ชีวสังเคราะห์

เหมือนกับฮอร์โมนแบบสเตอรอยด์อื่น ๆ เทสโทสเตอโรนสังเคราะห์มาจากคอเลสเตอรอล (ดูรูป)[103]ขั้นแรกในกระบวนการชีวสังเคราะห์ก็คือการแยก (ผ่านกระบวนการออกซิเดชัน) โซ่ข้างคอเลสเตอรอลด้วย cholesterol side-chain cleavage enzyme (P450scc, CYP11A1) ซึ่งเป็นเอนไซม์ cytochrome P450 oxidase ของไมโทคอนเดรีย โดยคอเลสเตอรอลจะเสียอะตอมคาร์บอน 6 อะตอมกลายเป็น pregnenoloneขั้นต่อไป เอนไซม์ CYP17A1 (17α-hydroxylase/17,20-lyase) ในร่างแหเอนโดพลาซึมจะดึงเอาคาร์บอนอีก 2 อะตอมออก กลายเป็นสเตอรอยด์แบบ C19 หลายอย่าง[104]ต่อจากนั้น เอนไซม์ 3β-hydroxysteroid dehydrogenase จะเป็นตัวออกซิไดส์เปลี่ยนกลุ่ม 3β-hydroxyl ให้เป็น androstenedioneและในขั้นสุดท้ายที่เป็นตัวจำกัดอัตราการเปลี่ยน เอนไซม์ 17β-hydroxysteroid dehydrogenase จะเป็นตัวรีดิวซ์ androstenedione ซึ่งอยู่ในกลุ่ม C17 keto ให้เป็นเทสโทสเตอโรน

ในชาย เทสโทสเตอโรนโดยมาก (>95%) จะผลิตในอัณฑะ[1]และต่อมหมวกไตผลิตที่เหลือโดยมากในหญิงซึ่งผลิตน้อยกว่ามาก เทสโทสเตอโรนจะสังเคราะห์โดยต่อมหมวกไต, thecal cells ของรังไข่, และรกระหว่างการตั้งครรภ์[105]

ส่วน Leydig cell ในอัณฑะเป็นตัวผลิตฮอร์โมนโดยเฉพาะ[106]อ้ณฑะยังมี Sertoli cell ที่จำเป็นต้องได้เทสโทสเตอโรนเพื่อการสร้างสเปิร์มเหมือนกับฮอร์โมนโดยมาก เทสโทสเตอโรนจะส่งไปที่ที่ต้องการผ่านเลือด และส่งโดยยึดกับโปรตีนโดยเฉพาะในเลือด คือ sex hormone-binding globulin (SHBG)

การควบคุม

ในชาย เทสโทสเตอโรนโดยมากสังเคราะห์ใน Leydig cellซึ่งจำนวนของเซลล์จะควบคุมโดยฮอร์โมน (ดูรูป) luteinizing hormone (LH) และ follicle-stimulating hormone (FSH)นอกจากนั้นแล้ว ปริมาณเทสโทสเตอโรนที่ Leydig cell ผลิตจะอยู่ใต้การควบคุมของ LH ซึ่งควบคุมการแสดงออกของยีน 17β-hydroxysteroid dehydrogenase[107]

ส่วนปริมาณเทสโทสเตอโรนที่ผลิตจะควบคุมโดย hypothalamic-pituitary-testicular axis (ดูรูป)[108]คือ เมื่อระดับเทสโทสเตอโรนต่ำ ไฮโปทาลามัสจะหลั่งฮอร์โมน gonadotropin-releasing hormone (GnRH) ซึ่งจกระตุ้นต่อมใต้สมองให้หลั่ง FSH และ LH ซึ่งก็จะกระตุ้นให้อัณฑะสังเคราะห์เทสโทสเตอโรนและในที่สุด ระดับเทสโทสเตอโรนที่สูงขึ้นก็จะเป็นวงวนป้อนกลับแบบลบที่ออกฤทธิ์ให้ไฮโปทาลามัสและต่อมใต้สมองยับยั้งการหลั่ง GnRH แล้วก็ FSH/LH ตามลำดับ

ปัจจัยที่มีผลต่อระดับเทสโทสเตอโรนอาจรวมทั้ง

• อายุ - ระดับเทสโทสเตอโรนของชายจะค่อย ๆ ลดลงเมื่ออายุมากขึ้น[109][110] ปรากฏการณ์นี้บางครั้งเรียกว่า andropause (วัยทอง) หรืออวัยวะเพศทำงานน้อยเกินตั้งต้นเมื่อปลายชีวิต (late-onset hypogonadism)[111]
• การออกกำลังกาย ที่เพิ่มความแข็งแรงและกล้ามเนื้อ (Resistance training) จะเพิ่มระดับเทสโทสเตอโรน[112] แต่ว่า ในชายสูงอายุ ภาวะเช่นนี้สามารถหลีกเลี่ยงโดยการบริโภคโปรตีน[113] ส่วนการออกกำลังกายที่ทำให้อึด (Endurance training) อาจทำให้ระดับเทสโทสเตอโรนลดลง[114]
• สารอาหาร - การขาดวิตามินเออาจทำให้ระดับเทสโทสเตอโรนลดลงในเลือด[115] และการทานวิตามินดี (ซึ่งเป็น secosteroid) ในระดับ 400-1,000 IU/วัน (10-25 µg/วัน) จะเพิ่มระดับเทสโทสเตอโรน[116] การขาดธาตุสังกะสีจะลดระดับเทสโทสเตอโรน[117] แต่การทานเกินจะไม่มีผลต่อระดับเทสโทสเตอโรน[118]
• น้ำหนักลด อาจทำให้ระดับเทสโทสเตอโรนเพิ่มขึ้น เพราะเซลล์ไขมัน (Fat cell) จะสังเคราะห์เอนไซม์ aromatase ซึ่งเปลี่ยนเทสโทสเตอโรน (ฮอร์โมนเพศชาย) เป็น estradiol (ฮอร์โมนเพศหญิง)[119] แต่ว่า ก็ไม่มีความสัมพันธ์ที่ชัดเจนระหว่างดัชนีมวลกายกับระดับเทสโทสเตอโรน[120]
• การนอนหลับ - การหลับระยะตาเคลื่อนไหวอย่างรวดเร็ว (REM sleep) จะเพิ่มระดับเทสโทสเตอโรนตอนกลางคืน[121]
• พฤติกรรม - การแข่งขันทางสังคมในบางกรณีจะกระตุ้นให้ชายหลั่งเทสโทสเตอโรน[122]
• ยา - ยาต้านแอนโดรเจนทั้งแบบธรรมชาติและสังเคราะห์ เช่นชาที่ทำจากมินต์พันธุ์ Mentha spicata จะลดระดับเทสโทสเตอโรน[123][124][125] ชะเอมเทศสามารถลดการผลิตเทสโทสเตอโรนโดยมีผลมากกว่าในหญิง[126]

การกระจายตัว

ในเลือด เทสโทสเตอโรน 98% จะยึดอยู่กับโปรตีน โดย 65% ยึดกับ sex hormone-binding globulin (SHBG) และ 33% ยึดอย่างอ่อน ๆ กับ human serum albumin[127]ระดับเทสโทสเตอโรนของชายผู้ใหญ่ (ที่เป็นอิสระหรือยึด) จะอยู่ที่ 10.4-24.3 nmol/L[ต้องการอ้างอิง]เทียบกับในหญิงที่ 30-70 ng/dL

เมแทบอลิซึม

ทั้งเทสโทสเตอโรน และ 5α-DHT (Dihydrotestosterone) จะมีเมแทบอลิซึมโดยหลักในตับ[128][129]เทสโทสเตอโรนประมาณ 50% จะมีเมแทบอลิซึมแบบสังยุค (conjugation) ผ่านเอนไซม์ glucuronosyltransferase เป็น testosterone glucuronide และผ่าน sulfotransferase เป็น testosterone sulfate แม้ในระดับที่น้อยกว่า[128]เทสโทสเตอโรนอีก 40% จะผ่านเมแทบอลิซึมกับเอนไซม์ 5α-reductase, 5β-reductase, 3α-hydroxysteroid dehydrogenase และ 17β-HSD ตามลำดับกลายเป็น 17-ketosteroid คือ androsterone และ etiocholanolone ประมาณเท่า ๆ กัน[128][129][130]ซึ่งทั้งสองก็จะผ่านกระบวนการ glucuronidation และ (แม้จะน้อยกว่า) sulfation คล้ายกับของเทสโทสเตอโรน (ที่เรียกรวม ๆ ว่า กระบวนการ conjugation) ต่อไป[128][129]

เทสโทสเตอโรนสังยุคและเมทาบอไลต์ก็จะหลั่งออกจากตับเข้าสู่ระบบหัวใจหลอดเลือด แล้วขับออกทางปัสสาวะและน้ำดี[128][129][130]มีเทสโทสเตอโรนแค่ 2% ที่ขับออกทางปัสสาวะโดยไม่เปลี่ยนแปลง[129]

ในวิถีเมแทบอลิซึมของ 17-ketosteroid ในตับ เทสโทสเตอโรนจะเปลี่ยนด้วย 5α-reductase และ 5β-reductase เป็น Dihydrotestosterone คือ 5α-DHT และ 5β-DHT ที่ไม่มีฤทธิ์ตามลำดับ[128][129]แล้ว 3α-HSD ก็จะเปลี่ยน 5α-DHT และ 5β-DHT ไปเป็น 3α,5α-androstanediol และ 3α,5β-androstanediol ตามลำดับ[128][129]ต่อจากนั้น 17β-HSD ก็จะเปลี่ยน 3α,5α-androstanediol และ 3α,5β-androstanediol เป็น androsterone และ etiocholanolone ซึ่งก็จะผ่านกระบวนการ conjugation เป็นต้นเหมือนกับที่กล่าวด้านบน และขับออกจากร่างกาย[128][129]

3β,5α-Androstanediol (epiandrosterone) และ 3β,5β-androstanediol (epietiocholanolone) ก็สามารถเกิดในวิถีเมแทบอลิซึมนี้ด้วยเมื่อ 3β-HSD (แทน 3α-HSD) ออกฤทธิ์ต่อ 5α-DHT และ 5β-DHT แล้วเปลี่ยนเป็น epiandrosterone และ epietiocholanolone ตามลำดับ[131][132]

เทสโทสเตอโรนประมาณ 3% ในตับจะเปลี่ยนด้วย 17β-HSD ไปเป็น 4-androstenedione อย่างผันกลับได้[130]

นอกจากกระบวนการ conjugation และ วิถีเมแทบอลิซึม 17-ketosteroid แล้ว เทสโทสเตอโรนยังสามารถผ่านกระบวนการ hydroxylation และ oxidation โดยใช้เอนไซม์ cytochrome P450 ในตับ รวมทั้ง CYP3A4, CYP3A5, CYP2C9, CYP2C19, และ CYP2D6[133]โดยมี 6β-Hydroxylation และ (แม้น้อยกว่า) 16β-hydroxylation เป็นกระบวนการเปลี่ยนรูปหลัก[133]กระบวนการ 6β-hydroxylation ของเทสโทสเตอโรนมีเอนไซม์หลักเป็น CYP3A4 และ (แม้น้อยกว่า) CYP3A5 โดยเป็นกระบวนการเมแทบอลิซึมของเทสโทสเตอโรนในระบบ cytochrome P450 ถึง 75-80%[133]

นอกเหนือไปจาก 6β-hydroxytestosterone และ 16β-hydroxytestosterone เมแทบอไลต์ย่อยอื่น ๆ ที่ได้รวมทั้ง 1β-hydroxytestosterone,2α/β-hydroxytestosterone, 11β-hydroxytestosterone, และ 15β-hydroxytestosterone[133][134]เอนไซม์ cytochrome P450 บางอย่างเช่น CYP2C9 และ CYP2C19 ยังสามารถเติมออกซิเจนให้กับเทสโทสเตอโรนที่ตำแหน่ง C17 เพื่อสร้าง androstenedione[133]เมแทบอไลต์โดยตรงจากเทสโทสเตอโรน คือ 5α-DHT และ estradiol มีฤทธิ์สำคัญทางชีวภาพ และสามารถสร้างทั้งในตับและนอกตับ[129]

5α-reductase จะเปลี่ยนเทสโทสเตอโรนประมาณ 5-7% ไปเป็น 5α-DHT โดยมีความเข้มข้นในเลือดที่ 10% ของเทสโทสเตอโรน และ aromatase จะเปลี่ยนเทสโทสเตอโรนประมาณ 0.3% เป็น estradiol[1][129][135][136]5α-Reductase มีการแสดงออกมากในระบบสืบพันธุ์ของชาย รวมทั้งที่ต่อมลูกหมาก ถุงพักน้ำอสุจิ (seminal vesicle) และที่หลอดเก็บอสุจิ (epididymides)[137]ตลอดจนถึงผิวหนัง ปุ่มรากผม (hair follicle) และสมอง[138]ส่วน aromatase จะแสดงออกมากในเซลล์ไขมัน กระดูก และสมอง[139][140]

เทสโทสเตอโรนถึง 90% เปลี่ยนเป็น 5α-DHT ในเนื้อเยื่อ "androgenic" ที่มีระดับการแสดงออกของ 5α-reductase สูง[130]และเนื่องจาก 5α-DHT เป็นตัวทำการของตัวรับแอนโดรเจน (AR agonist) ที่มีฤทธิ์แรงกว่าเทสโทสเตอโรนเป็นหลายเท่า[141]จึงมีการประเมินว่า ผลของเทสโทสเตอโรนจะขยายเป็น 2-3 เท่าในเนื้อเยื่อเช่นนี้[142]