Гормон роста вырабатывается в: Сможет ли гормон роста человека стать «таблеткой от старости» — Forbes.ua

ХАКИМ ИБРАГИМОВ

Гормоном роста

Гормоном роста

Гормоном роста (соматотропин, соматропин, соматотропный гормон, HGH, СТГ) — это пептидный гормон, вырабатываемый гипофизом. Количество соматропина в организме достигает максимального уровня в детстве. В молодом возрасте гормон роста в организме отвечает за рост трубчатых костей, мышц и других тканей. С увеличением возраста производство гормона роста постоянно понижается, соответственно снижается и выработка ИФР-1 (инсулиноподобного фактора роста-1), находящегося в прямой зависимости от выработки гормона роста человека. В организме человека ИФР-1 является ответственным за восстановление поврежденных клеток и за выработку новых.

Гормон роста (ГР) — белок, вырабатываемый и секретируемый передней долей гипофиза. Из всех гормонов гипофиза он вырабатывается в наибольшем количестве. Образование и секрецию гормона роста регулирует гипоталамический рилизинг-гормон и соматостатин. Оба этих фактора вырабатываются гипоталамусом. ГР вырабатывается в течение всей жизни. Продукция ГР возрастает в период роста организма, примерно до 20 лет и затем уменьшается с возрастом со средней скоростью 14% в десятилетие. 

Функции гормона роста. ГР стимулирует как линейный рост, так и рост внутренних органов. Вызывает увеличение числа и размеров клеток мышц, печени, вилочковой железы, половых желез, надпочечников и щитовидной железы. Оказывает влияние на метаболизм белков, жиров и углеводов. Угнетает активность ферментов, разрушающих аминокислоты, повышает уровень инсулиноподобных факторов роста I и II (ИФР I и II) в сыворотке крови, стимулирует синтез коллагена в костях, коже, других органах и тканях организма. ГР увеличивает выход глюкозы в печеночные вены, усиливает глюконеогенез (образование глюкозы из неуглеводных предшественников), уменьшает поглощение глюкозы на периферии, а также усиливает липолиз (распад жиров), в результате чего в крови повышается концентрация свободных жирных кислот, которые подавляют действие инсулина на мембранный транспорт глюкозы.

Влияние на синтез белка. ГР стимулирует транспорт аминокислот в мышечные клетки и, кроме того, усиливает синтез белка, причем, независимо от влияния на транспорт аминокислот. У людей, получающих ГР, возникает положительный азотный баланс, что отражает общее повышение белкового синтеза и снижение содержания аминокислот и мочевины в плазме и моче. Указанные изменения сопровождаются повышением уровня синтеза РНК и ДНК в отдельных тканях. В этом отношении действие ГР сходно с некоторыми эффектами инсулина.

Влияние на углеводный обмен. В плане влияния на углеводный обмен гормон роста является антагонистом инсулина. Гипергликемия, возникающая после введения ГР, — результат сочетания сниженной периферической утилизации глюкозы и ее повышенной продукции печенью в процессе глюконеогенеза. Действуя на печень, ГР увеличивает содержание в ней гликогена, вероятно, вследствие активации глюконеогенеза из аминокислот. ГР может вызывать нарушение некоторых стадий гликолиза (распад глюкозы в тканях) и тормозить транспорт глюкозы. Торможение распада глюкозы в мышцах может быть также связано с мобилизацией жирных кислот из триацилглицероловых резервов.

Влияние на липидный обмен. Гормон роста оказывает мощное липолитическое действие. Усиливаются процессы липолиза с повышением мобилизации жира из депо, что приводит к быстрому увеличению концентрации свободных жирных кислот в плазме и их окислению в печени. Энергия, образующаяся при повышенном распаде жиров, используется на анаболические процессы в белковом обмене.

Регуляция секреции и синтеза. На секрецию ГР влияет ряд стимулов (сон, стресс), и она, подобно секреции многих гипофизарных гормонов, носит эпизодический и пульсирующий характер. В течение нескольких минут уровень ГР в плазме может измениться в 10 раз. Один из самых больших пиков отмечается вскоре после засыпания, что подтверждает поговорку: «Кто не спит, тот не растет». К другим стимулам относятся стресс (боль, холод, тревога, хирургическое вмешательство), физические упражнения, острая гипогликемия или голодание, белковая пища или аминокислота аргинин. Возможна связь этих и многих других эффекторов с основным физиологическим действием ГР, состоящим в сбережении глюкозы. При стрессе, гипогликемии, во время сна или голодания ГР стимулирует липолиз (поступление жирных кислот) и проникновение в клетки аминокислот (потенциальных субстратов глюконеогенеза), сберегая, таким образом, глюкозу для метаболизма мозга. На высвобождение ГР оказывает влияние множество агентов, в том числе эстрогены, дофамин, альфа-адренергические соединения, серотонин, опиатные полипептиды, гормоны кишечника и глюкагон. Точкой приложения действия всех этих факторов является вентромедиальное ядро гипоталамуса, где осуществляется регуляция секреции гормона роста по типу обратной связи. Короткая петля системы включает положительный (стимулирующий) регулятор секреции — соматолиберин — и отрицательный (тормозящий) регулятор — соматостатин.

Как можно повысить синтез гормона роста.

Если не рассматривать препараты, для выполнения этой задачи лучше всего подходит взрывной стиль тренинга, более высокое количество повторений и более короткие паузы отдыха между подходами.Сбалансированное питание играет важную роль, особенно нужно употреблять богатую белком пищу. Секрецию гормона роста можно увеличить достаточным сном (8-9 часов в сутки), физическими упражнениями (особенно базовыми).Так же вам помогут увеличить гормон роста употребление: глютамина, GABA протеина и аргинина, кроме того доказано, что употребление креатина увеличивает инсулиноподобный фактор роста IGF-1 (который стимулирует рост тканей в организме, и мышечной в том числе).

Гормон роста | Что это за гормон?

04.10.2018

Гормональные нарушения в нашем организме становятся причиной развития огромного числа патологий, пугающих своим разнообразием. Среди гормонов, синтезируемых нашим организмом, важное место занимает соматотропин, или гормон роста, вырабатываемый передней долей гипофиза. Основным назначением соматотропина является стимуляция роста и регенерация клеток мышечной и костной тканей. Огромное значение гормон представляет для спортивной медицины, так как позволяет избавиться от лишнего жира, нарастить мышечную массу и, как следствие, повысить спортивные результаты. Интересным является тот факт, что вырабатывается гормон своеобразными всплесками и самый активный приходится на время ночного сна. Поэтому высказывание о том, что человек растёт во сне, не лишено объективности.

Активное вырабатывание соматотропина приходится на период становления организма в возрасте 15-20 лет. Затем наблюдается период стабильного синтезирования, который продолжается в среднем до тридцатилетнего возраста, в свою очередь сменяющийся периодом снижения выработки. Возрастные изменения в нашем организме приводят к тому, что в шестьдесят лет организм испытывает значительный дефицит соматотропина.  В этом возрасте вырабатывается меньше половины от необходимой нормы соматотропина. В преклонном возрасте дефицит только увеличивается, что негативным образом сказывается при переломах, разрыве связок и работе суставов у пожилых людей.

Как мы уже говорили, соматотропин оказывает огромное влияние на рост и структурное строение нашего организма, потому зачастую его именуют гормоном роста. Среди свойств соматотропина необходимо выделить ускорение роста человека в подростковом возрасте, увеличение мышечной массы, уменьшение жировой прослойки, регулирование процессов углеводного обмена в нашем организме; является естественным иммуностимулятором, оказывает модулирующее воздействие на центральную нервную систему человека.

Знаете, почему не рекомендуют наедаться на ночь? Потому что после еды идёт активная вырабатывание инсулина, который блокирует синтезирование соматотропина. А так как до 85 процентов дневной нормы гормона роста вырабатывается в период фазы глубокого сна, это негативным образом сказывается на обмене веществ и, как следствие, увеличивается жировая прослойка и наблюдаются дегенеративные изменения в мышечных тканях. В качестве совета, желающим похудеть, рекомендуется прекратить приём пищи как минимум за несколько часов до сна, а с утра завтракать не сразу после пробуждения, а спустя полтора-два часа, так как в первые часы после пробуждения идёт активное жиросжигание за счёт ночной выработки соматотропина.

Выработке гормона роста способствует ряд аминокислот, среди которых следует выделить орнитин, глутамин, аргинин, лизин. В свою очередь дефицит гормона вызывают повышенное содержание в крови свободных жирных кислот, повышение концентрации инсулина, гипергликемия, повышенное содержание гормонов коры надпочечников, соматостатин. Стоит отметить, что чрезмерное синтезирование гормона роста приводит к акромегалии и гигантизму, развитию туннельного синдрома, развитию инсулиноустойчивости тканей. Инсулиноустойчивость тканей не позволяет глюкозе в должном объёме проникнуть из крови в их клетки. В свою очередь, это приводит к высокой концентрации глюкозы в крови и, как следствие, к ожирению, гипертонии, отёчности. В качестве наиболее страшных последствий высокой инсулиноустойчивости тканей необходимо выделить развитие сахарного диабета, атеросклероза, повышенную вероятность развития злокачественных опухолей, тромбофлебит и сердечный приступ.

В связи с вышеизложенным, хочется предостеречь неопытных любителей огромных мышц и высоких спортивных результатов о высоком риске негативных последствий неразумного применения стероидов гормонального типа. Безусловно, не только избыток, но и дефицит соматотропина в организме несёт негативные последствия. Недостаток гормона в детском возрасте влияет на задержку в развитие органов и систем человека и проявляется аномально низким ростом. В медицине это называется гипофизарный нанизм. Зачастую данная аномалия сопровождается задержкой не только физического, но и процессами торможения умственного развития и полового созревания. Интересно и то, что дефицит соматотропина, как и его избыток, провоцирует ожирение и развитие атеросклероза. Вот уж поистине, все хорошо в меру.

Обращайтесь за консультацией к врачу-эндокринологу!

Навигация по записям

Нормальная физиология гормона роста у взрослых — Endotext

GH — это одноцепочечный белок с 191 аминокислотой и двумя дисульфидными связями. Ген человеческого GH расположен на хромосоме 17q22 как часть локуса, состоящего из пяти генов. В дополнение к двум генам, связанным с GH (Gh2, который кодирует основной гормон роста взрослого человека, продуцируемый в соматотрофных клетках, обнаруженных в передней доле гипофиза и, в меньшей степени, в лимфоцитах, и Gh3, который кодирует плацентарный GH), существуют три гена, кодирующие гены хорионического соматомаммотропина (CSh2, CSh3 и CSHL) (также известного как плацентарный лактоген) (2,3).Ген Gh2 кодирует две различные изоформы GH (22 кДа и 20 кДа). Основной и наиболее распространенной формой GH в гипофизе и крови является мономерная изоформа 22K-GH, представляющая также рекомбинантный GH, доступный для терапевтического использования (а затем и для допинговых целей) (3). Введение рекомбинантного 22K-GH экзогенно приводит к снижению изоформы 20K-GH, и, таким образом, тестирование обеих изоформ используется для выявления допинга GH в спорте (4).

Как уже упоминалось, GH секретируется соматотрофными клетками, расположенными в основном в боковых крыльях передней доли гипофиза.Недавнее исследование секвенирования одноклеточной РНК, проведенное на мышах, показало, что GH-экспрессирующие клетки, представляющие соматотрофов, представляют собой наиболее многочисленную клеточную популяцию во взрослом гипофизе (5). Дифференцировка соматотрофных клеток регулируется фактором транскрипции гипофиза 1 (Pit-1). Данные на мышах предполагают, что гипофиз обладает регенеративной способностью, а клетки, продуцирующие GH, регенерируются из стволовых клеток гипофиза у молодых животных через 5 месяцев (6).

Физиологическая регуляция секреции GH

Морфологические характеристики и количество соматотрофов удивительно постоянны на протяжении всей жизни, в то время как характер их секреции изменяется.Секреция GH происходит пульсирующе и в циркадном ритме с максимальным высвобождением во второй половине ночи. Итак, сон — важный физиологический фактор, увеличивающий выброс гормона роста. Интересно, что максимальные уровни GH происходят в течение нескольких минут после начала медленного сна, и наблюдается заметный половой диморфизм ночного увеличения GH у людей, составляющий лишь часть от общего суточного высвобождения GH у женщин, но большая часть его вырабатывается у женщин. мужчины (7).

Секреция GH также зависит от пола, пубертатного статуса и возраста (и) (8).Интегрированная 24-часовая концентрация гормона роста значительно выше у женщин, чем у мужчин, и больше у молодых, чем у пожилых людей. Концентрация свободного эстрадиола в сыворотке, но не свободного тестостерона, коррелирует с GH, и при корректировке эффектов эстрадиола ни пол, ни возраст не влияют на концентрацию GH. Это говорит о том, что эстрогены играют решающую роль в модулировании секреции GH (8). Во время полового созревания происходит 3-кратное увеличение пульсирующей секреции GH, достигающее пика примерно в возрасте 15 лет у девочек и на 1 год позже у мальчиков (9).

Рисунок 1

Секреторный паттерн GH у молодых и старых женщин и мужчин. У молодых людей импульсы GH более крупные и частые, и женщины выделяют больше GH, чем мужчины (изменено из (8)).

Синтез и секреция GH гипофизом стимулируются эпизодическими гипоталамическими гормонами. Гормон высвобождения гормона роста (GHRH) стимулирует, в то время как соматостатин (SST) ингибирует производство и высвобождение GH. GH стимулирует выработку IGF-I, который, в свою очередь, подавляет секрецию GH как на гипоталамическом, так и на гипофизарном уровнях.Пептид желудочного сока грелин также является мощным стимулятором секреции GH, который усиливает секрецию GHRH в гипоталамусе и действует синергетически с его стимулирующими GH эффектами гипофиза (10). Интересно, что недавно было показано, что дупликация GPR101 в зародышевой линии или соматическая дупликация постоянно активирует путь цАМФ в отсутствие лиганда, что приводит к высвобождению GH. Хотя точная физиология GPR101 неясна, стоит упомянуть о нем, поскольку он явно влияет на патофизиологию GH (11).

Кроме того, на ось GH может влиять множество других факторов, наиболее вероятно из-за взаимодействия с GRHR, соматостатином и грелином.Эстрогены стимулируют секрецию GH, но ингибируют действие GH на печень, подавляя передачу сигналов рецептора GH (GHR). Напротив, андрогены усиливают периферическое действие GH (12). Экзогенные эстрогены усиливают ответы гипофизарного GH на субмаксимальные эффективные импульсы экзогенного GHRH (13) и подавляют подавление экзогенным SST (14). Также экзогенный эстроген усиливает действие грелина (15).

Высвобождение

GH обратно коррелирует с внутрибрюшным висцеральным ожирением через механизмы, которые могут зависеть от увеличения потока свободных жирных кислот (FFA), повышенного уровня инсулина или свободного IGF-I.

Рисунок 2.

Факторы, которые стимулируют и подавляют секрецию GH в физиологических условиях.

ГОРМОН, ВЫПУСКАЮЩИЙ ГОРМОН РОСТА

GHRH представляет собой полипептид из 44 аминокислот, продуцируемый в дугообразном ядре гипоталамуса. Эти нервные окончания секретируют GHRH, чтобы достичь соматотрофов передней доли гипофиза через систему воротной вены, что приводит к транскрипции и секреции GH. Более того, исследования на животных показали, что GHRH играет жизненно важную роль в пролиферации соматотрофов в передней доле гипофиза, тогда как отсутствие GHRH приводит к гипоплазии передней доли гипофиза (16).Кроме того, GHRH регулирует экспрессию гена GH и стимулирует высвобождение GH (17). Секреция GHRH стимулируется несколькими факторами, включая деполяризацию, α2-адренергическую стимуляцию, гипофизэктомию, тиреоидэктомию и гипогликемию, и подавляется SST, IGF-I и активацией ГАМКергических нейронов.

GHRH действует на соматотрофов через семь трансмембранных G-белков, связанных с стимулирующими рецепторами на поверхности клетки. Этот рецептор широко изучался в течение последнего десятилетия, что привело к идентификации нескольких важных мутаций.Точечные мутации в рецепторах GHRH, как показали исследования, проведенные на карликовых мышах lit / lit , показали глубокое влияние на последующую пролиферацию соматотрофов, приводящую к гипоплазии передней доли гипофиза (18). В отличие от мутаций в генах Pit-1 и PROP-1, которые приводят к множественному дефициту гормонов гипофиза и гипоплазии передней доли гипофиза, мутации рецептора GHRH приводят к глубокому дефициту GH с гипоплазией передней доли гипофиза. Вслед за первой мутацией рецептора GHRH, описанной в 1996 г. (19), за последнее десятилетие был обнаружен ряд семейных мутаций рецептора GHRH.Эти мутации составляют почти 10% семейных изолированных дефицитов GH. Пораженный человек будет иметь низкий рост и гипоплазию передней доли гипофиза. Однако у них отсутствуют некоторые типичные признаки дефицита GH, такие как гипоплазия средней зоны лица, микрофаллос и неонатальная гипогликемия (20).

СОМАТОСТАТИН (SST)

SST — это циклический пептид, кодируемый одним геном у человека, который в основном оказывает ингибирующее действие на эндокринные и экзокринные секреции. Многие клетки в организме, включая специализированные клетки в переднем паравентрикулярном ядре и дугообразном ядре, производят SST.Эти нейроны секретируют SST в систему воротной вены аденогипофиза через срединное возвышение, чтобы оказывать влияние на переднюю долю гипофиза. SST имеет короткий период полураспада, составляющий примерно 2 минуты, так как у человека он быстро инактивируется тканевой пептидазой.

SST действует через семь трансмембранных рецепторов, связанных с G-белком, и к настоящему времени у человека идентифицировано пять подтипов рецептора (SSTR1-5). Хотя все пять подтипов рецепторов экспрессируются в гипофизе плода человека, гипофиз взрослого человека экспрессирует только 4 подтипа (SSTR1, SSTR2, SSTR3, SSTR5).Из этих четырех подтипов соматотрофы проявляют большую чувствительность к лигандам SSTR2 и SSTR5 в синергетическом ингибировании секреции GH (21). Соматостатин подавляет высвобождение GH, но не синтез GH.

GHRELIN

Грелин представляет собой пептид из 28 аминокислот, который является естественным лигандом рецептора, стимулирующего секрецию GH. Фактически, грелин и GHRH обладают синергетическим эффектом в повышении уровня циркулирующего GH (7). Грелин в основном секретируется желудком и может участвовать в реакции гормона роста на голодание и прием пищи.

Клинические последствия

Уровни GH — влияние состава тела, физической формы и возраста

С введением надежных радиоиммунологических тестов было признано, что циркуляция GH у тучных субъектов притупляется, а нормальное старение сопровождается постепенным снижением в уровнях GH (22,23). Была выдвинута гипотеза, что многие из стареющих изменений в составе тела и функциях органов связаны или вызваны снижением GH (24), также известным как «соматопауза».

Исследования, проведенные в конце 90-х годов, однозначно подтвердили, что взрослые с тяжелым дефицитом GH характеризуются повышенной жировой массой и сниженной мышечной массой (LBM) (25). Также известно, что нормальный уровень GH может быть восстановлен у лиц с ожирением после значительной потери веса (26), и что замещение GH у взрослых с дефицитом GH нормализует состав тела. Что остается неизвестным, так это причинно-следственная связь между снижением уровня GH и старческими изменениями в составе тела.Является ли склонность к набору жира и потере мышечной массы инициированной или предшествующей первичным возрастным снижением секреции и действия GH? В качестве альтернативы, накопление жировой массы вторично по отношению к факторам, не зависящим от гормона роста (например, образу жизни, диетическим привычкам), приводит к подавлению секреции гормона роста с обратной связью. Более того, мало что известно о возможных возрастных изменениях фармакокинетики и биоактивности GH.

Поперечные исследования, проведенные для оценки связи между составом тела и стимулированным высвобождением GH у здоровых субъектов, показывают, что у взрослых людей (средний возраст 50 лет) пиковый ответ GH на стимуляторы секреции (клонидин и аргинин) ниже, а у женщин — выше. реакция на аргинин по сравнению с мужчинами.Однако множественный регрессионный анализ показывает, что масса внутрибрюшного жира является наиболее важным и отрицательным предиктором пиковых уровней GH, как упоминалось ранее (27). В той же популяции 24-часовые спонтанные уровни GH также преимущественно обратно коррелировали с массой внутрибрюшного жира () (28).

Рисунок 3.

Корреляция между массой внутрибрюшного жира и 24-часовой секрецией GH.

Насколько нам известно, подробный анализ секреции GH в зависимости от состава тела у пожилых людей не проводился.Вместо этого сывороточный IGF-I использовался в качестве суррогата или заместителя для статуса GH в нескольких исследованиях с участием пожилых мужчин (29–31). Эти исследования охватывают большие группы амбулаторных мужчин в возрасте от 50 до 90 лет, проживающих в общинах. Как и ожидалось, сывороточный IGF-I снижался с возрастом (), но IGF-I не показал какой-либо значительной связи с составом тела или физической работоспособностью.

Рисунок 4.

Изменения сывороточного IGF-I с возрастом; модифицировано из (32).

Действие GH: Влияние возраста, пола и состава тела

Учитывая большой интерес к действию GH у взрослых, на удивление мало исследований посвящено возможным возрастным различиям в реакции или чувствительности к GH.У нормальных взрослых снижение уровня GH сопровождается снижением сывороточного IGF-I, что свидетельствует о понижающей регуляции оси GH-IGF-I. Введение GH пожилым здоровым взрослым обычно было связано с предсказуемым, хотя и умеренным, влиянием на состав тела и побочными эффектами с точки зрения задержки жидкости и умеренной инсулинорезистентности (33). Неясно, отражает ли это неблагоприятный баланс между эффектами и побочными эффектами у пожилых людей или использование чрезмерных доз GH, но очевидно, что пожилые люди не устойчивы к GH.Краткосрочные исследования зависимости реакции от дозы ясно демонстрируют, что пожилым пациентам требуется более низкая доза гормона роста для поддержания заданного уровня IGF-I в сыворотке (34,35), и было замечено, что уровень IGF-I в сыворотке увеличивается у отдельных пациентов при длительном лечении. терапии, если доза GH остается постоянной. Более того, пациенты с дефицитом гормона роста старше 60 лет очень чувствительны даже к небольшой дозе гормона роста (36). Интересно, что существует гендерная разница в ответе на лечение GH: мужчины более отзывчивы с точки зрения генерации IGF-I и потери жира во время терапии, скорее всего, из-за более низких уровней эстрогена, которые негативно влияют на эффект GH на генерацию IGF-I в печени. (37).

Фармакокинетика и краткосрочные метаболические эффекты почти физиологического внутривенного болюса ГР (200 мкг) сравнивались в группе молодых (30 лет) и старше (50 лет) здоровых взрослых (38). Площадь под кривой GH была значительно ниже у пожилых людей, тогда как период полувыведения был аналогичным в двух группах, что свидетельствует как об увеличенной скорости метаболического клиренса, так и очевидном объеме распределения GH у пожилых людей. Оба параметра показали сильную положительную корреляцию с жировой массой, хотя множественный регрессионный анализ показал, что возраст является независимым положительным предиктором.Краткосрочный липолитический ответ на болюс GH был выше у молодых людей по сравнению с пожилыми людьми. Интересно, что то же исследование показало, что белки, связывающие GH, сильно и положительно коррелируют с массой брюшного жира (39).

Проспективное долгосрочное исследование здоровых взрослых с последовательными сопутствующими оценками статуса GH и ожирения предоставило бы полезную информацию о причинно-следственной связи между статусом GH и составом тела в зависимости от возраста. Между тем предлагается следующая гипотеза (): 1.Изменения в образе жизни и генетическая предрасположенность способствуют накоплению жира с возрастом; 2. Увеличенная жировая масса приводит к увеличению доступности свободных жирных кислот и вызывает инсулинорезистентность и гиперинсулинемию; 3. Высокие уровни инсулина подавляют IGF-связывающий белок (IGFBP) -1, что приводит к относительному увеличению уровней свободного IGF-I; 4. Системное повышение уровня FFA, инсулина и свободного IGF-I подавляет высвобождение GH гипофизом, что дополнительно увеличивает жировую массу; 5. Эндогенный гормон роста выводится быстрее у субъектов с большим количеством жировой ткани.

В настоящее время неоправданно лечить возрастное ухудшение состава тела и физической работоспособности с помощью GH, особенно из-за опасений, что последующее повышение уровня IGF-I может увеличить риск развития опухолевых заболеваний (для обширного обсуждение гормона роста у пожилых людей см. в главе по этой теме в разделе «Эндокринология старения» Эндотекста).

Рис. 5.

Гипотетическая модель связи между низким уровнем GH и повышенным уровнем висцерального жира у взрослых.

Пожизненный дефицит GH

Реальная модель эффектов GH в физиологии человека представлена ​​пациентами с пожизненным серьезным снижением передачи сигналов GH из-за мутаций рецепторов GHRH или GHRH, комбинированного дефицита GH, пролактина и ТТГ , или глобальное удаление GHR. Они демонстрируют низкий рост, кукольное лицо, высокие голоса и центральное ожирение, а также плодовиты (40). Несмотря на центральное ожирение и повышенное содержание жира в печени, они чувствительны к инсулину, частично защищены от рака и значительно снижают передачу сигналов о старении и, возможно, увеличивают продолжительность жизни (41).Снижение риска рака при пожизненном дефиците GH вместе с сообщениями о разрешающей роли GH в росте неопластической толстой кишки (42), предопухолевых поражениях молочной железы (43) и прогрессировании рака простаты (44) требует, по крайней мере, тщательный подбор доз замещения GH у пациентов с дефицитом GH.

GH и иммунная система

Хотя большинство данных о связи между GH и иммунной системой получены из исследований на животных, кажется, что GH может обладать иммуномодулирующим действием.Иммунные клетки, включая несколько субпопуляций лимфоцитов, экспрессируют рецепторы GH и отвечают на его стимуляцию (45). GH стимулирует in vitro, T и B-пролиферацию клеток и синтез иммуноглобулинов, усиливает созревание человеческих миелоидных клеток-предшественников и модулирует in vivo, Th2 / Th3 (8) и гуморальные иммунные ответы (46). Было показано, что GH может индуцировать продукцию de novo Т-клеток и увеличивать восстановление CD4 у ВИЧ-положительных пациентов. Другое исследование, имеющее возможное клиническое значение, показало, что устойчивая экспрессия GH снижает симптомы продромального заболевания и устраняет прогрессирование до явного диабета на мышиной модели диабета 1 типа, аутоиммунного заболевания, опосредованного Т-клетками.GH изменял цитокиновую среду, запускал поляризацию противовоспалительных макрофагов (M2), поддерживал активность супрессорной популяции Т-клеток и ограничивал пластичность клеток Th27 (46). Хорошо известно, что передача сигналов JAK / STAT, основного медиатора активации GHR, участвует в модуляции иммунной системы, поэтому есть соблазн предположить, что GH также может играть роль, но необходимы четкие данные о людях.

Передача сигналов гормона роста у людей

Активация рецептора гормона роста (GHR)

Передача сигналов GHR — отдельная и плодотворная область исследований сама по себе (47), поэтому в этом разделе основное внимание будет уделено недавним данным, полученным на моделях человека.

GHR были идентифицированы во многих тканях, включая жир, лимфоциты, печень, мышцы, сердце, почки, мозг и поджелудочную железу (48,49). Активация ассоциированной с рецептором киназы Janus (JAK) -2 является критическим шагом в инициировании передачи сигналов GH. Одна молекула GH связывается с двумя молекулами GHR, которые существуют в виде предварительно сформированных гомодимеров. После связывания GH внутриклеточные домены димера GHR подвергаются вращению, которое объединяет два внутриклеточных домена, каждый из которых связывает одну молекулу JAK2. Это, в свою очередь, вызывает перекрестное фосфорилирование остатков тирозина в киназном домене каждой молекулы JAK2 с последующим фосфорилированием тирозина GHR (48,50).Фосфорилированные остатки на GHR и JAK2 образуют сайты стыковки для различных сигнальных молекул, включая сигнальные преобразователи и активаторы транскрипции (STAT) 1, 3, 5a и 5b. STAT, связанные с активированным комплексом GHR-JAK2, впоследствии фосфорилируются по одному тирозину с помощью JAK2, обеспечивая димеризацию и транслокацию в ядро, где они связываются с ДНК и активируют транскрипцию гена. Сайт связывания STAT5b охарактеризован в промоторной области гена IGF-I (51). Ослабление JAK2-ассоциированной передачи сигналов GH опосредуется семейством цитокин-индуцируемых супрессоров передачи сигналов цитокинов (SOCS) (52).Белки SOCS связываются с остатками фосфотирозина на GHR или JAK2 и подавляют передачу сигналов GH, ингибируя активность JAK2 и конкурируя со STAT. Например, сообщалось, что ингибирующее действие эстрогена на продукцию IGF-I в печени, по-видимому, опосредовано повышающей регуляцией SOCS-2 (53).

Данные о передаче сигналов GHR получены в основном на моделях грызунов и экспериментальных клеточных линиях, хотя GH-индуцированная активация путей JAK2 / STAT5b и митоген-активируемой протеинкиназы (MAPK) была зарегистрирована в культивируемых человеческих фибробластах от здоровых людей (54) .STAT5b у людей имеет решающее значение для GH-индуцированной экспрессии IGF-I и стимуляции роста, что продемонстрировано идентификацией мутаций в гене STAT5b у пациентов с тяжелой нечувствительностью к GH в присутствии нормального GHR (55). Сообщалось об активации передачи сигналов GHR in vivo у здоровых молодых мужчин, подвергшихся внутривенному болюсу GH по сравнению с физиологическим раствором (56). Значительное фосфорилирование тирозина STAT5b было зарегистрировано после воздействия GH через 30-60 минут в биоптатах мышц и жира, но не было никаких доказательств GH-индуцированной активации PI 3-киназы, Akt / PKB или MAPK (56).

GH и передача сигналов инсулина

GH нарушает механизм инсулина, но точные механизмы у людей все еще остаются предметом споров. Нет данных о негативном влиянии GH на связывание инсулина с рецептором (57,58), что, очевидно, подразумевает пострецепторные метаболические эффекты.

Имеются данные на животных и in vitro , позволяющие предположить, что инсулин и GH имеют общие пострецепторные сигнальные пути (59). Сообщалось о конвергенции на уровнях STAT5 и SOCS3 (60), а также об основных путях передачи сигналов инсулина: субстратах рецепторов инсулина (IRS) 1 и 2, PI 3-киназе (PI3K), Akt и внеклеточных регулируемых киназах (ERK). ) 1 и 2 (61-63).Исследования на моделях грызунов предполагают, что инсулино-антагонистические эффекты GH в жировой ткани включают подавление инсулино-стимулированной активности PI3-киназы (59,64). В 2001 году было продемонстрировано, что GH индуцирует клеточную инсулинорезистентность, разъединяя PI3K и его нисходящие сигналы в адипоцитах 3T3-L1 (65)]. Последующее исследование показало, что GH увеличивает экспрессию p85α и снижает активность PI3K в жировой ткани мышей, что подтверждает предыдущее сообщение о прямом ингибирующем эффекте GH на активность PI3K (64).Однако исследование, проведенное на здоровых скелетных мышцах человека, как и ожидалось, показало, что инфузия GH вызывает устойчивое повышение уровней FFA и, следовательно, резистентность к инсулину, по оценке с помощью метода эугликемического зажима, но не было связано с каким-либо изменением инсулинорезистентности. стимулировал повышение активности IRS-1 / PI3K или PKB / Akt (66). Впоследствии было показано, что инсулин не влияет на GH-индуцированную активацию STAT5b или экспрессию мРНК SOCS3 (67).

Поскольку GH и инсулин имеют некоторые общие внутриклеточные субстраты, возникла гипотеза, согласно которой конкуренция за внутриклеточные субстраты объясняет негативное влияние GH на передачу сигналов инсулина (59).Кроме того, исследования показали, что белки SOCS негативно регулируют сигнальный путь инсулина (68). Следовательно, еще один возможный механизм, с помощью которого GH изменяет действие инсулина, — это увеличение экспрессии генов SOCS.

Нормальная физиология гормона роста у взрослых — Endotext

GH представляет собой одноцепочечный белок с 191 аминокислотой и двумя дисульфидными связями. Ген человеческого GH расположен на хромосоме 17q22 как часть локуса, состоящего из пяти генов. В дополнение к двум генам, связанным с GH (Gh2, который кодирует основной гормон роста взрослого человека, продуцируемый в соматотрофных клетках, обнаруженных в передней доле гипофиза и, в меньшей степени, в лимфоцитах, и Gh3, который кодирует плацентарный GH), существуют три гена, кодирующие гены хорионического соматомаммотропина (CSh2, CSh3 и CSHL) (также известного как плацентарный лактоген) (2,3).Ген Gh2 кодирует две различные изоформы GH (22 кДа и 20 кДа). Основной и наиболее распространенной формой GH в гипофизе и крови является мономерная изоформа 22K-GH, представляющая также рекомбинантный GH, доступный для терапевтического использования (а затем и для допинговых целей) (3). Введение рекомбинантного 22K-GH экзогенно приводит к снижению изоформы 20K-GH, и, таким образом, тестирование обеих изоформ используется для выявления допинга GH в спорте (4).

Как уже упоминалось, GH секретируется соматотрофными клетками, расположенными в основном в боковых крыльях передней доли гипофиза.Недавнее исследование секвенирования одноклеточной РНК, проведенное на мышах, показало, что GH-экспрессирующие клетки, представляющие соматотрофов, представляют собой наиболее многочисленную клеточную популяцию во взрослом гипофизе (5). Дифференцировка соматотрофных клеток регулируется фактором транскрипции гипофиза 1 (Pit-1). Данные на мышах предполагают, что гипофиз обладает регенеративной способностью, а клетки, продуцирующие GH, регенерируются из стволовых клеток гипофиза у молодых животных через 5 месяцев (6).

Физиологическая регуляция секреции GH

Морфологические характеристики и количество соматотрофов удивительно постоянны на протяжении всей жизни, в то время как характер их секреции изменяется.Секреция GH происходит пульсирующе и в циркадном ритме с максимальным высвобождением во второй половине ночи. Итак, сон — важный физиологический фактор, увеличивающий выброс гормона роста. Интересно, что максимальные уровни GH происходят в течение нескольких минут после начала медленного сна, и наблюдается заметный половой диморфизм ночного увеличения GH у людей, составляющий лишь часть от общего суточного высвобождения GH у женщин, но большая часть его вырабатывается у женщин. мужчины (7).

Секреция GH также зависит от пола, пубертатного статуса и возраста (и) (8).Интегрированная 24-часовая концентрация гормона роста значительно выше у женщин, чем у мужчин, и больше у молодых, чем у пожилых людей. Концентрация свободного эстрадиола в сыворотке, но не свободного тестостерона, коррелирует с GH, и при корректировке эффектов эстрадиола ни пол, ни возраст не влияют на концентрацию GH. Это говорит о том, что эстрогены играют решающую роль в модулировании секреции GH (8). Во время полового созревания происходит 3-кратное увеличение пульсирующей секреции GH, достигающее пика примерно в возрасте 15 лет у девочек и на 1 год позже у мальчиков (9).

Рисунок 1

Секреторный паттерн GH у молодых и старых женщин и мужчин. У молодых людей импульсы GH более крупные и частые, и женщины выделяют больше GH, чем мужчины (изменено из (8)).

Синтез и секреция GH гипофизом стимулируются эпизодическими гипоталамическими гормонами. Гормон высвобождения гормона роста (GHRH) стимулирует, в то время как соматостатин (SST) ингибирует производство и высвобождение GH. GH стимулирует выработку IGF-I, который, в свою очередь, подавляет секрецию GH как на гипоталамическом, так и на гипофизарном уровнях.Пептид желудочного сока грелин также является мощным стимулятором секреции GH, который усиливает секрецию GHRH в гипоталамусе и действует синергетически с его стимулирующими GH эффектами гипофиза (10). Интересно, что недавно было показано, что дупликация GPR101 в зародышевой линии или соматическая дупликация постоянно активирует путь цАМФ в отсутствие лиганда, что приводит к высвобождению GH. Хотя точная физиология GPR101 неясна, стоит упомянуть о нем, поскольку он явно влияет на патофизиологию GH (11).

Кроме того, на ось GH может влиять множество других факторов, наиболее вероятно из-за взаимодействия с GRHR, соматостатином и грелином.Эстрогены стимулируют секрецию GH, но ингибируют действие GH на печень, подавляя передачу сигналов рецептора GH (GHR). Напротив, андрогены усиливают периферическое действие GH (12). Экзогенные эстрогены усиливают ответы гипофизарного GH на субмаксимальные эффективные импульсы экзогенного GHRH (13) и подавляют подавление экзогенным SST (14). Также экзогенный эстроген усиливает действие грелина (15).

Высвобождение

GH обратно коррелирует с внутрибрюшным висцеральным ожирением через механизмы, которые могут зависеть от увеличения потока свободных жирных кислот (FFA), повышенного уровня инсулина или свободного IGF-I.

Рисунок 2.

Факторы, которые стимулируют и подавляют секрецию GH в физиологических условиях.

ГОРМОН, ВЫПУСКАЮЩИЙ ГОРМОН РОСТА

GHRH представляет собой полипептид из 44 аминокислот, продуцируемый в дугообразном ядре гипоталамуса. Эти нервные окончания секретируют GHRH, чтобы достичь соматотрофов передней доли гипофиза через систему воротной вены, что приводит к транскрипции и секреции GH. Более того, исследования на животных показали, что GHRH играет жизненно важную роль в пролиферации соматотрофов в передней доле гипофиза, тогда как отсутствие GHRH приводит к гипоплазии передней доли гипофиза (16).Кроме того, GHRH регулирует экспрессию гена GH и стимулирует высвобождение GH (17). Секреция GHRH стимулируется несколькими факторами, включая деполяризацию, α2-адренергическую стимуляцию, гипофизэктомию, тиреоидэктомию и гипогликемию, и подавляется SST, IGF-I и активацией ГАМКергических нейронов.

GHRH действует на соматотрофов через семь трансмембранных G-белков, связанных с стимулирующими рецепторами на поверхности клетки. Этот рецептор широко изучался в течение последнего десятилетия, что привело к идентификации нескольких важных мутаций.Точечные мутации в рецепторах GHRH, как показали исследования, проведенные на карликовых мышах lit / lit , показали глубокое влияние на последующую пролиферацию соматотрофов, приводящую к гипоплазии передней доли гипофиза (18). В отличие от мутаций в генах Pit-1 и PROP-1, которые приводят к множественному дефициту гормонов гипофиза и гипоплазии передней доли гипофиза, мутации рецептора GHRH приводят к глубокому дефициту GH с гипоплазией передней доли гипофиза. Вслед за первой мутацией рецептора GHRH, описанной в 1996 г. (19), за последнее десятилетие был обнаружен ряд семейных мутаций рецептора GHRH.Эти мутации составляют почти 10% семейных изолированных дефицитов GH. Пораженный человек будет иметь низкий рост и гипоплазию передней доли гипофиза. Однако у них отсутствуют некоторые типичные признаки дефицита GH, такие как гипоплазия средней зоны лица, микрофаллос и неонатальная гипогликемия (20).

СОМАТОСТАТИН (SST)

SST — это циклический пептид, кодируемый одним геном у человека, который в основном оказывает ингибирующее действие на эндокринные и экзокринные секреции. Многие клетки в организме, включая специализированные клетки в переднем паравентрикулярном ядре и дугообразном ядре, производят SST.Эти нейроны секретируют SST в систему воротной вены аденогипофиза через срединное возвышение, чтобы оказывать влияние на переднюю долю гипофиза. SST имеет короткий период полураспада, составляющий примерно 2 минуты, так как у человека он быстро инактивируется тканевой пептидазой.

SST действует через семь трансмембранных рецепторов, связанных с G-белком, и к настоящему времени у человека идентифицировано пять подтипов рецептора (SSTR1-5). Хотя все пять подтипов рецепторов экспрессируются в гипофизе плода человека, гипофиз взрослого человека экспрессирует только 4 подтипа (SSTR1, SSTR2, SSTR3, SSTR5).Из этих четырех подтипов соматотрофы проявляют большую чувствительность к лигандам SSTR2 и SSTR5 в синергетическом ингибировании секреции GH (21). Соматостатин подавляет высвобождение GH, но не синтез GH.

GHRELIN

Грелин представляет собой пептид из 28 аминокислот, который является естественным лигандом рецептора, стимулирующего секрецию GH. Фактически, грелин и GHRH обладают синергетическим эффектом в повышении уровня циркулирующего GH (7). Грелин в основном секретируется желудком и может участвовать в реакции гормона роста на голодание и прием пищи.

Клинические последствия

Уровни GH — влияние состава тела, физической формы и возраста

С введением надежных радиоиммунологических тестов было признано, что циркуляция GH у тучных субъектов притупляется, а нормальное старение сопровождается постепенным снижением в уровнях GH (22,23). Была выдвинута гипотеза, что многие из стареющих изменений в составе тела и функциях органов связаны или вызваны снижением GH (24), также известным как «соматопауза».

Исследования, проведенные в конце 90-х годов, однозначно подтвердили, что взрослые с тяжелым дефицитом GH характеризуются повышенной жировой массой и сниженной мышечной массой (LBM) (25). Также известно, что нормальный уровень GH может быть восстановлен у лиц с ожирением после значительной потери веса (26), и что замещение GH у взрослых с дефицитом GH нормализует состав тела. Что остается неизвестным, так это причинно-следственная связь между снижением уровня GH и старческими изменениями в составе тела.Является ли склонность к набору жира и потере мышечной массы инициированной или предшествующей первичным возрастным снижением секреции и действия GH? В качестве альтернативы, накопление жировой массы вторично по отношению к факторам, не зависящим от гормона роста (например, образу жизни, диетическим привычкам), приводит к подавлению секреции гормона роста с обратной связью. Более того, мало что известно о возможных возрастных изменениях фармакокинетики и биоактивности GH.

Поперечные исследования, проведенные для оценки связи между составом тела и стимулированным высвобождением GH у здоровых субъектов, показывают, что у взрослых людей (средний возраст 50 лет) пиковый ответ GH на стимуляторы секреции (клонидин и аргинин) ниже, а у женщин — выше. реакция на аргинин по сравнению с мужчинами.Однако множественный регрессионный анализ показывает, что масса внутрибрюшного жира является наиболее важным и отрицательным предиктором пиковых уровней GH, как упоминалось ранее (27). В той же популяции 24-часовые спонтанные уровни GH также преимущественно обратно коррелировали с массой внутрибрюшного жира () (28).

Рисунок 3.

Корреляция между массой внутрибрюшного жира и 24-часовой секрецией GH.

Насколько нам известно, подробный анализ секреции GH в зависимости от состава тела у пожилых людей не проводился.Вместо этого сывороточный IGF-I использовался в качестве суррогата или заместителя для статуса GH в нескольких исследованиях с участием пожилых мужчин (29–31). Эти исследования охватывают большие группы амбулаторных мужчин в возрасте от 50 до 90 лет, проживающих в общинах. Как и ожидалось, сывороточный IGF-I снижался с возрастом (), но IGF-I не показал какой-либо значительной связи с составом тела или физической работоспособностью.

Рисунок 4.

Изменения сывороточного IGF-I с возрастом; модифицировано из (32).

Действие GH: Влияние возраста, пола и состава тела

Учитывая большой интерес к действию GH у взрослых, на удивление мало исследований посвящено возможным возрастным различиям в реакции или чувствительности к GH.У нормальных взрослых снижение уровня GH сопровождается снижением сывороточного IGF-I, что свидетельствует о понижающей регуляции оси GH-IGF-I. Введение GH пожилым здоровым взрослым обычно было связано с предсказуемым, хотя и умеренным, влиянием на состав тела и побочными эффектами с точки зрения задержки жидкости и умеренной инсулинорезистентности (33). Неясно, отражает ли это неблагоприятный баланс между эффектами и побочными эффектами у пожилых людей или использование чрезмерных доз GH, но очевидно, что пожилые люди не устойчивы к GH.Краткосрочные исследования зависимости реакции от дозы ясно демонстрируют, что пожилым пациентам требуется более низкая доза гормона роста для поддержания заданного уровня IGF-I в сыворотке (34,35), и было замечено, что уровень IGF-I в сыворотке увеличивается у отдельных пациентов при длительном лечении. терапии, если доза GH остается постоянной. Более того, пациенты с дефицитом гормона роста старше 60 лет очень чувствительны даже к небольшой дозе гормона роста (36). Интересно, что существует гендерная разница в ответе на лечение GH: мужчины более отзывчивы с точки зрения генерации IGF-I и потери жира во время терапии, скорее всего, из-за более низких уровней эстрогена, которые негативно влияют на эффект GH на генерацию IGF-I в печени. (37).

Фармакокинетика и краткосрочные метаболические эффекты почти физиологического внутривенного болюса ГР (200 мкг) сравнивались в группе молодых (30 лет) и старше (50 лет) здоровых взрослых (38). Площадь под кривой GH была значительно ниже у пожилых людей, тогда как период полувыведения был аналогичным в двух группах, что свидетельствует как об увеличенной скорости метаболического клиренса, так и очевидном объеме распределения GH у пожилых людей. Оба параметра показали сильную положительную корреляцию с жировой массой, хотя множественный регрессионный анализ показал, что возраст является независимым положительным предиктором.Краткосрочный липолитический ответ на болюс GH был выше у молодых людей по сравнению с пожилыми людьми. Интересно, что то же исследование показало, что белки, связывающие GH, сильно и положительно коррелируют с массой брюшного жира (39).

Проспективное долгосрочное исследование здоровых взрослых с последовательными сопутствующими оценками статуса GH и ожирения предоставило бы полезную информацию о причинно-следственной связи между статусом GH и составом тела в зависимости от возраста. Между тем предлагается следующая гипотеза (): 1.Изменения в образе жизни и генетическая предрасположенность способствуют накоплению жира с возрастом; 2. Увеличенная жировая масса приводит к увеличению доступности свободных жирных кислот и вызывает инсулинорезистентность и гиперинсулинемию; 3. Высокие уровни инсулина подавляют IGF-связывающий белок (IGFBP) -1, что приводит к относительному увеличению уровней свободного IGF-I; 4. Системное повышение уровня FFA, инсулина и свободного IGF-I подавляет высвобождение GH гипофизом, что дополнительно увеличивает жировую массу; 5. Эндогенный гормон роста выводится быстрее у субъектов с большим количеством жировой ткани.

В настоящее время неоправданно лечить возрастное ухудшение состава тела и физической работоспособности с помощью GH, особенно из-за опасений, что последующее повышение уровня IGF-I может увеличить риск развития опухолевых заболеваний (для обширного обсуждение гормона роста у пожилых людей см. в главе по этой теме в разделе «Эндокринология старения» Эндотекста).

Рис. 5.

Гипотетическая модель связи между низким уровнем GH и повышенным уровнем висцерального жира у взрослых.

Пожизненный дефицит GH

Реальная модель эффектов GH в физиологии человека представлена ​​пациентами с пожизненным серьезным снижением передачи сигналов GH из-за мутаций рецепторов GHRH или GHRH, комбинированного дефицита GH, пролактина и ТТГ , или глобальное удаление GHR. Они демонстрируют низкий рост, кукольное лицо, высокие голоса и центральное ожирение, а также плодовиты (40). Несмотря на центральное ожирение и повышенное содержание жира в печени, они чувствительны к инсулину, частично защищены от рака и значительно снижают передачу сигналов о старении и, возможно, увеличивают продолжительность жизни (41).Снижение риска рака при пожизненном дефиците GH вместе с сообщениями о разрешающей роли GH в росте неопластической толстой кишки (42), предопухолевых поражениях молочной железы (43) и прогрессировании рака простаты (44) требует, по крайней мере, тщательный подбор доз замещения GH у пациентов с дефицитом GH.

GH и иммунная система

Хотя большинство данных о связи между GH и иммунной системой получены из исследований на животных, кажется, что GH может обладать иммуномодулирующим действием.Иммунные клетки, включая несколько субпопуляций лимфоцитов, экспрессируют рецепторы GH и отвечают на его стимуляцию (45). GH стимулирует in vitro, T и B-пролиферацию клеток и синтез иммуноглобулинов, усиливает созревание человеческих миелоидных клеток-предшественников и модулирует in vivo, Th2 / Th3 (8) и гуморальные иммунные ответы (46). Было показано, что GH может индуцировать продукцию de novo Т-клеток и увеличивать восстановление CD4 у ВИЧ-положительных пациентов. Другое исследование, имеющее возможное клиническое значение, показало, что устойчивая экспрессия GH снижает симптомы продромального заболевания и устраняет прогрессирование до явного диабета на мышиной модели диабета 1 типа, аутоиммунного заболевания, опосредованного Т-клетками.GH изменял цитокиновую среду, запускал поляризацию противовоспалительных макрофагов (M2), поддерживал активность супрессорной популяции Т-клеток и ограничивал пластичность клеток Th27 (46). Хорошо известно, что передача сигналов JAK / STAT, основного медиатора активации GHR, участвует в модуляции иммунной системы, поэтому есть соблазн предположить, что GH также может играть роль, но необходимы четкие данные о людях.

Передача сигналов гормона роста у людей

Активация рецептора гормона роста (GHR)

Передача сигналов GHR — отдельная и плодотворная область исследований сама по себе (47), поэтому в этом разделе основное внимание будет уделено недавним данным, полученным на моделях человека.

GHR были идентифицированы во многих тканях, включая жир, лимфоциты, печень, мышцы, сердце, почки, мозг и поджелудочную железу (48,49). Активация ассоциированной с рецептором киназы Janus (JAK) -2 является критическим шагом в инициировании передачи сигналов GH. Одна молекула GH связывается с двумя молекулами GHR, которые существуют в виде предварительно сформированных гомодимеров. После связывания GH внутриклеточные домены димера GHR подвергаются вращению, которое объединяет два внутриклеточных домена, каждый из которых связывает одну молекулу JAK2. Это, в свою очередь, вызывает перекрестное фосфорилирование остатков тирозина в киназном домене каждой молекулы JAK2 с последующим фосфорилированием тирозина GHR (48,50).Фосфорилированные остатки на GHR и JAK2 образуют сайты стыковки для различных сигнальных молекул, включая сигнальные преобразователи и активаторы транскрипции (STAT) 1, 3, 5a и 5b. STAT, связанные с активированным комплексом GHR-JAK2, впоследствии фосфорилируются по одному тирозину с помощью JAK2, обеспечивая димеризацию и транслокацию в ядро, где они связываются с ДНК и активируют транскрипцию гена. Сайт связывания STAT5b охарактеризован в промоторной области гена IGF-I (51). Ослабление JAK2-ассоциированной передачи сигналов GH опосредуется семейством цитокин-индуцируемых супрессоров передачи сигналов цитокинов (SOCS) (52).Белки SOCS связываются с остатками фосфотирозина на GHR или JAK2 и подавляют передачу сигналов GH, ингибируя активность JAK2 и конкурируя со STAT. Например, сообщалось, что ингибирующее действие эстрогена на продукцию IGF-I в печени, по-видимому, опосредовано повышающей регуляцией SOCS-2 (53).

Данные о передаче сигналов GHR получены в основном на моделях грызунов и экспериментальных клеточных линиях, хотя GH-индуцированная активация путей JAK2 / STAT5b и митоген-активируемой протеинкиназы (MAPK) была зарегистрирована в культивируемых человеческих фибробластах от здоровых людей (54) .STAT5b у людей имеет решающее значение для GH-индуцированной экспрессии IGF-I и стимуляции роста, что продемонстрировано идентификацией мутаций в гене STAT5b у пациентов с тяжелой нечувствительностью к GH в присутствии нормального GHR (55). Сообщалось об активации передачи сигналов GHR in vivo у здоровых молодых мужчин, подвергшихся внутривенному болюсу GH по сравнению с физиологическим раствором (56). Значительное фосфорилирование тирозина STAT5b было зарегистрировано после воздействия GH через 30-60 минут в биоптатах мышц и жира, но не было никаких доказательств GH-индуцированной активации PI 3-киназы, Akt / PKB или MAPK (56).

GH и передача сигналов инсулина

GH нарушает механизм инсулина, но точные механизмы у людей все еще остаются предметом споров. Нет данных о негативном влиянии GH на связывание инсулина с рецептором (57,58), что, очевидно, подразумевает пострецепторные метаболические эффекты.

Имеются данные на животных и in vitro , позволяющие предположить, что инсулин и GH имеют общие пострецепторные сигнальные пути (59). Сообщалось о конвергенции на уровнях STAT5 и SOCS3 (60), а также об основных путях передачи сигналов инсулина: субстратах рецепторов инсулина (IRS) 1 и 2, PI 3-киназе (PI3K), Akt и внеклеточных регулируемых киназах (ERK). ) 1 и 2 (61-63).Исследования на моделях грызунов предполагают, что инсулино-антагонистические эффекты GH в жировой ткани включают подавление инсулино-стимулированной активности PI3-киназы (59,64). В 2001 году было продемонстрировано, что GH индуцирует клеточную инсулинорезистентность, разъединяя PI3K и его нисходящие сигналы в адипоцитах 3T3-L1 (65)]. Последующее исследование показало, что GH увеличивает экспрессию p85α и снижает активность PI3K в жировой ткани мышей, что подтверждает предыдущее сообщение о прямом ингибирующем эффекте GH на активность PI3K (64).Однако исследование, проведенное на здоровых скелетных мышцах человека, как и ожидалось, показало, что инфузия GH вызывает устойчивое повышение уровней FFA и, следовательно, резистентность к инсулину, по оценке с помощью метода эугликемического зажима, но не было связано с каким-либо изменением инсулинорезистентности. стимулировал повышение активности IRS-1 / PI3K или PKB / Akt (66). Впоследствии было показано, что инсулин не влияет на GH-индуцированную активацию STAT5b или экспрессию мРНК SOCS3 (67).

Поскольку GH и инсулин имеют некоторые общие внутриклеточные субстраты, возникла гипотеза, согласно которой конкуренция за внутриклеточные субстраты объясняет негативное влияние GH на передачу сигналов инсулина (59).Кроме того, исследования показали, что белки SOCS негативно регулируют сигнальный путь инсулина (68). Следовательно, еще один возможный механизм, с помощью которого GH изменяет действие инсулина, — это увеличение экспрессии генов SOCS.

Нормальная физиология гормона роста у взрослых — Endotext

GH представляет собой одноцепочечный белок с 191 аминокислотой и двумя дисульфидными связями. Ген человеческого GH расположен на хромосоме 17q22 как часть локуса, состоящего из пяти генов. В дополнение к двум генам, связанным с GH (Gh2, который кодирует основной гормон роста взрослого человека, продуцируемый в соматотрофных клетках, обнаруженных в передней доле гипофиза и, в меньшей степени, в лимфоцитах, и Gh3, который кодирует плацентарный GH), существуют три гена, кодирующие гены хорионического соматомаммотропина (CSh2, CSh3 и CSHL) (также известного как плацентарный лактоген) (2,3).Ген Gh2 кодирует две различные изоформы GH (22 кДа и 20 кДа). Основной и наиболее распространенной формой GH в гипофизе и крови является мономерная изоформа 22K-GH, представляющая также рекомбинантный GH, доступный для терапевтического использования (а затем и для допинговых целей) (3). Введение рекомбинантного 22K-GH экзогенно приводит к снижению изоформы 20K-GH, и, таким образом, тестирование обеих изоформ используется для выявления допинга GH в спорте (4).

Как уже упоминалось, GH секретируется соматотрофными клетками, расположенными в основном в боковых крыльях передней доли гипофиза.Недавнее исследование секвенирования одноклеточной РНК, проведенное на мышах, показало, что GH-экспрессирующие клетки, представляющие соматотрофов, представляют собой наиболее многочисленную клеточную популяцию во взрослом гипофизе (5). Дифференцировка соматотрофных клеток регулируется фактором транскрипции гипофиза 1 (Pit-1). Данные на мышах предполагают, что гипофиз обладает регенеративной способностью, а клетки, продуцирующие GH, регенерируются из стволовых клеток гипофиза у молодых животных через 5 месяцев (6).

Физиологическая регуляция секреции GH

Морфологические характеристики и количество соматотрофов удивительно постоянны на протяжении всей жизни, в то время как характер их секреции изменяется.Секреция GH происходит пульсирующе и в циркадном ритме с максимальным высвобождением во второй половине ночи. Итак, сон — важный физиологический фактор, увеличивающий выброс гормона роста. Интересно, что максимальные уровни GH происходят в течение нескольких минут после начала медленного сна, и наблюдается заметный половой диморфизм ночного увеличения GH у людей, составляющий лишь часть от общего суточного высвобождения GH у женщин, но большая часть его вырабатывается у женщин. мужчины (7).

Секреция GH также зависит от пола, пубертатного статуса и возраста (и) (8).Интегрированная 24-часовая концентрация гормона роста значительно выше у женщин, чем у мужчин, и больше у молодых, чем у пожилых людей. Концентрация свободного эстрадиола в сыворотке, но не свободного тестостерона, коррелирует с GH, и при корректировке эффектов эстрадиола ни пол, ни возраст не влияют на концентрацию GH. Это говорит о том, что эстрогены играют решающую роль в модулировании секреции GH (8). Во время полового созревания происходит 3-кратное увеличение пульсирующей секреции GH, достигающее пика примерно в возрасте 15 лет у девочек и на 1 год позже у мальчиков (9).

Рисунок 1

Секреторный паттерн GH у молодых и старых женщин и мужчин. У молодых людей импульсы GH более крупные и частые, и женщины выделяют больше GH, чем мужчины (изменено из (8)).

Синтез и секреция GH гипофизом стимулируются эпизодическими гипоталамическими гормонами. Гормон высвобождения гормона роста (GHRH) стимулирует, в то время как соматостатин (SST) ингибирует производство и высвобождение GH. GH стимулирует выработку IGF-I, который, в свою очередь, подавляет секрецию GH как на гипоталамическом, так и на гипофизарном уровнях.Пептид желудочного сока грелин также является мощным стимулятором секреции GH, который усиливает секрецию GHRH в гипоталамусе и действует синергетически с его стимулирующими GH эффектами гипофиза (10). Интересно, что недавно было показано, что дупликация GPR101 в зародышевой линии или соматическая дупликация постоянно активирует путь цАМФ в отсутствие лиганда, что приводит к высвобождению GH. Хотя точная физиология GPR101 неясна, стоит упомянуть о нем, поскольку он явно влияет на патофизиологию GH (11).

Кроме того, на ось GH может влиять множество других факторов, наиболее вероятно из-за взаимодействия с GRHR, соматостатином и грелином.Эстрогены стимулируют секрецию GH, но ингибируют действие GH на печень, подавляя передачу сигналов рецептора GH (GHR). Напротив, андрогены усиливают периферическое действие GH (12). Экзогенные эстрогены усиливают ответы гипофизарного GH на субмаксимальные эффективные импульсы экзогенного GHRH (13) и подавляют подавление экзогенным SST (14). Также экзогенный эстроген усиливает действие грелина (15).

Высвобождение

GH обратно коррелирует с внутрибрюшным висцеральным ожирением через механизмы, которые могут зависеть от увеличения потока свободных жирных кислот (FFA), повышенного уровня инсулина или свободного IGF-I.

Рисунок 2.

Факторы, которые стимулируют и подавляют секрецию GH в физиологических условиях.

ГОРМОН, ВЫПУСКАЮЩИЙ ГОРМОН РОСТА

GHRH представляет собой полипептид из 44 аминокислот, продуцируемый в дугообразном ядре гипоталамуса. Эти нервные окончания секретируют GHRH, чтобы достичь соматотрофов передней доли гипофиза через систему воротной вены, что приводит к транскрипции и секреции GH. Более того, исследования на животных показали, что GHRH играет жизненно важную роль в пролиферации соматотрофов в передней доле гипофиза, тогда как отсутствие GHRH приводит к гипоплазии передней доли гипофиза (16).Кроме того, GHRH регулирует экспрессию гена GH и стимулирует высвобождение GH (17). Секреция GHRH стимулируется несколькими факторами, включая деполяризацию, α2-адренергическую стимуляцию, гипофизэктомию, тиреоидэктомию и гипогликемию, и подавляется SST, IGF-I и активацией ГАМКергических нейронов.

GHRH действует на соматотрофов через семь трансмембранных G-белков, связанных с стимулирующими рецепторами на поверхности клетки. Этот рецептор широко изучался в течение последнего десятилетия, что привело к идентификации нескольких важных мутаций.Точечные мутации в рецепторах GHRH, как показали исследования, проведенные на карликовых мышах lit / lit , показали глубокое влияние на последующую пролиферацию соматотрофов, приводящую к гипоплазии передней доли гипофиза (18). В отличие от мутаций в генах Pit-1 и PROP-1, которые приводят к множественному дефициту гормонов гипофиза и гипоплазии передней доли гипофиза, мутации рецептора GHRH приводят к глубокому дефициту GH с гипоплазией передней доли гипофиза. Вслед за первой мутацией рецептора GHRH, описанной в 1996 г. (19), за последнее десятилетие был обнаружен ряд семейных мутаций рецептора GHRH.Эти мутации составляют почти 10% семейных изолированных дефицитов GH. Пораженный человек будет иметь низкий рост и гипоплазию передней доли гипофиза. Однако у них отсутствуют некоторые типичные признаки дефицита GH, такие как гипоплазия средней зоны лица, микрофаллос и неонатальная гипогликемия (20).

СОМАТОСТАТИН (SST)

SST — это циклический пептид, кодируемый одним геном у человека, который в основном оказывает ингибирующее действие на эндокринные и экзокринные секреции. Многие клетки в организме, включая специализированные клетки в переднем паравентрикулярном ядре и дугообразном ядре, производят SST.Эти нейроны секретируют SST в систему воротной вены аденогипофиза через срединное возвышение, чтобы оказывать влияние на переднюю долю гипофиза. SST имеет короткий период полураспада, составляющий примерно 2 минуты, так как у человека он быстро инактивируется тканевой пептидазой.

SST действует через семь трансмембранных рецепторов, связанных с G-белком, и к настоящему времени у человека идентифицировано пять подтипов рецептора (SSTR1-5). Хотя все пять подтипов рецепторов экспрессируются в гипофизе плода человека, гипофиз взрослого человека экспрессирует только 4 подтипа (SSTR1, SSTR2, SSTR3, SSTR5).Из этих четырех подтипов соматотрофы проявляют большую чувствительность к лигандам SSTR2 и SSTR5 в синергетическом ингибировании секреции GH (21). Соматостатин подавляет высвобождение GH, но не синтез GH.

GHRELIN

Грелин представляет собой пептид из 28 аминокислот, который является естественным лигандом рецептора, стимулирующего секрецию GH. Фактически, грелин и GHRH обладают синергетическим эффектом в повышении уровня циркулирующего GH (7). Грелин в основном секретируется желудком и может участвовать в реакции гормона роста на голодание и прием пищи.

Клинические последствия

Уровни GH — влияние состава тела, физической формы и возраста

С введением надежных радиоиммунологических тестов было признано, что циркуляция GH у тучных субъектов притупляется, а нормальное старение сопровождается постепенным снижением в уровнях GH (22,23). Была выдвинута гипотеза, что многие из стареющих изменений в составе тела и функциях органов связаны или вызваны снижением GH (24), также известным как «соматопауза».

Исследования, проведенные в конце 90-х годов, однозначно подтвердили, что взрослые с тяжелым дефицитом GH характеризуются повышенной жировой массой и сниженной мышечной массой (LBM) (25). Также известно, что нормальный уровень GH может быть восстановлен у лиц с ожирением после значительной потери веса (26), и что замещение GH у взрослых с дефицитом GH нормализует состав тела. Что остается неизвестным, так это причинно-следственная связь между снижением уровня GH и старческими изменениями в составе тела.Является ли склонность к набору жира и потере мышечной массы инициированной или предшествующей первичным возрастным снижением секреции и действия GH? В качестве альтернативы, накопление жировой массы вторично по отношению к факторам, не зависящим от гормона роста (например, образу жизни, диетическим привычкам), приводит к подавлению секреции гормона роста с обратной связью. Более того, мало что известно о возможных возрастных изменениях фармакокинетики и биоактивности GH.

Поперечные исследования, проведенные для оценки связи между составом тела и стимулированным высвобождением GH у здоровых субъектов, показывают, что у взрослых людей (средний возраст 50 лет) пиковый ответ GH на стимуляторы секреции (клонидин и аргинин) ниже, а у женщин — выше. реакция на аргинин по сравнению с мужчинами.Однако множественный регрессионный анализ показывает, что масса внутрибрюшного жира является наиболее важным и отрицательным предиктором пиковых уровней GH, как упоминалось ранее (27). В той же популяции 24-часовые спонтанные уровни GH также преимущественно обратно коррелировали с массой внутрибрюшного жира () (28).

Рисунок 3.

Корреляция между массой внутрибрюшного жира и 24-часовой секрецией GH.

Насколько нам известно, подробный анализ секреции GH в зависимости от состава тела у пожилых людей не проводился.Вместо этого сывороточный IGF-I использовался в качестве суррогата или заместителя для статуса GH в нескольких исследованиях с участием пожилых мужчин (29–31). Эти исследования охватывают большие группы амбулаторных мужчин в возрасте от 50 до 90 лет, проживающих в общинах. Как и ожидалось, сывороточный IGF-I снижался с возрастом (), но IGF-I не показал какой-либо значительной связи с составом тела или физической работоспособностью.

Рисунок 4.

Изменения сывороточного IGF-I с возрастом; модифицировано из (32).

Действие GH: Влияние возраста, пола и состава тела

Учитывая большой интерес к действию GH у взрослых, на удивление мало исследований посвящено возможным возрастным различиям в реакции или чувствительности к GH.У нормальных взрослых снижение уровня GH сопровождается снижением сывороточного IGF-I, что свидетельствует о понижающей регуляции оси GH-IGF-I. Введение GH пожилым здоровым взрослым обычно было связано с предсказуемым, хотя и умеренным, влиянием на состав тела и побочными эффектами с точки зрения задержки жидкости и умеренной инсулинорезистентности (33). Неясно, отражает ли это неблагоприятный баланс между эффектами и побочными эффектами у пожилых людей или использование чрезмерных доз GH, но очевидно, что пожилые люди не устойчивы к GH.Краткосрочные исследования зависимости реакции от дозы ясно демонстрируют, что пожилым пациентам требуется более низкая доза гормона роста для поддержания заданного уровня IGF-I в сыворотке (34,35), и было замечено, что уровень IGF-I в сыворотке увеличивается у отдельных пациентов при длительном лечении. терапии, если доза GH остается постоянной. Более того, пациенты с дефицитом гормона роста старше 60 лет очень чувствительны даже к небольшой дозе гормона роста (36). Интересно, что существует гендерная разница в ответе на лечение GH: мужчины более отзывчивы с точки зрения генерации IGF-I и потери жира во время терапии, скорее всего, из-за более низких уровней эстрогена, которые негативно влияют на эффект GH на генерацию IGF-I в печени. (37).

Фармакокинетика и краткосрочные метаболические эффекты почти физиологического внутривенного болюса ГР (200 мкг) сравнивались в группе молодых (30 лет) и старше (50 лет) здоровых взрослых (38). Площадь под кривой GH была значительно ниже у пожилых людей, тогда как период полувыведения был аналогичным в двух группах, что свидетельствует как об увеличенной скорости метаболического клиренса, так и очевидном объеме распределения GH у пожилых людей. Оба параметра показали сильную положительную корреляцию с жировой массой, хотя множественный регрессионный анализ показал, что возраст является независимым положительным предиктором.Краткосрочный липолитический ответ на болюс GH был выше у молодых людей по сравнению с пожилыми людьми. Интересно, что то же исследование показало, что белки, связывающие GH, сильно и положительно коррелируют с массой брюшного жира (39).

Проспективное долгосрочное исследование здоровых взрослых с последовательными сопутствующими оценками статуса GH и ожирения предоставило бы полезную информацию о причинно-следственной связи между статусом GH и составом тела в зависимости от возраста. Между тем предлагается следующая гипотеза (): 1.Изменения в образе жизни и генетическая предрасположенность способствуют накоплению жира с возрастом; 2. Увеличенная жировая масса приводит к увеличению доступности свободных жирных кислот и вызывает инсулинорезистентность и гиперинсулинемию; 3. Высокие уровни инсулина подавляют IGF-связывающий белок (IGFBP) -1, что приводит к относительному увеличению уровней свободного IGF-I; 4. Системное повышение уровня FFA, инсулина и свободного IGF-I подавляет высвобождение GH гипофизом, что дополнительно увеличивает жировую массу; 5. Эндогенный гормон роста выводится быстрее у субъектов с большим количеством жировой ткани.

В настоящее время неоправданно лечить возрастное ухудшение состава тела и физической работоспособности с помощью GH, особенно из-за опасений, что последующее повышение уровня IGF-I может увеличить риск развития опухолевых заболеваний (для обширного обсуждение гормона роста у пожилых людей см. в главе по этой теме в разделе «Эндокринология старения» Эндотекста).

Рис. 5.

Гипотетическая модель связи между низким уровнем GH и повышенным уровнем висцерального жира у взрослых.

Пожизненный дефицит GH

Реальная модель эффектов GH в физиологии человека представлена ​​пациентами с пожизненным серьезным снижением передачи сигналов GH из-за мутаций рецепторов GHRH или GHRH, комбинированного дефицита GH, пролактина и ТТГ , или глобальное удаление GHR. Они демонстрируют низкий рост, кукольное лицо, высокие голоса и центральное ожирение, а также плодовиты (40). Несмотря на центральное ожирение и повышенное содержание жира в печени, они чувствительны к инсулину, частично защищены от рака и значительно снижают передачу сигналов о старении и, возможно, увеличивают продолжительность жизни (41).Снижение риска рака при пожизненном дефиците GH вместе с сообщениями о разрешающей роли GH в росте неопластической толстой кишки (42), предопухолевых поражениях молочной железы (43) и прогрессировании рака простаты (44) требует, по крайней мере, тщательный подбор доз замещения GH у пациентов с дефицитом GH.

GH и иммунная система

Хотя большинство данных о связи между GH и иммунной системой получены из исследований на животных, кажется, что GH может обладать иммуномодулирующим действием.Иммунные клетки, включая несколько субпопуляций лимфоцитов, экспрессируют рецепторы GH и отвечают на его стимуляцию (45). GH стимулирует in vitro, T и B-пролиферацию клеток и синтез иммуноглобулинов, усиливает созревание человеческих миелоидных клеток-предшественников и модулирует in vivo, Th2 / Th3 (8) и гуморальные иммунные ответы (46). Было показано, что GH может индуцировать продукцию de novo Т-клеток и увеличивать восстановление CD4 у ВИЧ-положительных пациентов. Другое исследование, имеющее возможное клиническое значение, показало, что устойчивая экспрессия GH снижает симптомы продромального заболевания и устраняет прогрессирование до явного диабета на мышиной модели диабета 1 типа, аутоиммунного заболевания, опосредованного Т-клетками.GH изменял цитокиновую среду, запускал поляризацию противовоспалительных макрофагов (M2), поддерживал активность супрессорной популяции Т-клеток и ограничивал пластичность клеток Th27 (46). Хорошо известно, что передача сигналов JAK / STAT, основного медиатора активации GHR, участвует в модуляции иммунной системы, поэтому есть соблазн предположить, что GH также может играть роль, но необходимы четкие данные о людях.

Передача сигналов гормона роста у людей

Активация рецептора гормона роста (GHR)

Передача сигналов GHR — отдельная и плодотворная область исследований сама по себе (47), поэтому в этом разделе основное внимание будет уделено недавним данным, полученным на моделях человека.

GHR были идентифицированы во многих тканях, включая жир, лимфоциты, печень, мышцы, сердце, почки, мозг и поджелудочную железу (48,49). Активация ассоциированной с рецептором киназы Janus (JAK) -2 является критическим шагом в инициировании передачи сигналов GH. Одна молекула GH связывается с двумя молекулами GHR, которые существуют в виде предварительно сформированных гомодимеров. После связывания GH внутриклеточные домены димера GHR подвергаются вращению, которое объединяет два внутриклеточных домена, каждый из которых связывает одну молекулу JAK2. Это, в свою очередь, вызывает перекрестное фосфорилирование остатков тирозина в киназном домене каждой молекулы JAK2 с последующим фосфорилированием тирозина GHR (48,50).Фосфорилированные остатки на GHR и JAK2 образуют сайты стыковки для различных сигнальных молекул, включая сигнальные преобразователи и активаторы транскрипции (STAT) 1, 3, 5a и 5b. STAT, связанные с активированным комплексом GHR-JAK2, впоследствии фосфорилируются по одному тирозину с помощью JAK2, обеспечивая димеризацию и транслокацию в ядро, где они связываются с ДНК и активируют транскрипцию гена. Сайт связывания STAT5b охарактеризован в промоторной области гена IGF-I (51). Ослабление JAK2-ассоциированной передачи сигналов GH опосредуется семейством цитокин-индуцируемых супрессоров передачи сигналов цитокинов (SOCS) (52).Белки SOCS связываются с остатками фосфотирозина на GHR или JAK2 и подавляют передачу сигналов GH, ингибируя активность JAK2 и конкурируя со STAT. Например, сообщалось, что ингибирующее действие эстрогена на продукцию IGF-I в печени, по-видимому, опосредовано повышающей регуляцией SOCS-2 (53).

Данные о передаче сигналов GHR получены в основном на моделях грызунов и экспериментальных клеточных линиях, хотя GH-индуцированная активация путей JAK2 / STAT5b и митоген-активируемой протеинкиназы (MAPK) была зарегистрирована в культивируемых человеческих фибробластах от здоровых людей (54) .STAT5b у людей имеет решающее значение для GH-индуцированной экспрессии IGF-I и стимуляции роста, что продемонстрировано идентификацией мутаций в гене STAT5b у пациентов с тяжелой нечувствительностью к GH в присутствии нормального GHR (55). Сообщалось об активации передачи сигналов GHR in vivo у здоровых молодых мужчин, подвергшихся внутривенному болюсу GH по сравнению с физиологическим раствором (56). Значительное фосфорилирование тирозина STAT5b было зарегистрировано после воздействия GH через 30-60 минут в биоптатах мышц и жира, но не было никаких доказательств GH-индуцированной активации PI 3-киназы, Akt / PKB или MAPK (56).

GH и передача сигналов инсулина

GH нарушает механизм инсулина, но точные механизмы у людей все еще остаются предметом споров. Нет данных о негативном влиянии GH на связывание инсулина с рецептором (57,58), что, очевидно, подразумевает пострецепторные метаболические эффекты.

Имеются данные на животных и in vitro , позволяющие предположить, что инсулин и GH имеют общие пострецепторные сигнальные пути (59). Сообщалось о конвергенции на уровнях STAT5 и SOCS3 (60), а также об основных путях передачи сигналов инсулина: субстратах рецепторов инсулина (IRS) 1 и 2, PI 3-киназе (PI3K), Akt и внеклеточных регулируемых киназах (ERK). ) 1 и 2 (61-63).Исследования на моделях грызунов предполагают, что инсулино-антагонистические эффекты GH в жировой ткани включают подавление инсулино-стимулированной активности PI3-киназы (59,64). В 2001 году было продемонстрировано, что GH индуцирует клеточную инсулинорезистентность, разъединяя PI3K и его нисходящие сигналы в адипоцитах 3T3-L1 (65)]. Последующее исследование показало, что GH увеличивает экспрессию p85α и снижает активность PI3K в жировой ткани мышей, что подтверждает предыдущее сообщение о прямом ингибирующем эффекте GH на активность PI3K (64).Однако исследование, проведенное на здоровых скелетных мышцах человека, как и ожидалось, показало, что инфузия GH вызывает устойчивое повышение уровней FFA и, следовательно, резистентность к инсулину, по оценке с помощью метода эугликемического зажима, но не было связано с каким-либо изменением инсулинорезистентности. стимулировал повышение активности IRS-1 / PI3K или PKB / Akt (66). Впоследствии было показано, что инсулин не влияет на GH-индуцированную активацию STAT5b или экспрессию мРНК SOCS3 (67).

Поскольку GH и инсулин имеют некоторые общие внутриклеточные субстраты, возникла гипотеза, согласно которой конкуренция за внутриклеточные субстраты объясняет негативное влияние GH на передачу сигналов инсулина (59).Кроме того, исследования показали, что белки SOCS негативно регулируют сигнальный путь инсулина (68). Следовательно, еще один возможный механизм, с помощью которого GH изменяет действие инсулина, — это увеличение экспрессии генов SOCS.

Гормон роста вырабатывается в гиппокампе, где он реагирует на возраст, пол и стресс

Аннотация

Недавние исследования нашей группы и других показали, что гормон роста (GH) вырабатывается эндогенно в гиппокампе, структуре мозга, связанной с обучением и аспектами эмоционального опыта.Здесь мы демонстрируем, что этот эндогенно продуцируемый GH регулируется возрастными и половыми различиями и присутствием эстрогена. Уровни мРНК GH были выше у женщин, чем у мужчин, особенно во время проэструса, стадии течки, когда уровень эстрогена повышен. Более того, экспрессия GH была увеличена у овариэктомированных самок, получавших эстрадиол. Это увеличение мРНК GH в ответ на эстроген сопровождалось появлением белка GH и отрицательно коррелировало с уровнями экспрессии мРНК инсулиноподобного фактора роста-I, предполагая обратную связь между инсулиноподобным фактором роста-I и GH в мозг.Уровни мРНК GH также были повышены в первичных культурах нейронов, подвергнутых воздействию 17-β-эстрадиола in vitro , что дополнительно подтверждает прямое влияние эстрогена на экспрессию GH. Наконец, воздействие острого стрессового события увеличивало экспрессию и продукцию GH как у мужчин, так и у женщин. Однако вызванное стрессом увеличение GH у женщин зависело от стадии эстрального цикла, на которой они подвергались стрессовому событию. Вместе эти данные дополнительно демонстрируют, что GH эндогенно продуцируется в гиппокампе взрослых, где он регулируется возрастом, эстрогеном и воздействием внешних стимулов.Эти результаты предполагают, что GH может участвовать в функциях, приписываемых гиппокампу, таких как обучение и реакция на стрессовый опыт.

Гормон роста (GH) представляет собой полипептид цитокинов массой 19-21 кДа, который вырабатывается в основном в передней доле гипофиза, где он чаще всего связан с постнатальным продольным ростом в тканях-мишенях, включая печень, мышцы, жировую ткань, а также кости и клетки. метаболизм (1). GH оказывает свое действие в этих тканях прямо или косвенно через свой нижестоящий эффектор, инсулиноподобный фактор роста-I (IGF-I).Недавние исследования показывают, что ось GH / IGF-I также может играть важную роль в функциях центральной нервной системы, в том числе связанных с ростом, развитием и защитой нейронов (2, 3). Кроме того, несколько исследований показывают, что ось GH / IGF может играть роль во влиянии на настроение и когнитивные способности (4, 5). Сайты связывания GH были идентифицированы в нескольких областях мозга, включая сосудистое сплетение, скорлупу, таламус, гипофиз, гиппокамп и кору головного мозга (6), что свидетельствует о наличии рецепторов GH (GHR) в этих тканях.Кроме того, исследования нашей группы и других предоставили доказательства эндогенной экспрессии GH в гиппокампе (7, 8). Кроме того, рецепторы IGF-I, известного медиатора передачи сигналов GH, заметны в областях гиппокампа и парагиппокампа и обнаруживаются в миндалине, мозжечке и коре головного мозга, как и мРНК для этих рецепторов (9). Несколько исследований установили роль IGF-I в развитии и росте нейронов (10) и нейрогенезе в гиппокампе взрослых (11-13).

В предыдущем исследовании мы использовали профилирование транскрипции для идентификации генов, связанных с обучением.Неожиданно мы обнаружили, что выполнение задачи обучения, зависящей от гиппокампа, увеличивает экспрессию GH в мужском гиппокампе (8). Это увеличение произошло у животных, которые научились, тогда как наивные животные и те, кто подвергался другим типам тренировок, демонстрировали очень низкие или неопределяемые уровни GH. Эти результаты были неожиданными, поскольку эндогенная экспрессия GH еще не локализовалась в гиппокампе.

GH также связан с половым созреванием, поскольку его уровни повышаются в период полового созревания и снижаются с возрастом как у мужчин, так и у женщин (14, 15).Более того, половой гормон эстроген стимулирует высвобождение гормона роста, который, в свою очередь, может вызвать овуляцию (15, 16). Учитывая известные эффекты GH на половое развитие, мы охарактеризовали экспрессию эндогенного GH в гиппокампе как функцию возраста и пола. Во-первых, мы проверили, изменилась ли экспрессия GH по мере того, как животные достигли половой зрелости, и были ли половые различия и соответствующие изменения в эстральном цикле самок крыс. Также были определены эффекты овариэктомии (OVX) и замещения эстрогеном in vivo и эффекты эстрадиола in vitro на экспрессию GH.Кроме того, мы исследовали влияние эстрогена, возрастных и половых различий на мРНК для GHR и IGF-I. Наконец, было изучено влияние острого стрессового опыта на реакцию гормона роста у мужчин и женщин на разных стадиях эстрального цикла.

Результаты

Используя ПЦР в реальном времени, мы измерили уровни мРНК GH из левого гиппокампа у молодых самцов и самок крыс и взрослых самцов и самок. Результаты представлены относительно экспрессии у взрослых самцов и были проанализированы с помощью ANOVA и запланированных сравнений средних значений животных (рис.1
А ). Экспрессия мРНК GH была более чем в два раза выше у взрослых самцов, чем у молодых самцов [ F (1,9) = 9,6; P <0,05] и более чем в три раза выше у взрослых самок, чем у молодых самок [ F (1,9) = 5,4; P = 0,05]. Кроме того, взрослые женщины экспрессировали почти в два раза больше мРНК GH, чем взрослые мужчины [ F (1,22) = 3,9; P = 0,07]. Не было различий в экспрессии между самцами и самками молодых крыс ( P > 0.05).

Рисунок 1.

Возрастные и половые различия в экспрессии GH. ( A ) Уровни мРНК GH изображены как функция возраста (взрослые по сравнению с молодыми) и пола [мужчины (черные столбцы) по сравнению с женщинами (белые столбцы)]. Уровни были повышены у взрослых, особенно у женщин. ( B ) Экспрессия мРНК GH у самок изображена во время стадий течки, включая проэструс (PF), течку (EF) и диэструс (DF), и сравнивается с экспрессией у взрослых самцов (AM).У самок они увеличивались во время проэструса и течки. ( C ) Показаны примеры вестерн-блоттинга, иллюстрирующие присутствие белка GH в гиппокампе, особенно у женщин во время течки. JM, молодые самцы; JF, молодые самки.

Эти результаты предполагают, что эстроген может влиять на экспрессию GH в гиппокампе. Чтобы проверить эту возможность, мы измерили GH у самок во время проэструса, течки и диэструса. Самки в проэструсе экспрессировали больше мРНК GH, почти в три раза, чем у самцов [ F (1,8) = 6.6; P <0,05] (Рис. 1 В ). Самки в период течки продуцируют немного меньше мРНК GH, но все же больше, чем самцы [ F (1,12) = 8,9; P <0,05]. Самки в период диэструса экспрессируют мало GH и на уровнях, аналогичных самцам [ F (1,10) = 0,26; P <0,62].

Мы использовали другой гиппокамп, чтобы определить, изменяются ли уровни белка GH в зависимости от возраста и пола. Белок GH не обнаруживался у молодых животных, но обнаруживался у взрослых самцов (рис.1
С ). У взрослых самок GH не обнаруживался в проэструсе, но присутствовал в течке и, в меньшей степени, в диэструсе. Учитывая, что проэструс сохраняется в течение очень короткого периода, различия в стадиях между уровнями мРНК и белка, скорее всего, отражают время, необходимое для трансляции.

Затем мы измерили мРНК для GHR и IGF-I. Оба были выражены у самцов и самок во время течки и диэструса (рис. 2).
A ), но практически не обнаруживается во время проэструса.Фактически, самки в эструсе экспрессируют в семь раз больше мРНК IGF-I, чем в проэструсе [ F (1,11) = 19,1; P <0,01]. Эти данные свидетельствуют о том, что IGF-I и GHR совместно регулируются в гиппокампе. Относительные уровни экспрессии IGF-I и уровней мРНК GHR для всех животных в исследовании коррелировали и выявляли сильную положительную корреляцию ( r
² = 0,78, P <0,0001), как показано на рис. 2 В .О взаимосвязи между IGF-I и GHR сообщалось в других исследованиях (17), и наряду с настоящими результатами можно было бы указать, что эстроген ингибирует как экспрессию GHR, так и IGF-I в гиппокампе, что затем приводит к экспрессии GH.

Рис. 2.

GHR и экспрессия IGF-I. ( A ) Уровни мРНК GHR (закрашенные столбцы) и IGF-I (светлые столбцы) представлены как функция возрастных и половых различий.мРНК для обоих были уменьшены у женщин во время проэструса (PF), по сравнению с женщинами в течке (EF) и диэструсе (DF), а также у взрослых мужчин (AM). ( B ) Анализ диаграммы рассеяния показывает экспрессию GHR по сравнению с IGF-I для всех животных. Данные свидетельствуют о сильной положительной корреляции между экспрессией GHR и IGF-I.

Затем мы исследовали прямые эффекты лечения эстрадиолом на экспрессию GH. Как и ожидалось, концентрации эстрадиола были выше в крови от овариэктомированных женщин, получавших эстрадиол (63.85 ± 11,49 пг / мл), чем те, которые получали наполнитель (4,82 ± 2,15 пг / мл) [ F (1,8) = 25,95; P <0,001]. мРНК GH у самок после овариэктомии была подобна таковой у самцов и значительно увеличивалась под действием эстрадиола (рис. 3). A ), как и белок (рис.
В ). Помимо уровней мРНК GH, мы измеряли уровни мРНК IGF-I и GHR. Ранее сообщалось, что лечение эстрадиолом снижает уровни мРНК GHR в гиппокампе у овариэктомированных женщин (17).Точно так же здесь мы обнаружили, что лечение эстрогенами значительно снижает экспрессию GHR у овариэктомированных самок [ F (1,9) = 5,11; P <0,03]. Мы также обнаружили, что эстроген снижает экспрессию IGF-I [ F (1,9) = 5,11; P <0,05]. Эти результаты согласуются с данными, показывающими, что эстроген подавляет экспрессию IGF-I и GHR, вызывая экспрессию GH у женщин с нормальным эстральным циклом. Чтобы подтвердить, что эстроген непосредственно влияет на экспрессию GH, мы подвергали первичные нейроны в возрасте 1 недели в культуре эстрадиолу (10 нМ 17-β-эстрадиола в течение 24 часов).МРНК GH была в три раза выше в культурах, обработанных эстрадиолом, чем в культурах, которые не были обработаны [ F (1,10) = 12,5; P <0,001] (фиг. 4). Первичные нейроны культивировали в отсутствие сыворотки, чтобы ограничить пролиферацию глии и более непосредственно воздействовать на влияние эстрогена на нейроны. Эти данные показывают, что эстрадиол увеличивает экспрессию мРНК GH в первичных культурах нейронов и, таким образом, дополняет данные, предполагая, что эстроген увеличивает экспрессию GH в нейронах.

Рис. 3.

Эстроген стимулирует выработку гормона роста. ( A ) Самки с удаленными яичниками, которым вводили масляный носитель (OVX w / O), вырабатывали такие же уровни GH, что и взрослые мужчины, но в два раза больше GH при воздействии 17-β-эстрадиола (OVX w / E). ( B ) Вестерн-блоттинг показывает продукцию белка GH в ответ на лечение эстрогеном (OVX w / E) после OVX (OVX w / O).( C ) Уровни мРНК IGF-I (заполненные столбцы) и GHR (белые столбцы) были снижены в гиппокампе обработанных эстрогеном овариэктомированных самок (OVX w / E) по сравнению с теми, которым вводили масло (OVX w / O).

Рис. 4.

Эстроген стимулирует выработку гормона роста. ( A ) Уровни мРНК GH повышались в нейронах коры при воздействии 10 нМ 17-β-эстрадиола по сравнению с необработанными контролями.( B ) Продукты ОТ-ПЦР амплификации кДНК, полученной из общей РНК необработанных однонедельных первичных культур нейронов и из тех же культур, обработанных 10 нМ 17-β-эстрадиола в течение 24 часов.

Как показано здесь, экспрессия мРНК GH в гиппокампе сексуально диморфна и намного выше у женщин, чем у мужчин. GH в гиппокампе также реагирует на обучение, зависящее от гиппокампа (8). Эти результаты показывают, что GH может реагировать на события окружающей среды, и предполагают, что он может играть роль в когнитивных или эмоциональных реакциях, которые различаются у мужчин и женщин.Было показано, что самцы и самки крыс по-разному реагируют на острое стрессовое событие, и действительно, самцы учатся лучше, тогда как самки обучаются с нарушениями (18). На основании этого исследования мы предположили, что стрессовое событие повлияет на экспрессию GH у мужчин иначе, чем у женщин. Чтобы проверить эту гипотезу, мы измерили влияние острого стрессового события на экспрессию GH в гиппокампе как у мужчин, так и у женщин. Через день после воздействия 30 кратковременных прерывистых ударов хвостом (1 мА, 1 с) гиппокамп самцов продуцировал почти вдвое больше мРНК GH [ F (1,10) = 12.5; P <0,001] (рис. 5 А ). У самок эффект был разным и зависел от стадии течки, на которой они подвергались действию стрессора. Те, которые подвергались стрессу во время диэструса, продуцировали значительно больше мРНК для GH, как измерено через 24 часа после возникновения стрессора [ F (1,14) = 5,79; P = 0,03], тогда как те, которые подвергались стрессу во время течки или проэструса, не были затронуты ( P > 0,05) (рис. 5
B и C ).В совокупности данные показывают, что стресс влияет на экспрессию GH по-разному у женщин в зависимости от стадии течки, на которой происходит событие. Поскольку самки в период течки и проэструса экспрессируют больше гормона роста в состоянии отсутствия стресса, чем самки в период диэструса, отсутствие стрессового воздействия у этих самок может отражать эффект «потолка»; Другими словами, они, возможно, уже выражают максимальное количество GH, и стресс не может еще больше усилить его экспрессию. Другая возможность заключается в том, что воздействие стрессового события увеличивает экспрессию GH у мужчин, но только у женщин, когда их уровень эстрогена относительно низок, как у мужчин.

Рис. 5.

Стресс вызывает выработку гормона роста. ( A ) Самцы, подвергшиеся острому стрессовому событию, продуцировали в два раза больше мРНК GH, чем самцы, которые не подвергались стрессу, хотя уровни IGF не изменились. ( B ) Самки, подвергшиеся воздействию стрессора во время диэструса, продуцировали более чем в три раза больше мРНК GH и 20% мРНК IGF.( C ) мРНК GH и IGF у тех, кто подвергался стрессу во время течки, не были затронуты.

Уровни мРНК

IGF-I были количественно определены у животных, подвергшихся стрессу, чтобы определить, коррелирует ли индукция мРНК GH с репрессией мРНК IGF-I. Интересно, что даже несмотря на то, что уровни мРНК GH были увеличены у подвергшихся стрессу мужчин, не было очевидного влияния стрессового события на уровни мРНК IGF-I в мужском гиппокампе [ F (1,10) = 0.09; P = 0,77] (рис. 5
А ). Напротив, воздействие стрессора снижает экспрессию IGF-I в 3,2 раза у самок, находящихся в состоянии диэструса [ F (1,14) = 6,17; P = 0,03] (рис. 5
В ). Это снижение экспрессии было стойким, потому что оно было очевидным даже через 24 часа после прекращения стрессового события, что указывает на относительно длительное влияние события окружающей среды на мРНК IGF-I в гиппокампе. В целом, эти данные указывают на то, что на экспрессию GH и, предположительно, на его продукцию влияет стрессовый опыт, но задействованные пути различны: один модулируется изменениями IGF-I, а другой нет.Кроме того, реакция у женщин изменяется в течение эстрального цикла и, таким образом, кажется более динамичной реакцией у женщин, чем у мужчин.

Обсуждение

Возрастные и половые различия в экспрессии GH.

GH хорошо известен своей ролью в росте и развитии тела, но его роль в работе мозга менее изучена. Фактически, до недавнего времени было неясно, вырабатывается ли GH в головном мозге. Здесь мы показываем, что мРНК и белок продуцируются в гиппокампе и что они реагируют вместе с IGF-I на возрастные и половые различия.В частности, взрослые крысы экспрессировали в своем гиппокампе более чем в два раза больше GH по сравнению с гиппокампом молодых особей, которые еще не достигли половой зрелости. Кроме того, экспрессия GH была больше у женщин, чем у мужчин, и была особенно чувствительна к присутствию эстрогена. Наивысшая степень экспрессии GH наблюдалась в гиппокампе женщин, когда они находились в проэструсе, стадии, связанной с овуляцией и высокими концентрациями эстрогена в крови. Поскольку гормоны, отличные от эстрогена, изменяются в течение эстрального цикла, мы исследовали прямое влияние эстрогена на экспрессию GH у женщин без яичников.Один только OVX снижал уровни мРНК GH в гиппокампе женщин до уровней, аналогичных уровням, измеренным у взрослых мужчин. Более того, воздействие экзогенного эстрадиола увеличивало экспрессию мРНК гиппокампа и уровни белка GH значительно больше, чем воздействие только масляного носителя. Увеличение экспрессии GH в ответ на эстрадиол, по-видимому, происходит в нейронах, по крайней мере, в той степени, в которой оно было усилено в первичных нейронах в культуре, которые подвергались воздействию 17-β-эстрадиола. Вместе эти данные показывают, что GH в гиппокампе регулируется половыми различиями и что эти различия зависят от эстрогена и изменений, которые происходят по мере того, как животные достигают репродуктивной зрелости.

Взаимосвязь между мРНК GH и его рецептором и IGF-I.

В большинстве биологических систем GH, IGF-I и их соответствующие рецепторы тесно связаны. Мы демонстрируем здесь, что такие отношения также существуют в гиппокампе. Была очень сильная корреляция между экспрессией рецептора GH и IGF-I (рис. 2).
C ) и обратная зависимость между присутствием мРНК GH и IGF-I. Мы также нашли доказательства того, что IGF-I регулируется эстрогеном в гиппокампе.Гиппокамп у овариэктомированных самок экспрессировал меньше GH, чем у самок с яичниками, и его уровни были аналогичны таковым в гиппокампе самцов. Однако в гиппокампе овариэктомированных самок, которым вводили эстрадиол, была повышена экспрессия мРНК GH и снизились уровни мРНК IGF-I и GHR. Эти данные согласуются с сообщениями о том, что эстроген подавляет экспрессию мРНК GHR в гиппокампе самок крыс (17). Взаимосвязь между гиппокампальным GH и IGF-I также была очевидна у интактных самок, когда они проходили различные стадии эстрального цикла.Уровни мРНК IGF-I едва обнаруживались в гиппокампе самок, находившихся в проэструсе, тогда как уровни мРНК GH были относительно высокими. Поскольку концентрация эстрогена в крови повышается во время этой стадии течки, эти данные предполагают, что эстроген регулирует ось GH / IGF-I в гиппокампе во время овуляции самок. По имеющимся данным, аналогичная взаимосвязь наблюдается в печени; эстроген подавляет экспрессию IGF-I, что затем приводит к стимуляции синтеза GH через отрицательную обратную связь оси GH / IGF-I (19).Тем не менее, учитывая динамическую природу эстрального цикла, трудно описать точную взаимосвязь между GH и IGF-I в женском гиппокампе. Однако во всех представленных здесь экспериментах, когда уровни эстрогена были повышены, уровни мРНК IGF-I были значительно снижены, а уровни мРНК GH были повышены. Эти результаты предполагают, что в женском гиппокампе индукция мРНК GH эстрогеном, вероятно, является результатом отрицательной обратной связи оси GH / IGF-I.

Стрессовый опыт изменяет экспрессию гормона роста в гиппокампе.

Представленные результаты предполагают, что GH в гиппокампе вместе с его рецептором и IGF-I сильно регулируются полом и возрастом. Однако эти данные не касаются функционального значения GH в гиппокампе. Поскольку гиппокамп необходим для многих типов обучения, кажется разумным предположить, что гиппокампальный GH также может участвовать в процессах обучения. В соответствии с этой идеей мы ранее сообщали, что зависимое от гиппокампа обучение увеличивает экспрессию GH в гиппокампе у самцов крыс (8).Несколько исследований показали, что мужчины и женщины учатся с разной скоростью и что на их способности к обучению по-разному влияют после воздействия острого стрессового опыта (20, 21). Здесь мы сообщаем, что воздействие острого стрессового опыта периодических толчков хвостом увеличивает экспрессию и производство GH в гиппокампе мужчин. Повышение, вызванное стрессом, было очевидным через 24 часа после прекращения события, что указывает на относительно стойкое влияние стрессового события на экспрессию GH.Воздействие острого стрессора увеличивало экспрессию GH у женщин, но только у тех, которые находились в диэструсе, когда произошло стрессовое событие. У этих же самок также наблюдалось снижение экспрессии IGF-I, что свидетельствует о том, что стрессовый опыт, подобный воздействию эстрогена, подавляет экспрессию IGF-I и, таким образом, увеличивает экспрессию уровня мРНК GH. Что наиболее интересно, увеличение мРНК GH у мужчин не сопровождалось снижением IGF-I. Таким образом, похоже, что индукция GH после стресса у мужчин регулируется другим механизмом, чем у женщин, и механизмом, не связанным с изменениями IGF-I.Таким образом, эти данные указывают на то, что GH не только чувствителен к возрастным и половым различиям, но также взаимодействует с двумя функциями, приписываемыми гиппокампу: одна — обучение, а другая — регулирование реакции на стресс. Как именно GH участвует в этих процессах, неизвестно и, вероятно, останется неизвестным до тех пор, пока не будут разработаны методы, которые могут блокировать экспрессию GH в отдельных областях мозга.

Потенциальная роль GH в формировании гиппокампа.

В целом, эти данные в сочетании с нашим предыдущим исследованием демонстрируют, что производство GH в гиппокампе чувствительно к стрессовым переживаниям, обучению гиппокампально-зависимой задаче памяти и уровням эстрогена.Таким образом, можно предположить, что он играет роль в нейронных процессах, связанных с настроением и познанием, как было предложено (4, 5). Если это так, эти эффекты, вероятно, будут опосредованы его влиянием на рост и развитие нейронов. Интересно, что показанные здесь манипуляции, индуцирующие GH в гиппокампе, также связаны с событиями, которые увеличивают рост анатомических структур в головном мозге. У самок в гиппокампе больше дендритных шипов, чем у самцов, особенно во время проэструса, когда уровни GH высоки (22-25).Они также производят больше новых нейронов в гиппокампе во время проэструса (26). Кроме того, стрессовый опыт изменяет плотность этих структур у мужчин по-разному, чем у женщин, в зависимости от стадии течки, как и GH (20, 21, 23, 24). Наконец, и, возможно, не случайно, все три показателя, GH, шипы и нейрогенез, увеличиваются с обучением (8, 27, 28). Таким образом, возможно, что особенности настроения и познания контролируются выработкой гормона роста в самом мозгу.

Материалы и методы

Темы.

Взрослые самцы и девственные самки крыс Sprague – Dawley (250–300 г) были получены из Zivic Laboratories и размещены индивидуально до и после операции в отделении для животных факультета психологии Университета Рутгерса. Крысы имели неограниченный доступ к воде и Purina Lab Chow (Ralston-Purina) и содержались в цикле свет-темнота 12:12 со световым началом в 7:00

.

Вагинальная цитология.

Цитологию влагалища контролировали с помощью ежедневных мазков из влагалища, полученных с 10 до 12 часов (18). Стерильные ватные палочки погружали в физиологический раствор и осторожно вводили во влагалище, удаляли рыхлые эпителиальные клетки, затем скатывали на предметное стекло. Клетки сушили, фиксировали в 95% EtOH, промывали забуференной водой, окрашивали 1% водным фильтрованным толуидиновым синим, промывали 70% забуференным EtOH и снова фиксировали в 95% EtOH. На основании цитологии влагалища крысы были разделены на четыре стадии течки: проэструс был отмечен пурпурным окрашиванием эпителиальных клеток с темными ядрами, течка — массами ороговевших клеток, окрашенных в синий цвет, диэструс 1 — многочисленными лейкоцитами и эпильтелиальными клетками и диэструс 2 — аналогичная морфология, но уменьшенное количество.Были включены только самки, у которых был стандартный эстральный цикл от 4 до 5 дней.

Замена OVX и эстрогена.

Животных анестезировали пентобарбиталом в дозе 30 мг / кг внутрибрюшинно. с добавлением ингалянта изофлурана и двусторонней овариэктомии. Яичники удаляли через небольшой разрез по средней линии брюшной стенки. После удаления яичников мышечная стенка и кожа зашиты рассасывающимся швом. После операции внутримышечно вводили 0,3 мл пенициллина (250 000 единиц на мл) и держали крысу в тепле до выхода из наркоза.В послеоперационном периоде крысам предоставляли 24-часовой доступ к ацетаминофену (32 мг / мл; IDE Interstate, Amityville, NY), разведенному 1: 100 в питьевой воде, в течение 2 дней. По крайней мере, через 5 дней выздоровления крысам вводили подкожно. с 10 мкг бензоата 17-β-эстрадиола (Sigma), растворенного в кунжутном масле. Каждую группу крыс, получавших эстроген, тестировали с отдельной группой крыс OVX, которым вводили носитель кунжутного масла. Всем крысам вводили инъекцию, а затем через 24 часа им снова вводили ту же дозу эстрадиола или носителя.Двадцать пять часов спустя всем животным вводили смертельную дозу пентобарбитала натрия, и образцы крови собирали посредством пункции сердца для анализа уровней гормонов. Кровь добавляли в пробирки, содержащие 0,1 мл гепарина, и центрифугировали 20 мин при 402 × g . Мозг иссекали, и ткань хранили на сухом льду до хранения при -80 ° C. Аликвоты плазмы хранили при -20 ° C и размораживали перед анализом. Уровни циркулирующего эстрадиола измеряли с помощью твердофазной системы RIA (Coat-A-Count; Diagnostic Products, Los Angeles).Чувствительность анализа для эстрадиола составляла 8 пг / мл, а вариабельность между анализами была <7%.

Воздействие стресса.

Самцов крыс вынули из домашней клетки и перевели в другую комнату. Их поместили в ограничительную трубку, которая находилась в темной звукопоглощающей камере. Электроды прикреплялись к хвосту, чтобы произвести 30 разрядов (1 с, 1 мА) со скоростью 1 в минуту. Сразу после этого их вернули в домашнюю клетку. Двадцать четыре часа спустя им и группе не подвергшихся стрессу контролей вводили смертельную дозу пентобарбитала натрия.Под глубокой анестезией мозг извлекали, рассекали, хранили на льду и в конечном итоге хранили при -80 ° C.

Выделение РНК и ПЦР в реальном времени.

Тотальную РНК выделяли из замороженной ткани гиппокампа с помощью реагента TRI (Sigma). КДНК первой цепи синтезировали с использованием 500 нг тотальной РНК, примированной случайными гексамерами (Promega), в качестве матрицы для обратной транскриптазы вируса миелобластоза птиц (Promega). ПЦР в реальном времени выполняли в системе определения последовательности PE Biosystems Gene Amp 7700 (Applied Biosystems) с использованием 5% кДНК, праймеров, специфичных для GH (5′-AAGAGTTCGAGCGTGCCTACATTCC-3 ‘, 5′-AGTTCTCTGCTGGGCCTCCTCCTT-3’) IGF-I (5′-TCTGAGGAGGCTGGAGATGT-3 ′, 5′-TGACGTGGCATTTTCTGTTC-3 ′) или GHR (5′-TGGACACACTGGCAGCAT-3 ′, 5′-TCCTTTGCTGCTTTGAAAATATAACTADNA-3 ′, как рекомендовано реактивами PCTADNA-3 ′), производитель (Applied Biosystems).Продукты ПЦР для GH, IGF-I и GHR имели длину 125, 194 и 119 п.н. соответственно. Отдельные пары праймеров тестировали при концентрациях 50, 250 и 500 нМ для оптимизации реакций и обеспечения отсутствия образования димеров праймеров в течение количества циклов, необходимых для количественного определения.

Данные ПЦР в реальном времени анализировали с помощью программного обеспечения Applied Biosystems sds 1.9. ПЦР для каждой кДНК выполняли одновременно и нормализовали к ПЦР с использованием праймеров для RPL39 (5′-GATCCTCGCCATGTCTTCTC-3 ‘, 5′-GCTTCGTTCTCCTCGAGTGT-3’, мРНК рибосомного белка L39).Для расчета кратного изменения экспрессии гена сначала рассчитывали значение ΔCt (Ct _{, образец} — Ct _RPL39 ) относительно RPL39 для каждой пары кДНК и праймеров. Была рассчитана относительная экспрессия генов для каждого образца 2 ^ΔCt . Это нормализованное значение затем использовалось для сравнения уровней экспрессии генов между образцами.

Западный анализ.

Белковые лизаты были получены путем гомогенизации ткани гиппокампа в буфере для лизиса, состоящем из 0.5% SDS, 0,5% Triton X-100, 1% Nonidet P-40, 50 мМ Трис (pH 7,5), 150 мМ NaCl, 2 мМ EDTA, 1 мМ PMSF и ингибиторы протеаз. Пятьдесят микрограммов лизата кипятили в присутствии буфера для образца SDS, образец загружали на 10-20% трис / глицин-акриламидный гель и переносили на поливинилидендифторидные мембраны для иммуноблот-анализа с использованием поликлонального козьего антикрысиного GH. антитела, полученные от Research Diagnostics (Фландрия, Нью-Джерси).

Нейронные культуры.

Нейрональные культуры получали, как описано (29).Вкратце, беременных крыс Sprague-Dawley на 18-й день эмбриона умерщвляли вдыханием CO ₂ , и эмбрионы немедленно удаляли. Кортикальный слой иссекали и обрабатывали 0,25% трипсином в сбалансированном солевом растворе Хэнкса (HBSS) без кальция и магния при 37 ° C в течение 15 минут. Затем корковый слой промывали HBSS и вручную диссоциировали с помощью просверленной пипетки Пастера. Клетки высевали при концентрации 100000 на см ² на 10-сантиметровые планшеты, покрытые поли-1-лизином, в среду для посева, содержащую DMEM и 10% FBS.После инкубации в течение ночи среду заменяли на среду Neurobasal, содержащую добавку B27 и 0,5 мМ глутамин. Через 7-10 дней in vitro первичных культур нейронов обрабатывали 100 нМ 17-β-эстрадиола в течение 24 часов.

Благодарности

Эта работа была поддержана грантом MH59970 Национальных институтов здравоохранения (T.J.S.).

Сноски

• ^§ Кому следует адресовать корреспонденцию.Эл. адрес:
  shors {at} rutgers.edu

• Вклад авторов: C.P.D., K.S.K. и T.J.S. спланированное исследование; C.P.D. и T.J.S. проведенное исследование; C.P.D., K.S.K. и T.J.S. внесены новые реагенты / аналитические инструменты; C.P.D. и T.J.S. проанализированные данные; и C.P.D. и T.J.S. написал газету.

• Заявление о конфликте интересов: о конфликте интересов не сообщалось.

• Этот документ был отправлен напрямую (Трек II) в офис PNAS.

• Сокращения:

  Сокращения:

  GH,

  гормон роста;

  GHR,

  рецептор GH;

  IGF,

  инсулиноподобный фактор роста;

  OVX,

  овариэктомия.

• Свободно доступен онлайн через опцию открытого доступа PNAS.

• © 2006 Национальная академия наук США

Frontiers | Гормон, высвобождающий гормон роста при диабете

Введение

Сахарный диабет 2 типа (СД2) — это серьезное метаболическое заболевание, от которого страдают почти 30 миллионов американцев, и ежегодно теряется около 250 миллиардов долларов из-за влияния заболеваемости и смертности на общие медицинские расходы и потерю заработной платы.СД2 связан с прогрессирующим снижением секреции инсулина бета-клетками поджелудочной железы на фоне инсулинорезистентности (1). Несмотря на его важность, мы не до конца понимаем сложное взаимодействие молекулярных сигналов и событий передачи сигналов, которые контролируют функциональность и выживаемость бета-клеток. Это ограничивает нашу способность разрабатывать новые подходы к профилактике и лечению диабета.

Бета-клеточная мембрана содержит множество рецепторов, связанных с G-белками (GPCR), которые имеют решающее значение для регуляции секреции инсулина гормонами и нейротрансмиттерами (2–4).Гормон, высвобождающий гормон роста (GHRH), является важным регулятором не только секреции гормона роста, но и множества клеточных функций во многих клетках и органах. Экспрессия рецептора, сопряженного с G-белком GHRH (GHRHR), была продемонстрирована в различных периферических тканях и типах клеток, включая островки поджелудочной железы (5, 6).

Недавние исследования демонстрируют новую способность аналогов GHRH увеличивать и сохранять секрецию инсулина бета-клетками у островков и мышей с диабетом (7, 8), что делает их потенциально полезными для лечения СД2.Замечательные результаты исследования новых агонистов GHRH для заживления ран и сердечно-сосудистой системы также могут предоставить новые методы лечения пациентов с диабетом (5, 7, 9). В этом обзоре рассматривается возможная роль GHRHR и его уникальных инженерных агонистов и антагонистов для лечения диабета и его осложнений.

GHRH и его аналоги

Гипоталамический гормон, высвобождающий гормон роста, является одним из «гуморальных факторов», который имеет решающее значение для секреции гормона роста. Открытие гипоталамических гормонов, таких как тиреотропин-рилизинг-гормон, лютеинизирующий гормон-рилизинг-гормон (также известный как гонадотропин-рилизинг-гормон), которые регулируют секрецию гормонов передней доли гипофиза, привело к присуждению Нобелевской премии (1977) одному из нас (Андрей В.Шалли) (10). GHRH, экспрессируемый в дугообразном ядре гипоталамуса и высвобождаемый в портальную сосудистую сеть, напрямую стимулирует синтез и секрецию гормона роста соматотропами гипофиза, активируя соответствующие рецепторы GHRH (5, 11). GHRHR присутствует в нескольких других тканях, таких как миокард, лимфоциты, яички, яичники, кожа и поджелудочная железа, и участвует во множестве биологических процессов (5). Роль GHRHR в других клетках и тканях продолжает изучаться. Кроме того, GHRHR был обнаружен в различных опухолевых клетках и в некоторых стволовых клетках (5, 6).

Следует отметить, что GHRH подвергается быстрой ферментативной деградации в крови. Дипептидилпептидаза IV инактивирует активную форму GHRH в крови до его более стабильного неактивного метаболита GHRH (3-44) -Nh3 (12, 13). По этой причине концентрация активного GHRH (который вырабатывается в гипоталамусе) в крови может быть незначительной и, следовательно, без значительного влияния на органы за пределами соматотропов гипофиза. Интересно, что в настоящее время ингибиторы дипептидилпептидазы IV широко используются для лечения диабета 2 типа с целью повышения концентрации GLP-1 в крови (14).Эти агенты также должны приводить к повышению концентрации GHRH в крови. Однако эта интересная возможность и влияние GHRH на различные ткани-мишени, в которых экспрессируется GHRHR, не исследовались.

Накапливающиеся данные также предполагают, что помимо нейроэндокринного действия GHRH, внегипоталамический GHRH участвует во многих периферических действиях через аутокринные / паракринные механизмы. Экзогенный GHRH может регулировать пролиферацию, выживаемость, апоптоз и дифференцировку в нескольких тканях и типах клеток (5, 15).