RASTOVÝ HORMÓN (SOMATOTROPÍN): ŠTRUKTÚRA, FUNKCIE - BIOLÓGIE - 2026

Somatropín (STH) alebo rastový hormón (GH v krátkosti) je relatívne malý proteín produkovaný v na úrovni adenohypofýzy a zapojený do procesu rozvoja, pozdĺžny rast organizmu a kontroly rôznych metabolických procesov.

Je to neglandotropný hormón. Glandotropné hormóny hypofýzy uplatňujú svoje účinky modifikáciou syntézy a uvoľňovania iných hormónov produkovaných v iných endokrinných žľazách na okraji organizmu.

Hormonálna modifikácia v hypofýze (Zdroj: Dubaele / Public Domain, prostredníctvom Wikimedia Commons)

Glandotropné hormóny sú napríklad adrenokortikotropín (ACTH), gonadotropíny (FSH a LH) a hormón stimulujúci štítnu žľazu (TSH).

Non-glandotropné hormóny, ktoré zahŕňajú prolaktín a rastový hormón, pôsobia bez pomoci akejkoľvek inej endokrinnej žľazy, pretože pôsobia priamo na cieľové bunky, ktorých činnosť regulujú.

štruktúra

Rastový hormón je relatívne malý proteín, ktorý sa vyskytuje v niekoľkých izoformách. Hlavná izoforma sa skladá z asi 191 aminokyselín, má molekulovú hmotnosť 22 kDa a pochádza z dlhšieho prekurzorového peptidu (pre-GH) s molekulovou hmotnosťou 28 kDa, ktorý je tiež sekretovaný, ale nemá fyziologické funkcie.

Vo svojej štruktúre sa somatotropín javí ako evolučne homológny s prolaktínom a chorionickým somatomamotropínom (CS), ktorý sa vyrába v placente. Je to podobnosť, že sa títo traja považujú za hormonálnu rodinu.

Približná štruktúra rastového hormónu (Zdroj: Роман Беккер, prostredníctvom Wikimedia Commons)

Sekundárna štruktúra somatotropínu vykazuje 4 stabilizované alfa helixy s dvoma disulfidovými mostíkmi, ktorých konfigurácia je nevyhnutná pre interakciu hormónu s jeho receptorom.

Skutočnosť týkajúca sa štruktúry, ktorú treba zdôrazniť, predstavuje skutočnosť, že napriek tomu, že rastové hormóny rôznych druhov majú pozoruhodnú podobnosť s človekom, iba druhí a primáti majú účinky. významný u ľudí.

Vlastnosti

Funkcie somatotropínu sa zvyčajne opisujú ako funkcie spojené s vývojom a rastom organizmu. Tiež tie, ktoré sú spojené s metabolizmom, medzi ktoré patria zmeny metabolizmu lipidov a glukózy vyvolané hormónom.

Rastové funkcie sa však tiež môžu považovať za metabolické, pretože zahŕňajú anabolické funkcie spojené so syntézou proteínov, ktorá nevylučuje niektoré ďalšie funkcie bez priamej asociácie s metabolizmom, ako je bunková proliferácia.

Niektoré z funkcií alebo akcií, ktoré vykazuje somatotropín, sa prejavujú týmto hormónom priamo na jeho bielych tkanivách, ale mnohé z nich sú vykonávané niektorými inými látkami, ktorých syntéza a uvoľňovanie sú stimulované rastovým hormónom.

Syntéza IGF

Prvou líniou pôsobenia somatotropínu je práve syntéza týchto látok známych ako inzulínové rastové faktory (IGF), z ktorých boli identifikované typy 1 a 2. Sú označené ako IGF1 (najdôležitejšie) ) a IGF2, podľa ich skratky v angličtine.

Tieto faktory boli spočiatku známe a stále sa označujú ako mediátory aktivity somatotropínu alebo somatomedínov C (IGF1) a A (IGF2) alebo tiež ako nesupresovateľná inzulínu podobná aktivita (NSILA). Sú syntetizované mnohými typmi buniek, ale produkujú sa primárne v pečeni.

Pôsobenie STH a IGF1 je veľmi rôznorodé. Niektoré z nich sú vyvíjané každou z týchto látok nezávisle, niekedy v spojení a synergicky, a niekedy pôsobia antagonisticky.

Indukcia rastu

Toto je jeden z najdôležitejších účinkov podporovaných somatotropínom, ale uskutočňuje sa v spojení s IGF1. Aj keď obidve indukujú rast mnohých telesných tkanív, ich najvýznamnejší vplyv je na rast kostry.

Tento konečný výsledok je spôsobený rôznymi účinkami indukovanými hormónom a IGF1. Zahŕňajú zvýšené ukladanie proteínov chondrocytovými a osteogénnymi bunkami, vyššiu rýchlosť reprodukcie týchto buniek a konverziu chondrocytov na osteogénne bunky; všetko vedie k ukladaniu novej kosti.

V priebehu rastu a vývoja organizmu a pred uzavretím kostných epifýz sa do epifýz ukladá nová chrupavka, po ktorej nasleduje premena na novú kosť, čím sa predlžujú diafýzy a oddeľujú sa epifýzy.

Postupná konzumácia epifyzálnej chrupavky ju vyčerpáva a kosť nemôže ďalej rásť. V neskorom dospievaní sa diafýzy a epifýzy potom spoja na každom konci a rast dlhých kostí sa spomalí a nakoniec zastaví.

Druhý mechanizmus môže vysvetliť zvýšenú hrúbku kostí. Periostálne osteoblasty ukladajú novú kosť na starú a osteoklasty vylučujú starú kosť. Ak rýchlosť nanášania prekročí rýchlosť odstraňovania, hrúbka sa zvyšuje.

Pretože rastový hormón vyvoláva intenzívnu stimuláciu osteoblastov, jeho účinky môžu ďalej zvyšovať hrúbku kostí, hoci ich dĺžka sa už nezmení v dôsledku uzavretia epifýz.

Zvýšenie ukladania bielkovín v tkanivách

Tento účinok sa dá dosiahnuť rôznymi mechanizmami: zvýšený transport aminokyselín cez bunkové membrány, zvýšená translácia RNA na úrovni ribozómov, zvýšená transkripcia z DNA do RNA v jadre a znížená proteínový a aminokyselinový katabolizmus.

Iné metabolické účinky

V tukových tkanivách rastový hormón podporuje lipolýzu a uvoľňovanie mastných kyselín do krvného obehu, čím zvyšuje svoju koncentráciu v telesných tekutinách. Zároveň uprednostňuje premenu mastných kyselín na acetyl koenzým A a ich použitie ako zdroja energie vo všetkých tkanivách.

Stimulácia používania tukov spolu s hromadením bielkovín v dôsledku anabolického účinku vedie k zvýšeniu chudého tkaniva.

Zvýšenie mobilizácie tuku môže byť také vysoké, že pečeň produkuje veľké množstvo kyseliny acetooctovej, čo vedie k ketóze a môže sa vyvinúť mastná pečeň.

Pokiaľ ide o metabolizmus uhľohydrátov, medzi účinky somatotropínu patrí znížená absorpcia glukózy v tukovom a kostrovom svalovom tkanive, zvýšená tvorba glukózy v pečeni a zvýšená sekrécia inzulínu.

Všetky tieto účinky sa nazývajú diabetogénne a vysoká sekrécia rastového hormónu môže reprodukovať metabolické poruchy, ktoré sprevádzajú cukrovku typu II nezávislú od inzulínu.

Ďalšie funkcie

Anabolické a mitogénne účinky GH a IGF1 sa tiež prejavujú v raste a funkcii srdca, pečene, sleziny, štítnej žľazy, týmusu a jazyka. Hormón môže prispievať k zahusťovaniu pokožky, stimulácii potných žliaz a rastu vlasov.

V obličkách zvyšuje rýchlosť glomerulárnej filtrácie a syntézu kalcitriolu, čím podporuje nielen rast, ale aj mineralizáciu kostí. Podporuje tiež syntézu erytropoézy a fibrinogénu a imunitnú odpoveď stimuláciou T lymfocytov a makrofágov.

Receptory pre somatotropín

Pôsobenie somatotropínu, vrátane podpory syntézy inzulínových rastových faktorov, je sprostredkované jeho väzbou na špecifické receptory exprimované na membránach cieľových buniek.

Existujú dve formy týchto receptorov, z ktorých druhá je krátka (skrátená) varianta prvej; skrátená forma, ktorá inhibuje funkciu dlhého receptora, a ak bude nadmerne exprimovaná, bude produkovať tkanivovú necitlivosť na hormón.

Dlhý receptor je tvorený 638 aminokyselinami a má extracelulárnu doménu 250, transmembránovú alfa helix asi 38 a intracelulárnu doménu 350 aminokyselín. Každá molekula somatotropínu sa končí väzbou na dve molekuly receptora a spôsobuje to, čo sa nazýva dimerizácia receptora.

Táto dimerizácia aktivuje JAK2 proteínkinázy lokalizované na intracelulárnych koncoch každého receptorového monoméru a tieto aktívne kinázy fosforylujú ďalšie substráty, ako napríklad STAT5 a samotný somatotropínový receptor.

Fosforylované molekuly STAT5 tiež podliehajú dimerizácii, ktorá z nich robí veľmi presné regulátory génovej expresie a syntézy proteínov.

výroba

Somatotropín sa syntetizuje na úrovni somatotropných buniek adenohypofýzy. Tieto bunky sú intenzívne zafarbené kyslými látkami, preto sa tiež nazývajú acidofilné. Spolu sú najhojnejšou bunkovou skupinou v žľaze, pretože predstavujú 50% z celkového počtu 5 rôznych typov.

Na dlhom ramene ľudského chromozómu 17 je genetický komplex 5 génov, ktorý kóduje rôzne izoformy rastového hormónu a ľudského chorionického somatomamotropínu (hCS).

Jedným z nich je hGH-N alebo normálny, ktorý kóduje najhojnejšiu formu ľudského rastového hormónu, ktorým je 22 kDa a ktorý predstavuje 75% celkového cirkulujúceho rastového hormónu.

Jeho messengerová RNA podlieha "zostrihu", aby vytvorila menšiu formu hormónu, 20 kDa, ktorému chýbajú aminokyselinové zvyšky 32 - 46 a predstavuje 10%.

Druhý gén (hGH-V) je exprimovaný primárne v placente a kóduje variantnú formu hGH, z ktorej sa počas tehotenstva v obehu vyskytujú iba významné množstvá. Ostatné 3 gény kódujú izoformy ľudského chorionického somatomamotropínu.

uvoľnenie

Syntéza, ako aj vylučovanie alebo uvoľňovanie rastového hormónu sú regulované stimuláciou a inhibíciou faktorov týchto funkcií.

Stimulačné vplyvy

Medzi hlavné humorálne vplyvy, ktoré stimulujú syntézu a sekréciu somatotropínu, patria peptidy GHRH (hormón uvoľňujúci rastový hormón) a ghrelín.

Hormón uvoľňujúci rastový hormón (GHRH) je hypotalamický peptid, ktorý existuje v dvoch variantoch 40 a 44 aminokyselín. Vedie v somatotropných bunkách k syntéze cAMP ak aktivácii transkripčného faktora PIT1 špecifického pre rastový hormón.

Ghrelín je endogénny sekretagog rastového hormónu. Je to peptid s asi 28 aminokyselinami syntetizovaný na úrovni hypotalamu a žalúdka. Pôsobí synergicky s GHRH, ktorého uvoľňovanie podporuje, a súčasne inhibuje uvoľňovanie somatostatínu. Funguje prostredníctvom receptorov, ktoré aktivujú fosfolipázu C.

Niektoré metabolické parametre, ako je hypoglykémia, nízka hladina voľných mastných kyselín v krvi a vysoké koncentrácie aminokyselín, sú dôležitými stimulmi pre sekréciu rastového hormónu.

Medzi ďalšie stimulačné faktory, ktoré sa počítajú, patrí akútny stres, telesné napätie, bolesť, sexuálne steroidy (puberta), dopamín, stimulácia a2 receptora, acetylcholín, galanín, serotonín a β-endorfín.

Inhibičné vplyvy

Medzi ne patrí somatostatín alebo inhibítor hormónu uvoľňujúceho rastový hormón (GHRIH) a negatívna spätná väzba.

Somatostatín je 14-aminokyselinový hypotalamický peptid, ktorý inhibuje sekréciu, ale nie syntézu rastového hormónu. V gastrointestinálnom trakte je syntetizovaný dlhý variant s 28 aminokyselinami. Oba varianty sa viažu na rovnaký receptor a inhibujú cyklickú syntézu AMP.

Pokiaľ ide o negatívnu spätnú väzbu, uvoľnený GH prostredníctvom autokrinného pôsobenia inhibuje svoje vlastné následné uvoľňovanie. IGF1 inhibuje hormón uvoľňujúci rastový hormón v hypotalame a stimuluje somatostatín, zatiaľ čo inhibuje syntézu GH v hypofýze.

Niektoré metabolické parametre, ako je hyperglykémia, vysoké hladiny voľných mastných kyselín v plazme a nízke hladiny aminokyselín, sú inhibítormi sekrécie somatotropínu.

Inhibítory sú tiež chlad, chronický stres, adipozita, progesterón, nedostatok hormónov štítnej žľazy, deficity alebo prebytky kortizolu a stimulácia P2 adrenergných receptorov.

Dávka

Terapeutické použitie biosyntetizovaného rastového hormónu je indikované na liečbu stavov, pri ktorých sa prejavil nedostatok jeho sekrécie, u hypofýzy a u malých detí v dôsledku Turnerovho syndrómu.

Podáva sa vo forme injekčného roztoku rekonštituovaného z injekčnej liekovky obsahujúcej lyofilizát so 40 IU biosyntetického hormónu, do ktorej sa pridajú sprievodné 2 ml 0,9% roztoku chloridu sodného.

Pri nedostatku rastového hormónu u detí sa odporúča 0,07 až 0,1 IU / kg telesnej hmotnosti na deň. Pri Turnerovom syndróme 0,14 IU / kg telesnej hmotnosti za deň. Pre nedostatok rastového hormónu u dospelých: 0,018 až 0,036 IU / kg telesnej hmotnosti za deň.

Efekty úpravy

Terapeutické podávanie rastového hormónu môže byť sprevádzané niektorými nepriaznivými vedľajšími účinkami, ako je zjavná precitlivenosť prostredníctvom generalizovanej urtikárie, hypoglykémia nalačno, zápal v mieste vpichu a dočasná bolesť hlavy.

Bol opísaný vývoj určitej benígnej intrakraniálnej hypertenzie, častejší u detí a menej u dospelých.

Pokiaľ ide o metabolizmus uhľohydrátov, bol u pacientov liečených rastovým hormónom hlásený vývoj cukrovky.

Pokiaľ ide o muskuloskeletálny systém, existujú dôkazy o zápalovej myozitíde s myalgiou a svalovej slabosti, ktoré nie sú produkované hormónom, ale možno metakrezolom, ktorý sa vo formulácii používa ako konzervačná látka.

Boli hlásené gynekomastia, anémia a akútna pankreatitída.

Referencie

1. Ganong WF: Hypofýza, 25. vydanie. New York, McGraw-Hill Education, 2016.
2. Guyton AC, Hall JE: Hypofyzárne hormóny a ich kontrola pomocou hypotalamu, v učebnici lekárskej fyziológie, 13. vydanie, AC Guyton, JE Hall (eds). Philadelphia, Elsevier Inc., 2016.
3. Lang F, Verrey F: Hormone, v Physiologie des Menschen mit Pathophysiologie, 31. vydanie, RF Schmidt et al (eds). Heidelberg, Springer Medizin Verlag, 2010
4. Voigt K: Endokrines System, in Physiology, 6. vydanie; R. Klinke a kol. (Eds). Stuttgart, Georg Thieme Verlag, 2010.
5. Widmaier EP, Raph H a Strang KT: Endokrinný systém. Hypotalamus a hypofýza, Vanderova ľudská fyziológia: Mechanizmy funkcie tela, 13. vydanie; EP Windmaier a kol. (Eds). New York, McGraw-Hill, 2014.