Химическая природа

Соматотропин (гормон роста, соматотропный гормон), белковый гормон. Синонимы: Гормон роста, Хуматроп, Asellacrin, Crescormon, Genotropin, Humatrop, Nanormon, Somatonorm, STH.

Молекула соматотропина представляет собой одну полипептидную цепь, состоящую из 190-191 аминокислотных остатков (молекулярная масса около 22 тысяч). По химической структуре, физико-химическим и биологическим свойствам соматотропин сходен с пролактином и плацентарным лактогеном и поэтому объединяется с ними в одно семейство. Считается, что эти три гормона произошли в процессе эволюции из общего предшественника.

Установлена первичная структура соматотропина человека и нескольких видов животных. Соматотропины разной видовой принадлежности, обладая большими или меньшими различиями в аминокислотной последовательности, проявляют четкую структурную гомологию друг с другом. Все они содержат один остаток триптофана и 4 остатка цистеина. Последние образуют в молекуле два дисульфидных мостика, которые формируют две петли – большую, включающую центральный участок аминокислотной последовательности (в соматотропине человека между цистеином-54 и цистеином-165), и малую (на С-концевом участке между цистеином-182 и цистеином-189). Высокое содержание в молекуле соматотропина остатков неполярных аминокислот обусловливает большую склонность к образованию в растворе димеров и более крупных агрегатов.

Пространственная структуру молекулы соматотропина отличает высокая степень упорядоченности. В полипептидной цепи соматотропина человека выявлено 4a-спирали и 3 нерегулярных участка.

Соматотропин человека отличается от изученных соматотропинов животных на 34-35% (соматотропины животных неактивны при введении людям).

Гены гормона роста и его изоформы

Пять генов гормона роста расположены в соседних локусах хромосомы 17, имеют высокую степень гомологии и, видимо, возникли в результате дупликации предкового гена. Два из них дают две основные изоформы гормона роста, одна из которых синтезируется в основном в гипофизе, а другая — в клетках синцитиотрофобласта плаценты. Альтернативный сплайсинг увеличивает число изоформ и предполагает возможность их специализации в воздействии на разные ткани. В крови присутствуют несколько изоформ, основная из которых содержит 191 аминокислоту и имеет молекулярную массу 22124 Да.

Биосинтез, хранения и секреции

Соматотропин вырабатывается и секретируется в кровь аденогипофизарными клетками передней доли гипофиза непрерывно и «вспышками» через 20—30 мин и 3—5 ч с отчетливой суточной ритмикой — повышение секреции соматотропина происходит во время глубокого сна, на ранних его стадиях (народная мудрость гласит: «человек растет, когда спит»).

Как и каждый гормон аденогипофиза соматотропин синтезируется под действием рилизинг фактора (ГР-РФ). Стимуляторами выработки ГР-РФ являются тиреоидный гормоны и глюкокортикоиды. Главным ингибитором реактивности питуицитов по отношению к ГР-РФ является соматостатин. Он стимулируется соматомединами. То есть можно сказать что соматостатин действует по методу обратной связи. ГР-РГ стимулирует как секрецию так и синтез СТГ. Этот эффект опосредуется связыванием ГР-РФ с рецепторами плазматической мембраны соматотрофов и активацией трех систем вторичных посредников. С их помощью происходит усиленный синтез Мрнк СТГ. Этот эффект действия водорастворимого гормона на ядерный аппарат клетки объясняют фосфорилированием и дефосфорилированием определенной группы протеинкиназ, которые действуют на генетический аппарат клетки. На данный момент ни одна из этих протеинкиназ не идентифицирована.

Содержание соматотропина в гипофизе человека более чем на порядок превышает содержание других гормонов этой эндокринной железы. Для соматотропина характерен молекулярный полиморфизм, который обусловлен альтернативным сплайсингом пре-Мрнк или пост-трансляционной модификацией (специфический ограниченный протеолиз, гликозилирование, фосфорилирование и др.). Продукт альтернативного сплайсинга пре-Мрнк с молекулярной массой 20 тысяч выделен из гипофиза человека; у него отсутствует участок, занимающий положение 32-46 в молекуле соматотропина. У женщин при беременности в результате экспрессии вариантного гена соматотропина продуцируется в плаценте молекулярная форма соматотропина, отличающаяся от обычного гормона в 15 положениях полипептидной цепи.

Биосинтез и секреция соматотропина находятся под сложным контролем, включающим регуляцию гормонами гипоталамуса-соматостатином и соматолиберином, а также некоторыми другими гормонами и продуктами обмена веществ.

Комплекс СТГ—GHBP, циркулирующий в кровеносной системе, служит своеобразным резервуаром гормона роста, который динамически гасит колебания его концентрации, возникающие вследствие пульсообразного характера секреции.

Главные регуляторы секреции гормона роста — пептидные гормоны гипоталамуса (соматостатин и соматолиберин), которые выделяются нейросекреторными клетками гипоталамуса в портальные вены гипофиза и действуют непосредственно на соматотропы. Однако на баланс этих гормонов и на секрецию гормона роста влияет множество физиологических факторов. Секреция соматотропина стимулируется гипоталамическим нейропептидом соматолиберином, в механизме действия которого основным вторичным посредником является Са2+.

Подавляется секреция соматотропина гипоталамическим соматостатином, приводящим к снижению концентрации ионов кальция в соматотрофах аденогипофиза.

Увеличивается секреция гормона после мышечных нагрузок, под влиянием травм, инфекций, голодания. Стимулируют продукцию соматотропина вазопрессин, глюкагон, эстрогены (увеличивая число рецепторов соматолиберина на соматотрофах), дофамин, норадреналин, эндорфин и серотонин, причем последний обеспечивает рост секреции гормона в начале глубокого сна, а также изменения обмена веществ.

Так, гипогликемия активирует секрецию соматолиберина и соматотропина, а гипергликемия — тормозит; избыток аминокислот и снижение свободных жирных кислот в крови активируют их секрецию.

Угнетает синтез и секрецию гормона повышение в крови содержания прогестерона и свободных жирных кислот. Механизм отрицательной обратной связи в саморегуляции уровня гормона в крови реализуется стимуляцией сомато-тропином нейросекреции соматостатина.

Стимулируют секрецию гормона роста:

• соматолиберин

• грелин

• сон

• физические упражнения

• потребление определенных аминокислот (аргинин, орнитин, лизин, глутамин)

• увеличение секреции андрогенов в пубертатный период (у самцов в семенниках, а у самок в коре надпочечников)

• гипогликемия

При гипогликемии уровень соматотропина в крови резко повышается — это один из естественных физиологических механизмов быстрой коррекции гипогликемии.

Подавляют секрецию гормона роста:

• соматостатин

• высокая концентрация гормона роста и инсулиноподобного фактора роста IGF-1 в плазме крови (действие по принципу отрицательной обратной связи на гипоталамус и переднюю долю гипофиза)

• гипергликемия

• высокое содержание свободных жирных кислот в плазме крови

• глюкокортикоиды

• эстрадиол и другие эстрогены.

На секрецию гормона роста влияют также некоторые ксенобиотики.

Период полувыведения соматотропного гормона у взрослых составляет 25 мин. Инактивация гормона в крови осуществляется путём гидролиза.

По сравнению с другими гормонами гормон роста присутствует в гипофизе в наибольшем количестве (5-15 мг/г ткани).