ГОРМОН РОСТУ (СОМАТОТРОПІН): СТРУКТУРА, ФУНКЦІЇ - БІОЛОГІЯ - 2025

Соматотропін (СТГ) , або гормон росту (GH для стислості) є відносно невеликим білком , отриманий на на рівні аденогіпофіза і бере участь в процесах розвитку, поздовжньому зростання організму і контролі різних метаболічних процесів.

Це негландотропний гормон. Гландотропні гормони гіпофіза здійснюють свій вплив за рахунок модифікації синтезу та вивільнення інших гормонів, що виробляються в інших ендокринних залозах на периферії організму.

Модифікація гормону в гіпофізі (Джерело: Dubaele / Public domain, via Wikimedia Commons)

Гландотропними гормонами є, наприклад, адренокортикотропін (АКТГ), гонадотропіни (ФСГ та ЛГ) та тиреотропний гормон (ТТГ).

Не залозисті гормони, зі свого боку, до яких належать пролактин та гормон росту, діють без допомоги будь-якої іншої ендокринної залози, оскільки вони здійснюють свої дії безпосередньо на клітини-мішені, діяльність яких вони регулюють.

Будова

Гормон росту - порівняно невеликий білок, який зустрічається в декількох ізоформах. Основна ізоформа складається з приблизно 191 амінокислоти, має молекулярну масу 22 кДа і отримується з більш тривалого пептиду-попередника (pre-GH) 28 кДа, який також секретується, але йому не вистачає фізіологічних функцій.

У своїй структурі соматотропін виявляється еволюційно гомологічним пролактину та хоріонічному соматомамотропіну (КС), останній виробляється в плаценті. Така схожість, яку вважають, що трійка утворює гормональну сім'ю.

Орієнтовна структура гормону росту (Джерело: Роман Беккер, через Wikimedia Commons)

Вторинна структура соматотропіну демонструє 4 стабілізованих альфа-спіралі з двома дисульфідними містками, конфігурація яких необхідна для взаємодії гормону з його рецептором.

Факт, що стосується структури, і заслуговує на висвітлення, представлений тим, що незважаючи на те, що гормони росту різних видів мають надзвичайну схожість з людськими, лише останні, а також примати, чинять вплив значущі для людини.

Особливості

Функції соматотропіну зазвичай характеризують як ті, що пов'язані з розвитком і ростом організму. Також ті, пов'язані з метаболізмом, які включають зміни ліпідного та глюкозного обміну, що сприяють гормону.

Функції росту, однак, також можна вважати метаболічними, оскільки вони включають анаболічні функції, пов'язані з синтезом білка, що не виключає деяких інших функцій без прямої зв'язку з метаболізмом, наприклад, проліферації клітин.

Деякі функції або дії соматотропіну здійснюються цим гормоном безпосередньо на його білих тканинах, але багато з них здійснюються деякими іншими речовинами, синтез та вивільнення яких стимулюються гормоном росту.

Синтез IGF

Перша лінія дії соматотропіну - це саме синтез цих речовин, які відомі як інсуліноподібні фактори росту (IGF), з яких були визначені типи 1 та 2. Вони позначаються як IGF1 (найважливіший ) та IGF2 відповідно до їх абревіатури англійською мовою.

Ці фактори спочатку були відомі і досі позначаються як посередники активності соматотропіну або соматомединів C (IGF1) та A (IGF2) або також як непригнічуюча інсуліноподібна активність (NSILA). Вони синтезуються багатьма типами клітин, але виробляються в основному в печінці.

Дії STH та IGF1 дуже різноманітні. Деякі з цих речовин здійснюються незалежно, іноді спільно і синергічно, а іноді діють антагоністично.

Індукція росту

Це одна з найважливіших дій, яку сприяє соматотропін, але виконується спільно з IGF1. Хоча обидва індукують ріст численних тканин тіла, їх найвизначніший вплив має на ріст скелета.

Цей кінцевий результат зумовлений різними ефектами, викликаними гормоном та IGF1. Вони включають посилене осадження білків хондроцитарними та остеогенними клітинами, підвищену швидкість розмноження цих клітин та перетворення хондроцитів в остеогенні клітини; все це призводить до відкладення нової кістки.

Під час росту та розвитку організму і до закриття кісткових епіфізів в епіфізах відкладається новий хрящ з подальшим його перетворенням у нову кістку, за допомогою якої діафізи подовжуються, а епіфізи відокремлюються.

Прогресивне споживання епіфізарного хряща виснажує його, і кістка не може продовжувати рости. У пізньому підлітковому віці діафіз і епіфіз потім зливаються з кожного кінця, і зростання довжини довгих кісток сповільнюється і нарешті припиняється.

Другий механізм може пояснити збільшення товщини кісток. Періостеальні остеобласти відкладають нову кістку на старій, а остеокласти усувають стару кістку. Якщо швидкість осадження перевищує швидкість видалення, товщина збільшується.

Оскільки гормон росту здійснює інтенсивну стимуляцію остеобластів, під його впливом товщина кісток може продовжувати збільшуватися, хоча їх довжина більше не змінюється через закриття епіфізів.

Посилення відкладення білка в тканинах

Цей ефект може бути досягнутий за допомогою різних механізмів: збільшення транспорту амінокислот через клітинні мембрани, збільшення трансляції РНК на рівні рибосоми, збільшення транскрипції з ДНК до РНК в ядрі та зниження катаболізм білка та амінокислот.

Інші метаболічні дії

У жировій тканині гормон росту сприяє ліполізу та викиду жирних кислот у кров, тим самим збільшуючи його концентрацію в рідинах організму. У той же час він сприяє перетворенню жирних кислот в ацетил-коензим А та їх використанню як джерела енергії у всіх тканинах.

Стимуляція вживання жирів разом із накопиченням білків завдяки його анаболічній дії призводять до збільшення жирної тканини.

Збільшення мобілізації жиру може бути настільки високим, що печінка виробляє велику кількість оцтооцтової кислоти, що призводить до кетозу і може розвинутися жирова печінка.

Що стосується вуглеводного обміну, ефекти соматотропіну включають зменшення поглинання глюкози в жировій та скелетній м’язовій тканині, збільшення вироблення печінкової глюкози та збільшення секреції інсуліну.

Всі ці ефекти називаються діабетогенними, а висока секреція гормону росту може відтворювати порушення обміну речовин, що супроводжують неінсулінозалежний діабет II типу.

Інші функції

Анаболічні та мітогенні дії GH та IGF1 проявляються також у зростанні та функціонуванні серця, печінки, селезінки, щитовидної залози, вилочкової залози, язика. Гормон може сприяти потовщенню шкіри, стимуляції потових залоз і росту волосся.

У нирках він збільшує швидкість клубочкової фільтрації та синтез кальцитріолу, сприяючи тим самим не тільки росту, а й мінералізації кісток. Він також сприяє синтезу еритропоезу та фібриногену та імунної відповіді шляхом стимуляції Т-лімфоцитів та макрофагів.

Рецептори соматотропіну

Дії соматотропіну, включаючи сприяння синтезу інсуліноподібних факторів росту, опосередковуються через його зв'язування зі специфічними рецепторами, експресованими на клітинах мембран-мішеней.

Існує дві форми цих рецепторів, друга з яких - короткий (усічений) варіант першої; усічена форма, яка пригнічує функцію довгого рецептора, і якщо він перенапружений, він створює нечутливість тканин до гормону.

Довгий рецептор складається з 638 амінокислот і має позаклітинний домен 250, трансмембранну альфа-спіраль близько 38 та внутрішньоклітинний домен 350 амінокислот. Кожна молекула соматотропіну закінчується зв'язуванням з двома молекулами рецепторів і викликає те, що називається димерізацією рецепторів.

Ця димеризація активує білоккінази JAK2, розташовані на внутрішньоклітинних кінцях кожного рецептора мономеру, і ці активні кінази фосфорилюють інші субстрати, такі як STAT5 та сам рецептор соматотропіну.

Фосфорильовані молекули STAT5 також зазнають димеризації, що робить їх дуже точними регуляторами експресії генів та синтезу білка.

Виробництво

Соматотропін синтезується на рівні соматотропних клітин аденогіпофіза. Ці клітини інтенсивно фарбуються кислими речовинами, саме тому їх ще називають ацидофільними. Разом вони є найпоширенішою групою клітин у залозі, оскільки вони становлять 50% від загальної кількості 5 різних типів.

На довгому плечі хромосоми 17 людини існує генетичний комплекс з 5 генів, який кодує різні ізоформи гормону росту та хоріонічний соматомамотропін людини (hCS).

Один з них - hGH-N або нормальний, який кодує найбільш розповсюджену форму гормону росту людини, що є 22 кДа, згаданий і становить 75% від загального циркулюючого гормону росту.

Його месенджерна РНК зазнає "сплайсингу" для отримання меншої форми гормону, 20 кДа, якому не вистачає амінокислотних залишків 32-46 і становить 10%.

Другий ген (hGH-V) експресується насамперед у плаценті і кодує варіантну форму ХГЧ, з якої у кровообігу під час вагітності з'являються лише значні кількості. Інші 3 гени кодують ізоформи хоріонічного соматомамотропіну людини.

Відпустіть

Як синтез, так і секреція або вивільнення гормону росту регулюються стимулюючими та гальмуючими факторами цих функцій.

Стимулюючі впливи

До основних гуморальних впливів, що стимулюють синтез та секрецію соматотропіну, належать пептиди GHRH (гормон, що вивільняє гормон росту) та грелін.

Гормон росту, який вивільняє (GHRH) - це пептид гіпоталамусу, який існує у двох варіантах відповідно 40 та 44 амінокислот. Це призводить у соматотрофних клітинах до синтезу цАМФ та активації фактора транскрипції PIT1, специфічного для гормону росту.

Грелін є секретагогом ендогенного гормону росту. Це пептид з близько 28 амінокислот, синтезованих на рівні гіпоталамуса та в шлунку. Він діє синергічно з GHRH, вивільнення якого сприяє, в той же час, як він пригнічує дію соматостатину. Він працює через рецептори, які активують фосфоліпазу С.

Деякі метаболічні параметри, такі як гіпоглікемія, низький вміст вільних жирних кислот у крові та висока концентрація амінокислот є важливими стимулами для секреції гормону росту.

Інші стимулюючі фактори, які підраховують, включають гострий стрес, перенапруження тіла, біль, статеві стероїди (статеве дозрівання), дофамін, стимуляцію рецепторів α2, ацетилхолін, галанін, серотонін та β-ендорфін.

Інгібіторні впливи

До них відносяться соматостатин або інгібітор вивільнення гормону росту (GHRIH) та негативні відгуки.

Соматостатин - це 14-ти амінокислотний гіпоталамічний пептид, який пригнічує секрецію, але не синтез, гормону росту. У шлунково-кишковому тракті синтезується довгий варіант з 28 амінокислот. Обидва варіанти зв'язуються з одним рецептором і інгібують циклічний синтез АМФ.

Що стосується негативного зворотного зв'язку, вивільнений GH за допомогою аутокринної дії гальмує його подальше вивільнення. IGF1 пригнічує гормон, що вивільняє гормон росту в гіпоталамусі, і стимулює соматостатин, при цьому інгібує синтез GH у гіпофізі.

Деякі метаболічні параметри, такі як гіперглікемія, високий рівень вільних жирних кислот у плазмі та низький рівень амінокислот, є інгібіторами секреції соматотропіну.

Інгібіторами також є холод, хронічний стрес, ожиріння, прогестерон, дефіцит гормонів щитовидної залози, дефіцит кортизолу або надлишок та стимуляція рецепторів β2-адренорецепторів.

Доза

Терапевтичне застосування біосинтезованого гормону росту показано для лікування станів, при яких виявлено дефіцит його секреції, при карликовості гіпофіза та у коротких дітей через синдром Тернера.

Введення проводиться у формі ін’єкційного розчину, реконструйованого з флакона, що містить ліофілізат з 40 МО біосинтетичного гормону, і до якого додають супутній 2 мл 0,9% розчину хлориду натрію.

При дефіциті гормону росту у дітей рекомендується від 0,07 до 0,1 МО / кг маси тіла на добу. При синдромі Тернера 0,14 МО / кг маси тіла на добу. Для дефіциту гормону росту у дорослих: від 0,018 до 0,036 МО / кг маси тіла на добу.

Ефекти редагувати

Терапевтичне введення гормону росту може супроводжуватися деякими несприятливими побічними ефектами, такими як явна гіперчутливість через генералізовану кропив’янку, гіпоглікемія натще, запалення в місці ін’єкції та тимчасовий головний біль.

Описано розвиток певної доброякісної внутрішньочерепної гіпертензії, частіша у дітей і рідше у дорослих.

Щодо вуглеводного обміну, то у пацієнтів, які отримують лікування гормоном росту, повідомляється про розвиток цукрового діабету.

Що стосується опорно-рухового апарату, є дані про запальний міозит з міалгією та м'язовою слабкістю, що виробляється не гормоном, а можливо метакрезолом, використовуваним як консервант у формулі.

Повідомлялося про гінекомастію, анемію та гострий панкреатит.

Список літератури

1. Ganong WF: Гіпофіза, 25-е видання. Нью-Йорк, освіта McGraw-Hill, 2016.
2. Guyton AC, Hall JE: Гормони гіпофіза та їх контроль гіпоталамусом, у Підручнику медичної фізіології, 13-е видання, AC Guyton, JE Hall (ред.). Філадельфія, Elsevier Inc., 2016.
3. Lang F, Verrey F: Hormone, у Physiologie des Menschen mit Pathophysiologie, 31-е видання, RF Schmidt et al. (Eds). Гейдельберг, Springer Medizin Verlag, 2010
4. Voigt K: Система ендокринів, у Physiologie, 6-е видання; R Klinke та ін (ред.). Штутгарт, Георг Тіє Верлаг, 2010.
5. Widmaier EP, Raph H і Strang KT: Ендокринна система. Гіпоталамус і гіпофіза, у Вандерській фізіології людини: Механізми функціонування тіла, 13-е видання; EP Windmaier et al (ред.). Нью-Йорк, McGraw-Hill, 2014.