Заболевания, связанные с нарушением секреции гормона роста

Гормон роста в крови находится в связанном со специфическими белками (СТГ-связывающие белки) состоянии, что было доказано лишь в последние годы. Исследования по идентификации этих белков продолжались несколько десятилетий. В середине 60-х годов несколькими исследователями было установлено, что гормон роста может находяться в сыворотке крови в связанной форме как с b- и g-глобулинами, так и с альбуминами. D. Hadden и T. Prout (1964) установили наличие комплексирования СТГ с a2-макроальбуминами. По мнению W. Hunter (1965), наличие дисульфидных групп в молекуле гормона роста обеспечивает образование комплекса гормона с альбуминами и, вероятно, эта особенность СТГ объясняет присутствие небольших количеств альбумина даже в высокоочищенных препаратах гормона.

Обнаруживаемая гетерогенность препаратов гормона роста объяснялась артефактом, агрегацией, денатурацией гормона в период йодирования или наличием посторонних примесей, но многочисленные исследования показывали множественность форм, или полиморфизм, гормона, который настолько постоянен, что легко воспроизводился от опыта к опыту. Однако S. Berson и R. Yalow (1966) опубликовали убедительные данные о том, что полипептидные гормоны находятся в крови в свободном состоянии. Авторитет этих ученых был настолько высок, что их данные были востриняты как догма, которая оставалась незыблемой в течение многих лет. Лишь в 1986 г. появилась обстоятельная публикация G. Baumann и соавт. об идентификации ими специфических высокоаффинных белков в плазме, связывающих гормон роста. Через 4 года G. Baumann и M. A. Shaw (1990) охарактеризовали второй низкоаффинный белок плазмы крови человека, также связывающий СТГ. К настоящему времени установлено, что высокоаффинный связывающий СТГ белок является гликопротеином с мол. м. 61 кДа. Этот белок связывает гормон роста мол. м. 22 кДа с высокой аффинностью (Ka=3-9х108 л/моль). Аффинность этого белка для СТГ с мол. м. 20 кДа значительно ниже, а для гормона роста вариантной формы (GH-V) аффинность связывающего белка такая же, как и для формы СТГ с мол. м. 22 кДа. Связывающая способность плазмы взрослого человека составляет около 20 нг/мл (около 0,9 нмоль/л). При физиологических условиях 45% СТГ с мол. м. 22 кДа и 25% СТГ с мол. м. 20 кДа в сыворотке крови находятся в связанном с СТГ-связывающим белком состоянии. При концентрации СТГ в сыворотке крови выше 15-20 нг/мл снижается количество гормона роста, связанного с СТГ-связывающим белком. Так, при концентрации СТГ в сыворотке крови до 6-7 нг/мл 46% гормона находится в связанном состоянии, а при концентрации гормона роста в крови от 35 до 50 нг/мл в связанном с белками крови находится всего лишь 36-38%. Комплекс, состоящий из гормона роста и СТГ-связывающего белка, имеет мол. м. 80-85 кДа. Установлено, что гормон роста в сыворотке крови в связанном с СТГ-связывающим белком состоянии находится почти в 10 раз дольше, чем свободный СТГ. Метаболический клиренс и скорость деградации гормона роста, комплексированного с СТГ-связывающим белком, ниже по сравнению со свободным гормоном более чем в 10 раз. Таким образом, комплекс гормона роста с СТГ-связывающим белком является своеобразным резервуаром (хранилищем) циркулирующего гормона роста. Биологически активной является свободная фракция гормона, которая для СТГ составляет около половины от всего количества циркулирующего гормона. Концентрация СТГ-связывающего белка в крови хотя имеет индивидуальные различия, но не зависит от пола. L. M. S. Carlsson и соавт. (1993) предложили лигандно-опосредованный иммунно-функциональный метод, позволяющий разделить общее количество СТГ-связывающего белка на свободную и связанную с гормоном фракцию в сыворотке крови. Ими было показано, что концентрация общего СТГ-связывающего белка составляет 176,5±11 пмоль/л. Содержание комплексированного гормона с СТГ-связывающим белком равно 38,5±6,7 пмоль/л, а свободного СТГ – 105,7±15,6 пмоль/л. Авторы подтвердили пульсирующий тип секреции СТГ, а комплексирование СТГ с соответствующим белком сыворотки крови позволяет “сгладить” биологическое влияние пиковых концентраций гормона роста. При этом изменения концентрации СТГ-связывающего белка в течение суток являются минимальными, и для клинических целей уровень этого белка в сыворотке крови может быть определен из любого образца взятой крови. Кроме того, в этом, как и в другом исследовании (M. Mercado и соавт., 1993), было доказано, что определение содержания СТГ-связывающего белка является непрямым методом определения рецепторов к гормону роста. Спустя некоторое время I. Rajkovic и соавт. (1994) разработали метод с использованием двукратного связывания моноклональных антител, позволяющий непосредственно определять содержание СТГ-связывающего белка в крови. Оказалось, что у женщин уровень этого белка в крови достоверно выше по сравнению с мужчинами и составляет 0,99±0,12 против 0,63±0,09 нмоль/л. Кроме того, содержание СТГ-связывающего белка у больных акромегалией и страдающих недостаточностью гормона роста не отличалось от нормы, тогда как терапия эстрогенами женщин в период постменопаузы способствовала увеличению концентрации СТГ-связывающего белка в 5 раз. У новорожденных выявляется низкое содержание СТГ-связывающего белка, которое прогрессивно повышается в течение детства и остается практически на постоянном уровне у взрослых. У больных сахарным диабетом 1 типа, при циррозе печени, уремии, у лиц племени пигмеи и при синдроме Ларон уровень СТГ-связывающего белка в крови снижен. При акромегалии и задержке роста, вызванной недостаточностью СТГ, концентрация СТГ-связывающего белка в сыворотке крови в пределах нормы. R. Barnard и соавт. (1989) с помощью панели моноклональных антител установили, что структурно и функционально белок, связывающий СТГ, представляет собой растворимую форму внеклеточного домена рецептора гормона роста. G. Baumann и соавт. (1987) и W. Daughaday и B. Trivedi (1987) показали, что у больных с задержкой роста типа синдрома Ларон СТГ-связывающий белок в сыворотке крови отсутствует или биологически неактивен. Наряду с этим при синдроме Ларон выявлен также дефект рецептора гормона роста, проявляющийся в виде частичной делеции или мутации гена, ответственного за синтез рецептора СТГ.

Второй низкоаффинный СТГ-связывающий белок сыворотки крови имеет мол. м. около 100 кДа и, связывая одну молекулу СТГ, образует комплекс с мол. м. 125 кДа. Низкоаффинный СТГ-связывающий белок способен комплексировать 7-8% циркулирующего СТГ с мол. м. 22 кДа и 25% гормона роста с мол. м. 20 кДа. Как показали исследования J. Kratzsch и соавт. (1995), низкоаффинный СТГ-связывающий белок представляет собой трансформированный a-2 макроглобулин, являющийся гликопротеином плазмы и ингибитором протеаз. Физиологическое значение такого комплексирования СТГ с a-2 глобулином не совсем ясно, но, видимо, такое взаимодействие СТГ с глобулином защищает его от действия протеаз.

Мономерный СТГ фильтруется в клубочках почек и катаболизируется в проксимальных канальцах. Экскреция СТГ с мочой составляет 0, 01% от его количества, фильтрующегося в клубочках почек.

Тканевое действие СТГ опосредуется вторичной субстанцией, которая образуется в печени, других периферических тканях и, возможно, в почках. Долгое время это вещество называлось фактором сульфатирования (сульфатации), ”тимидин-фактором” или плазменным фактором роста. Этот фактор активирует включение сульфата в хрящи и глюкозаминогликаны, лейцина – в глюкозаминогликаны, пролина – в коллаген хряща, уридина – в РНК и тимидина – в ДНК. Было также показано увеличение под влиянием фактора сульфатирования синтеза белков в диафрагме крыс, в связи с чем был предложен другой термин – ”соматомедины”, которым обозначают все СТГ-зависимые факторы плазмы, опосредующие рост тканей. В свое время соматомедины подразделялись на соматомедин А, B и C. В последующие годы после идентификации и установления химической структуры оказалось, что в действительности имеются 2 соединения – инсулиноподобный фактор роста 1 и 2 (ИФР 1 и 2). Название обусловлено их структурой, которая напоминает структуру молекулы проинсулина.

Молекула ИФР 1 является простой полипептидной цепью, включающей 70 аминокислотных остатков, а ИФР 2 – 67 аминокислотных остатков. Домен, гомологичный С-пептиду проинсулину, в молекулах ИФР короче и состоит только из 12 аминокислотных остатков. Ген, кодирующий синтез ИФР 1, локализуется на 12-й хромосоме, а ген, кодирующий ИФР 2 – на 11-й хромосоме проксимальнее и в непосредственной близости от гена, кодирующего инсулин. Показано, что экспрессия мРНК ИФР 1 и 2 имеет место уже у эмбриона человека на 16-20-й неделе беременности. Концентрация мРНК ИФР 2 в этот период в печени, почках, кишечнике, коже и поджелудочной железе выше, чем уровень мРНК ИФР 1. У взрослого человека экспрессия гена ИФР 2 в печени значительно выше, чем в других тканях. В период эмбриональной жизни содержание ИФР 1 в сыворотке крови низкое и после родов отмечается постепенное ее нарастание, достигая максимума в пубертатный период, когда его уровень соответствует значениям, наблюдаемым у больных акромегалией. Во взрослом состоянии содержание ИФР 1 в сыворотке крови остается достоточно стабильным и имеет тенденцию к снижению у лиц пожилого возраста. Концентрация ИФР 1 в сыворотке крови имеет прямую корреляцию с содержанием СТГ в крови. Более того, содержание ИФР 1 в сыворотке крови является более чувствительным и более стабильным индексом, отражающим секрецию гормона роста в организме. Изменения уровня ИФР 1 в сыворотке наблюдаются параллельно с изменениями СТГ-связывающего белка, отражая скорость их продукции в печени. Таким образом, содержание ИФР 1 в сыворотке крови регулируется концентрацией СТГ и отражает соматотропную функцию гипофиза. Что касается ИФР 2, то его содержание в сыворотке крови на протяжении всей жизни подвержено незначительным колебаниям.

Оба фактора стимулируют включение тимидина в ДНК фибробластов и сульфата в хрящи, усиливают белковый синтез, увеличивают количество РНК и являются митогенами. Ростстимулирующее действие у них выражено в 50-100 раз сильнее по сравнению с таковым инсулина, однако специфическая метаболическая активность (влияние на обмен глюкозы) у них во столько же раз меньше, чем у инсулина, вследствие невысокой аффинности к этим факторам инсулиновых рецепторов. E. Chin и соавт. (1994) показали, что рецепторы к ИФР 1 и 2 в почках локализуются как в мозговом слое, так и в клубочках и в канальцах почек, хотя их концентрация в последних была значительно ниже. Инсулин комплексировался с рецепторами к ИФР 1, но не с рецепторами к ИФР 2. Инсулин конкурировал и с меченым ИФР 1 и вытеснял последний на 39±8% в клубочках почек, на 60±7% – в канальцевой зоне коры и на 32±7% – в мозговом слое почки. ИФР 1 и 2 циркулируют в крови в связанном с различными специфическими белками состоянии и в зависимости от белка, связавшего ИФР, резко изменяется биологическая активность такого комплекса. Различают 4 типа белков сыворотки крови, связывающих ИФР: это ИФР-связывающий белок 1-го типа (состоит из 259 аминокислотных остатков, мол. м. 28 кДа, концентрация в сыоротке крови – 0,8-2,8 нмоль/л); ИФР-связывающий белок 2-го типа (состоит из 289 аминокислотных остатков, мол. м. 31,3 кДа, концентрация в сыворотке крови-6,1-18, 3 нмоль/л); ИФР-связывающий белок 3-го типа (состоит из 264 аминокислотных остатков, мол. м. 42-45 кДа, концентрация в сыворотке крови – 60-170 нмоль/л); a-субъединица (состоит из 578 аминокислотных остатков, мол. м. 85 кДа, концентрация в сыворотке – 229-339 нмоль/л). Кроме того, идентифицированы еще 3 дополнительных белка, связывающих ИФРы: это ИФР-связывающий белок 4-го типа, 5-го типа и 6-го типа. Установлена их структура (они состоят из 237; 252 и 228 аминокислотных остатков соответственно и имеют мол. м. 24; 31 и 28-34 кДа), но концентрация их в сыворотке крови ниже чувствительности существующих методов. Около 75% циркулирующего ИФР 1 и 2 находится в комплексе с мол. м. 150 кДа. Такие комплексы состоят из гликозилированного ИФР-связывающего белка 3-го типа с мол. м. 53 кДа, ИФР и лабильной a-субъединицы с мол. м. 85 кДа. ИФР 1 и 2 могут диссоциировать из указанного комплекса лишь после того как ИФР-связывающий белок будет диссоциирован от a-субъединицы. Таким образом, функция a-субъединицы выполняет регулирующую роль в поддержании определенного физиологического соотношения между свободной и связанной фракциями ИФР. Период полураспада таких комплексов в сыворотке крови составляет около 12 часов. Считается, что основным местом образования как ИФР-связывающих белков, так и a-субъединицы является печень.

Биологическое действие ИФР осуществляется через соответствующие рецепторы, расположенные в плазматической мембране клеток тканей-мишеней. Различают два типа рецепторов – 1-го и 2-го типа. Ген, ответственный за синтез рецептора 1-го типа, локализуется на дистальной части 15-й хромосомы, включает более 100 kb и содержит 21 экзон. Рецептор к ИФР 1 и 2 имеет структуру, близкую к структуре инсулинового рецептора, и состоит из двух идентичных гетеродимеров (внемембранная a-цепь имеет мол. м. 130 кДа и внутримембранно-внутриклеточная b-цепь с мол. м. 90 кДа). Две a-цепи рецептора связаны двумя сульфгидрильными мостиками и образуют a-субъединицу, а две b-цепи в свою очередь связаны с a-цепями также сульфгидрильными мостиками. Молекула рецептора ИФР 1 включает 1367 аминокислотных остатков, из которых 30 приходится на сигнальный пептид и 1337 – на собственную молекулу рецептора. a-Цепь состоит из 1-706 аминокислот, а b-цепь включает 711-1337 аминокислотных остатков; 4 аминокислоты в положении 707-710 подвергаются воздействию эндопептидаз и протеолитическому отщеплению. Фрагмент a-цепи с последовательностью аминокислот 148-302 богат цистеином и носит название “цистеиновый домен”, а фрагмент b-цепи с последовательностями аминокислот 973-1229 cодержит тирозинкиназу и носит название “тирозинкиназный домен”. Последовательность b-цепи с аминокислотными остатками 906-929 соответствует трансмембранной части рецептора. Взаимодействие рецептора с молекулой ИФР осуществляется цистеиновым доменом, который высокоаффинен к ИФР 1 и имеет низкую аффинность к ИФР 2. Считается, что биологическое действие ИФР 2 опосредуется через рецептор ИФР 1 первого типа. Комплексирование ИФР 1 с рецептором приводит к конформационным изменениям трансмембранной части рецептора с последующей активацией тирозинкиназной активности и фосфорилированием белком, собственно ответственных за биологическое действие. Что касается рецептора ИФР второго типа, то он представляет собой бифункциональную полипептидную молекулу с мол. м. 27 кДа. Внеклеточная часть этого рецептора содержит высокоаффинные связывающие места для ИФР 2 и гликопротеинов, содержащих маннозо-6-фосфат. Второй тип рецептора обладает низкой аффинностью к связыванию ИФР 1. Трансдукция гормонального сигнала у рецептора второго типа осуществляется через активирование G-белков рецептора. После комплексирования рецептора второго типа с ИФР происходит быстрая интернализация гормонорецепторного комплекса с последующей деградацией ИФР 2.

Исследования показали, что ИФР 2 стимулирует синтез гликогена, вхождение кальция в клетку и поглощение тимидина фибробластами.

Таким образом, гормон роста осуществляет биологическое действие через образование соматомединов (ИФР 1 и 2), которые образуются в печени и других периферических тканях и являются посредниками анаболического, ростового влияния СТГ. Последние осуществляют свое действие с помощью гормонального, паракринного или аутокринного механизмов. Что касается влияния СТГ на эпифизарную ткань, то имеются две точки зрения. Первая описана выше, вторая заключается в том, что гормон роста первично стимулирует дифференцировку прехондроцитов в зоне эпифизарного хряща, которые после этого приобретают способность образовывать ИФР 1. Последний стимулирует клональную экспансию и созревание хондроцитов. Помимо этого соматомедины стимулируют митогенез и в других тканях (фибробласты, преадипоциты, премиоциты), синтез различных специфических белков (коллагена, хондроитин сульфата, d-кристаллина и др.), а также поглощение аминокислот, a-аминомасляной кислоты, глюкозы. Хотя сахароснижающая способность у ИФР 1 составляет лишь 1/13 от гипогликемизирующего действия инсулина, но при внутривенном введении больших его доз (13 нмоль/кг) здоровым добровольцам имела место резко выраженная гипогликемия (H. P. Guler и соавт., 1987).

Cодержание гормона роста в сыворотке крови при определении радиоиммунологическим методом составляет 3,82±0,24 нг/мл (от 1 до 4,5 нг/мл). Обычно утром натощак у здорового человека уровень СТГ в плазме крови не превышает 5 нг/мл (232 пмоль/л). Период полураспада в сыворотке или плазме крови составляет 20-40 мин. Около 5% СТГ, содержащегося в гипофизе, ежедневно высвобождается, что составляет около 1,2 мг за 24 ч. Еще в 1973 г. D. Owens и соавт. показали, что скорость метаболического клиренса СТГ составляет 30 мл/кг•мин. Скорость секреции гормона роста, рассчитанная на основании этих исследований, после его однократного введения составляет в препубертатном возрасте 29 мкг/кг в сутки; в раннем пубертате – 20; в позднем пубертате – 60; в постпубертатном – 19; и во взрослом состоянии – 17 мкг/кг в сутки.

Регуляция секреции гормона роста осуществляется ЦНС посредством секреции и высвобождения в портальную систему гипофиза гипофизотропных гормонов-соматостатина и соматолиберина (см. главу 2). Оба этих гормона, как и сам гормон роста, вовлечены в короткую цепь отрицательной обратной связи регуляции СТГ. Длинная цепь отрицательной обратной связи включает соматомедины, преимущественно ИФР 1, который стимулирует, с одной стороны, секрецию соматостатина, а с другой, угнетает способность соматолиберина стимулировать секрецию СТГ. К стимулирующим секрецию СТГ физиологическим факторам относятся сон, физическая нагрузка, длительный голод, стресс, недостаток белков в пище и снижение уровня глюкозы. Различные фармакологические вещества также стимулируют образование и высвобождение СТГ: инсулиновая гипогликемия, инфузия аминокислот (аргинин, лизин, лейцин), введение глюкагона, вазопрессина, эстрогенов, серотонина, a-адренергических агонистов (клонидин), b-адренергических антагонистов (индерал), дофаминергических (l-дофа, апоморфин, бромокриптин) и агонистов g-аминомасляной кислоты (мусцимол), а также пирогенов. Показано, что стимулирующее влияние многих веществ (аргинин, l-дофа) и воздействий (гипогликемия, физическая нагрузка) опосредуется через a-адренергический механизм, что может быть заблокировано применением фентоламина (блокатор a-рецепторов) и потенцировано применением блокатора b-адренергических рецепторов пропранолола.

Снижение секреции гормона роста наблюдается при гипергликемии и повышении уровня свободных жирных кислот в крови, приеме антагонистов серотонина (метизергид, ципрогептадин), a-адренергических антагонистов (фентоламин), дофаминергических антагонистов (хлорпромазин, галоперидол), теофиллина, прогестерона. Холецистокинин, ацетилхолин, ВИП опиоидные пептиды модулируют секрецию СТГ опосредованно через влияние на секрецию соматостатина и соматолиберина гипоталамусом.

Гормон роста высвобождается пульсирующим способом, и выброс СТГ происходит через каждые 3-5 ч. Характерным для секреции СТГ является его значительное высвобождение через 60-90 мин от начала сна. Как пульсирующая, так и величина скорости секреции, а также содержание гормона роста в сыворотке крови изменяются в различные периоды жизни. Так, по данным P.M. Martha и соавт. (1992), количество секреторных выбросов (пульсов) в допубертатном периоде (9±0,3 лет) составляет 8,8±0,7; в раннем пубертате (11,5±0,2 лет) – 7±0,5; позднем пубертате (14,4±0,2 лет) – 7, 8±0,6; в постпубертатном периоде (16,4±0,4 лет) – 6, 6±0,6 и во взрослом состоянии (23±0,6 лет) – 6,1±0,5 пульсов за 24 ч. За каждую амплитуду пульса или за каждый выброс высвобождается следующее количество СТГ: 14,4±1,3; 12,8±1,3; 22,4±2,8; 14,7±3,9 и 10,3±1,3 мкг/л соответственно. Содержание гормона роста в течение суток в этих же возрастных группах составляло соответственно 6,7±1,0; 4,7±0,7; 13,8±2,4; 4,4±0,9; 3,9±0,5 нг/мл (мкг/л). Секреция гормона роста осуществляется в соответствии с циркадным (околосуточным) ритмом. Пик секреции СТГ приходится на ночное время (через 1-4 ч от начала сна) в 3-ю и 4-ю фазу сна. Подсчитано, что на ночное время приходится около 70% гормона, секретируемого в течение суток.


Похожие страницы: Осуждение. Наркотическая зависимость. Часть IV. Медицинская гомеостатика. Повреждения брюшины. Н. Собирание энергии дерева. Культура голода.. Работа над шрамами. Сила притяжения. Ветрогонные травы (вата-ануломан). Т. Как сделать игру. Занятие 6. Обработка объема и поверхности кокона ключевыми энергополями. Камни спнего луча.


(c) 2004-2008