvastuvat monella tavalla varianttialleelin kantajien fenotyypissä. Heterotsygoottipoikien puberteetti edistyy tavallista hitaammin (Raivio ym. 1996). LH-varianttinaisten hedelmällisyys on jotakuinkin normaali, mutta he tarvitsevat merkitsevästi enemmän hedelmättömyyshoitoja kuin muut naiset (D. Cramer ja I. Huhtaniemi, julkaisematon havainto). LH-varianttia esiintyy ylipainoisilla PCOS-potilailla merkitsevästi vähemmän kuin verrokeilla (Tapanainen ym. 1999). Kliinisesti ehkä tärkein on vielä julkaisematon havaintomme, jonka perusteella rintasyöpään sairastuneista naisista ne, joilla on LH-varianttialleeli, sairastuvat tautiin keskimäärin yhdeksän vuotta vanhempina kuin villityyppi-lh:n suhteen homotsygootit. Jos siis elinikäisellä estrogeenialtistuksella on vaikutusta rintasyövän syntyyn ja jos LH:lla on vaikutusta estrogeenintuotantoon, niin vaikutuksiltaan normaalia LH:ta heikompi LH-variantti näyttää suojaavan naisia rintasyövältä. LH-varianttimääritykselle saattaisi näin olla kliinistä käyttöä rintasyövän ennustetekijänä, etenkin riskiryhmillä. Pohtiessamme, kuinka nopeamman puoliintumisajan omaavan LH-variantin pitoisuus seerumissa pysyy jotakuinkin samana kuin normaalin LH:n, oletimme, että aivolisäkkeen täytyy vastaavasti syntetisoida sitä enemmän kuin normaalia LH:ta. Tämä voisi olla mahdollista niin, että varianttigeenin säätelyalue toimii aktiivisemmin, mikä taas edellyttäisi rakennepoikkeavuuksia myös tällä LHβ-geenin alueella. Eristimme ja sekvensoimme siis variantti-lhβgeenin säätelyalueen, ja täysin odotustemme mukaisesti säätelyalueen ensimmäisten 600 emäsparin alueelta löytyi kahdeksan uutta pistemutaatiota (Jiang ym. 1999). Kun normaalin 2328 I. Huhtaniemi

ja varianttigeenin säätelyalueiden aktiivisuuksia verrattiin transfektiokokeissa, jälkimmäinen oli noin 50 % aktiivisempi, eli hypoteesimme osoittautui oikeaksi. Havaintomme paljasti uudenlaisen periaatteen geenien polymorfismista, joka tarkoittaa DNA:ssa olevia emäsjärjestyksen pieniä yksilöllisiä eroja. Niistä monet eivät muuta geenien koodittamien proteiinien aminohappojärjestystä. Toiset taas vaikuttavat aminohappojärjestykseen, millä joko on tai ei ole vaikutusta kyseisen proteiinin toimintaan. Jos polymorfisen geenituotteen aktiivisuus on esimerkiksi heikentynyt, voidaan olettaa, että tämä muutos kompensoituisi, kun vastaavaa proteiinia syntetisoituisi enemmän. Juuri tällaisen kompensaatiomekanismin löysimme LH-variantin geenistä. Se ei ole kuitenkaan täydellinen, koska mutatoituneen LH:n vaikutus poikkeaa myös kvalitatiivisesti normaalista LH:sta. Vaikka ihmisen genomin sekvensointi on pian valmis, kestää vielä kauan, ennen kuin tunnemme geenien tavallisimmat polymorfismit, ja vielä pitempään, ennen kuin niiden toiminnallinen merkitys on selvitetty. Gonadotropiinireseptorien mutaatiot Gonadotropiinireseptorien geenien rakenne selvitettiin noin kymmenen vuotta sitten. Ne osoittautuivat kuuluvaksi seitsemän kertaa solukalvon läpäiseviin G-proteiinin aktivoiviin reseptoreihin. Näiden reseptorien toiminta on ollut kauan tutkimustyömme kohteena. Pääsimme soveltamaan perustietojamme gonadotropiinireseptoreista jonkin aikaa sitten uuden geneettisen taudin patogeneesin selvittelyssä. Helsinkiläiset Kristiina Aittomäki ja Albert de la Chapelle olivat selvitelleet Suomessa tavattavan hypergonadotrooppisen hypogonadismin mahdollista molekulaarista patogeneesiä (Aittomäki 1994). Tämän tutkimuksen edetessä keskustelimme useaan otteeseen taudin mahdollisesta patogeneesistä käyttäen toisaalta hyväksi helsinkiläisten kollegojemme asiantuntemusta kliinisessä genetiikassa ja meidän tietojamme lisääntymisendokrinologiasta. Kyseisillä potilailla oli primaarinen tai varhain alkava amenorrea ja suuret gonadotropiinipitoisuudet, ja he olivat hedelmättömiä. Kristiina Aittomäki oli etsinyt näitä potilaita useimmista Suomen keskussairaalapiireistä ja löytänyt kuusi sukua, joissa sairastuneita oli enemmän kuin yksi. Tällä potilasaineistolla tehtiin kytkentäanalyysi, ja taudin aiheuttava mutaatio paikantui kromosomin 2 lyhyeen varteen. Tällä alueella osoittautui olevan kaksi mielenkiintoista ehdokasgeeniä, LH- ja FSH-reseptorigeenit. Seuraava vaihe oli koettaa päätellä, kumpi ehdokasgeeneistä olisi todennäköisempi taudin aiheuttaja ja kummasta kannattaisi alkaa etsiä mutaatiota. Potilaiden taudinkuva viittasi enemmän puutteelliseen FSH-vaikutukseen, ja niinpä aloimme tutkia heidän FSH-reseptorigeenejään. Niistä kaikista löytyikin reseptorin solunulkoista osaa koodittavalta alueelta pistemutaatio, joka muutti alaniinin valiiniksi, eli kyseessä oli aminohappotasolla varsin pieni muutos (kuva 5). Tämän jälkeen osoitimme solutransfektiokokeilla, että mutaatio vähäpätöisyydestään huolimatta inaktivoi täysin FSH-reseptorin toiminnan. Potilaiden amenorrean ja hedelmättömyyden syyksi paljastui siis FSH-reseptorigeenin toimimattomuus, jonka takia munasarjojen munarakkulat eivät kypsy. Tutkimus julkaistiin muutama vuosi sitten Cell-lehdessä (Aittomäki ym. 1995). Työn menestyksestä on annettava tunnustus Kristiina Aittomäen sinnikkäälle salapoliisityölle, jolla hän keräsi potilasaineistonsa ympäri Suomea ja luokitteli sen, mikä sitten mahdollisti myöhemmin suoritetut geneettiset ja toiminnalliset tutkimukset. FSH-reseptorin tarina jatkui vielä, sillä seuraavaksi oletimme, että perheissä täytyy olla myös miehiä, jotka ovat saman mutaation suhteen homotsygootteja. Heidän avullaan pystyimme selvittämään, mihin mies tarvitsee FSH:ta. Tämä kuuluu kliinisen andrologian iäisyyskysymyksiin: missä tahansa vähintään kaksi andrologia kohtaa, syntyy pian keskustelu FSH:n merkityksestä miehelle. Ongelma ei ole yksinomaan älyllisesti haastava, vaan sillä on myös suuri kliininen merkitys. Tuntemattomasta syystä hedelmättömiä miehiä hoidetaan usein kalliilla ja vailla tieteellistä näyttöä olevilla FSH-kuureilla. Kehitteillä on myös miehen ehkäisymenetelmiä, jotka perustuisivat FSH-vaikutuksen kumoami- Gonadotropiinien synteesistä, vaikutuksista ja niihin liittyvistä sairauksista 2329

hedelmällinen myös ilman FSH:ta. Havaintomme vei pohjan FSH-hoidoilta idiopaattisessa oligotsoospermiassa ja osoitti FSH:n erityksen estoon perustuvat miehen ehkäisymenetelmät tehottomiksi. Löytämämme FSH-reseptorimutaatio osoittautui kuuluvaksi suomalaisten geneettisten tautien ryhmään (Jiang ym. 1998), eikä sitä tai muitakaan vastavia FSH-reseptorin mutaatioita ole toistaiseksi löydetty lainkaan muista väestöistä. Tämä havainto vei hetkeksi suomalaisen lisääntymistutkimuksen alan kansainvälisen tutkimusyhteisön parrasvaloihin. Miksei hormonaalinen ehkäisy toimi miehellä? Kuva 5. Kaavio FSH-reseptorista. Yläosassa on reseptorin solunulkoinen osa, jonka keskellä aminohapossa 189 esiintyy mutaatio alaniinista valiiniksi suomalaistyyppisessä hypergonadotrooppisessa hypogonadismissa (Aittomäki ym. 1995). Kuvan alaosan varjostettu alue kuvaa solukalvoa, johon reseptori ankkuroituu seitsemän kertaa sen läpäisevinä heliksirakenteina. Alimpana kuvassa on reseptorin lyhyt solunsisäinen osa. Reseptorin geeni koostuu 11 eksonista, joiden koodittamat reseptoriproteiinin osat on erotettu lyhyillä janoilla; löytämämme mutaatio sijaitsee eksonissa 7. seen ja sitä kautta odotettavaan siittiöntuotannon estoon. Tällä kertaa salapoliisityön teki Juha Tapanainen, joka ajoi autollaan tuhansia kilometrejä ympäri Suomea tavoittaakseen suvuista löytyneet homotsygoottimiehet. Lopulta löytyi viisi miestä, jotka saatiinkin tutkituksi varsin täydellisesti aina siemennesteanalyysejä myöten. Löydökset poikkesivat täysin ennakkoodotuksistamme (Tapanainen ym. 1997). Kahdella miehellä oli kaksi lasta kummallakin. Siemennesteen siittiöpitoisuus vaihteli normaalista vaikeaan oligotsoospermiaan, mutta keltään miehistä siittiöntuotanto ei puuttunut täydellisesti (atsoospermia). Näin ollen tutkimuksemme osoitti vääräksi vanhan dogmin, jonka mukaan siittiöntuotanto vaatii käynnistyäkseen murrosiässä FSH-vaikutusta, ja mies voi siis olla Edellä esitetyllä ja paikoin varsin teoreettiselta tuntuvalla tutkimuksella on selvät kliiniset tavoitteet. Sen avulla pyritään diagnosoimaan ja hoitamaan paremmin miehen ja naisen hedelmättömyyttä. Toinen tavoite on pyrkiä löytämään uusia ehkäisymenetelmiä. Ennen kaikkea miehelle tarvittaisiin uusia ehkäisymenetelmiä kondomin ja vasektomian lisäksi. Saattaa vaikuttaa paradoksaaliselta, mutta lupaavin tulokas tälle alueelle on testosteroni. Menetelmän periaate on se, että jos miehen verenkierron testosteronipitoisuutta suurennetaan lääkehoidolla, aistii hypotalamus-aivolisäketaso ylimääräisen hormonin kivesperäiseksi ja negatiivinen palautevaste voimistuu, eli gonadotropiinineritys lakkaa. Tästä taas seuraa kiveksen oman testosteronisynteesin tyrehtyminen, jolloin normaalisti suuri kiveksensisäinen testosteronipitoisuus pienenee niin paljon, että se ei pysty pitämään yllä siittiöntuotantoa. Testosteroniehkäisy toimiikin hyvin, mutta vain noin kahdella kolmasosalla miehistä (Handelsman ym. 1990). Myös lopuilla kolmasosalla siittiöntuotanto vähenee, mutta ei riittävästi aiheuttaakseen hedelmättömyyden. Tässä vasteessa testosteronihoidossa esiintyy mielenkiintoinen rotuero: noin 65 % eurooppalaisista miehistä tulee atsoospermisiksi, mutta sama vaste ilmaantuu yli 95 %:lle aasialaisista miehistä. Syytä tähän ei tiedetä, mutta ensiksi mieleen tulevat syyt, kuten erilainen ruumiin koko tai ruoka- 2330 I. Huhtaniemi

valio, on suljettu pois. Tämän seikan selvittäminen on avainkysymys ja pahimpia kompastuskiviä miehen hormonaalisen ehkäisymenetelmän kehittämisessä. Toinen ongelma on käytännöllisen androgeenipreparaatin puuttuminen. Tähänastisissa hoitokokeissa käytetyt viikoittaiset testosteronienantaattiruiskeet ovat liian vaivalloisia. Kolmen-neljän kuukauden välein annettava ruiske on kuitenkin näköpiirissä. Tähän asti alan soihdunkantajana toimineen WHO:n mielenkiinto ja resurssit ovat valitettavasti hiipumassa. On selvää, että tehokkaan ehkäisyvalmisteen kehittäminen miehille vaatii lääketeollisuuden mukaantuloa. Useat lääketehtaat ovatkin aivan äskettäin ilmoittaneet vakavasta kiinnostuksestaan lopultakin! Kolmas ratkaisematon kysymys ovat hoidon mahdolliset lyhyt- ja pitkäaikaiset haittavaikutukset, jotka selviävät vain kliinisen kokemuksen karttuessa. Pohdittaessa syitä siihen, miksi eurooppalaisten miesten vaste testosteronihoitoon on huono, tulee esiin muutamia vaihtoehtoja. Tärkein siittiöiden tuotannon ylläpitäjä on kiveksen sisällä vallitseva suuri testosteronipitoisuus. Kun se pienenee riittävästi, lakkaa spermatogeneesi. On mahdollista, että testosteronihoitoon vastaamattomilla miehillä gonadotropiinineritys ei vähene riittävästi. Tätä ei ole kuitenkaan pystytty osoittamaan, joten seuraava vaihtoehto voisi olla, että näiden miesten Leydigin solut ovat herkempiä gonadotropiinistimulaatiolle, tai ne voisivat jopa tuottaa testosteronia ilman LH:ta tai jonkin muun hormonin tai parakriinisen tekijän säätelemänä. Parhaan vihjeen huonon testosteronivasteen syistä antaa ominaisuuden rotusidonnaisuus. Kyse on ilmeisesti geneettisestä ominaisuudesta, jonka aiheuttaa jonkin siittiöntuotannon säätelyssä tärkeän geenin rakenteellinen tai toiminnallinen poikkeavuus. Sen jäljille voidaan päästä luotettavasti joskaan ei vähällä työllä genettisillä analyyseillä. Keräämällä DNA-näytteet riittävän suurelta ryhmältä androgeenihoitoon vastaamattomia miehiä voidaan suorittaa kytkentäanalyysi, jonka avulla pystytään paikantamaan ominaisuuden aiheuttava geenilokus, ja sitä kautta voi lopulta löytyä spesifinen poikkeava geeni. Kyse on siis samoista menetelmistä, joilla etsitään geneettisiä sairauksia aiheuttavia mutaatioita. Entä sitten, mitä tällä tiedolla voidaan tehdä? Tarkkaa vastausta ei voida vielä antaa, mutta on varmaa, että meidän on pystyttävä parantamaan testosteroniehkäisyn tehoa. Kun syy huonoon vasteeseen selviää, saattaa löytyä keino sen parantamiseen. Joka tapauksessa olemme silloin lähempänä ratkaisua kun nyt. Miehen hormonaalinen ehkäisymenetelmä on varmasti tulossa, ja se on valmis käyttöön todennäköisemmin viiden kuin viidenkymmenen vuoden päästä. * * * Tutkimustyö on tätä nykyä lähes poikkeuksetta ryhmätyötä. Esitän lämpimät kiitokseni niille kymmenille erinomaisille tutkijoille, joiden kanssa minulla on ollut ilo tehdä työtäni. Hyvät tutkijatoverit, joista vuosien mittaan tulee usein parhaita ystäviä, ovat tutkijanuran suurimpia ilonaiheita. Olen jakanut ilon ja kunnian saamastani Matti Äyräpään palkinnosta heidän ja perheeni kanssa. Kirjallisuutta Aittomäki K. The genetics of XX gonadal dysgenesis. Am J Hum Genet 1994; 54: 844 51. Aittomäki K, Dieguez Lucena J L, Pakarinen P, ym. Mutation in the follicle-stimulating hormone receptor gene causes hereditary hypergonadotropic ovarian failure. Cell 1995; 82: 959 68. El-Gehani F, Zhang F-P, Pakarinen P, Rannikko A, Huhtaniemi I. Gonadotropin-independent regulation of steroidogenesis in the rat fetal testis. Biol Reprod 1998; 58: 116 23. Haavisto A-M, Pettersson K, Bergendahl M, Virkamäki A, Huhtaniemi I. Occurrence and biological properties of a common genetic variant of luteinizing hormone. J Clin Endocrinol Metab 1995; 80: 1257 63. Handelsman D J, Farley T M M, Waites G M H, ym. Contraceptive efficacy of testosterone induced azoospermia in normal men. Lancet 1990; 336: 955 9. Huhtaniemi I. Neutral steroid metabolism in human early and mid-term foetuses, with special reference to the role of pregnenolone and pregnenolone sulphate. Väitöskirja, Helsingin yliopisto, 1974. Huhtaniemi I. Fetal testis a very special endocrine organ. Eur J Endocrinol 1994; 130: 25 31. Huhtaniemi I, Ikonen M, Vihko R. Presence of testosterone and other neutral steroids in human fetal testes. Biochem Biophys Res Commun 1970; 38: 715 20. Huhtaniemi I T, Korenbrot C C, Jaffe R B. hcg binding and stimulation of testosterone biosynthesis in the human fetal testis. J Clin Endocrinol Metab 1977; 44: 963 7. Jiang M, Aittomäki K, Nilsson C, ym. The frequency of an inactivating point mutation ( 566 C ->T) of the human FSH receptor gene in four populations using allele-specific hybridization and time-resolved fluorometry. J Clin Endocrinol Metab 1998; 83: 4338 43. Gonadotropiinien synteesistä, vaikutuksista ja niihin liittyvistä sairauksista 2331

Jiang M, Pakarinen P, Zhang F-P, ym. A common polymorphic allele of the human luteinizing hormone β-subunit gene; additional mutations and differential function of the promoter sequence. Hum Mol Genet 1999; 8: 2037 46. Jost A, Vigier B, Prépin J, Perchellet J P. Studies on sex differentiation in mammals. Recent Progr Horm Res 1973; 29: 1 41. Kananen K, Markkula M, Mikola M, Rainio E-M, McNeilly A, Huhtaniemi I. Gonadectomy permits adrenocortical tumorigenesis in mice transgenic for the mouse inhibin α-subunit promoter/simian virus 40 T-antigen fusion gene: evidence for negative autoregulation of the inhibin α-subunit gene. Mol Endocrinol 1996; 10: 1667 77. Kananen K, Markkula M, Rainio E, Su J-G, Hsueh A J W, Huhtaniemi I T. Gonadal tumorigenesis in transgenic mice bearing the mouse inhibin α-subunit promoter/simian virus T-antigen fusion gene: characterization of ovarian tumors and establishment of gonadotropin-responsive granulosa cell lines. Mol Endocrinol 1995; 9: 616 27. Kananen K, Rilianawati, Paukku T, Markkula M, Rainio E-M, Huhtaniemi I. Suppression of gonadotropins inhibits gonadal tumorigenesis in mice transgenic for the mouse inhibin α-subunit promoter/ simian virus 40 large T-antigen fusion gene. Endocrinology 1997; 138: 3521 31. Kendall S, Samuelson L, Saunders T, Wood R, Camper S. Targeted disruption of the pituitary glycoprotein hormone α-subunit produced hypogonadal and hypothyroid mice. Genes Dev 1995; 9: 2007 19. Nilsson C, Jiang M, Pettersson K, ym. Determination of a common genetic variant of luteinizing hormone using DNA hybridization and immunoassays. Clin Endocrinol (Oxf) 1998; 49: 369 76. Nilsson C, Pettersson K, Millar R P, ym. Worldwide frequency of a common genetic variant of luteinizing hormone: an international collaborative research. Fertil Steril 1997; 67: 998 1004. O Shaughnessy P J, Baker P, Sohnius U, Haavisto A-M, Charlton H M, Huhtaniemi I. Fetal development of Leydig cell activity in the mouse is independent of pituitary gonadotroph function. Endocrinology 1998; 139: 1141 6. Pettersson K, Ding Y-Q, Huhtaniemi I. An immunologically anomalous luteinizing hormone variant in a healthy woman. J Clin Endocrinol Metab 1992; 74: 164 71. Rahman N A, Kananen K, Rilianawati, ym. Transgenic mouse models for gonadal tumorigenesis. Mol Cell Endocrinol 1998; 145: 167 74. Raivio T, Huhtaniemi I, Anttila R, ym. The role of luteinizing hormone-β gene polymorphism in the onset and progression of puberty in healthy boys. J Clin Endocrinol Metab 1996; 81: 3278 82. Rilianawati, Paukku T, Zhang F-P, Rahman N, Kananen K, Huhtaniemi I. Direct luteinizing hormone action triggers adrenocortical tumorigenesis in castrated mice transgenic for the murine inhibin α-subunit promoter/simian virus 40 T-antigen fusion gene. Mol Endocrinol 1998; 12: 801 9. Risma K, Clay C, Nett T, Wagner T, Yun J, Nilson J. Targeted overexpression of luteinizing hormone in transgenic mice leads to infertility, polycystic ovaries, and ovarian tumors. Proc Natl Acad Sci USA 1995; 92: 1322 6. Tapanainen J S, Aittomäki K, Jiang M, Vaskivuo T, Huhtaniemi I T. Men homozygous for an inactivating mutation of the follicle-stimulating hormone (FSH) receptor gene present variable suppression of spermatogenesis and fertility. Nature Genet 1997; 15: 205 6. Tapanainen J S, Koivunen R, Fauser B M J, ym. A new contributing factor to polycystic ovarian syndrome: the genetic variant form of luteinizing hormone. J Clin Endocrinol Metab 1999; 84: 1711 5. Themmen A P, Martens J W, Brunner H G. Activating and inactivating mutations in LH receptors. Mol Cell Endocrinol 1998; 145; 137 42. Weiss J, Axelrod L, Whitcomb R W, Harris P E, Drowley W F, Jameson J L. Hypogonadism caused by a single amino acid substitution in the beta subunit of luteinizing hormone. N Engl J Med 1992; 326: 179 83. Word R A, George F W, Wilson J D, Carr B R. Testosterone synthesis and adenylate cyclase activity in the early human fetal testis appear to be independent of human chorionic gonadotropin control. J Clin Endocrinol Metab 1989; 69: 204 8. ILPO HUHTANIEMI, professori ilpo.huhtaniemi@utu.fi Turun yliopisto, fysiologian osasto 20520 Turku 2332