生长激素基础知识,上海.ppt

1、生长激素基础知识,2010-6 医学部,主要内容,生长激素的概述 生长激素的生物学特性 生长激素结构 生长激素分泌调节 生长激素的分泌特点 生长激素分泌的影响因素 生长激素分泌的调节 生长激素的生理作用、作用机制,一、生长激素概述,生长激素的生物学特性 生长激素结构,GH生物学特性,人生长激素（hGH）：垂体前叶（腺垂体）嗜酸细胞分泌的、由191个AA组成的非糖化多肽。 腺垂体中含量最多的激素,约占腺垂体激素的50% 。 人类GH基因簇是一组多基因家族 hGH基因（hGH-1和hGH-2） hGH-1为正常的hGH基因，主要在垂体的生长激素细胞中表达； hGH-2是一个变异基因，几乎只在胎盘中

2、表达；病理情况下， hGH-2基因可在垂体瘤组织中表达。 绒毛膜促生长泌乳素基因（hCS-A、 hCS-B和hCS-C）,GH生物学特性,垂体和循环中hGH 的分子是非均一的，包括单体、单体聚合体、分子片段和单体与其它蛋白的复合物。 hGH的分子量 20 KD：约占垂体和循环中hGH的510，对糖代谢影响较小，对促生长、IGF生成和生乳作用于22KD的单体相似，但与hGH受体亲和力较弱。 22 KD ：是主要的hGH单体的分子形式，约占垂体内hGH的7075，也是循环中主要的hGH （约占43左右）。 25 KD：hGH-2基因的翻译产物，可发生糖基化，故分子量增加。,GH的一级结构,二硫键,

3、GH的天然构象,第一张hGH晶体衍射照片,SCIENCE，1992；255：306-312,二、GH分泌调节,生长激素的分泌特点 生长激素分泌的影响因素 生长激素分泌的调节,GH的分泌特点,脉冲式分泌 GH以脉冲形式分泌，昼夜波动大，在分泌低峰时,血循环中难测到。 一般GH分泌频率夜间比白天多，青春期前和青春期24h内约有68次脉冲数, 约每34小时1次。青春发育中期分泌脉冲幅度最大，分泌量最多。 24h内脉冲数和振幅与年龄相关。 昼夜节律 正常人入睡后1小时（4590min）左右分泌达高峰，分泌量是1天总量的一半以上。如睡眠时间变化，GH峰值出现时间也相应变化。,重点,间隔34小时* ，约6

4、8个脉冲/日，夜间最高,生理情况下GH的分泌模式,各年龄阶段垂体GH的分泌,GH分泌的影响因素,运动的影响 正常人在基础代谢状态下，血清GH常测不到，剧烈运动后可引起GH明显升高。 运动实验已作为儿童GHD的筛选实验。 应激状态的影响 大多数应激状态下可引起GH分泌（外科手术、创伤、麻醉、穿刺、精神紧张和焦虑）。 儿童在心理不适宜的环境下可出现可逆性GH分泌抑制; 代谢物质的影响 急性低血糖是刺激GH分泌的强烈因素，高血糖抑制GH分泌。 高蛋白饮食或口服、静滴精氨酸、亮氨酸等可刺激GH分泌。 高血糖和游离脂肪酸水平升高可抑制GH分泌。,重点,调节GH分泌的体内外因素及药物,GH分泌的调节,下丘

5、脑激素调节 生长激素释放激素（GHRH）：是腺垂体分泌和合成GH的最主要的生理刺激物，呈脉冲式释放。GH对GHRH合成有反馈性抑制作用。 生长激素释放抑制激素（SS）：除了抑制GH的基础分泌，还抑制GH对生理性和药理性刺激，也抑制病理情况下的GH异常升高。 神经递质的调节 来源于体内外环境的各种刺激通过神经递质网络，作用于中枢神经系统，通过多巴胺，5-羟色胺和去甲肾上腺素等神经递质调节GH的分泌。,三、GH的生理作用、作用机制,生理作用： 促进生长，调节骨代谢 调节物质代谢 其他作用 作用机制 生长激素受体（GHR）和生长激素结合蛋白（GHBP） 胰岛素样生长因子（IGFs）,GH生理作用（一

6、）,促进生长，调节骨代谢 刺激骨骺端软骨细胞分化、增殖，从而促进骨生长，使骨长度增加。 可直接刺激成骨细胞代谢，并对维持骨矿物质含量、骨密度起重要作用。 协同性激素及促钙化激素共同干预骨的重塑。,重点,GH生理作用（二）,调节物质代谢 促进蛋白质合成，纠正负氮平衡。 调节脂代谢，降低机体脂肪储备，增加血清脂肪酸含量，降低血清胆固醇和低密度脂蛋白水平。 可降低细胞对胰岛素的敏感性，减少外周组织对葡萄糖利用，使血糖升高。 对水、矿物质代谢有重要作用。可使细胞内钾盐、磷酸盐潴留，还可促进肾小管钠回吸收，引起水、钠潴留。,重点,GH生理作用（三）,其他作用 增加机体免疫力，刺激免疫球蛋白合成，促进巨噬

7、细胞和淋巴细胞增殖。 加速伤口愈合，刺激烧伤创面及手术切口成纤维细胞合成胶原。 促进心肌蛋白合成，增加心肌收缩力，降低心肌耗氧量。 GH具有抗衰老,促进脑功能效应;促进精子形成、排卵等,重点,GH的作用机制（一）,生长激素受体（GHR）和生长激素结合蛋白（GHBP） GHR是由620个AA组成的跨膜糖蛋白，包括胞外域、跨膜域和胞内域。 2个GHR形成同源二聚体，分别与1个GH分子上的2个不同位点结合，结合后受体的胞内部分与细胞质中JAK酪氨酸家族结合，使受体羧基端酪氨酸磷酸化，从而传递信号，发挥生物效应。 GHBP是膜受体的片段，可与GHR竞争与GH结合，所以GHBP可抑制过高的GH结合到组织

8、受体上。,重点,细胞膜,GH 受体,GH的作用机制（二）,胰岛素样生长因子（IGFs） GH对靶组织发挥效应，除了直接作用外，还通过IGFs的介导，尤其是对长骨的促生长作用。 现知有生物作用的IGF分为两类 IGF-1：碱性多肽，有强的促生长作用； IGF-2：中性肽，有强的胰岛素样活性，是胚胎生长、发育的调节因子。 合成IGF的部位极为广泛，几乎遍布体内所有组织，其主要合成部位在肝脏，其次是肾脏、骨骼肌等组织。其他许多组织局部也可合成，它们均接受GH的刺激，多数组织产生的IGF并不释放入血液，常通过旁分泌和自分泌的方式发挥作用。,重点,总结,生长激素的分泌特点 生长激素分泌的影响因素 生长激

9、素分泌的调节 生长激素的生理作用、作用机制,药用GH发展史,人垂体源性 hGH (somatotropin),1958年，Raben 首次从人垂体中成功提取hGH，Kabi 公司进行商业性销售 缺点: 因来源受限，产量稀少 因含人类多种分子量的GH（主要是22 kDa，20 kDa，也有少量5KD），22 kDa占垂体hGH的7075%，20 kDa占510%（其与受体亲和力较弱），所以产品中22 kDa的GH含量并非100%，相对纯度较低1 * 易受hGH 供体病毒污染 因不断报道因使用hGH 罹患 Creutzfeldt-Jakob disease，于1985年被禁止使用,颜纯、王慕逖小儿

10、内分泌学.2006,92.,192个氨基酸rhGH（ somatrem）,上世纪70年代出现的重组DNA 技术的发展给生长激素的量化供应提供了发展的契机 1981年，Genentech 公司利用E. Coli 包涵体技术研制出含192氨基酸的基因重组人生长激素Met-rhGH。与天然hGH相比，在N-末端多了一个蛋氨酸残基，又称为somatrem (Protropin) 缺点 提取和复性工艺复杂 与天然hGH 不完全一致，抗体产生率高，达1295.5% 1、2、3,Kaplan SL, et al. The Lancet.1986:697-700 Takano K, et al. Acta P

11、aediatr Scand Suppl, 1986,325:19-24. Guy Massa, et al. Clinical Endocrinology (1993) 38, 137-142,191个氨基酸rhGH粉剂(somatropin),蛋白分泌技术的出现使人们成功表达了与天然hGH 完全一致的rhGH 1987年，含191个氨基酸的rhGH(Humatrope) 经美国FDA 批准上市 优点： 与天然hGH氨基酸顺序一致，抗原性明显降低 缺点： 采用冷冻干燥技术生产，不可避免会增加高分子蛋白和相关蛋白，并使部分生长激素分子失活,国际上主要Somatropin 粉剂品牌,*SFDA批准

12、时间，其余均为FDA批准时间,1995年开始问世 目前国际上共有3种水针剂产品 优点： 避免了冷冻、干燥、再溶解过程，保持了蛋白质的天然空间构象 直接使用，勿需再溶解，而且避免污染,生长激素水针剂（Somatropin水剂）,* SFDA 批准时间，余均为美国FDA 批准上时间,长效缓释粉剂（Nutropin Depot）,1999年，PLGA 微球包裹技术(类似于长效达菲林的微球包裹技术）的长效生长激素Nutropin Depot，在美国上市用于治疗儿童和成人GHD Nutropin Depot 是由疏水性的PLGA 微球包裹的rhGH 缓释剂型，实现1个月或2周注射1次；人类第一个也是最后

13、一个把PLGA微球技术应用于蛋白质的产品 Nutropin Depot 制备过程中需将rhGH 制成极高浓度的冻干粉，并需短暂高温，导致其中rhGH高分子蛋白及相关蛋白产生，从而使Nutropin Depot 活性较低，抗原性较强 比活 2.57 IU/mg 抗体产生率：57% 由于疗效不佳，抗体高及价格高等问题，于2004年退市,Silverman BL, et al. J Pediatr Endocrinol Metab 2002,15 Suppl 2:715-722.,长效生长激素水剂：金赛增（2010年上市）,国际领先（诺和公司PEG-GH尚在一期临床） 通过化学偶联方法使聚乙二醇分子与蛋白质分子偶联，通过分子量的加大使半衰期延长 PEG 化学修饰能够 保护被修饰蛋白的生物学活性，降低免疫原性1 不易聚合产生高分子蛋白 保护rhGH 分子免于被脱氨、氧化产生相关蛋白 PEG-rhGH活性更高：约7IU/mg2 PEG-rhGH 抗体产生率更低：0%*,* 来自金赛药业PEG-rhGH II期和 III 期临床试验数据 1 Webster R, et al. Drug Metab Dispos 2007,35:9-16 2 李湛军. 中国临床药理学和治疗学 2005,10:1270-1274.,众多生物制剂显示：粉剂向水剂的发展是国际趋势,干扰素