ХОРМОН НА РАСТЕЖА (СОМАТОТРОПИН): СТРУКТУРА, ФУНКЦИИ - БИОЛОГИЯ - 2025

На соматотропина (STH) или растежен хормон (GH за кратко) е относително малък протеин, продуциран в на нивото на аденохипофизата и участва в процесите на развитие, надлъжната растеж на организма и контрол на различни метаболитни процеси.

Това е негландотропен хормон. Гландотропните хормони на хипофизата упражняват своите ефекти чрез модифициране в синтеза и отделяне на други хормони, произведени в други ендокринни жлези в периферията на организма.

Модификация на хормона в хипофизата (Източник: Dubaele / Public domain, via Wikimedia Commons)

Гландотропните хормони са например адренокортикотропин (ACTH), гонадотропини (FSH и LH) и тиреостимулиращ хормон (TSH).

Негландотропните хормони, от своя страна и сред които са включени пролактинът и хормонът на растежа, действат без съдействието на която и да е друга ендокринна жлеза, тъй като те упражняват действията си директно върху целевите клетки, чиято дейност регулират.

структура

Хормонът на растежа е сравнително малък протеин, който се среща в няколко изоформи. Основната изоформа е съставена от около 191 аминокиселини, има молекулно тегло 22 kDa и се получава от по-дълъг прекурсорен пептид (pre-GH) от 28 kDa, който също се секретира, но му липсват физиологични функции.

По своята структура соматотропинът изглежда еволюционно хомолозен на пролактин и хорион соматомамотропин (CS), последният произведен в плацентата. Такова е сходството, че се счита, че тримата образуват хормонално семейство.

Приблизителна структура на хормона на растежа (Източник: Роман Беккер, чрез Wikimedia Commons)

Вторичната структура на соматотропина показва 4 стабилизирани алфа спирали с два дисулфидни моста, чиято конфигурация е необходима за взаимодействието на хормона с неговия рецептор.

Факт по отношение на структурата и си струва да се подчертае, че въпреки факта, че хормоните на растежа на различни видове имат забележителни сходства с човешките, само последният и този на приматите оказват ефект значими при хората.

Характеристика

Функциите на соматотропина обикновено се описват като тези, свързани с развитието и растежа на организма. Също и тези, свързани с метаболизма, които включват промените в метаболизма на липидите и глюкозата, насърчавани от хормона.

Функциите на растеж, обаче, също могат да се считат за метаболитни, тъй като те включват анаболни функции, свързани с синтеза на протеини, което не изключва някои други функции без пряка връзка с метаболизма, като например клетъчната пролиферация.

Някои от функциите или действията, показвани от соматотропина, се упражняват от този хормон директно върху неговите бели тъкани, но много от тях се осъществяват от някои други вещества, чийто синтез и освобождаване се стимулират от растежен хормон.

IGF синтез

Първата линия на действие на соматотропина е именно синтеза на тези вещества, които са известни като инсулиноподобни растежни фактори (IGF), от които са идентифицирани типове 1 и 2. Те са определени като IGF1 (най-важният) и IGF2, според съкращението им на английски.

Първоначално тези фактори са били известни и все още се определят като медиатори на активността на соматотропина или соматомедините С (IGF1) и А (IGF2) или също като непотискаща инсулиноподобна активност (NSILA). Те се синтезират от много видове клетки, но се произвеждат предимно в черния дроб.

Действията на STH и IGF1 са много разнообразни. Някои се упражняват от всяко от тези вещества независимо, понякога заедно и синергично, а понякога действат антагонистично.

Индукция на растежа

Това е едно от най-важните действия, насърчавани от соматотропина, но извършени във връзка с IGF1. Въпреки че и двете индуцират растежа на множество телесни тъкани, най-забележимият им ефект е върху растежа на скелета.

Този краен резултат се получава от различни ефекти, индуцирани от хормона и IGF1. Те включват повишеното отлагане на протеини от хондроцитни и остеогенни клетки, по-високата скорост на възпроизвеждане на тези клетки и превръщането на хондроцитите в остеогенни клетки; всичко това води до депозиране на нова кост.

По време на растежа и развитието на организма и преди затварянето на костните епифизи в епифизите се отлага нов хрущял, последвано от превръщането му в нова кост, с която диафизите се удължават и епифизите се отделят.

Прогресивната консумация на епифизарен хрущял го изчерпва и костта не може да продължи да расте. В края на юношеството диафизата и епифизата след това се сливат от всеки край и растежът на дължината на дългите кости се забавя и накрая спира.

Втори механизъм може да обясни увеличената дебелина на костите. Периосталните остеобласти отлагат нова кост върху старата, а остеокластите елиминират старата кост. Ако степента на отлагане надвишава скоростта на отстраняване, дебелината се увеличава.

Тъй като растежният хормон упражнява интензивна стимулация на остеобластите, при неговото въздействие дебелината на костите може да продължи да се увеличава, въпреки че дължината им вече не се променя поради затварянето на епифизите.

Засилване на отлагането на протеини в тъканите

Този ефект може да бъде постигнат чрез различни механизми: повишен транспорт на аминокиселини през клетъчните мембрани, повишен транскрипция на РНК на ниво рибозома, повишена транскрипция от ДНК в РНК в ядрото и намалена катаболизъм на протеини и аминокиселини.

Други метаболитни действия

В мастната тъкан растежният хормон насърчава липолизата и освобождаването на мастни киселини в кръвта, като по този начин увеличава концентрацията му в телесни течности. В същото време благоприятства превръщането на мастните киселини в ацетил коензим А и използването им като енергиен източник във всички тъкани.

Стимулирането на употребата на мазнини, заедно с натрупването на протеини поради анаболния му ефект, водят до увеличаване на постната тъкан.

Увеличаването на мобилизацията на мазнини може да бъде толкова високо, че черният дроб произвежда големи количества ацетооцетна киселина, което води до кетоза и може да се развие мастен черен дроб.

По отношение на въглехидратния метаболизъм, ефектите на соматотропина включват намален прием на глюкоза в мастната и скелетната мускулна тъкан, повишено производство на чернодробна глюкоза и повишена секреция на инсулин.

Всички тези ефекти се наричат ​​диабетогенни и секрецията на висок хормон на растежа може да възпроизведе метаболитните нарушения, които съпътстват неинсулинозависимия диабет тип II.

Други функции

Анаболните и митогенни действия на GH и IGF1 се проявяват и в растежа и функцията на сърцето, черния дроб, далака, щитовидната жлеза, тимуса и езика. Хормонът може да допринесе за сгъстяване на кожата, стимулиране на потните жлези и растежа на косата.

В бъбреците увеличава скоростта на гломерулната филтрация и синтеза на калцитриол, което благоприятства не само растежа, но и костната минерализация. Той също така насърчава синтеза на еритропоеза и фибриноген и имунния отговор чрез стимулиране на Т-лимфоцитите и макрофагите.

Рецептори за соматотропин

Действията на соматотропина, включително насърчаването на синтеза на инсулиноподобни растежни фактори, се медиират чрез свързването му със специфични рецептори, експресирани върху целевите клетъчни мембрани.

Има две форми на тези рецептори, втората от които е кратък (пресечен) вариант на първия; пресечена форма, която инхибира функцията на дългия рецептор и ако стане свръхекспресирана, тя би довела до нечувствителност на тъканите към хормона.

Дългият рецептор е съставен от 638 аминокиселини и има извънклетъчен домен от 250, трансмембранна алфа спирала от около 38 и вътреклетъчен домен от 350 аминокиселини. Всяка молекула соматотропин завършва свързване с две рецепторни молекули и причинява това, което се нарича рецепторна димеризация.

Тази димеризация активира JAK2 протеин кинази, разположени във вътреклетъчните краища на всеки рецепторен мономер, и тези активни кинази фосфорилират други субстрати като STAT5 и самия сототропинов рецептор.

Фосфорилираните STAT5 молекули също претърпяват димеризация, което ги прави високо прецизни регулатори на генната експресия и синтеза на протеини.

производство

Соматотропинът се синтезира на нивото на соматотропните клетки на аденохипофизата. Тези клетки са интензивно оцветени с киселинни вещества, поради което се наричат ​​още ацидофилни. Заедно те са най-разпространената клетъчна група в жлезата, тъй като представляват 50% от общо 5 различни типа.

На дългата ръка на човешката хромозома 17 има генетичен комплекс от 5 гена, който кодира различните изоформи на растежен хормон и човешки хорионен соматомамотропин (hCS).

Един от тях е hGH-N или нормален, който кодира най-разпространената форма на човешки растежен хормон, който е 22 kDa, споменат и представлява 75% от общия циркулиращ растежен хормон.

Нейната пратена РНК претърпява "сплайсинг", за да произведе по-малка форма на хормона, 20 kDa, на който липсват аминокиселинни остатъци 32-46 и представлява 10%.

Втори ген (hGH-V) се експресира предимно в плацентата и кодира вариантна форма на hGH, от която по време на бременността се появяват само значителни количества. Останалите 3 гена кодират изоформи на човешкия хорионен соматомамотропин.

пускане

Както синтезът, така и секрецията или освобождаването на растежен хормон се регулират чрез стимулиране и инхибиране на факторите на тези функции.

Стимулиращи влияния

Основните хуморални влияния, които стимулират синтеза и секрецията на соматотропин, включват пептидите GHRH (освобождаващ хормон на растежа) и Грелин.

Освобождаващият хормон на растежа (GHRH) е хипоталамичен пептид, който съществува в два варианта съответно 40 и 44 аминокиселини. Той води в соматотрофните клетки до синтеза на cAMP и активирането на транскрипционния фактор PIT1, специфичен за растежен хормон.

Грелин е секретогог на ендогенен растежен хормон. Това е пептид от около 28 аминокиселини, синтезирани на нивото на хипоталамуса и в стомаха. Той действа синергично с GHRH, чието освобождаване насърчава, в същото време, че инхибира това на соматостатина. Той работи чрез рецептори, които активират фосфолипаза С.

Някои метаболитни параметри като хипогликемия, ниски нива на свободни мастни киселини в кръвта и високи концентрации на аминокиселини са важни стимули за секрецията на хормон на растежа.

Други фактори, стимулиращи стимулацията, включват остър стрес, напрежение в тялото, болка, сексуални стероиди (пубертет), допамин, стимулиране на α2 рецептори, ацетилхолин, галанин, серотонин и β-ендорфин.

Инхибиторни влияния

Те включват соматостатин или инхибитор на хормона на освобождаване на растежа (GHRIH) и отрицателна обратна връзка.

Соматостатинът е хипоталамичен пептид от 14 аминокиселини, който инхибира секрецията, но не и синтеза, на хормон на растежа. Дълъг вариант от 28 аминокиселини се синтезира в стомашно-чревния тракт. И двата варианта се свързват с един и същ рецептор и инхибират цикличния синтез на AMP.

Що се отнася до отрицателната обратна връзка, освободеният GH чрез автокринно действие инхибира последващото му освобождаване. IGF1 инхибира хормона, освобождаващ растежния хормон в хипоталамуса и стимулира соматостатина, докато инхибира синтеза на GH в хипофизата.

Някои метаболитни параметри като хипергликемия, високи плазмени нива на свободни мастни киселини и ниски нива на аминокиселини са инхибитори на секрецията на соматотропина.

Инхибиторите са също така настинка, хроничен стрес, задух, прогестерон, недостиг на хормони на щитовидната жлеза, дефицит на кортизол или излишъци и стимулация на β2 адренергичните рецептори.

Доза

Терапевтичното използване на биосинтезиран растежен хормон е показано за лечение на онези състояния, при които е показан дефицит в секрецията му, при хипофизната джуджета и при къси деца поради синдрома на Търнър.

Прилагането се извършва под формата на инжекционен разтвор, реконструиран от флакон, съдържащ лиофилизат с 40 IU биосинтетичен хормон, и към който се добавят придружаващите 2 ml 0,9% разтвор на натриев хлорид.

При недостиг на хормона на растежа при деца се препоръчва между 0,07 и 0,1 IU / kg телесно тегло на ден. При синдром на Търнър 0,14 IU / kg телесно тегло на ден. За дефицит на хормона на растежа при възрастни: 0,018 до 0,036 IU / kg телесно тегло на ден.

Ефекти редактират

Терапевтичното приложение на растежен хормон може да бъде придружено от някои неблагоприятни странични ефекти като явна свръхчувствителност чрез генерализирана уртикария, хипогликемия на гладно, възпаление на мястото на инжектиране и временно главоболие.

Описано е развитието на определена доброкачествена вътречерепна хипертония, по-честа при деца и по-малко при възрастни.

По отношение на въглехидратния метаболизъм е съобщено развитието на захарен диабет при пациенти, получаващи лечение с растежен хормон.

Във връзка с мускулно-скелетната система има данни за възпалителен миозит с миалгия и мускулна слабост, произведен не от хормона, а може би от метакрезола, използван като консервант във формулата.

Съобщава се за гинекомастия, анемия и остър панкреатит.

Препратки

1. Ganong WF: Гипофизната жлеза, 25 изд. Ню Йорк, Образование McGraw-Hill, 2016.
2. Guyton AC, Hall JE: Хормоните на хипофизата и техният контрол от хипоталамуса, в Учебник по медицинска физиология, 13th ed, AC Guyton, JE Hall (eds). Филаделфия, Elsevier Inc., 2016.
3. Lang F, Verrey F: Hormone, в Physiologie des Menschen mit Pathophysiologie, 31-то издание, RF, RF Schmidt et al. (Eds). Хайделберг, Springer Medizin Verlag, 2010
4. Voigt K: Endokrines System, в Physiologie, 6-то издание; R Klinke et al (eds). Щутгарт, Georg Thieme Verlag, 2010.
5. Widmaier EP, Raph H и Strang KT: Ендокринната система. Хипоталамусът и хипофизната жлеза, в човешката физиология на Вандер: Механизмите на функционирането на тялото, 13-то издание; EP Windmaier et al. (Eds). Ню Йорк, McGraw-Hill, 2014.