Humanes Choriongonadotropin (hCG) – ein wichtiges Multifunktionshormon der Reproduktion // Human chorionic gonadotropin; hCG) – an important multifunctional hormone of reproduction

Journal für Reproduktionsmedizin und Endokrinologie - Journal of Reproductive Medicine and Endocrinology 2023; 20 (2): 63-75

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Keywords: GnRH-Agonist,  hCG,  humanes Choriongonadotropin,  Implantation,  Kisspeptin,  LH,  Lutealphase,  Luteinisierendes Hormon,  OHSS,  oozytäre Maturation,  ovarielles Hyperstimulationssyndrom

The peptide-hormone chorionic gonadotropin (CG) exists only in higher primates and humans (human chorionic gonadotropin; hCG). The molecule is formed by a point mutation of the gene coding for the luteinizing hormone (LH) in mammals. The prolonged half-life of hCG (36.7 hours) compared to the LH (25 minutes) and its stronger binding activity to the LH/hCG receptor leads to an altered biological activity. hCG has a potency about 50 times higher than LH. Five hCG isoforms (regular hCG, sulfated hCG, hyperglycosylated hCG, the free beta subunit of hCG, the hyperglycosylated free beta subunit of hCG) with different functions have been identified until now.
During the reproductive process the maturation of oocytes is essentially controlled by two hormones: follicle-stimulating hormone (FSH) and luteinizing hormone (LH). FSH primarily promotes the growth of follicles, while LH supports the maturation of oocytes. With regard to the maturation of oocytes a distinction is made between nuclear and cytoplasmic maturation. Studies demonstrate that during the menstrual cycle, another gonadotropin – hCG – is secreted pulsatile in the pituitary gland and is involved in follicular and oocyte maturation processes. As part of controlled ovarian stimulation hCG, rLH and GnRH agonists have been used to induce final oocyte maturation. Kisspeptin is under clinical investigation and has only been used in trials. These four substances all cause preovulatory maturation of oocytes, but via different points of attack in the effect cascades of maturation induction. Different results - especially concerning the risk for OHSS (ovarian hyperstimulation syndrome) development are the consequence. The LH activity unfolded by the hCG molecule is characterized by a longer half-life and stronger biological activity than that of the original LH molecule. The use of hCG in reproductive medicine therefore leads to a longer LH activity exposure and thus prevents a dysfunctional luteal phase even after only a single administration. Till today hCG remains the „gold standard“ for stimulating oocyte maturation. Alternative triggers for oocyte maturation induction such as kisspeptin and rLH could gain importance in the future. In addition to oocyte maturation hCG also plays an important role during implantation, immunological protection of the embryo and pregnancy maintenance. Furthermore, it serves as a diagnostic marker for cancers such as germ cell tumours of the testis and ovary.
Kurzfassung: Das Peptidhormon Choriongonadotropin (CG) wird von höheren Primaten und dem Menschen (humanes Choriongonadotropin; hCG) gebildet. Es ist aus dem luteinisierenden Hormon (LH) der Säugetiere durch eine Punktmutation entstanden. Die verlängerte Halbwertszeit des hCG (36,7 Stunden) und seine stärkere Bindungsaktivität an den LH/hCG-Rezeptor im Vergleich zum LH (25 Minuten) führen zu einer veränderten biologischen Aktivität, sodass hCG eine ca. 50-fach höhere Potenz als LH besitzt.
Es sind bisher 5 hCG-Isoformen (reguläres hCG, sulfatiertes hCG, hyperglykosyliertes hCG, die freie beta-Untereinheit des hCG, die hyperglykosylierte freie beta-Untereinheit des hCG) mit jeweils unterschiedlichen Funktionen bekannt. Die Reifung der Oozyte wird im Wesentlichen durch zwei Hormone, das Follikelstimulierende Hormon (FSH) und das Luteinisierende Hormon (LH) kontrolliert. FSH fördert primär das Wachstum der Follikel, während LH die Reifung der Oozyten unterstützt. Bei der Reifung von Oozyten wird zwischen Kern- und Zytoplasmareifung unterschieden. Studien zeigen, dass während des Menstruationszyklus und in der Menopause mit hCG ein weiteres Gonadotropin durch die Hypophyse pulsatil sezerniert wird und an den Follikel- und Oozyten-Reifungs-Prozessen beteiligt ist. Die hypophysären hCG-Pulse in der Follikel- und Lutealphase des Menstruationszyklus verlaufen parallel zu den LH-Pulsen – jedoch auf viel niedrigerem Niveau. Im Rahmen der kontrollierten ovariellen Stimulation werden zur finalen Oozytenausreifung vor allem hCG, LH sowie GnRH-Agonisten eingesetzt. Das Neuropeptidhormon Kisspeptin wird derzeit in Studien getestet. Diese vier Substanzen bewirken alle eine präovulatorische Ausreifung von Oozyten, allerdings über verschiedene Angriffspunkte in der Wirkkaskade. Unterschiedliche Ergebnisse – insbesondere in Hinblick auf das OHSS-Risiko (Ovarielles Hyper-Stimulations-Syndrom) sind die Folge. Die durch das hCG-Molekül vermittelte LH-Aktivität zeichnet sich durch eine längere Halbwertszeit und stärkere biologische Aktivität als das originäre LH-Molekül aus. Der Einsatz von hCG in der Reproduktionsmedizin führt somit zu einer längeren LH- Aktivitäts-Exposition und verhindert dadurch selbst nach nur einmaliger Gabe eine dysfunktionale Lutealphase. hCG ist bis heute der „Goldstandard“ zur Stimulation der Oozytenreifung. Weitere Trigger zur Oozytenreifung wie Kisspeptin und rLH könnten als zukünftige Alternativen an Bedeutung gewinnen. hCG spielt über die therapeutisch im Rahmen der Kinderwunschbehandlungen eingesetzte Oozytenreifung auch während der Implantation und für den immunologischen Schutz des Embryos sowie den Schwangerschaftserhalt eine wichtige Rolle. Es dient außerdem als Marker für Krebserkrankungen, wie z. B. Keimzellentumoren des Hodens und Ovars.