生长激素基础知识,上海ppt课件

生长激素基础知识生长激素基础知识2010-6医学部医学部主要内容主要内容生长激素的概述生长激素的概述 生长激素的生物学特性生长激素的生物学特性 生长激素结构生长激素结构生长激素分泌调节生长激素分泌调节 生长激素的分泌特点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影响因素 生长激素分泌的调节生长激素分泌的调节生长激素的生理作用、作用机制生长激素的生理作用、作用机制一、生长激素概述一、生长激素概述 生长激素的生物学特性生长激素的生物学特性 生长激素结构生长激素结构GHGH生物学特性生物学特性人生长激素（人生长激素（hGHhGH）：垂体前叶（腺垂体）嗜酸细胞分）：垂体前叶（腺垂体）嗜酸细胞分泌的、由泌的、由191191个个AAAA组成的非糖化多肽。组成的非糖化多肽。腺垂体中含量最多的激素腺垂体中含量最多的激素,约占腺垂体激素的约占腺垂体激素的50%50%。人类人类GHGH基因簇是一组多基因家族基因簇是一组多基因家族h hGHGH基因（基因（hGH-1hGH-1和和hGH-2hGH-2）hGH-1hGH-1为正常的为正常的hGHhGH基因，主要在垂体的生长激素基因，主要在垂体的生长激素细胞中表达；细胞中表达；hGH-2hGH-2是一个变异基因，几乎只在胎盘中表达；病是一个变异基因，几乎只在胎盘中表达；病理情况下，理情况下，hGH-2hGH-2基因可在垂体瘤组织中表达。基因可在垂体瘤组织中表达。绒毛膜促生长泌乳素基因（绒毛膜促生长泌乳素基因（hCS-AhCS-A、hCS-B hCS-B和和hCS-ChCS-C）GHGH生物学特性生物学特性垂体和循环中垂体和循环中hGHhGH 的分子是非均一的，包括的分子是非均一的，包括单体、单体单体、单体聚合体、分子片段和单体与其它蛋白的复合物。聚合体、分子片段和单体与其它蛋白的复合物。hGHhGH的分子量的分子量20 KD20 KD：约占垂体和循环中：约占垂体和循环中hGHhGH的的5 51010，对糖代谢影响较小，对糖代谢影响较小，对促生长、对促生长、IGFIGF生成和生乳作用于生成和生乳作用于22KD22KD的单体相似，但与的单体相似，但与hGHhGH受受体亲和力较弱。体亲和力较弱。22 KD 22 KD：是主要的：是主要的hGHhGH单体的分子形式，约占垂体内单体的分子形式，约占垂体内hGHhGH的的70707575，也是循环中主要的，也是循环中主要的hGHhGH （约占（约占4343左右）左右）。25 KD 25 KD：hGH-2hGH-2基因的翻译产物，可发生糖基化，故分子量增加。基因的翻译产物，可发生糖基化，故分子量增加。GHGH的一级结构的一级结构二硫键二硫键GHGH的天然构象的天然构象第一张第一张hGH晶体衍射照片晶体衍射照片SCIENCE，1992；255：306-312二、二、GHGH分泌调节分泌调节 生长激素的分泌特点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影响因素 生长激素分泌的调节生长激素分泌的调节GH的分泌特点的分泌特点脉冲式分泌脉冲式分泌 GHGH以脉冲形式分泌，昼夜波动大，在分泌低峰时以脉冲形式分泌，昼夜波动大，在分泌低峰时,血循环中难测血循环中难测到。到。一般一般GHGH分泌频率夜间比白天多，青春期前和青春期分泌频率夜间比白天多，青春期前和青春期24h24h内约有内约有6868次脉冲数次脉冲数,约每约每3 34 4小时小时1 1次。青春发育中期分泌脉冲幅度最次。青春发育中期分泌脉冲幅度最大，分泌量最多。大，分泌量最多。24h24h内脉冲数和振幅与年龄相关。内脉冲数和振幅与年龄相关。昼夜节律昼夜节律 正常人入睡后正常人入睡后1 1小时（小时（4590min4590min）左右分泌达高峰，分泌量是）左右分泌达高峰，分泌量是1 1天天总量的一半以上。如睡眠时间变化，总量的一半以上。如睡眠时间变化，GHGH峰值出现时间也相应变峰值出现时间也相应变化。化。重点重点间隔间隔3434小时小时*，约，约6868个脉冲个脉冲/日，夜间最高日，夜间最高生理情况下生理情况下GHGH的分泌模式的分泌模式各年龄阶段垂体各年龄阶段垂体GHGH的分泌的分泌青春前期青春前期青春期青春期成人成人早早中中后后年龄（岁）年龄（岁）9.00.311.5 0.214.4 0.216.4 0.423.0 0.624hGH浓度浓度(ug/L)6.7 1.04.7 0.713.8 2.44.4 0.93.9 0.5GH脉冲强度脉冲强度(ug/L)14.4 1.312.8 1.322.4 2.814.7 3.910.3 1.3GH脉冲数脉冲数(24h)8.8 0.77.0 0.57.8 0.66.60.66.1 0.5GH分泌分泌(ugkg-1 24h-1)2920601917GHGH分泌的影响因素分泌的影响因素运动的影响运动的影响 正常人在基础代谢状态下，血清正常人在基础代谢状态下，血清GH常测不到，剧烈运动后可引常测不到，剧烈运动后可引起起GH明显升高。明显升高。运动实验已作为儿童运动实验已作为儿童GHD的筛选实验。的筛选实验。应激状态的影响应激状态的影响 大多数应激状态下可引起大多数应激状态下可引起GH分泌（外科手术、创伤、麻醉、穿分泌（外科手术、创伤、麻醉、穿刺、精神紧张和焦虑）。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儿童在心理不适宜的环境下可出现可逆性GH分泌抑制分泌抑制;代谢物质的影响代谢物质的影响 急性低血糖是刺激急性低血糖是刺激GH分泌的强烈因素，高血糖抑制分泌的强烈因素，高血糖抑制GH分泌。分泌。高蛋白饮食或口服、静滴精氨酸、亮氨酸等可刺激高蛋白饮食或口服、静滴精氨酸、亮氨酸等可刺激GH分泌。分泌。高血糖和游离脂肪酸水平升高可抑制高血糖和游离脂肪酸水平升高可抑制GH分泌。分泌。重点重点调节调节GHGH分泌的体内外因素及药物分泌的体内外因素及药物兴奋兴奋抑制抑制生理生理睡眠、运动、物理应激睡眠、运动、物理应激心理应激心理应激血氨基酸升高、低血糖血氨基酸升高、低血糖血糖升高、脂肪酸升高血糖升高、脂肪酸升高药理药理胰岛素（诱导低血糖）胰岛素（诱导低血糖）糖皮质激素糖皮质激素ACTHACTH、MSHMSH、E E2 2血管紧张素血管紧张素5-5-羟色胺拮抗剂羟色胺拮抗剂胃肠及下丘脑激素胃肠及下丘脑激素多巴胺拮抗剂（吩噻嗪）多巴胺拮抗剂（吩噻嗪）r r-氨基丁酸拮抗剂氨基丁酸拮抗剂-肾上腺素能促效剂（异丙肾）肾上腺素能促效剂（异丙肾）5-5-羟色胺、多巴胺促效剂羟色胺、多巴胺促效剂-肾上腺素能拮抗剂（酚妥拉明）肾上腺素能拮抗剂（酚妥拉明）-肾上腺素能拮抗剂肾上腺素能拮抗剂胆碱能拮抗剂（丙咪嗪）胆碱能拮抗剂（丙咪嗪）-肾上腺素能促效剂（可乐宁）肾上腺素能促效剂（可乐宁）病理病理饥饿、蛋白质营养缺乏饥饿、蛋白质营养缺乏甲状腺功能减退甲状腺功能减退肥胖肥胖GHGH分泌的调节分泌的调节u下丘脑激素调节下丘脑激素调节生长激素释放激素（生长激素释放激素（GHRH）：是腺）：是腺垂体分泌和合成垂体分泌和合成GH的最主要的生理刺的最主要的生理刺激物，呈脉冲式释放。激物，呈脉冲式释放。GH对对GHRH合合成有反馈性抑制作用。成有反馈性抑制作用。生长激素释放抑制激素（生长激素释放抑制激素（SS）：除了）：除了抑制抑制GH的基础分泌，还抑制的基础分泌，还抑制GH对生对生理性和药理性刺激，也抑制病理情况理性和药理性刺激，也抑制病理情况下的下的GH异常升高。异常升高。u神经递质的调节神经递质的调节来源于体内外环境的各种刺激通过神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，经递质网络，作用于中枢神经系统，通过多巴胺，通过多巴胺，5-羟色胺和去甲肾上腺羟色胺和去甲肾上腺素等神经递质调节素等神经递质调节GH的分泌。的分泌。高级神经中枢高级神经中枢下丘脑下丘脑垂体前叶垂体前叶GHGHGHRH(+)SRIF(-)IGFsIGFs(亦称生长介素亦称生长介素)直接作用直接作用三、三、GHGH的生理作用、作用机制的生理作用、作用机制生理作用：生理作用：促进生长，调节骨代谢促进生长，调节骨代谢 调节物质代谢调节物质代谢 其他作用其他作用作用机制作用机制 生长激素受体（生长激素受体（GHR）和生长激素结合蛋白（）和生长激素结合蛋白（GHBP）胰岛素样生长因子（胰岛素样生长因子（IGFs）GHGH生理作用（一）生理作用（一）促进生长，调节骨代谢促进生长，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，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。使骨长度增加。可直接刺激成骨细胞代谢，并对维持骨矿物质含量、可直接刺激成骨细胞代谢，并对维持骨矿物质含量、骨密度起重要作用。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。协同性激素及促钙化激素共同干预骨的重塑。重点重点GHGH生理作用（二）生理作用（二）调节物质代谢调节物质代谢 促进蛋白质合成，纠正负氮平衡。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。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。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、钠潴酸盐潴留，还可促进肾小管钠回吸收，引起水、钠潴留。留。重点重点GHGH生理作用（三）生理作用（三）其他作用其他作用 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。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。合成胶原。促进心肌蛋白合成，增加心肌收缩力，降低心肌耗氧促进心肌蛋白合成，增加心肌收缩力，降低心肌耗氧量。量。GH具有抗衰老具有抗衰老,促进脑功能效应促进脑功能效应;促进精子形成、排卵促进精子形成、排卵等等重点重点GHGH的作用机制（一）的作用机制（一）生长激素受体（生长激素受体（GHR）和生长激素结合蛋白（）和生长激素结合蛋白（GHBP）GHR是由是由620个个AA组成的跨膜糖蛋白，包括胞外域、跨膜域和组成的跨膜糖蛋白，包括胞外域、跨膜域和胞内域。胞内域。2个个GHR形成同源二聚体，分别与形成同源二聚体，分别与1个个GH分子上的分子上的2个不同位点个不同位点结合，结合后受体的胞内部分与细胞质中结合，结合后受体的胞内部分与细胞质中JAK酪氨酸家族结合，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。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，可与是膜受体的片段，可与GHR竞争与竞争与GH结合，所以结合，所以GHBP可抑制过高的可抑制过高的GH结合到组织受体上。结合到组织受体上。重点重点JAK2JAK2PPGH细胞膜细胞膜GH 受体受体GHGH的作用机制（二）的作用机制（二）胰岛素样生长因子（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，还通过对靶组织发挥效应，除了直接作用外，还通过IGFs的介导，的介导，尤其是对长骨的促生长作用。尤其是对长骨的促生长作用。现知有生物作用的现知有生物作用的IGF分为两类分为两类 IGF-1：碱性多肽，有强的促生长作用；：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：中性肽，有强的胰岛素样活性，是胚胎生长、发育的调节因子。的调节因子。合成合成IGF的部位极为广泛，几乎遍布体内所有组织，其主要合成的部位极为广泛，几乎遍布体内所有组织，其主要合成部位部位在肝脏，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，它们均接受可合成，它们均接受GH的刺激，多数组织产生的的刺激，多数组织产生的IGF并不释放并不释放入血液，常通过旁分泌和自分泌的方式发挥作用。入血液，常通过旁分泌和自分泌的方式发挥作用。垂体垂体 肝肝 脏脏 局局 部部 直接作用，不依直接作用，不依赖赖IGF-I 线性线性生长生长 细胞内信号传细胞内信号传导通路导通路三聚体三聚体（循环）（循环）重点重点总结总结生长激素的分泌特点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影响因素生长激素分泌的调节生长激素分泌的调节生长激素的生理作用、作用机制生长激素的生理作用、作用机制药用药用GHGH发展史发展史1993-,E.Coli 分泌型表达技术分泌型表达技术和蛋白质水相稳定技术相结合和蛋白质水相稳定技术相结合1987-,E.Coli 和小鼠和小鼠C127细胞分泌型表达技术细胞分泌型表达技术1985-2004,E.Coli 包涵体技包涵体技术术1958-1985,人垂体人垂体中提取中提取人垂体源性人垂体源性GH(somatotropin)192AA-rhGH(somatrem)191AA-rhGH(somatropin，粉剂，粉剂)191AA-rhGH(somatropin，水剂，水剂)1999-,PLGA微球缓释技术的应用微球缓释技术的应用长效长效 rhGH 粉剂粉剂长效长效 rhGH 水剂水剂2007-,PEG 化学修饰等化学修饰等长效技术的应用长效技术的应用人垂体源性人垂体源性 hGH(somatotropin)hGH(somatotropin)1958年，年，Raben 首次从人垂体中成功提取首次从人垂体中成功提取hGH，Kabi 公司进行商业性销售公司进行商业性销售 缺点缺点:因来源受限，产量稀少因来源受限，产量稀少因含人类多种分子量的因含人类多种分子量的GH（主要是（主要是22 kDa，20 kDa，也有少，也有少量量5KD），），22 kDa占垂体占垂体hGH的的7075%，20 kDa占占510%（其与受体亲和力较弱），所以产品中（其与受体亲和力较弱），所以产品中22 kDa的的GH含量并非含量并非100%，相对纯度较低，相对纯度较低1*易受易受hGH 供体病毒污染供体病毒污染 因不断报道因使用因不断报道因使用hGH 罹患罹患 Creutzfeldt-Jakob disease，于于1985年被禁止使用年被禁止使用1.颜纯、王慕逖小儿内分泌学颜纯、王慕逖小儿内分泌学.2006,92.192个氨基酸个氨基酸rhGH（somatrem）上世纪上世纪70年代出现的重组年代出现的重组DNA 技术的发展给生长激素的技术的发展给生长激素的量化供应提供了发展的契机量化供应提供了发展的契机 1981年，年，Genentech 公司利用公司利用E.Coli 包涵体技术研制出包涵体技术研制出含含192氨基酸的基因重组人生长激素氨基酸的基因重组人生长激素Met-rhGH。与。与天然天然hGH相比，在相比，在N-末端多了一个蛋氨酸残基，又称为末端多了一个蛋氨酸残基，又称为somatrem(Protropin)缺点缺点 提取和复性工艺复杂提取和复性工艺复杂 与天然与天然hGH 不完全一致，抗体产生率高，达不完全一致，抗体产生率高，达1295.5%1、2、31.Kaplan SL,et al.The Lancet.1986:697-7002.Takano K,et al.Acta Paediatr Scand Suppl,1986,325:19-24.3.Guy Massa,et al.Clinical Endocrinology(1993)38,137-142191191个氨基酸个氨基酸rhGHrhGH粉剂粉剂(somatropin)(somatropin)蛋白分泌技术的出现使人们成功表达了与天然蛋白分泌技术的出现使人们成功表达了与天然hGH 完全完全一致的一致的rhGH1987年，含年，含191个氨基酸的个氨基酸的rhGH(Humatrope)经美国经美国FDA 批准上市批准上市优点：优点：与天然与天然hGH氨基酸顺序一致，抗原性明显降低氨基酸顺序一致，抗原性明显降低缺点：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，并使部分生长激素分子失活国际上主要国际上主要Somatropin Somatropin 粉剂品牌粉剂品牌商品名商品名上市时间上市时间制药公司制药公司E.Coli 表达表达Humatrope03/08/1987Eli LillyNutropin11/13/1993GenentechGenotropin08/24/1995Pfizer赛增赛增1998年年8月月*金赛金赛Norditropin06/20/2000 Novo Nordisk小鼠小鼠C127Saizen10/08/1996Serono*SFDA批准时间，其余均为批准时间，其余均为FDA批准时间批准时间1995年开始问世年开始问世目前国际上共有目前国际上共有3种水针剂产品种水针剂产品优点：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构象 直接使用，勿需再溶解，而且避免污染直接使用，勿需再溶解，而且避免污染生长激素水针剂（生长激素水针剂（SomatropinSomatropin水剂）水剂）产品名产品名上市时间上市时间制药公司制药公司Nutropin AQ12/29/1995GenentechNorditropin Nordiflex06/20/2000Novo Nordisk赛增水剂赛增水剂2005*金赛金赛*SFDA 批准时间，余均为美国批准时间，余均为美国FDA 批准上时间批准上时间长效缓释粉剂（长效缓释粉剂（Nutropin DepotNutropin Depot）1999年，年，PLGA 微球包裹技术微球包裹技术(类似于长效达菲林的微球包裹技术）类似于长效达菲林的微球包裹技术）的长效生长激素的长效生长激素Nutropin Depot，在美国上市用于治疗儿童和成，在美国上市用于治疗儿童和成人人GHDNutropin Depot 是由疏水性的是由疏水性的PLGA 微球包裹的微球包裹的rhGH 缓释剂型，实缓释剂型，实现现1个月或个月或2周注射周注射1次；人类第一个也是最后一个把次；人类第一个也是最后一个把PLGA微球技术微球技术应用于蛋白质的产品应用于蛋白质的产品Nutropin Depot 制备过程中需将制备过程中需将rhGH 制成极高浓度的冻干粉，并需制成极高浓度的冻干粉，并需短暂高温，导致其中短暂高温，导致其中rhGH高分子蛋白及相关蛋白产生，从而使高分子蛋白及相关蛋白产生，从而使Nutropin Depot 活性较低，抗原性较强活性较低，抗原性较强 比活比活 2.57 IU/mg 抗体产生率：抗体产生率：57%由于疗效不佳，抗体高及价格高等问题，于由于疗效不佳，抗体高及价格高等问题，于2004年退市年退市 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（长效生长激素水剂：金赛增（20102010年上市）年上市）国际领先（诺和公司国际领先（诺和公司PEG-GH尚在一期临床）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量的加大使半衰期延长PEG 化学修饰能够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不易聚合产生高分子蛋白保护保护rhGH 分子免于被脱氨、氧化产生相关蛋白分子免于被脱氨、氧化产生相关蛋白PEG-rhGH活性更高：约活性更高：约7IU/mg2PEG-rhGH 抗体产生率更低：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：众多生物制剂显示：粉剂向水剂的发展是国际趋势粉剂向水剂的发展是国际趋势干扰素：干扰素：1996年全球上市重组干扰素年全球上市重组干扰素-2a水剂，水剂，2000年年国内上市重组干扰素国内上市重组干扰素-2b水剂水剂胰岛素、促红细胞生成素和粒细胞集落刺激因子等，临胰岛素、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床上均以水剂占主导地位生长激素：生长激素：1996年金赛药业上市国内第一支重组生长激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，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。能上市。骨骺的结构骨骺的结构股骨头骺股骨头骺骨骺骨骺生长板生长板干骺端干骺端储备细胞带储备细胞带增殖细胞带增殖细胞带肥大细胞带肥大细胞带生生长长板板重点重点长骨的线性生长长骨的线性生长软骨软骨增殖增殖方向方向血液血液追赶追赶方向方向生生长长板板长骨长骨中心中心部位部位骨髓骨髓骨骨小小梁梁重点重点谢谢！