Глава 2

_{Нарушения гормона роста}

Клаудиа Э. Ройш

СОДЕРЖАНИЕ ГЛАВЫ

Развитие гипофиза 37

Биосинтез гормона роста и инсулиноподобного фактора роста-1, 39

Гормон роста гипофиза и инсулиноподобный фактор роста-1, 39

Гормон роста молочных желез, 40

Регуляция секреции гормона роста гипофизом, 41

Метаболическое действие гормона роста и инсулиноподобного фактора роста-1, 42

Причины нарушений роста, 43

У людей 43

У собак и кошек, 44

Врожденный гипосоматотропизм (гипофизарная карликовость) у собак и кошек, 44

Этиология и патогенез, 44

Порода, пол, возраст, 47

Клинические проявления, 47

Лабораторные отклонения, 48

Гистологические изменения кожи, 48

Дифференциальный диагноз, 49

Эндокринологическая оценка и диагностика, 49

Лечение, 52

Прогноз, 54

Приобретенный гипосоматотропизм 54

У людей 54

У собак и кошек, 54

Гиперсоматотропизм (акромегалия) у людей 55

Гиперсоматотропизм (акромегалия) у кошек, 56

Распространенность и этиология, 56

Патологическая физиология, 57

Порода, пол, возраст, 57

Клинические проявления, 57

Лабораторные отклонения, 59

Визуальная диагностика, 59

Гормональное исследование, 60

Постановка диагноза, 64

Лечение, 65

Гистологические изменения, 67

Прогноз, 68

Гиперсоматотропизм (акромегалия) у собак, 68

Этиология, 68

Патологическая физиология, 69

Порода, пол, возраст, 69

Клинические проявления, 69

Лабораторные отклонения, 70

Визуальная диагностика, 70

Гормональное исследование, 70

Постановка диагноза, 71

Лечение, 71

Прогноз, 72

Развитие гипофиза

Гипофиз играет центральную роль в регуляции роста. Он состоит из двух основных частей, аденогипофиза и нейрогипофиза, имеющих разное эмбриональное происхождение. Аденогипофиз, также называемый передней долей гипофиза, состоит из дистальной, промежуточной и воронковидной частей. Структура, дающая начало аденогипофизу, была впервые описана немецким анатомом, эмбриологом и зоологом Ратке в 1838 году и названа в его честь. В период эмбриогенеза аденогипофиз развивается из кармана Ратке, представляющего собой выпячивание слоя эктодермы толщиной в одну клетку на крыше примитивной ротовой полости. Этот слой мигрирует, чтобы присоединиться к нейроэктодерме зачатка вентральной части гипоталамуса; контакт важен, так как индуцирующие сигналы от гипоталамуса необходимы для нормального развития передней доли гипофиза. В последующем карман Ратке структурно отделяется от ротовой полости, передняя стенка утолщается и формирует дистальную часть аденогипофиза. Задняя стенка кармана Ратке формирует промежуточную часть, которая остается отделенной от дистальной части гипофизарной щелью. Нейрогипофиз происходит из нервной эктодермы и представляет собой продолжение вентральной части гипоталамуса. У собак и кошек аденогипофиз образует ободок вокруг проксимальной части нейрогипофиза, а также окружает часть срединного возвышения (Meij, 1997; Kooistra, 2000; Meij etal, 2010a; рис. 2-1).

Развитие гипофиза и детерминация специфических клеточных типов из общих клеток-предшественников происходят в определенном и четко регулируемом порядке. Эти процессы контролируются сложным каскадом факторов транскрипции и сигнальных молекул. После пролиферации появляются разные типы клеток с соответствующим пространственным и временным распределением, подвергающиеся высокоселективной дифференциации. Кортикотропные клетки – первый определенный клеточный тип в созревающей передней доле гипофиза (Kooistra et al, 2000a; Kelberman et al, 2009; Javorsky et al 2011; рис. 2-2). У людей изменения этих процессов и путей связаны с большим спектром заболеваний и являются темой и областью интенсивных исследований; у собак и кошек изучение роли возможных мутаций началось только недавно. Клетки передней доли изначально классифицировались по их реакции с разными красителями как ацидофилы, базофилы и хромофобы. В настоящее время иммунологические техники мечения позволяют нам классифицировать клетки гипофиза по специфическим продуктам их секреции (Childs, 2009). Различают пять типов эндокринных клеток: кортикотропные клетки (секретирующие адренокортикотропный гормон [АКТГ] и родственные пептиды), тиреотропные (секретирующие тиреостимулирующий гормон [ТСГ]), гонадотропные клетки (секретирующие лютеинизирующий гормон [ЛГ] и фолликулостимулирующий гормон [ФСГ]), соматотропные клетки (секретирующие гормон роста [ГР]) и лактотропные клетки (секретирующие пролактин). Соматотропные и лактотропные клетки ацидофильные, а тиреотропные и гонадотропные – базофильные. К хромофобным клеткам относятся кортикотропные, несекретирующие фолликулярные (звездчатые) клетки, дегранулированные хромофильные и недифференцированные стволовые клетки (Capen, 2007).

п

промежуточная часть

ромежуточный мозг III желудочек

щель Ратке

передняя доля

нейрогипофиз

карман Ратке

РИС. 2-1. Упрощенная иллюстрация онтогенеза гипофиза. (Воспроизведено с разрешения из публикации: Meij BP, et ah Hypothalamus-pituitary system. In Rijnberk A, Kooistra HS, editors: Clinical endocrinology of dogs and cats, ed 2, Hannover, 2010, Schliitersche)

РИС. 2-2. Упрощенное, схематическое представление дифференциации клеточных линий гипофиза. Окончательные типы эндокринных клеток помечены синтезирующимися в них гормонами. В процессе клеточной дифференциации участвуют различные факторы транскрипции. Показаны некоторые из наиболее известных факторов. (Воспроизведено с изменениями из публикаций: Genetic regulation of pituitary gland development in human and mouse, Endocr Rev 30[7]:790-829, 2009; и Metherell LA, et al Genetic defects of the human somatotropic axis. In Wass JAH, Stewart PM, Amiel SA, Davies MJ, editors: Oxford textbook of endocrinology and diabetes, ed 2, Oxford, 2011, Oxford University Press.)

ACTH, адренокортикотропный гормон; FSH, фоллкулостимулирующий гормон; Gata2, gata-связывающий белок 2; GH, гормон роста; LH, лютеинизирующий гормон; LHX3/LHX4, фактор транскрипции LIM-домена; MSH, меланоцитостимулирующий гормон; Nr5al, ядерный рецептор подсемейтва 5, группа A, член 1 (также называемый стероидогенным фактором-1 [SF1]); POMC, проопимеланокортин; Poulfl (также называемый PIT1) гипофизарный положительный фактор транскрипции 1; PRL, пролактин; Propl, фактор транскрипции Prophet PIT1; Rpp, предшественник кармана Ратке; Tbxl9; фактор транскрипции T-box 19 (ранее называвшийся гипофизарным фактором транскрипции T-box (TPIT)), TSH, тиреостимулирующий гормон.

Соматотропные клетки – наиболее обильный тип, составляющий примерно 50% клеток передней доли. Процентная доля других клеточных типов варьирует от 10 до 15%. Распределение клеточных типов не случайно, а обусловливается топологической и количественной организацией. Соматотропные клетки расположены главным образом в дорсальной области дистальной части, близко к промежуточной части (Meij et al, 2010b). Однако за последние два десятилетия стало очевидно, что традиционная концепция, предполагающая, что каждый тип клеток гипофиза запасает и секретирует только один гормон и регулируется специфическим рилизинг-фактором гипоталамуса, слишком узка и существуют дополнительные механизмы (Childs, 2009; Meij et al, 2010b). В пределах одного типа эндокринных клеток существуют субпопубяции, синтезирующие несколько гормонов и способные активироваться несколькими рилизинг-гормонами. Примерами являются маммосоматотропные клетки, способные запасать и высвобождать ГР и пролактин, соматогонадотропные клетки, способные запасать и высвобождать ГР и ЛГ/ФСГ, тиреосоматотропные клетки, содержащие ТСГ и ГР. При этом возможно фенотипическое «переключение» между двумя соответствующими типами зрелых клеток в зависимости от потребности организма; это явление называется трансдифференциацией (Kineman et al, 1992; Childs, 2000; Vidal et al, 2000; Villalo-bos et al, 2004; Childs, 2009). Большинство исследований проводилось на экспериментальных животных, культурах клеток или биоптатах, взятых у людей, поэтому знания о возможной трансдифференциации клеток гипофиза у собак и кошек скудны. Тем не менее, недавнее исследование дает основания предполагать существование сходных механизмов. За группой собак породы бигль наблюдали в течение 3 лет после индукции первичного гипотиреоидизма. За это время базальная концентрация ГР повысилась, а при стимуляции тиреотропин-рилизинг-гормоном было отмечено парадоксальное усиление реакции. Результаты гистологического и иммуногистохимического исследования гипофиза показали гиперплазию тиреотропных клеток, крупные вакуолизированные «клетки недостаточности щитовидной железы» и клетки гипофиза, окрашивающиеся положительно как на ГР, так и на ТСГ; последнее указывает на трансдифференциацию соматотропных клеток в тиреотропные (Diaz-Espifieira et al, 2008).

БИОСИНТЕЗ ГОРМОНА РОСТА И ИНСУЛИНОПОДОБНОГО ФАКТОРА РОСТА-1

Гормон роста гипофиза и инсулиноподобный фактор роста-1

ГР, также известный как соматотропин, представляет собой довольно крупный одноцепочечныый полипептид. Молекулярная масса гормона приблизительно 22 кДа, он состоит из 191 аминокислоты и имеет два дисульфидных мостика внутри цепи. Он образуется в соматотропных клетках, наиболее многочисленных клетках передней доли гипофиза (Rijnberk, 1995; Javorsky et al, 2011). Аминокислотная последовательность ГР собак идентична последовательности ГР свиней; кошачий ГР отличается от собачьего ГР только одной аминокислотой. ГР человека (и других приматов) отличается значительно (примерно на 33%) (Ascacio-Martinez and Barrera-Saldana, 1994; Castro-Peralta and Barrera-Saldafia, 1995; Warren et al 1996; Liu et al, 2001; Wallis, 2008).

У большинства видов млекопитающих ГР кодируется одним геном; у человека и других приматов группа из пяти генов кодирует ГР гипофиза и хорионный соматотропин (группа GH-hCs). Ген hGH-N кодирует белок 22 кДа (191 аминокислота), при этом транскрипция происходит избирательно в соматотропных клетках гипофиза. Другие гены экспрессируются в различных структурах плаценты. Известно, что у людей соматотропные клетки гипофиза секретируют смесь нескольких форм ГР, образующихся из формы массой 22 кДа в ходе посттрансляционной модификации. «Нормальный» белок массой 22 кДа из 191 аминокислоты представляет собой основную физиологическую форму и составляет 75% секретируемого гипофизом ГР (Melmed et al, 2011; Barret et al, 2012).

У млекопитающих ГР секретируется импульсами, как и другие гормоны передней доли гипофиза. Импульсы индуцируются главным образом эффектом рилизинг-гормона ГР (РГГР), в то время как минимумы секреции обусловлены в основном соматостатином (Melmed et al 2011). Число импульсов секреции ГР у здоровых собак незначительно различается по данным разных исследований: 1-3 импульса/6 ч, 1 импульс/4,5 ч, 2-7 импульсов/12 ч (Cowan et al, 1984; French et al, 1987; Beijerink et al, 2011). У людей наступление сна является сильным стимулом секреции ГР, однако у собак не обнаружено различий между фазами сна и бодрствования (French et al, 1987). У разных видов млекопитающих показаны возрастные и половые различия в секреции ГР. Тем не менее, секреция ГР одинакова у сук (во время анэструса) и кобелей; при этом старение у собак сопровождается снижением секреции ГР (Gobello et al, 2002; Lee, 2004). Секреция ГР у некастрированных сук изменяется во время лютеиновой фазы полового цикла, так как в периоды высокой концентрации прогестерона в плазме базальная секреция ГР выше, а импульсная секреция ГР – ниже. Это объясняется частичным подавлением секреции ГР гипофизом при синтезе ГР в молочных железах, индуцированном прогестероном (см. ниже) (Kooistra et al 2000b). Систематическая оценка характера секреции ГР у кошек пока не проводилась. В циркулирующей крови ГР в некоторой степени связывается с ГР-связывающими белками, что уменьшает колебания концентрации ГР и продлевает время полувыведения из плазмы. Рецептор ГР собак изучен на молекулярном уровне и его кодирующая последовательность в значительной степени гомологична последовательности рецептора ГР нескольких других видов. После связывания ГР рецептор димеризуется и активирует тирозинкиназы из семейства янус-киназ (ЯК) в цитозоле (van Garderen etal, 1999).

Изначально полагали, что эффект ГР обусловлен непосредственным действием гормона на ткани. В 1957 году Salmon and Daughaday открыли факторы роста, названные факторами сульфирования и в последующем переименованные в соматомедины Daughaday et al (1972). После того, как Rinderknecht and Humble (1978a, b) удалось выделить эти вещества, они получили название инсулиноподобных факторов роста (ИФР) – термин, использующийся до настоящего времени. Существует два основных ИФР: ИФР-1 (ранее соматомедин-С), который наиболее важен, и ИФР-2. Изначально предполагалось, что ГР индуцирует синтез ИФР-1 в печени, который затем действует на ткани-мишени и способствует их росту. В настоящее время предполагается, что ГР и ИФР-1 действуют как согласованно, так и независимо, стимулируя пути, ведущие к росту и регулирующие многие метаболические процессы. Кроме того, стало очевидно, что ИФР-1 образуется не только в печени, но и почти во всех тканях организма, где действует аутокринным/паракринным способом. Концентрация циркулирующего ИФР-1, происходящего в основном из печени, соответствует концентрации ГР (т. е. при состояниях, когда концентрация ГР низкая, концентрация ИФР-1 также снижается, и наоборот) (Le Roith et al, 2001). Заболевания печени также влияют на ИФР-1, так как его концентрация снижается с уменьшением функциональной массы печени (Styne, 2011).

ИФР-1 – простой одноцепочечный полипептид, состоящий из 70 аминокислот, с тремя дисульфидными мостиками и молекулярной массой примерно 7,5 кДа. По структуре он в значительной мере гомологичен проинсулину (Rinderknecht and Humble, 1978a; Cooke et al, 2011; Frystyk, 2012). Структура молекулы ИФР-1, по-видимому, осталась в основном неизменной у разных видов, включая собак и кошек (Zangger et al, 1987; Delafontaine et al 1993). В отличие от инсулина, ИФР-1 связывается группой из шести белков с высоким сродством (ИФР-связывающий белок-1 [ИФРСБ-1] – ИФРСБ-6), и в свободной форме присутствует менее 1% циркулирующего ИФР-1. ИФРСБ-3 – самый важный связывающий белок, который связывает большую часть ИФР-1 (примерно 80-85%) в комплексе с кислотонеустойчивой субъединицей (КНС). Сходный менее распространенный комплекс также образуется с ИФРСБ-5. Эти три молекулы (ИФР-1, ИФРСБ-3/ИФРСБ-5, КНС) образуют крупные трехкомпонентные комплексы массой 150 кДа (Le Roith et al, 2001; Cooke et al 2011). КНС представляет собой гликопротеин массой 85 кДа, образующийся почти исключительно в печени под контролем ГР, откуда он секретируется в кровь. Его основная функция заключается в удлинении времени полувыведения трехкомпонентных комплексов, которые не могут проникнуть через эндотелий сосудов. И наоборот, малое количество ИФР-1 связывается с другими ИФРСБ, образуя двойные комплексы 50 кДа, легко проникающие через эндотелиальный барьер. Время полувыведения свободного ИФР-1 примерно 10 минут, а при образовании тройных комплексов оно увеличивается до более 12 часов. Сообщается, что время полувыведения двойных комплексов составляет 30 минут (Guler et al, 1989a; Boisclair et al, 2001; Cooke et al, 2011). Связывание большего количества ИФР-1 в крупные тройные комплексы позволяет «запасать» высокие концентрации ИФР-1 в циркулирующей крови, предотвращая его инсулиноподобную активность, которая в противном случае привела бы к гипогликемии (Zapf et al 1995). Суммарно, ИФРСБ можно считать белками-носителями ИФР-1 и регуляторами действия ИФР-1 посредством модулирования его доступности. Интересно отметить, что ИФРСБ могут обладать собственной биологической активностью независимо от ИФР-1 (Firth and Baxter, 2002). ИФР-1 диссоциирует, отделяясь от ИФРСБ за счет протеолиза, действия массы или других еще не известных механизмов; в последующем ИФР-1 связывается и активирует рецептор, повсеместно экспрессирующийся на поверхности клеток (рис. 2-3). Рецептор ИФР-1 очень сходен с рецептором инсулина; оба они принадлежат к семейству трансмембранных тирозинкиназ. По структуре они являются тетрамерами, состоящими из двух внеклеточных α-субъединиц с участками связывания лиганда и двух главным образом внутриклеточных β-субъединиц. Последние обладают активностью тирозинкиназы, после активации рецептора инициирующей несколько сигнальных путей (Le Roith et al, 2001; Cooke et al 2011; Frystyk, 2012). Рецептор ИФР-1 связывается с ИФР-1 с высоким сродством; кроме того, он связывает инсулин, но сродство к связыванию в 100 раз ниже. ИФР-1 также может связываться с рецептором инсулина, но с меньшим сродством (Cooke et al, 2011; Bach et al, 2013). Показано, что у собак состав ИФРСБ сходен с таковым у других видов, и ИФРСБ-3 также является самым распространенным связывающим белком (Maxwell et al, 1998). У кошек, по-видимому, формируется меньше тройных комплексов ИФРСБ-3, и предполагают, что КНС является лимитирующим фактором (Lewitt et al, 2000).

плазматическая мембрана

фрагменты ИФРСБ, образовавшиеся в результате протеолиза

ИФР-1

ИФР-1

ИФРСБ

рецептор ИФР-1

РИС. 2-3. Упрощенное схематическое представление диссоциации инсулиноподобного фактора роста-1 (ИФР-1) от ИФР-связывающего белка (ИФРСБ) и связывания свободного ИФР-1 с его рецептором. (Воспроизведено с изменениями из публикации: Cooke DW, et ah Normal and aberrant growth. In Melmed S, Poonsky KS, Larsen PR, Kronenberger HM, editors: Williams'textbook of endocrinology, ed 12, Philadelphia, 2011, Saunders/Elsevier.)

ИФР-2 – одноцепочечный полипептид с молекулярной массой примерно 7,5 кДа, состоящий из 67 аминокислот. Как и ИФР-1, по структуре он сходен с проинсулином и циркулирует в плазме в форме комплексов с шестью ИФРСБ с высоким сродством к связыванию (Frystyk, 2012). Однако рецептор ИФР-2 по структуре не гомологичен рецептору ИФР-1 или инсулина. В то время как рецептор ИФР-1 связывается с обоими ИФР с высоким сродством, рецептор ИФР-2 обладает высоким сродством только к ИФР-2. ИФР-1 обладает меньшим сродством к рецептору ИФР-2, а инсулин не связывается с ним совсем (Cooke et al 2011).