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1、生长激素基础知识,2010-6医学部,主要内容,生长激素的概述生长激素的生物学特性生长激素结构生长激素分泌调节生长激素的分泌特点生长激素分泌的影响因素生长激素分泌的调节生长激素的生理作用、作用机制,一、生长激素概述,生长激素的生物学特性生长激素结构,GH生物学特性,人生长激素（hGH）：垂体前叶（腺垂体）嗜酸细胞分泌的、由191个AA组成的非糖化多肽。腺垂体中含量最多的激素,约占腺垂体激素的50%。人类GH基因簇是一组多基因家族hGH基因（hGH-1和hGH-2）hGH-1为正常的hGH基因，主要在垂体的生长激素细胞中表达；hGH-2是一个变异基因，几乎只在胎盘中表达；病理情况下，hGH-2基
2、因可在垂体瘤组织中表达。绒毛膜促生长泌乳素基因（hCS-A、hCS-B和hCS-C）,GH生物学特性,垂体和循环中hGH 的分子是非均一的，包括单体、单体聚合体、分子片段和单体与其它蛋白的复合物。hGH的分子量20 KD：约占垂体和循环中hGH的510，对糖代谢影响较小，对促生长、IGF生成和生乳作用于22KD的单体相似，但与hGH受体亲和力较弱。22 KD：是主要的hGH单体的分子形式，约占垂体内hGH的7075，也是循环中主要的hGH（约占43左右）。25 KD：hGH-2基因的翻译产物，可发生糖基化，故分子量增加。,GH的一级结构,二硫键,GH的天然构象,第一张hGH晶体衍射照片,SCI
3、ENCE，1992；255：306-312,二、GH分泌调节,生长激素的分泌特点生长激素分泌的影响因素生长激素分泌的调节,GH的分泌特点,脉冲式分泌GH以脉冲形式分泌，昼夜波动大，在分泌低峰时,血循环中难测到。一般GH分泌频率夜间比白天多，青春期前和青春期24h内约有68次脉冲数,约每34小时1次。青春发育中期分泌脉冲幅度最大，分泌量最多。24h内脉冲数和振幅与年龄相关。昼夜节律正常人入睡后1小时（4590min）左右分泌达高峰，分泌量是1天总量的一半以上。如睡眠时间变化，GH峰值出现时间也相应变化。,重点,间隔34小时*，约68个脉冲/日，夜间最高,生理情况下GH的分泌模式,各年龄阶段垂体G
4、H的分泌,GH分泌的影响因素,运动的影响正常人在基础代谢状态下，血清GH常测不到，剧烈运动后可引起GH明显升高。运动实验已作为儿童GHD的筛选实验。应激状态的影响大多数应激状态下可引起GH分泌（外科手术、创伤、麻醉、穿刺、精神紧张和焦虑）。儿童在心理不适宜的环境下可出现可逆性GH分泌抑制;代谢物质的影响急性低血糖是刺激GH分泌的强烈因素，高血糖抑制GH分泌。高蛋白饮食或口服、静滴精氨酸、亮氨酸等可刺激GH分泌。高血糖和游离脂肪酸水平升高可抑制GH分泌。,重点,调节GH分泌的体内外因素及药物,GH分泌的调节,下丘脑激素调节生长激素释放激素（GHRH）：是腺垂体分泌和合成GH的最主要的生理刺激物，
5、呈脉冲式释放。GH对GHRH合成有反馈性抑制作用。生长激素释放抑制激素（SS）：除了抑制GH的基础分泌，还抑制GH对生理性和药理性刺激，也抑制病理情况下的GH异常升高。神经递质的调节来源于体内外环境的各种刺激通过神经递质网络，作用于中枢神经系统，通过多巴胺，5-羟色胺和去甲肾上腺素等神经递质调节GH的分泌。,三、GH的生理作用、作用机制,生理作用：促进生长，调节骨代谢调节物质代谢其他作用作用机制生长激素受体（GHR）和生长激素结合蛋白（GHBP）胰岛素样生长因子（IGFs）,GH生理作用（一）,促进生长，调节骨代谢刺激骨骺端软骨细胞分化、增殖，从而促进骨生长，使骨长度增加。可直接刺激成骨细胞代
6、谢，并对维持骨矿物质含量、骨密度起重要作用。协同性激素及促钙化激素共同干预骨的重塑。,重点,GH生理作用（二）,调节物质代谢促进蛋白质合成，纠正负氮平衡。调节脂代谢，降低机体脂肪储备，增加血清脂肪酸含量，降低血清胆固醇和低密度脂蛋白水平。可降低细胞对胰岛素的敏感性，减少外周组织对葡萄糖利用，使血糖升高。对水、矿物质代谢有重要作用。可使细胞内钾盐、磷酸盐潴留，还可促进肾小管钠回吸收，引起水、钠潴留。,重点,GH生理作用（三）,其他作用增加机体免疫力，刺激免疫球蛋白合成，促进巨噬细胞和淋巴细胞增殖。加速伤口愈合，刺激烧伤创面及手术切口成纤维细胞合成胶原。促进心肌蛋白合成，增加心肌收缩力，降低心肌耗
7、氧量。GH具有抗衰老,促进脑功能效应;促进精子形成、排卵等,重点,GH的作用机制（一）,生长激素受体（GHR）和生长激素结合蛋白（GHBP）GHR是由620个AA组成的跨膜糖蛋白，包括胞外域、跨膜域和胞内域。2个GHR形成同源二聚体，分别与1个GH分子上的2个不同位点结合，结合后受体的胞内部分与细胞质中JAK酪氨酸家族结合，使受体羧基端酪氨酸磷酸化，从而传递信号，发挥生物效应。GHBP是膜受体的片段，可与GHR竞争与GH结合，所以GHBP可抑制过高的GH结合到组织受体上。,重点,细胞膜,GH 受体,GH的作用机制（二）,胰岛素样生长因子（IGFs）GH对靶组织发挥效应，除了直接作用外，还通过I
8、GFs的介导，尤其是对长骨的促生长作用。现知有生物作用的IGF分为两类IGF-1：碱性多肽，有强的促生长作用；IGF-2：中性肽，有强的胰岛素样活性，是胚胎生长、发育的调节因子。合成IGF的部位极为广泛，几乎遍布体内所有组织，其主要合成部位在肝脏，其次是肾脏、骨骼肌等组织。其他许多组织局部也可合成，它们均接受GH的刺激，多数组织产生的IGF并不释放入血液，常通过旁分泌和自分泌的方式发挥作用。,重点,总结,生长激素的分泌特点生长激素分泌的影响因素生长激素分泌的调节生长激素的生理作用、作用机制,药用GH发展史,人垂体源性 hGH(somatotropin),1958年，Raben 首次从人垂体中成
9、功提取hGH，Kabi 公司进行商业性销售 缺点:因来源受限，产量稀少因含人类多种分子量的GH（主要是22 kDa，20 kDa，也有少量5KD），22 kDa占垂体hGH的7075%，20 kDa占510%（其与受体亲和力较弱），所以产品中22 kDa的GH含量并非100%，相对纯度较低1*易受hGH 供体病毒污染 因不断报道因使用hGH 罹患 Creutzfeldt-Jakob disease，于1985年被禁止使用,颜纯、王慕逖小儿内分泌学.2006,92.,192个氨基酸rhGH（somatrem）,上世纪70年代出现的重组DNA 技术的发展给生长激素的量化供应提供了发展的契机1981
10、年，Genentech 公司利用E.Coli 包涵体技术研制出含192氨基酸的基因重组人生长激素Met-rhGH。与天然hGH相比，在N-末端多了一个蛋氨酸残基，又称为somatrem(Protropin)缺点提取和复性工艺复杂与天然hGH 不完全一致，抗体产生率高，达1295.5%1、2、3,Kaplan SL,et al.The Lancet.1986:697-700Takano K,et al.Acta Paediatr Scand Suppl,1986,325:19-24.Guy Massa,et al.Clinical Endocrinology(1993)38,137-142,19
11、1个氨基酸rhGH粉剂(somatropin),蛋白分泌技术的出现使人们成功表达了与天然hGH 完全一致的rhGH1987年，含191个氨基酸的rhGH(Humatrope)经美国FDA 批准上市优点：与天然hGH氨基酸顺序一致，抗原性明显降低缺点：采用冷冻干燥技术生产，不可避免会增加高分子蛋白和相关蛋白，并使部分生长激素分子失活,国际上主要Somatropin 粉剂品牌,*SFDA批准时间，其余均为FDA批准时间,1995年开始问世目前国际上共有3种水针剂产品优点：避免了冷冻、干燥、再溶解过程，保持了蛋白质的天然空间构象直接使用，勿需再溶解，而且避免污染,生长激素水针剂（Somatropin
12、水剂）,*SFDA 批准时间，余均为美国FDA 批准上时间,长效缓释粉剂（Nutropin Depot）,1999年，PLGA 微球包裹技术(类似于长效达菲林的微球包裹技术）的长效生长激素Nutropin Depot，在美国上市用于治疗儿童和成人GHDNutropin Depot 是由疏水性的PLGA 微球包裹的rhGH 缓释剂型，实现1个月或2周注射1次；人类第一个也是最后一个把PLGA微球技术应用于蛋白质的产品Nutropin Depot 制备过程中需将rhGH 制成极高浓度的冻干粉，并需短暂高温，导致其中rhGH高分子蛋白及相关蛋白产生，从而使Nutropin Depot 活性较低，抗原
13、性较强比活 2.57 IU/mg抗体产生率：57%由于疗效不佳，抗体高及价格高等问题，于2004年退市,Silverman BL,et al.J Pediatr Endocrinol Metab 2002,15 Suppl 2:715-722.,长效生长激素水剂：金赛增（2010年上市）,国际领先（诺和公司PEG-GH尚在一期临床）通过化学偶联方法使聚乙二醇分子与蛋白质分子偶联，通过分子量的加大使半衰期延长PEG 化学修饰能够保护被修饰蛋白的生物学活性，降低免疫原性1不易聚合产生高分子蛋白保护rhGH 分子免于被脱氨、氧化产生相关蛋白PEG-rhGH活性更高：约7IU/mg2PEG-rhGH
14、抗体产生率更低：0%*,*来自金赛药业PEG-rhGH II期和 III 期临床试验数据1 Webster R,et al.Drug Metab Dispos 2007,35:9-162 李湛军.中国临床药理学和治疗学 2005,10:1270-1274.,众多生物制剂显示：粉剂向水剂的发展是国际趋势,干扰素：1996年全球上市重组干扰素-2a水剂，2000年国内上市重组干扰素-2b水剂胰岛素、促红细胞生成素和粒细胞集落刺激因子等，临床上均以水剂占主导地位生长激素：1996年金赛药业上市国内第一支重组生长激素水剂，国外水剂已占据主要市场份额,国际上从粉剂到水剂的研发历程整整经历了将近十年，而国内其他厂家始终因为原液比活达不到药典标准未能上市。,骨骺的结构,储备细胞带,增殖细胞带,肥大细胞带,生长板,重点,长骨的线性生长,重点,谢谢！,
