Заболевания, связанные с нарушением секреции гормона роста

Соматотропин (гормон роста). СТГ в форме очищенного белка был выделен в 1945 г. (C. H. Li и соавт.) из щелочного экстракта бычьего гипофиза. СТГ человека представляет собой простую полипептидную цепочку, состоящую из 191 аминокислотного остатка с фенилаланином на обоих концах и двумя дисульфидными мостиками между цистеиновыми остатками в положениях 53-165 и 182-189; в положении 86 находится триптофан. Мол. м. гормона-21500 кДа. Содержание гормона роста в одном гипофизе человека составляет 8-10 мг, в течение суток в гипофизе синтезируется 1-2 мг СТГ. Период полураспада гормона составляет около 21 мин, а скорость метаболического клиренса -100-150 мл/мин•м2.

Около 90% секретируемого в гипофизе СТГ имеет мол. м. 22 кДа, а остальное количество приходится на гормон с мол. м. 20 кДа. В молекуле СТГ с мол. м. 20 кДа отсутствует участок полипептидной цепи, содержащий 15 аминокислот в положении 32-46. Кроме того, как в ткани гипофиза, так и в системном кровообращении выявляются в небольшом количестве и другие формы СТГ (“малый”, ”большой”и”большой-большой” СТГ-димерная форма и в небольшом количестве три-, тетра- и пентамерная формы), что свидетельствует о гетерогенности гормона роста. Подтверждением гетерогенности СТГ является установленный факт, что некоторые кислые формы гормона имеют биологическую активность в несколько раз выше, чем чистая гипофизарная форма с мол. м. 22 кДа. Дополнительным подтверждением гетерогенности является разделение диабетогенной и ростовой активности в молекуле гормона роста и различное соотношение биологической/иммунологической активности в различных формах СТГ.

Ген, ответственный за синтез гормона роста в соматотрофах гипофиза, локализуется на длинном плече 17-й хромосомы и носит название GH-N ген или нормальный ген СТГ. Помимо нормального гена СТГ, имеется GH-V ген, или вариантный ген СТГ. Нормальный ген СТГ экспрессируется в гипофизе и в процессе транскрипции могут образовываться две “сплайсинговые” формы с мол. м. 22 и 20 кДа. Описаны две дополнительные “сплайсинговые”формы СТГ, одна из которых с мол. м. 17, 5 кДа. Из экстрактов гипофиза человека и мыши, а также из плазмы крови человека экстрагированы и другие формы СТГ с мол. м. 16-18 кДа. Подобно другим белковым гормонам СТГ синтезируется в виде прегормона, который характеризуется 26-аминокислотным гидрофобным сигнальным пептидом. Так как сигнальный пептид в период трансляции отщепляется, то период полураспада прегормона исключительно короткий. Считалось, что экспрессия этого гена имеет место только в соматотрофах. Однако D. Weigent и соавт. (1988) показали возможность ее экспрессии в мононуклеарных лейкоцитах. Экспрессия GH-N гена в гипофизе детерминируется специфическим транскрипционным фактором или Pit-1, который помимо СТГ контролирует экспрессию гена пролактина и ТТГ. Ген, кодирующий гипофизарный транскрипционный активатор (Pit-1), идентифицирован, изолирован и клонирован (H. Ingraham, 1993). Он содержит два белковых домена, которые необходимы для связывания с участками ДНК, ответственными за кодирование СТГ, пролактина и b-субъединицы ТТГ. Мутация Pit-1 гена приводит к патологии, клиническая картина которой сопровождается задержкой психического развития и резко выраженной задержкой роста. Установлено, что плацента человека в период беременности способна секретировать несколько форм СТГ: плацентарный вариант СТГ с мол. м. 22 кДа; гликозилированный плацентарный вариант с мол. м. 25 кДа и второй гликозилированный плацентарный вариант СТГ с мол. м. 24-26 кДа, которые отсутствуют в гипофизе. Имеются сообщения, что, помимо описанных форм вариантного СТГ, в плаценте встречается дополнительная форма варианта СТГ (GH-V2).

Ростовая активность гормона роста не связана с каким-то определенным фрагментом молекулы; очевидно, для ее проявления необходима полная молекула СТГ. Соматотропины различаются не только физико-химическими свойствами, но и видовой специфичностью. СТГ человека оказывается биологически активным при введении его различным животным, тогда как у человека активен только СТГ человека и приматов. Это касается как анаболической активности, так и влияния СТГ на другие виды обмена. Видовая специфичность связана не только с природой самого гормона, но и с чувствительностью эффекторного органа, т.е. рецепторов СТГ. Можно полагать, что в периферических рецепторах, взаимодействующих с гормоном, также имеются существенные межвидовые различия. Необходимо отметить, что близки к СТГ по химической структуре и влиянию на некоторые виды обмена пролактин и хорионический соматомаммотропин (плацентарный лактоген). Последний секретируется плацентой в больших количествах. Он подобно СТГ человека содержит 191 аминокислотный остаток, причем последовательность 161 аминокислотного остатка в молекуле хорионического соматомаммотропина совпадает с гормоном роста человека. Однако ростовая активность хорионического соматомаммотропина составляет лишь 0,1% от ростовой активности гормона роста. Что касается пролактина, то его молекула включает 199 аминокислотных остатков и только 16% их последовательности идентично гормону роста.

СТГ принимает участие в регуляции многих видов обмена веществ, но основное его действие направлено на регуляцию обмена белков и процессов, связанных с ростом и развитием организма. Под влиянием гормона роста усиливается синтез белка в костях, хрящах, мышцах, печени и других внутренних органах, увеличивается общее количество РНК, синтез ДНК и общее число клеток, повышается активность орнитиндекарбоксилазы, которая контролирует синтез полиаминов (спермин, путресцин и др.) и ДНК-зависимой РНК-полимеразы, ускоряется транспорт аминокислот внутрь клетки через клеточную мембрану, уменьшается катаболизм белка, что проявляется снижением уровня остаточного азота и мочевины в организме, положительным азотистым балансом. СТГ посредством стимуляции синтеза эпифизарного хряща оказывает влияние на рост в длину неполовозрелых животных. Кроме того, в связи с активацией периостального роста увеличивается ширина и толщина костей. Одновременно с этим под влиянием СТГ растут другие тканевые структуры организма, включая соединительную ткань, мышцы и внутренние органы (сердце, легкие, печень, почки, кишечник, поджелудочная железа, надпочечники и др.).

На жировой обмен СТГ оказывает преходящее (в течение 30-40 мин) инсулиноподобное действие, что проявляется усилением процессов липогенеза. Однако в дальнейшем усиливаются процессы липолиза с повышением мобилизации жира из депо, что приводит к повышению в плазме крови свободных жирных кислот, а в случае недостаточности инсулина увеличивается содержание кетоновых тел в крови. Энергия, образующаяся при повышенном распаде жиров, используется на анаболические процессы в белковом обмене.

На углеводный обмен СТГ оказывает кратковременное (в течение 30-40 мин) инсулиноподобное действие – повышаются поглощение и утилизация глюкозы жировыми клетками, что приводит к незначительному снижению содержания глюкозы в крови. При хроническом избытке СТГ использование глюкозы жировыми тканями и мышцами снижается, повышается глюконеогенез в печени. Кроме того, гормон роста стимулирует a-клетки поджелудочной железы, секретирующие глюкагон, и повышает активность ферментов, разрушающих инсулин. Компенсация диабетогенного действия СТГ осуществляется за счет повышения секреции инсулина, что сопровождается гиперинсулинемией, которая при истощении резервных возможностей b-клеток поджелудочной железы может сменяться гипоинсулинемией, абсолютной инсулиновой недостаточностью и развитием сахарного диабета. Повышение резистентности к инсулину при избыточной секреции СТГ связано с тем, что гиперинсулинемия приводит к уменьшению количества инсулиновых рецепторов.

Биологическая активность гормона роста объясняется не только последовательностью его аминокислот, но и структурой молекулы, которая является высококонсервативной у всех видов млекопитающих. Так, свиной гормон роста имеет третичную структуру, что соответствует двум “скрученным узлам” четырех a-спиралей. Наличие третичной структуры в молекуле СТГ необходимо для проявления биологических и иммунологических свойств гормона. B. Cunningham и J. Wells (1991), основываясь на данных третичной структуры свиного СТГ, предложили модель третичной структуры гормона роста человека. Функциональная карта включает 2 связывающих домена (лактогенный – домен А и ростовой – домен B) Центральная роль в домене А принадлежит иону цинка, а 4 a-спирали локализуются в домене В. Нативная форма СТГ с мол. м. 22 кДа обладает всем спектром биологических эффектов: ростовой активностью, стимулирует образование инсулиноподобного фактора роста 1 (ИФР 1), вызывает ретенцию азота, фосфатов, натрия, проявляет анаболическую активность во многих тканях, обладает антиинсулиновой (диабетогенной) и инсулиноподобной активностью. Гормон роста с мол. м. 20 кДа имеет значительно сниженную аффинность к комплексированию с рецепторами по сравнению с СТГ с мол. м. 22 кДа (по некоторым данным, его связывающая активность составляет всего 10%). Однако, несмотря на низкую аффинность, ростовая, лактогенная активность и способность стимулировать образование ИФР 1 у него остаются такими же, как у СТГ с мол. м. 22 кДа. Это объясняется его медленным метаболическим клиренсом и более длительным сохранением биологических свойств.

Периферическое действие СТГ начинается с комплексирования гормона с соответствующими рецепторами, расположенными на мембранах клеток-мишеней. Показано наличие специфических рецепторов к СТГ на мембране гепатоцитов и лимфоцитов человека. Используя библиотеку кДНК печени человека и кролика, был клонирован рецептор к гормону роста, который содержал 638 аимнокислотных остатков. Причем на молекулу рецептора гормона роста приходится 620 аминокислот, а 18 принадлежат сигнальному пептиду. Молекулярная масса рецептора к СТГ составляет 70 кДа, что значительно ниже по сравнению с мол. м. изолированного рецептора (S. Stred и соавт., 1990). Это объясняется гликозилированием внеклеточного домена, и мол. м. такого рецептора увеличивается почти до 130 кДа. Ген, ответственный за синтез рецептора к гормону роста, локализуется на 5-й хромосоме (5p13, 1-12; D. Barton и соавт., 1989). Дальнейшие исследования позволили установить, что ген рецептора к СТГ и ген рецептора к пролактину локализуются на одной и той же хромосоме: 5p 13-14 (K. Arden и соавт., 1990). Рецепторы к гормону роста выявлены в печени, жировой ткани, яичках, желтом теле, скелетных мышцах, хрящевой ткани, мозге, легких, поджелудочной железе, кишечнике, сердце, почках, лимфоцитах и тимоцитах. Рецептор к СТГ относится к группе мембранных рецепторов, имеющих 7 трансмембранных фрагментов. B. Cunningham и соавт. (1991) показали, что в связывании гормона с рецептором участвуют аминокислотные последовательности внеклеточных фрагментов молекулы рецептора. Было показано, что в комплексировании гормона роста человека участвуют 29 аминокислотных остатков рецептора, а в рецепторе к гормону крупного рогатого скота комплексирование осуществляется 18 аминокислотными остатками. Исследования с использованием кристаллографии показали механизмы активирования рецептора в процессе его комплексирования с гормоном. При этом 2 молекулы внеклеточного рецепторного домена копмлексируются с одной молекулой гормона (A. de Vos и соавт., 1992). Сначала гормон связывается с высокоаффинным местом и лишь только после того, как это связывающее место будет занято, наступает комплексирование молекулы гормона со вторым связывающим местом. Таким образом, для проявления полной биологической активности гормона требуется димеризация двух рецепторов. Мутация аминокислот в этих участках приводит к различной патологии роста. Период полураспада рецептора к СТГ составляет менее 1 ч. Комплексирование СТГ с рецептором вызывает соответствующие конформационные изменения последнего и образование вторичных мессенджеров, которые участвуют в трансдукции гормонального сигнала. Несмотря на интенсивные исследования в этом направлении, имеются скудные данные о вторичных мессенджерах СТГ. Считается, что активирование гормоном рецептора к СТГ сопровождается повышением активности тирозинкиназы, активированием протеинкиназы C, фосфолипазы С и повышением уровня диацилглицерина и инозитол трифосфата. Гормон роста человека имеет высокую аффинность не только к собственному рецептору, но и к рецептору пролактина, чем он и отличается от СТГ животного происхождения. Количество рецепторов и их экспрессия на мембране клеток в тканях-мишенях (печень, сердце, почки, кишечник, мышцы), по данным L. Mathews и соавт. (1989), зависит от концентрации гормона, и повышение уровня СТГ приводит к уменьшению их числа. Удаление гормона из инкубационной среды способствует восстановлению количества рецепторов, причем оно может быть подавлено ингибиторами белкового синтеза. Гипофизэктомия у крыс сопровождается уменьшением количества рецепторов к СТГ, а заместительная терапия гормоном приводит к восстановлению их количества.

Гормон роста в крови находится в связанном со специфическими белками (СТГ-связывающие белки) состоянии, что было доказано лишь в последние годы. Исследования по идентификации этих белков продолжались несколько десятилетий. В середине 60-х годов несколькими исследователями было установлено, что гормон роста может находяться в сыворотке крови в связанной форме как с b- и g-глобулинами, так и с альбуминами. D. Hadden и T. Prout (1964) установили наличие комплексирования СТГ с a2-макроальбуминами. По мнению W. Hunter (1965), наличие дисульфидных групп в молекуле гормона роста обеспечивает образование комплекса гормона с альбуминами и, вероятно, эта особенность СТГ объясняет присутствие небольших количеств альбумина даже в высокоочищенных препаратах гормона.

Обнаруживаемая гетерогенность препаратов гормона роста объяснялась артефактом, агрегацией, денатурацией гормона в период йодирования или наличием посторонних примесей, но многочисленные исследования показывали множественность форм, или полиморфизм, гормона, который настолько постоянен, что легко воспроизводился от опыта к опыту. Однако S. Berson и R. Yalow (1966) опубликовали убедительные данные о том, что полипептидные гормоны находятся в крови в свободном состоянии. Авторитет этих ученых был настолько высок, что их данные были востриняты как догма, которая оставалась незыблемой в течение многих лет. Лишь в 1986 г. появилась обстоятельная публикация G. Baumann и соавт. об идентификации ими специфических высокоаффинных белков в плазме, связывающих гормон роста. Через 4 года G. Baumann и M. A. Shaw (1990) охарактеризовали второй низкоаффинный белок плазмы крови человека, также связывающий СТГ. К настоящему времени установлено, что высокоаффинный связывающий СТГ белок является гликопротеином с мол. м. 61 кДа. Этот белок связывает гормон роста мол. м. 22 кДа с высокой аффинностью (Ka=3-9х108 л/моль). Аффинность этого белка для СТГ с мол. м. 20 кДа значительно ниже, а для гормона роста вариантной формы (GH-V) аффинность связывающего белка такая же, как и для формы СТГ с мол. м. 22 кДа. Связывающая способность плазмы взрослого человека составляет около 20 нг/мл (около 0,9 нмоль/л). При физиологических условиях 45% СТГ с мол. м. 22 кДа и 25% СТГ с мол. м. 20 кДа в сыворотке крови находятся в связанном с СТГ-связывающим белком состоянии. При концентрации СТГ в сыворотке крови выше 15-20 нг/мл снижается количество гормона роста, связанного с СТГ-связывающим белком. Так, при концентрации СТГ в сыворотке крови до 6-7 нг/мл 46% гормона находится в связанном состоянии, а при концентрации гормона роста в крови от 35 до 50 нг/мл в связанном с белками крови находится всего лишь 36-38%. Комплекс, состоящий из гормона роста и СТГ-связывающего белка, имеет мол. м. 80-85 кДа. Установлено, что гормон роста в сыворотке крови в связанном с СТГ-связывающим белком состоянии находится почти в 10 раз дольше, чем свободный СТГ. Метаболический клиренс и скорость деградации гормона роста, комплексированного с СТГ-связывающим белком, ниже по сравнению со свободным гормоном более чем в 10 раз. Таким образом, комплекс гормона роста с СТГ-связывающим белком является своеобразным резервуаром (хранилищем) циркулирующего гормона роста. Биологически активной является свободная фракция гормона, которая для СТГ составляет около половины от всего количества циркулирующего гормона. Концентрация СТГ-связывающего белка в крови хотя имеет индивидуальные различия, но не зависит от пола. L. M. S. Carlsson и соавт. (1993) предложили лигандно-опосредованный иммунно-функциональный метод, позволяющий разделить общее количество СТГ-связывающего белка на свободную и связанную с гормоном фракцию в сыворотке крови. Ими было показано, что концентрация общего СТГ-связывающего белка составляет 176,5±11 пмоль/л. Содержание комплексированного гормона с СТГ-связывающим белком равно 38,5±6,7 пмоль/л, а свободного СТГ – 105,7±15,6 пмоль/л. Авторы подтвердили пульсирующий тип секреции СТГ, а комплексирование СТГ с соответствующим белком сыворотки крови позволяет “сгладить” биологическое влияние пиковых концентраций гормона роста. При этом изменения концентрации СТГ-связывающего белка в течение суток являются минимальными, и для клинических целей уровень этого белка в сыворотке крови может быть определен из любого образца взятой крови. Кроме того, в этом, как и в другом исследовании (M. Mercado и соавт., 1993), было доказано, что определение содержания СТГ-связывающего белка является непрямым методом определения рецепторов к гормону роста. Спустя некоторое время I. Rajkovic и соавт. (1994) разработали метод с использованием двукратного связывания моноклональных антител, позволяющий непосредственно определять содержание СТГ-связывающего белка в крови. Оказалось, что у женщин уровень этого белка в крови достоверно выше по сравнению с мужчинами и составляет 0,99±0,12 против 0,63±0,09 нмоль/л. Кроме того, содержание СТГ-связывающего белка у больных акромегалией и страдающих недостаточностью гормона роста не отличалось от нормы, тогда как терапия эстрогенами женщин в период постменопаузы способствовала увеличению концентрации СТГ-связывающего белка в 5 раз. У новорожденных выявляется низкое содержание СТГ-связывающего белка, которое прогрессивно повышается в течение детства и остается практически на постоянном уровне у взрослых. У больных сахарным диабетом 1 типа, при циррозе печени, уремии, у лиц племени пигмеи и при синдроме Ларон уровень СТГ-связывающего белка в крови снижен. При акромегалии и задержке роста, вызванной недостаточностью СТГ, концентрация СТГ-связывающего белка в сыворотке крови в пределах нормы. R. Barnard и соавт. (1989) с помощью панели моноклональных антител установили, что структурно и функционально белок, связывающий СТГ, представляет собой растворимую форму внеклеточного домена рецептора гормона роста. G. Baumann и соавт. (1987) и W. Daughaday и B. Trivedi (1987) показали, что у больных с задержкой роста типа синдрома Ларон СТГ-связывающий белок в сыворотке крови отсутствует или биологически неактивен. Наряду с этим при синдроме Ларон выявлен также дефект рецептора гормона роста, проявляющийся в виде частичной делеции или мутации гена, ответственного за синтез рецептора СТГ.

Второй низкоаффинный СТГ-связывающий белок сыворотки крови имеет мол. м. около 100 кДа и, связывая одну молекулу СТГ, образует комплекс с мол. м. 125 кДа. Низкоаффинный СТГ-связывающий белок способен комплексировать 7-8% циркулирующего СТГ с мол. м. 22 кДа и 25% гормона роста с мол. м. 20 кДа. Как показали исследования J. Kratzsch и соавт. (1995), низкоаффинный СТГ-связывающий белок представляет собой трансформированный a-2 макроглобулин, являющийся гликопротеином плазмы и ингибитором протеаз. Физиологическое значение такого комплексирования СТГ с a-2 глобулином не совсем ясно, но, видимо, такое взаимодействие СТГ с глобулином защищает его от действия протеаз.

Мономерный СТГ фильтруется в клубочках почек и катаболизируется в проксимальных канальцах. Экскреция СТГ с мочой составляет 0, 01% от его количества, фильтрующегося в клубочках почек.

Тканевое действие СТГ опосредуется вторичной субстанцией, которая образуется в печени, других периферических тканях и, возможно, в почках. Долгое время это вещество называлось фактором сульфатирования (сульфатации), ”тимидин-фактором” или плазменным фактором роста. Этот фактор активирует включение сульфата в хрящи и глюкозаминогликаны, лейцина – в глюкозаминогликаны, пролина – в коллаген хряща, уридина – в РНК и тимидина – в ДНК. Было также показано увеличение под влиянием фактора сульфатирования синтеза белков в диафрагме крыс, в связи с чем был предложен другой термин – ”соматомедины”, которым обозначают все СТГ-зависимые факторы плазмы, опосредующие рост тканей. В свое время соматомедины подразделялись на соматомедин А, B и C. В последующие годы после идентификации и установления химической структуры оказалось, что в действительности имеются 2 соединения – инсулиноподобный фактор роста 1 и 2 (ИФР 1 и 2). Название обусловлено их структурой, которая напоминает структуру молекулы проинсулина.

Молекула ИФР 1 является простой полипептидной цепью, включающей 70 аминокислотных остатков, а ИФР 2 – 67 аминокислотных остатков. Домен, гомологичный С-пептиду проинсулину, в молекулах ИФР короче и состоит только из 12 аминокислотных остатков. Ген, кодирующий синтез ИФР 1, локализуется на 12-й хромосоме, а ген, кодирующий ИФР 2 – на 11-й хромосоме проксимальнее и в непосредственной близости от гена, кодирующего инсулин. Показано, что экспрессия мРНК ИФР 1 и 2 имеет место уже у эмбриона человека на 16-20-й неделе беременности. Концентрация мРНК ИФР 2 в этот период в печени, почках, кишечнике, коже и поджелудочной железе выше, чем уровень мРНК ИФР 1. У взрослого человека экспрессия гена ИФР 2 в печени значительно выше, чем в других тканях. В период эмбриональной жизни содержание ИФР 1 в сыворотке крови низкое и после родов отмечается постепенное ее нарастание, достигая максимума в пубертатный период, когда его уровень соответствует значениям, наблюдаемым у больных акромегалией. Во взрослом состоянии содержание ИФР 1 в сыворотке крови остается достоточно стабильным и имеет тенденцию к снижению у лиц пожилого возраста. Концентрация ИФР 1 в сыворотке крови имеет прямую корреляцию с содержанием СТГ в крови. Более того, содержание ИФР 1 в сыворотке крови является более чувствительным и более стабильным индексом, отражающим секрецию гормона роста в организме. Изменения уровня ИФР 1 в сыворотке наблюдаются параллельно с изменениями СТГ-связывающего белка, отражая скорость их продукции в печени. Таким образом, содержание ИФР 1 в сыворотке крови регулируется концентрацией СТГ и отражает соматотропную функцию гипофиза. Что касается ИФР 2, то его содержание в сыворотке крови на протяжении всей жизни подвержено незначительным колебаниям.

Оба фактора стимулируют включение тимидина в ДНК фибробластов и сульфата в хрящи, усиливают белковый синтез, увеличивают количество РНК и являются митогенами. Ростстимулирующее действие у них выражено в 50-100 раз сильнее по сравнению с таковым инсулина, однако специфическая метаболическая активность (влияние на обмен глюкозы) у них во столько же раз меньше, чем у инсулина, вследствие невысокой аффинности к этим факторам инсулиновых рецепторов. E. Chin и соавт. (1994) показали, что рецепторы к ИФР 1 и 2 в почках локализуются как в мозговом слое, так и в клубочках и в канальцах почек, хотя их концентрация в последних была значительно ниже. Инсулин комплексировался с рецепторами к ИФР 1, но не с рецепторами к ИФР 2. Инсулин конкурировал и с меченым ИФР 1 и вытеснял последний на 39±8% в клубочках почек, на 60±7% – в канальцевой зоне коры и на 32±7% – в мозговом слое почки. ИФР 1 и 2 циркулируют в крови в связанном с различными специфическими белками состоянии и в зависимости от белка, связавшего ИФР, резко изменяется биологическая активность такого комплекса. Различают 4 типа белков сыворотки крови, связывающих ИФР: это ИФР-связывающий белок 1-го типа (состоит из 259 аминокислотных остатков, мол. м. 28 кДа, концентрация в сыоротке крови – 0,8-2,8 нмоль/л); ИФР-связывающий белок 2-го типа (состоит из 289 аминокислотных остатков, мол. м. 31,3 кДа, концентрация в сыворотке крови-6,1-18, 3 нмоль/л); ИФР-связывающий белок 3-го типа (состоит из 264 аминокислотных остатков, мол. м. 42-45 кДа, концентрация в сыворотке крови – 60-170 нмоль/л); a-субъединица (состоит из 578 аминокислотных остатков, мол. м. 85 кДа, концентрация в сыворотке – 229-339 нмоль/л). Кроме того, идентифицированы еще 3 дополнительных белка, связывающих ИФРы: это ИФР-связывающий белок 4-го типа, 5-го типа и 6-го типа. Установлена их структура (они состоят из 237; 252 и 228 аминокислотных остатков соответственно и имеют мол. м. 24; 31 и 28-34 кДа), но концентрация их в сыворотке крови ниже чувствительности существующих методов. Около 75% циркулирующего ИФР 1 и 2 находится в комплексе с мол. м. 150 кДа. Такие комплексы состоят из гликозилированного ИФР-связывающего белка 3-го типа с мол. м. 53 кДа, ИФР и лабильной a-субъединицы с мол. м. 85 кДа. ИФР 1 и 2 могут диссоциировать из указанного комплекса лишь после того как ИФР-связывающий белок будет диссоциирован от a-субъединицы. Таким образом, функция a-субъединицы выполняет регулирующую роль в поддержании определенного физиологического соотношения между свободной и связанной фракциями ИФР. Период полураспада таких комплексов в сыворотке крови составляет около 12 часов. Считается, что основным местом образования как ИФР-связывающих белков, так и a-субъединицы является печень.

Биологическое действие ИФР осуществляется через соответствующие рецепторы, расположенные в плазматической мембране клеток тканей-мишеней. Различают два типа рецепторов – 1-го и 2-го типа. Ген, ответственный за синтез рецептора 1-го типа, локализуется на дистальной части 15-й хромосомы, включает более 100 kb и содержит 21 экзон. Рецептор к ИФР 1 и 2 имеет структуру, близкую к структуре инсулинового рецептора, и состоит из двух идентичных гетеродимеров (внемембранная a-цепь имеет мол. м. 130 кДа и внутримембранно-внутриклеточная b-цепь с мол. м. 90 кДа). Две a-цепи рецептора связаны двумя сульфгидрильными мостиками и образуют a-субъединицу, а две b-цепи в свою очередь связаны с a-цепями также сульфгидрильными мостиками. Молекула рецептора ИФР 1 включает 1367 аминокислотных остатков, из которых 30 приходится на сигнальный пептид и 1337 – на собственную молекулу рецептора. a-Цепь состоит из 1-706 аминокислот, а b-цепь включает 711-1337 аминокислотных остатков; 4 аминокислоты в положении 707-710 подвергаются воздействию эндопептидаз и протеолитическому отщеплению. Фрагмент a-цепи с последовательностью аминокислот 148-302 богат цистеином и носит название “цистеиновый домен”, а фрагмент b-цепи с последовательностями аминокислот 973-1229 cодержит тирозинкиназу и носит название “тирозинкиназный домен”. Последовательность b-цепи с аминокислотными остатками 906-929 соответствует трансмембранной части рецептора. Взаимодействие рецептора с молекулой ИФР осуществляется цистеиновым доменом, который высокоаффинен к ИФР 1 и имеет низкую аффинность к ИФР 2. Считается, что биологическое действие ИФР 2 опосредуется через рецептор ИФР 1 первого типа. Комплексирование ИФР 1 с рецептором приводит к конформационным изменениям трансмембранной части рецептора с последующей активацией тирозинкиназной активности и фосфорилированием белком, собственно ответственных за биологическое действие. Что касается рецептора ИФР второго типа, то он представляет собой бифункциональную полипептидную молекулу с мол. м. 27 кДа. Внеклеточная часть этого рецептора содержит высокоаффинные связывающие места для ИФР 2 и гликопротеинов, содержащих маннозо-6-фосфат. Второй тип рецептора обладает низкой аффинностью к связыванию ИФР 1. Трансдукция гормонального сигнала у рецептора второго типа осуществляется через активирование G-белков рецептора. После комплексирования рецептора второго типа с ИФР происходит быстрая интернализация гормонорецепторного комплекса с последующей деградацией ИФР 2.

Исследования показали, что ИФР 2 стимулирует синтез гликогена, вхождение кальция в клетку и поглощение тимидина фибробластами.

Таким образом, гормон роста осуществляет биологическое действие через образование соматомединов (ИФР 1 и 2), которые образуются в печени и других периферических тканях и являются посредниками анаболического, ростового влияния СТГ. Последние осуществляют свое действие с помощью гормонального, паракринного или аутокринного механизмов. Что касается влияния СТГ на эпифизарную ткань, то имеются две точки зрения. Первая описана выше, вторая заключается в том, что гормон роста первично стимулирует дифференцировку прехондроцитов в зоне эпифизарного хряща, которые после этого приобретают способность образовывать ИФР 1. Последний стимулирует клональную экспансию и созревание хондроцитов. Помимо этого соматомедины стимулируют митогенез и в других тканях (фибробласты, преадипоциты, премиоциты), синтез различных специфических белков (коллагена, хондроитин сульфата, d-кристаллина и др.), а также поглощение аминокислот, a-аминомасляной кислоты, глюкозы. Хотя сахароснижающая способность у ИФР 1 составляет лишь 1/13 от гипогликемизирующего действия инсулина, но при внутривенном введении больших его доз (13 нмоль/кг) здоровым добровольцам имела место резко выраженная гипогликемия (H. P. Guler и соавт., 1987).

Cодержание гормона роста в сыворотке крови при определении радиоиммунологическим методом составляет 3,82±0,24 нг/мл (от 1 до 4,5 нг/мл). Обычно утром натощак у здорового человека уровень СТГ в плазме крови не превышает 5 нг/мл (232 пмоль/л). Период полураспада в сыворотке или плазме крови составляет 20-40 мин. Около 5% СТГ, содержащегося в гипофизе, ежедневно высвобождается, что составляет около 1,2 мг за 24 ч. Еще в 1973 г. D. Owens и соавт. показали, что скорость метаболического клиренса СТГ составляет 30 мл/кг•мин. Скорость секреции гормона роста, рассчитанная на основании этих исследований, после его однократного введения составляет в препубертатном возрасте 29 мкг/кг в сутки; в раннем пубертате – 20; в позднем пубертате – 60; в постпубертатном – 19; и во взрослом состоянии – 17 мкг/кг в сутки.

Регуляция секреции гормона роста осуществляется ЦНС посредством секреции и высвобождения в портальную систему гипофиза гипофизотропных гормонов-соматостатина и соматолиберина (см. главу 2). Оба этих гормона, как и сам гормон роста, вовлечены в короткую цепь отрицательной обратной связи регуляции СТГ. Длинная цепь отрицательной обратной связи включает соматомедины, преимущественно ИФР 1, который стимулирует, с одной стороны, секрецию соматостатина, а с другой, угнетает способность соматолиберина стимулировать секрецию СТГ. К стимулирующим секрецию СТГ физиологическим факторам относятся сон, физическая нагрузка, длительный голод, стресс, недостаток белков в пище и снижение уровня глюкозы. Различные фармакологические вещества также стимулируют образование и высвобождение СТГ: инсулиновая гипогликемия, инфузия аминокислот (аргинин, лизин, лейцин), введение глюкагона, вазопрессина, эстрогенов, серотонина, a-адренергических агонистов (клонидин), b-адренергических антагонистов (индерал), дофаминергических (l-дофа, апоморфин, бромокриптин) и агонистов g-аминомасляной кислоты (мусцимол), а также пирогенов. Показано, что стимулирующее влияние многих веществ (аргинин, l-дофа) и воздействий (гипогликемия, физическая нагрузка) опосредуется через a-адренергический механизм, что может быть заблокировано применением фентоламина (блокатор a-рецепторов) и потенцировано применением блокатора b-адренергических рецепторов пропранолола.

Снижение секреции гормона роста наблюдается при гипергликемии и повышении уровня свободных жирных кислот в крови, приеме антагонистов серотонина (метизергид, ципрогептадин), a-адренергических антагонистов (фентоламин), дофаминергических антагонистов (хлорпромазин, галоперидол), теофиллина, прогестерона. Холецистокинин, ацетилхолин, ВИП опиоидные пептиды модулируют секрецию СТГ опосредованно через влияние на секрецию соматостатина и соматолиберина гипоталамусом.

Гормон роста высвобождается пульсирующим способом, и выброс СТГ происходит через каждые 3-5 ч. Характерным для секреции СТГ является его значительное высвобождение через 60-90 мин от начала сна. Как пульсирующая, так и величина скорости секреции, а также содержание гормона роста в сыворотке крови изменяются в различные периоды жизни. Так, по данным P.M. Martha и соавт. (1992), количество секреторных выбросов (пульсов) в допубертатном периоде (9±0,3 лет) составляет 8,8±0,7; в раннем пубертате (11,5±0,2 лет) – 7±0,5; позднем пубертате (14,4±0,2 лет) – 7, 8±0,6; в постпубертатном периоде (16,4±0,4 лет) – 6, 6±0,6 и во взрослом состоянии (23±0,6 лет) – 6,1±0,5 пульсов за 24 ч. За каждую амплитуду пульса или за каждый выброс высвобождается следующее количество СТГ: 14,4±1,3; 12,8±1,3; 22,4±2,8; 14,7±3,9 и 10,3±1,3 мкг/л соответственно. Содержание гормона роста в течение суток в этих же возрастных группах составляло соответственно 6,7±1,0; 4,7±0,7; 13,8±2,4; 4,4±0,9; 3,9±0,5 нг/мл (мкг/л). Секреция гормона роста осуществляется в соответствии с циркадным (околосуточным) ритмом. Пик секреции СТГ приходится на ночное время (через 1-4 ч от начала сна) в 3-ю и 4-ю фазу сна. Подсчитано, что на ночное время приходится около 70% гормона, секретируемого в течение суток.