KASVUHORMONI (SOMATOTROPIINI): RAKENNE, TOIMINNOT - BIOLOGIA - 2026

Somatotropiini (STH) tai kasvuhormonin (GH lyhyen) on suhteellisen pieni proteiini tuotetaan tasolla adenohypofyysissa ja joka osallistuu kehittymiseen prosesseissa, pitkittäinen organismin kasvun ja ohjaus eri metabolisia prosesseja.

Se on ei-glandotrooppinen hormoni. Aivolisäkkeen glandotropiiniset hormonit vaikuttavat muokkaamalla muiden hormonien, joita tuotetaan muissa endokriinisissä rauhasissa organismin reuna-alueilla, synteesiä ja vapautumista.

Hormonin muutokset aivolisäkkeessä (Lähde: Dubaele / Public domain, Wikimedia Commonsin kautta)

Glandotropiinisia hormoneja ovat esimerkiksi adrenokortikotropiini (ACTH), gonadotropiinit (FSH ja LH) ja kilpirauhasta stimuloiva hormoni (TSH).

Ei-glandotropiiniset hormonit puolestaan, mukaan lukien prolaktiini ja kasvuhormoni, toimivat ilman minkään muun endokriinisen rauhanen apua, koska ne kohdistavat toimintansa suoraan kohdesoluihin, joiden toimintaa ne säätelevät.

Rakenne

Kasvuhormoni on suhteellisen pieni proteiini, jota esiintyy useissa isomuodoissa. Suurin isoformi koostuu noin 191 aminohaposta, sen molekyylipaino on 22 kDa ja se on johdettu pidemmästä 28 kDa: n edeltäjäpeptidistä (pre-GH), joka myös erittyy, mutta jolla ei ole fysiologisia toimintoja.

Somatotropiini näyttää rakenteeltaan evoluuttisesti homologiselta prolaktiinille ja koorioniselle somatomamotropiinille (CS), jälkimmäistä tuotetaan istukassa. Tällainen on samankaltaisuus, että näiden kolmen katsotaan muodostavan hormonaalisen perheen.

Arvioitu kasvuhormonin rakenne (Lähde: Роман Беккер, Wikimedia Commonsin kautta)

Somatotropiinin sekundaarinen rakenne osoittaa 4 stabiloitua alfa-heliksiä kahden disulfidisillan kanssa, joiden konfiguraatio on välttämätön hormonin vuorovaikutukselle reseptorinsa kanssa.

Rakenteen suhteen ja korostamisen arvoinen tosiasia on se, että vaikka eri lajien kasvuhormonilla on huomattavia samankaltaisuuksia ihmisen kanssa, vain viimeksi mainituilla ja kädellisillä on vaikutuksia merkittävä ihmisillä.

ominaisuudet

Somatotropiinin toiminnot kuvataan yleensä sellaisina, jotka liittyvät organismin kehitykseen ja kasvuun. Myös aineenvaihduntaan liittyvät, joihin kuuluvat hormonin edistämät lipidien ja glukoosin metabolian muutokset.

Kasvutoimintoja voidaan kuitenkin pitää myös metabolisina, koska niihin liittyy proteiinisynteesiin liittyviä anabolisia toimintoja, jotka eivät sulje pois joitain muita toimintoja ilman suoraa yhteyttä aineenvaihduntaan, kuten solujen lisääntyminen.

Jotkut somatotropiinin osoittamista toiminnoista tai toiminnoista kohdistuu tähän hormoniin suoraan sen valkoisiin kudoksiin, mutta monet niistä suorittavat jotkut muut aineet, joiden synteesiä ja vapautumista stimuloi kasvuhormoni.

IGF-synteesi

Somatotropiinin ensimmäinen toimintalinja on juuri näiden aineiden synteesi, joita kutsutaan insuliinin kaltaisiksi kasvutekijöiksi (IGF), joista on tunnistettu tyypit 1 ja 2. Ne on nimetty IGF1: ksi (tärkein) ja IGF2 niiden englanninkielisen lyhenteen mukaan.

Nämä tekijät tunnettiin alun perin, ja niille on edelleen osoitettu, somatotropiinin tai somatomediinien C (IGF1) ja A (IGF2) aktiivisuuden välittäjinä tai myös ei-tukahduttavana insuliinin kaltaisena aktiivisuutena (NSILA). Niitä syntetisoivat monet solutyypit, mutta ne tuotetaan pääasiassa maksassa.

STH: n ja IGF1: n toimet ovat hyvin erilaisia. Jokainen näistä aineista vaikuttaa joihinkin itsenäisesti, joskus yhdessä ja synergistisesti, ja toisinaan ne vaikuttavat vastakkaisesti.

Kasvun induktio

Tämä on yksi tärkeimmistä toimista, joita somatotropiini edistää, mutta suoritetaan yhdessä IGF1: n kanssa. Vaikka molemmat indusoivat lukuisten kehon kudosten kasvun, niiden näkyvin vaikutus on luuston kasvuun.

Tämän lopputuloksen tuottavat hormonin ja IGF1: n indusoimat erilaiset vaikutukset. Niihin sisältyy lisääntynyt proteiinisaostuminen kondroosyyttisten ja osteogeenisten solujen keskuudessa, näiden solujen lisääntynyt lisääntymisnopeus ja kondrosyyttien muuntaminen osteogeenisiksi soluiksi; kaikki tämä johtaa uuden luun talletukseen.

Organismin kasvun ja kehityksen aikana ja ennen luisten epifyyttien sulkeutumista uusi rusto kerrostuu epifyyseihin, mitä seuraa sen muuttuminen uudeksi luuksi, jolla diafysioita pidennetään ja epifysiot erotetaan.

Epifyysisen ruston asteittainen kulutus heikentää sitä eikä luu voi jatkaa kasvuaan. Myöhäisessä murrosiässä diafysiikka ja epifysiikka sulautuvat sitten kumpaankin päähän, ja pitkien luiden kasvu hidastuu ja lopulta loppuu.

Toinen mekanismi voi selittää luiden kasvaneen paksuuden. Periosteaaliset osteoblastit keräävät uuden luun vanhalle, ja osteoklastit eliminoivat vanhan luun. Jos saostumisnopeus ylittää poistumisnopeuden, paksuus kasvaa.

Kun kasvuhormoni stimuloi osteoblasteja voimakkaasti, luiden paksuus voi kasvaa edelleen, vaikka niiden pituus ei enää muutu epifyyttien sulkeutumisen vuoksi.

Valkuaisaineiden lisääntyminen kudoksiin

Tämä vaikutus voidaan saavuttaa erilaisilla mekanismeilla: lisäämällä aminohappojen kuljetusta solukalvojen läpi, lisäämällä RNA: n translaatiota ribosomitasolla, lisäämällä transkriptiota DNA: sta RNA: hon ytimessä ja vähentämällä proteiini- ja aminohappokatabolismi.

Muut aineenvaihduntavaikutukset

Rasvakudoksessa kasvuhormoni edistää lipolyysiä ja rasvahappojen vapautumista verenkiertoon lisääen siten sen pitoisuutta kehon nesteissä. Samalla se suosii rasvahappojen muuttumista asetyylikoentsyymi A: ksi ja niiden käyttöä energialähteenä kaikissa kudoksissa.

Rasvojen käytön stimulointi yhdessä proteiinien kertymisen kanssa sen anabolisen vaikutuksen vuoksi johtavat vähärasvaisen kudoksen lisääntymiseen.

Rasvan mobilisaation kasvu voi olla niin suuri, että maksa tuottaa suuria määriä asetoetikkahappoa, mikä johtaa ketoosiin ja rasvainen maksa voi kehittyä.

Suhteessa hiilihydraattimetaboliaan somatotropiinin vaikutuksiin sisältyy vähentynyt glukoosin imeytyminen rasva- ja luu-lihaskudokseen, lisääntynyt maksan glukoosituotanto ja lisääntynyt insuliinin eritys.

Kaikkia näitä vaikutuksia kutsutaan diabetogeenisiksi, ja voimakas kasvuhormonin eritys voi toistaa aineenvaihduntahäiriöt, jotka liittyvät insuliinista riippumattomaan tyypin II diabetekseen.

Muut toiminnot

GH: n ja IGF1: n anaboliset ja mitogeeniset vaikutukset ilmenevät myös sydämen, maksan, pernan, kilpirauhanen, kateenkorvan ja kielen kasvussa ja toiminnassa. Hormoni voi vaikuttaa ihon paksunemiseen, hikirauhasten stimulointiin ja hiusten kasvuun.

Munuaisissa se lisää glomerulusten suodatusnopeutta ja kalsitriolin synteesiä, edistäen siten paitsi kasvua, myös luun mineralisaatiota. Se myös edistää erytropoieesia ja fibrinogeenisynteesiä ja immuunivastetta stimuloimalla T-lymfosyyttejä ja makrofageja.

Somatotropiinin reseptorit

Somatotropiinin vaikutukset, mukaan lukien insuliinin kaltaisten kasvutekijöiden synteesin edistäminen, välittyvät sen sitoutumisen kautta spesifisiin reseptoreihin, jotka ilmenevät kohdesolumembraaneilla.

Näitä reseptoreita on kahta muotoa, joista toinen on lyhyt (katkaistu) variantti ensimmäisestä; katkaistu muoto, joka estää pitkän reseptorin toimintaa, ja mikäli se ilmenee liikaa, se aiheuttaisi kudoksen herkkyyden hormonille.

Pitkä reseptori koostuu 638 aminohaposta ja sen solunulkoinen domeeni on 250, läpäisevä alfa-kierre on noin 38 ja solunsisäinen domeeni on 350 aminohappoa. Jokainen somatotropiinimolekyyli sitoutuu lopulta kahteen reseptorimolekyyliin ja aiheuttaa niin kutsutun reseptorin dimeroitumisen.

Tämä dimerointi aktivoi JAK2-proteiinikinaasit, jotka sijaitsevat kunkin reseptorimonomeerin solunsisissä päissä, ja nämä aktiiviset kinaasit fosforyloivat muita substraatteja, kuten STAT5 ja itse somatotropiinireseptori.

Fosforyloidut STAT5-molekyylit läpikäyvät myös dimeroitumisen, mikä tekee niistä erittäin tarkkoja geeniekspression ja proteiinisynteesin säätelijöitä.

tuotanto

Somatotropiini syntetisoidaan adenohypofyysin somatotropiinisten solujen tasolla. Nämä solut värjätään voimakkaasti happamilla aineilla, minkä vuoksi niitä kutsutaan myös happofiilisiksi. Yhdessä ne ovat rauhanen runsain soluryhmä, koska ne edustavat 50% kaikista viidestä eri tyypistä.

Ihmisen kromosomin 17 pitkässä haaroissa on viiden geenin geenikompleksi, joka koodaa kasvuhormonin ja ihmisen koorion somatomamotropiinin (hCS) eri isoformeja.

Yksi niistä on hGH-N tai normaali, joka koodaa ihmisen kasvuhormonin runsaimpaa muotoa, joka on mainittu 22 kDa ja edustaa 75% kaikesta kiertävästä kasvuhormonista.

Sen messenger-RNA käy läpi "silmukoinnin" tuottamaan pienemmän muodon hormonia, 20 kDa, josta puuttuu aminohappotähteet 32-46 ja jonka osuus on 10%.

Toinen geeni (hGH-V) ekspressoituu pääasiassa istukassa ja koodaa hGH: n varianttimuotoa, jonka verenkierrossa esiintyy vain merkittäviä määriä raskauden aikana. Muut 3 geeniä koodaavat ihmisen koorion somatomamotropiinin isomuotoja.

julkaisu

Sekä kasvuhormonin synteesiä että eritystä tai vapautumista säädetään näiden toimintojen stimuloivilla ja estävillä tekijöillä.

Stimuloivia vaikutteita

Tärkeimpiä humoraalisia vaikutteita, jotka stimuloivat somatotropiinin synteesiä ja eritystä, ovat peptidit GHRH (kasvuhormonia vapauttava hormoni) ja Ghrelin.

Kasvuhormonia vapauttava hormoni (GHRH) on hypotalamuksen peptidi, jota esiintyy kahdessa variantissa, joissa on vastaavasti 40 aminohappoa ja 44 aminohappoa. Se johtaa somatotrofisissa soluissa cAMP: n synteesiin ja kasvuhormonille spesifisen transkriptiotekijän PIT1 aktivointiin.

Ghrelin on endogeenisen kasvuhormonin erittäjä. Se on noin 28 aminohapon peptidi, joka syntetisoidaan hypotalamuksen tasolla ja mahassa. Se toimii synergistisesti GHRH: n kanssa, jonka vapauttaminen se edistää, samalla kun se estää somatostatiinin vapautumista. Se toimii reseptoreiden kautta, jotka aktivoivat fosfolipaasi C: tä.

Jotkut aineenvaihduntaparametrit, kuten hypoglykemia, alhaiset vapaiden rasvahappojen pitoisuudet veressä ja korkeat aminohappopitoisuudet, ovat tärkeitä ärsykkeitä kasvuhormonin eritykselle.

Muita stimuloivia tekijöitä, joihin lasketaan, ovat akuutti stressi, kehon rasitus, kipu, sukupuolisteroidit (murrosikä), dopamiini, a2-reseptorin stimulaatio, asetyylikoliini, galaniini, serotoniini ja β-endorfiini.

Estävät vaikutukset

Näitä ovat somatostatiini tai kasvuhormonin vapautumisen estäjähormoni (GHRIH) ja negatiivinen palaute.

Somatostatiini on 14 aminohapon hypotalamuksen peptidi, joka estää kasvuhormonin eritystä, mutta ei synteesiä. Pitkä variantti, 28 aminohappoa, syntetisoidaan maha-suolikanavassa. Molemmat variantit sitoutuvat samaan reseptoriin ja estävät syklisen AMP-synteesin.

Negatiivisen palautteen suhteen vapautettu GH estää autokriinisellä toiminnalla sen myöhemmän vapautumisen. IGF1 estää kasvuhormonia vapauttavaa hormonia hypotalamuksessa ja stimuloi somatostatiinia, kun taas se estää aivolisäkkeen GH-synteesiä.

Jotkut metaboliset parametrit, kuten hyperglykemia, korkeat vapaiden rasvahappojen pitoisuudet plasmassa ja alhaiset aminohappojen tasot, ovat somatotropiinin erityksen estäjiä.

Estäjiä ovat myös kylmä, krooninen stressi, adipositeetti, progesteroni, kilpirauhashormonin puutteet, kortisolin puutokset tai ylimäärät ja β2-adrenergisen reseptorin stimulaatio.

Annos

Biosyntetisoidun kasvuhormonin terapeuttinen käyttö on tarkoitettu hoidettaessa tiloja, joissa sen erityksen puute on osoitettu, aivolisäkkeen kääpiöfismisessä ja pienten lasten hoidossa Turnerin oireyhtymän vuoksi.

Annostelu tapahtuu injektoitavan liuoksen muodossa, joka on rekonstruoitu injektiopullosta, joka sisältää lyofilisaattia 40 IU: lla biosynteettistä hormonia, ja johon lisätään mukana oleva 2 ml 0,9-prosenttista natriumkloridiliuosta.

Lasten kasvuhormonin puutoksessa suositellaan 0,07 - 0,1 IU / painokilo päivässä. Turnerin oireyhtymässä 0,14 IU / painokilo päivässä. Kasvuhormonin puutos aikuisilla: 0,018 - 0,036 IU / painokilo päivässä.

Efektien muokkaus

Kasvuhormonin terapeuttiseen antamiseen voi liittyä joitain haitallisia sivuvaikutuksia, kuten avoin yliherkkyys yleistyneen urtikarian kautta, paastohypoglykemia, tulehdus pistoskohdassa ja väliaikainen päänsärky.

Tietyn hyvänlaatuisen kallonsisäisen verenpainetaudin kehittymistä on kuvattu, useammin lapsilla ja vähemmän aikuisilla.

Hiilihydraattimetabolian osalta diabeteksen kehittymistä on ilmoitettu potilailla, jotka saavat kasvuhormonihoitoa.

Suhteessa tuki- ja liikuntaelimiin on näyttöä tulehduksellisesta myosiitista, johon liittyy lihaskipu ja lihasheikkous, jota ei tuota hormoni, vaan ehkä metakresoli, jota käytetään kaavan säilöntäaineena.

Gynekomastiaa, anemiaa ja akuuttia haimatulehdusta on ilmoitettu.

Viitteet

1. Ganong WF: Aivolisäke, 25. painos. New York, McGraw-Hill Education, 2016.
2. Guyton AC, Hall JE: Hypotalamuksen aivolisäkehormonit ja niiden hallinta, lääketieteellisen fysiologian oppikirjassa, 13. painos, AC Guyton, JE Hall (toim.). Philadelphia, Elsevier Inc., 2016.
3. Lang F, Verrey F: Hormoni, julkaisussa Physiologie des Menschen mit Pathophysiologie, 31. toim., RF Schmidt et ai. (Toim.). Heidelberg, Springer Medizin Verlag, 2010
4. Voigt K: Endokriinisysteemi, Physiologie, 6. painos; R Klinke et ai (toim.). Stuttgart, Georg Thieme Verlag, 2010.
5. Widmaier EP, Raph H ja Strang KT: Endokriiniset järjestelmät. Hypotalamus ja aivolisäke, Vanderin ihmisen fysiologiassa: kehon toiminnan mekanismit, 13. painos; EP Windmaier et ai (toimittajat). New York, McGraw-Hill, 2014.