HORMON WZROSTU (SOMATOTROPINA): BUDOWA, FUNKCJE - BIOLOGIA - 2026

Somatotropina (GH) i hormon wzrostu (GH w skrócie) jest stosunkowo mała w białko wytwarzane w poziomie części gruczołowej przysadki i biorą udział w procesach rozwojowych podłużne wzrostu organizmu i regulacji różnorodnych procesów metabolicznych.

Jest to hormon nie-glandotropowy. Hormony gruczołowe przysadki mózgowej wywierają swoje działanie poprzez modyfikację syntezy i uwalniania innych hormonów wytwarzanych w innych gruczołach dokrewnych na obrzeżach organizmu.

Modyfikacja hormonów przysadki mózgowej (źródło: Dubaele / domena publiczna, za Wikimedia Commons)

Hormony glandotropowe to na przykład adrenokortykotropina (ACTH), gonadotropiny (FSH i LH) oraz hormon tyreotropowy (TSH).

Z kolei hormony nieglandotropowe, do których należy prolaktyna i hormon wzrostu, działają bez pomocy jakiegokolwiek innego gruczołu dokrewnego, ponieważ wywierają swoje działanie bezpośrednio na komórki docelowe, których aktywność regulują.

Struktura

Hormon wzrostu to stosunkowo małe białko występujące w kilku izoformach. Główna izoforma składa się z około 191 aminokwasów, ma masę cząsteczkową 22 kDa i pochodzi z dłuższego peptydu prekursorowego (pre-GH) o masie 28 kDa, który również jest wydzielany, ale nie posiada funkcji fizjologicznych.

W swojej strukturze somatotropina wydaje się ewolucyjnie homologiczna do prolaktyny i somatomamotropiny kosmówkowej (CS), tej ostatniej wytwarzanej w łożysku. Takie jest podobieństwo, które uważa się za rodzinę hormonalną.

Przybliżona struktura hormonu wzrostu (źródło: Роман Беккер, za Wikimedia Commons)

Struktura drugorzędowa somatotropiny wykazuje 4 stabilizowane helisy alfa z dwoma mostkami dwusiarczkowymi, których konfiguracja jest niezbędna do interakcji hormonu z jego receptorem.

Fakt w odniesieniu do budowy, godny podkreślenia, jest reprezentowany przez fakt, że pomimo faktu, że hormony wzrostu różnych gatunków wykazują niezwykłe podobieństwo do człowieka, tylko ten ostatni i naczelnych wywierają wpływ istotne dla ludzi.

cechy

Funkcje somatotropiny określa się zwykle jako związane z rozwojem i wzrostem organizmu. Również te związane z metabolizmem, do których należą zmiany w metabolizmie lipidów i glukozy promowane przez ten hormon.

Funkcje wzrostu można jednak również uznać za metaboliczne, ponieważ obejmują funkcje anaboliczne związane z syntezą białek, co nie wyklucza innych funkcji bez bezpośredniego związku z metabolizmem, takich jak proliferacja komórek.

Niektóre funkcje lub działania, które wykazuje somatotropina, są wywierane przez ten hormon bezpośrednio na jego białe tkanki, ale wiele z nich jest wykonywanych przez inne substancje, których syntezę i uwalnianie stymuluje hormon wzrostu.

Synteza IGF

Pierwszą linią działania somatotropiny jest właśnie synteza tych substancji zwanych insulinopodobnymi czynnikami wzrostu (IGF), z których zidentyfikowano typy 1 i 2. Oznaczono je jako IGF1 (najważniejszy ) i IGF2, zgodnie z ich akronimem w języku angielskim.

Czynniki te były początkowo znane i nadal są określane jako mediatory aktywności somatotropiny lub somatomedyny C (IGF1) i A (IGF2) lub też jako nieulegająca supresji aktywność insulinopodobna (NSILA). Są syntetyzowane przez wiele typów komórek, ale są wytwarzane głównie w wątrobie.

Działania STH i IGF1 są bardzo zróżnicowane. Niektóre są wywierane przez każdą z tych substancji niezależnie, czasem w połączeniu i synergistycznie, a czasami działają antagonistycznie.

Indukcja wzrostu

To jedno z najważniejszych działań promowanych przez somatotropinę, ale wykonywane w połączeniu z IGF1. Chociaż oba powodują wzrost wielu tkanek ciała, ich najbardziej znaczący wpływ ma na wzrost szkieletu.

Ten wynik końcowy jest spowodowany różnymi efektami wywoływanymi przez hormon i IGF1. Obejmują one zwiększone odkładanie białek przez komórki chondrocytowe i osteogenne, wyższy współczynnik rozmnażania tych komórek oraz konwersję chondrocytów w komórki osteogenne; z których wszystko prowadzi do odkładania się nowej kości.

Podczas wzrostu i rozwoju organizmu, a także przed zamknięciem nasad kostnych, w nasadach odkłada się nowa chrząstka, po czym następuje jej przekształcenie w nową kość, za pomocą której następuje wydłużenie trzonu i oddzielenie nasad.

Postępujące zużycie chrząstki nasadowej wyczerpuje ją i kość nie może dalej rosnąć. W późnym okresie dojrzewania trzon i nasada łuszczą się następnie na każdym końcu, a wzrost długości kości długich ulega spowolnieniu i ostatecznie zatrzymuje się.

Drugi mechanizm może wyjaśniać zwiększoną grubość kości. Osteoblasty okostnowe odkładają nową kość na starej, a osteoklasty eliminują starą kość. Jeśli szybkość osadzania przekracza szybkość usuwania, grubość wzrasta.

Ponieważ hormon wzrostu wywiera intensywną stymulację na osteoblasty, pod jego wpływem grubość kości może się dalej zwiększać, chociaż ich długość nie zmienia się już w wyniku zamknięcia nasad.

Wzmocnienie odkładania białek w tkankach

Efekt ten można osiągnąć poprzez różne mechanizmy: zwiększony transport aminokwasów przez błony komórkowe, zwiększoną translację RNA na poziomie rybosomów, zwiększoną transkrypcję z DNA do RNA w jądrze i zmniejszoną katabolizm białek i aminokwasów.

Inne działania metaboliczne

W tkance tłuszczowej hormon wzrostu sprzyja lipolizie i uwalnianiu kwasów tłuszczowych do krwiobiegu, zwiększając tym samym jego stężenie w płynach ustrojowych. Jednocześnie sprzyja konwersji kwasów tłuszczowych do acetylokoenzymu A i wykorzystaniu ich jako źródła energii we wszystkich tkankach.

Stymulacja wykorzystania tłuszczów wraz z kumulacją białek ze względu na jej działanie anaboliczne prowadzi do wzrostu tkanki beztłuszczowej.

Wzrost mobilizacji tłuszczu może być tak duży, że wątroba wytwarza duże ilości kwasu acetooctowego, co prowadzi do ketozy i stłuszczenia wątroby.

W odniesieniu do metabolizmu węglowodanów, działanie somatotropiny obejmuje zmniejszony wychwyt glukozy w tkance tłuszczowej i mięśniach szkieletowych, zwiększoną produkcję glukozy przez wątrobę i zwiększone wydzielanie insuliny.

Wszystkie te efekty nazywane są diabetogennymi, a wysokie wydzielanie hormonu wzrostu może odtwarzać zaburzenia metaboliczne towarzyszące cukrzycy typu II insulinoniezależnej.

Inne funkcje

Anaboliczne i mitogenne działanie GH i IGF1 przejawia się również we wzroście i funkcjonowaniu serca, wątroby, śledziony, tarczycy, grasicy i języka. Hormon może przyczyniać się do zgrubienia skóry, stymulacji gruczołów potowych i wzrostu włosów.

W nerkach zwiększa szybkość przesączania kłębuszkowego i syntezę kalcytriolu, sprzyjając w ten sposób nie tylko wzrostowi, ale także mineralizacji kości. Promuje także erytropoezę i syntezę fibrynogenu oraz odpowiedź immunologiczną poprzez stymulację limfocytów T i makrofagów.

Receptory dla somatotropiny

W działaniu somatotropiny, w tym promowaniu syntezy insulinopodobnych czynników wzrostu, pośredniczy jej wiązanie się ze specyficznymi receptorami wyrażanymi na docelowych błonach komórkowych.

Istnieją dwie formy tych receptorów, z których druga jest krótką (okrojoną) odmianą pierwszego; skrócona forma, która hamuje działanie długiego receptora, a jeśli zostanie nadekspresjonowany, spowoduje to niewrażliwość tkanek na hormon.

Długi receptor składa się z 638 aminokwasów i ma zewnątrzkomórkową domenę 250, transbłonową alfa helisę około 38 i wewnątrzkomórkową domenę 350 aminokwasów. Każda cząsteczka somatotropiny w końcu wiąże się z dwiema cząsteczkami receptora i powoduje tak zwaną dimeryzację receptora.

Ta dimeryzacja aktywuje kinazy białkowe JAK2 zlokalizowane na wewnątrzkomórkowych końcach każdego monomeru receptora, a te aktywne kinazy fosforylują inne substraty, takie jak STAT5 i sam receptor somatotropiny.

Fosforylowane cząsteczki STAT5 również ulegają dimeryzacji, co czyni je bardzo precyzyjnymi regulatorami ekspresji genów i syntezy białek.

Produkcja

Somatotropina jest syntetyzowana na poziomie komórek somatotropowych gruczołowej przysadki. Komórki te są intensywnie zabarwione substancjami kwaśnymi, dlatego nazywane są również kwasolubnymi. Razem stanowią najliczniejszą grupę komórek w gruczole, ponieważ stanowią 50% wszystkich 5 różnych typów.

Istnieje kompleks genetyczny 5 genów na długim ramieniu ludzkiego chromosomu 17, który koduje różne izoformy hormonu wzrostu i ludzkiej somatomamotropiny kosmówkowej (hCS).

Jednym z nich jest hGH-N lub normalny, który koduje najobficiej występującą postać ludzkiego hormonu wzrostu, czyli wspomnianą 22 kDa i stanowi 75% całkowitego krążącego hormonu wzrostu.

Jego informacyjny RNA ulega „splicingowi”, aby wytworzyć mniejszą formę hormonu, 20 kDa, która nie zawiera reszt aminokwasowych 32-46 i stanowi 10%.

Drugi gen (hGH-V) jest wyrażany głównie w łożysku i koduje odmianę hGH, której tylko znaczące ilości pojawiają się w krążeniu podczas ciąży. Pozostałe 3 geny kodują izoformy ludzkiej somatomamotropiny kosmówkowej.

Wydanie

Zarówno synteza, jak i wydzielanie lub uwalnianie hormonu wzrostu są regulowane czynnikami stymulującymi i hamującymi te funkcje.

Pobudzające wpływy

Głównymi wpływami humoralnymi, które stymulują syntezę i wydzielanie somatotropiny, są peptydy GHRH (hormon uwalniający hormon wzrostu) i grelina.

Hormon uwalniający hormon wzrostu (GHRH) jest peptydem podwzgórza, który występuje w dwóch wariantach odpowiednio 40 i 44 aminokwasów. Prowadzi w komórkach somatotroficznych do syntezy cAMP i aktywacji czynnika transkrypcyjnego PIT1 specyficznego dla hormonu wzrostu.

Grelina jest endogennym środkiem pobudzającym wydzielanie hormonu wzrostu. Jest peptydem o około 28 aminokwasach syntetyzowanych na poziomie podwzgórza i żołądka. Działa synergistycznie z GHRH, którego uwalnianie wspomaga, jednocześnie hamując wydzielanie somatostatyny. Działa poprzez receptory aktywujące fosfolipazę C.

Niektóre parametry metaboliczne, takie jak hipoglikemia, niski poziom wolnych kwasów tłuszczowych we krwi i wysokie stężenia aminokwasów, są ważnymi bodźcami do wydzielania hormonu wzrostu.

Inne liczące się czynniki stymulujące obejmują ostry stres, zmęczenie ciała, ból, steroidy płciowe (dojrzewanie), dopaminę, stymulację receptora α2, acetylocholinę, galaninę, serotoninę i β-endorfinę.

Wpływy hamujące

Należą do nich somatostatyna lub hormon hamujący uwalnianie hormonu wzrostu (GHRIH) i ujemne sprzężenie zwrotne.

Somatostatyna to 14-aminokwasowy peptyd podwzgórza, który hamuje wydzielanie hormonu wzrostu, ale nie hamuje jego syntezy. Długi wariant, składający się z 28 aminokwasów, jest syntetyzowany w przewodzie pokarmowym. Oba warianty wiążą się z tym samym receptorem i hamują syntezę cyklicznego AMP.

Jeśli chodzi o negatywne sprzężenie zwrotne, uwolniony GH, poprzez działanie autokrynne, hamuje własne późniejsze uwalnianie. IGF1 hamuje hormon uwalniający hormon wzrostu w podwzgórzu i stymuluje somatostatynę, a hamuje syntezę GH w przysadce mózgowej.

Niektóre parametry metaboliczne, takie jak hiperglikemia, wysokie poziomy wolnych kwasów tłuszczowych w osoczu i niskie poziomy aminokwasów, są inhibitorami wydzielania somatotropiny.

Inhibitory to także przeziębienie, przewlekły stres, otyłość, progesteron, niedobory hormonów tarczycy, niedobory lub nadmiar kortyzolu oraz pobudzenie receptorów β2-adrenergicznych.

Dawka

Terapeutyczne zastosowanie biosyntetyzowanego hormonu wzrostu jest wskazane w leczeniu schorzeń, w których wykazano niedobór jego wydzielania, karłowatości przysadkowej oraz u dzieci niskiego wzrostu z powodu zespołu Turnera.

Podawanie odbywa się w postaci roztworu do wstrzyknięć odtworzonego z fiolki zawierającej liofilizat z 40 jm hormonu biosyntetycznego, do którego dodaje się towarzyszące 2 ml 0,9% roztworu chlorku sodu.

W przypadku niedoboru hormonu wzrostu u dzieci zaleca się od 0,07 do 0,1 IU / kg masy ciała na dobę. W zespole Turnera 0,14 jm / kg masy ciała na dobę. Niedobór hormonu wzrostu u dorosłych: 0,018 do 0,036 jm / kg masy ciała na dobę.

Efekty Edytuj

Terapeutycznemu podawaniu hormonu wzrostu mogą towarzyszyć pewne niepożądane skutki uboczne, takie jak jawna nadwrażliwość w postaci uogólnionej pokrzywki, hipoglikemia na czczo, zapalenie w miejscu wstrzyknięcia i przejściowy ból głowy.

Opisywano rozwój pewnego łagodnego nadciśnienia wewnątrzczaszkowego, częstszego u dzieci i rzadziej u dorosłych.

Jeśli chodzi o metabolizm węglowodanów, u pacjentów leczonych hormonem wzrostu odnotowano rozwój cukrzycy.

W odniesieniu do układu mięśniowo-szkieletowego istnieją oznaki zapalnego zapalenia mięśni z bólem mięśni i osłabieniem mięśni, wywołanym nie przez hormon, ale być może przez metakrezol stosowany w preparacie jako środek konserwujący.

Zgłaszano przypadki ginekomastii, niedokrwistości i ostrego zapalenia trzustki.

Bibliografia

1. Ganong WF: The Pituitary Gland, 25th ed. Nowy Jork, McGraw-Hill Education, 2016.
2. Guyton AC, Hall JE: Pituitary Hormones and Their Control by the Hypothalamus, w Textbook of Medical Physiology, 13. wydanie, AC Guyton, JE Hall (red.). Filadelfia, Elsevier Inc., 2016.
3. Lang F, Verrey F: Hormone, in Physiologie des Menschen mit Pathophysiologie, wyd. 31, RF Schmidt i wsp. (Red.). Heidelberg, Springer Medizin Verlag, 2010
4. Voigt K: Endokrines System, w Physiologie, wyd. 6; R Klinke i in. (Red.). Stuttgart, Georg Thieme Verlag, 2010.
5. Widmaier EP, Raph H i Strang KT: The Endocrine System. The Hypothalamus and Pituitary Gland, w: Vander's Human Physiology: The Mechanisms of Body Function, wyd. 13; EP Windmaier i in. (Red.). Nowy Jork, McGraw-Hill, 2014.