生长激素不敏感性的诊断与治疗进展
alessia david, mda, louise a. metherell, phda, adrian j.l. clark, dsca, cecilia camacho-hubner, mdb, martin o. savage, mdb,c,*
amolecular endocrinology centre, william harvey research institute st. bartholomew’s hospital, london, uk; bdivision of paediatric endocrinology, queen mary’s school of medicine and dentistry, queen mary’s university of london, london, uk; cdepartment of paediatric endocrinology, st. bartholomew’s hospital, london, uk
endocrinol metab clin n am 34 (2005) 581–595
生长激素不敏感性(growth hormone insensitivity, ghi)描述了对gh生物学作用不敏感为特征的许多临床疾病。本文将从三个方面报告临床处理的进展。首先，讨论目前对ghi所包括的遗传疾病谱的了解；第二，报告ghi遗传病因的分子学研究和诊断的进展；第三，返回到ghi的临床处理，并综述当前以重组人胰岛素样生长因子（rhigf）-i或igf-i/igf结合蛋白（bp）-3联合治疗ghi儿童的经验。
生长激素不敏感性的临床诊断
生长激素不敏感性的临床特点
ghi是一种罕见疾病，其表型类似于gh缺乏，但依据高水平的循环gh可进行区分。严重ghi称为ghi综合症（ghis）或laron综合症。在儿童期未治疗病人出现严重的生长障碍，导致成年的矮身高。ghis病人具有典型低水平的血清igf-i、igfbp-3、酸性不稳定亚单位和ghbp。病人对外源性gh治疗出现抵抗。
子宫内的生长并未显著受累，虽然出生体重和身长处于异常的边缘。但是，都可见出生后的线性生长障碍，生长速度严重迅速下降。如果不治疗，ghis病人的成年身高将低于年龄性别中位数下4~10 sds，骨骼和肌肉系统发育不良，以双能x线吸收法测量，可发现骨量减少，但由病人身体大小计算的体积矿物质密度正常。在以色列研究组群，报告了上下体节比例的增加。
典型ghis病人表现出因蝶骨和下颌骨发育不足所引起的面中部发育不全，小鼻子，鼻梁扁平，前额突出；毛发稀少，颞和额面凹。ghis病人相对肥胖，瘦体重与脂肪量比例下降。一般情况下不出现青春期生长突增，青春期延迟，但男女病人均可达到完全的性发育，具有正常的性和生殖功能。ghis也引起代谢异常，例如禁食低血糖。尽管如此，已经证实了胰岛素抵抗的状态，某些病人在成年期出现糖尿病。成年人也存在高胆固醇血症的血脂异常。
生长激素不敏感性谱：laron综合症、非典型的生长激素不敏感性综合症和特发性矮身高
ghi分为两类，原发或遗传性ghi与继发或获得性ghi。laron et al.报告了第一例原发性ghi，为gh受体（ghr）遗传性缺失。继发性ghi有不同的诊断类别，可能的病因有抗gh或其受体的抗体、营养不良、肝脏疾病或未控制的糖尿病等。大部分典型的ghi病人有高水平的循环gh和低水平的血清ghbp、igf-i、igfbp-3，但少数病人有正常或甚至高水平的ghbp。
某些原发性ghi病人不太严重，称为非典型的ghi，有正常的面部表现和较小异常的生长与生化特征（图1）。因为这些病人无laron综合症表型，可能被分类为特发性矮身高（idiopathic short stature, iss)。而且，某些特发性矮身高病人有低血清ghbp浓度。
自从1966年首例报告以来，在世界各地已经鉴别出250名原发性ghi病人，在以色列和厄瓜多尔报告的病例最多。目前，对这种地理区域性仍然无清晰地解释，但共同的祖先可能是一个因素。报告病例的家谱表明，同源性是ghi增加的主要贡献因素。
图1. 欧洲系列gh不敏感性病人谱中laron综合症（▲）到特发性矮身高（○）的临床表型.
身高sds与igfbp-3 sds相关
生长激素不敏感性的分子学诊断
生长激素受体功能障碍
1984年，laron及其同事最早报告了原发性ghi病人细胞对gh无反应的证据，他们的研究证明，碘125（125i）-gh与以色列病人肝膜制备的ghr无结合反应。当代分子生物学和克隆技术的出现，以及人ghr特征的描述已经对ghi的病理生理学有所了解。事实上，在发现有分子学缺陷的ghi病人几乎都存在ghr突变。
生长激素受体的性状
调节gh的作用需要有ghr，ghr的表达普遍存在。ghr是细胞因子受体家族之一，这个家族包括有促乳素、红细胞生成素、干扰素、白细胞介素以及许多刺激红细胞生成因子的受体。成熟的ghr是一种620个氨基酸、单链、130-kds的糖蛋白，由与gh结合和ghr二聚作用的细胞区域、使ghr停留在细胞表面的所必须的跨膜区域、以及gh信号转导的细胞内区域所组成。细胞外区域也以ghbp独立存在，与gh有高度亲和力的可溶性异构体。
ghr由位于染色体5短臂（5p13-p12）的单基因编码。该基因跨度至少有87kb，分为10个外显子和9个内含子（图2），外显子2编码信号肽，外显子3~7编码细胞外区域、外显子8编码跨膜区域、外显子9~10编码细胞内区域和3’非编码区。
图2. ghr结构和iss病人的突变. 外显子2-7编码细胞外区域，外显子8编码跨膜区域（tm），外显子9和10编码细胞
生长激素受体二聚作用和细胞内信号转导
gh激素通过与ghr结合而启动其作用。结合后与同一gh分子表面上其它的ghr再次结合，形成含有两ghrs与一个gh分子相联的复合物。gh引起的ghr的二聚作用似乎是ghr信号转导和gh作用所必需，它促使酪氨酸激酶2（jak2）与ghr位于细胞内近端富含脯氨酸box1区域结合。ghr-jak2相互作用激活jak2，调节酪氨酸磷酸化级联，包括jak2本身、ghr、信号转导与转录活化因子（stat）1，3，5、胰岛素受体底物1和2、丝裂原活化蛋白激酶组分、蛋白激酶c、磷脂酰肌醇3-激酶通路、以及几种其它细胞内信号蛋白。通过这种信号转导级联，激活基因的转录。
典型生长激素不敏感性中的生长激素受体突变
1989年，godowski et al首次报告了ghis病人的突变，描述了编码gh结合区域的纯合子缺失。应用聚合酶联反应，现在能够扩增ghr的编码外显子，扩增产物的测序已经发现ghi病人60种以上的ghr基因突变。这些基因几乎都是以纯合子或复合杂合子形式隐性遗传，其范围由外显子缺失至各种点突变，包括错义、无义、拼接和移码突变。
几乎所有报告的ghr分子学缺陷都发生在编码受体细胞外区域的部位，这样突变的病人缺乏或有极端低的ghbp水平，具有典型laron综合症的面部特征。目前在这一区域已经报告了50种以上的突变，包括有基因的大部缺失和导致移码因此产生过早终止密码子的小部分缺失。最普遍的是点突变，导致过早的终止密码子（无义）或氨基酸的改变（错义），以及引起隐蔽剪接位点的激活或产生新位点的核苷酸取代。许多分子学缺陷具有相同的致病机制，导致缺乏与gh结合功能的ghr蛋白，因此，循环ghbp水平低或缺乏。
生长激素结合蛋白突变-阳性生长激素不敏感综合症
duquesnoy et al.报告了几例d152h突变（在152位置上的天冬氨酸残基被组氨酸取代）并有阳性ghbp水平的病人。woods et al.也报告了在内含子8剪接供体位点纯合子点突变(ivs8ds-1 g→c),导致遗漏外显子8的典型ghis病人。这是细胞内突变的首次报告，作者预测突变的ghr可能被细胞释放下来，以ghbp被测量到，缺乏与细胞表面结合的能力。silbergeld et al.所报告的突变有类似的表型，这种在内含子7接受体拼接位点的点突变(ivs7as-1 g→t)导致遗漏外显子8,引起有高水平ghbp的ghis.
非典型生长激素不敏感性综合症中的突变
在1997年，ayling et al.报告了第一例显性负效应杂合子突变，对ghi分子学缺陷提供了新的看法。作者报告了内含子8剪接受体位点的突变(ivs8as-1 g→c)，导致遗漏外显子9和被删节的ghr产物。突变的ghr形成野生型ghr和对正常蛋白有显性负效应的异源二聚体。iida et al.报告了导致相同后果的第二种突变(ivs9ds 1 g→a)。这两种病人都有阳性ghbp和正常的面部。metherell et al.在4名兄弟姐妹报告了突变引起外显子6和7之间插入假外显子的类似表型，这种108-bp插入引起密码子206和207结构之间额外的36个氨基酸，作者预言这将影响受体的二聚作用，但这种突变ghr的晶体结构模型表明二聚作用区域未改变，而且细胞研究提示，实际导致了信息传输的缺陷。
细胞内突变
除上述提到的4种突变(ivs7as-1 g→t, ivs8ds 1 g→c, ivs9ds 1 g→a, and ivs8as-1 g→c)之外，也报告了几种跨膜和细胞内区域的突变。在一名iss病例和3个缺失突变中报告了这种导致一种氨基酸改变（a478t）的单核苷酸变化的突变。其中两种缺失有类似的影响，在mrna的981位置上单核苷酸缺失和外显子9中13bp的缺失。二者突变导致无信号的ghr删节，也无显性负效应的作用。最近，milward et al.在有低但可检测ghbp水平的两名同胞，证实了信号转导缺陷，两名病人为外显子10中纯合子22-bp缺失，导致无stat5结合位点和无stat5活性的ghr突变。
特发性矮身高的生长激素受体突变
虽然已经报告了60多种ghr分子学缺陷，但仍然存在有正常gh分泌的矮身高，其生长障碍的病因还不能得到完全的解释。在1995年，goddard et al.研究了一组提示有部分ghi的低血清ghbp浓度的14名iss儿童，4名病人为ghr杂合突变（图2）。一种复合杂合子，两种有害的突变(e44k 和 r161c)可能解释了一名病人的矮身高，因为其余3名病人的跨膜和细胞内区域未测序，所以细胞内区域可能存在第二种未鉴别出的突变，致使这些儿童矮身高。而且，作者将研究扩展到ghi谱范围内的100名病人，发现了3名携带更多细胞外区域杂合突变的病人和1名外显子10的杂合突变(a478t)病人(图2)。同样，在一项17名iss受试者的研究中，虽然仅使用单链构型多态性分析外显子序列，但发现1名病人外显子6的新杂合突变(v144i)，另一等位基因无突变。
单核苷酸多态性与生长激素不敏感性
其它研究证明了与iss有关的ghr突变。报告了两种突变(c422f and p561t)与iss相关,但是尚无这些突变是病人病因的真实证据。有研究证明，野生型和c422f突变的ghr之间信号转导无差异。在15%的正常人群发现p561t的变化，并证明与身高无关。新的外显子4中t51i杂合突变与矮身高或ghi无关。
细胞内信号转导缺陷
两项以前的研究证明，iss病人缺乏gh引起的stat蛋白的酪氨酸磷酸化，以及无ghr基因的突变，但是作者未能在这些病人中鉴别出任何突变。只在最近，才出现了一名iss病人gh信号转导级联分子学缺陷的首例报告。kofoed et al.报告了stat5b基因外显子15的杂合突变，并证明突变的蛋白不能被gh所激活，因此不能激活基因的转录。这名儿童具有所有典型ghi的症状，也存在与无功能的stat5b相一致的免疫缺陷。
生长激素不敏感性的治疗
生长激素不敏感性的rhigf-i治疗
在rhigf-i出现之前，ghis是一种不可治疗的疾病。因此热切希望能够以igf-i治疗，来改善儿童期和成年期的身高。在急性研究中，rhigf-i发挥了合成作用；一项对ghis和正常受试者皮下注射（sc）40和80mg/kg的rhigf-i药物动力学研究证实，ghis受试者的清除率和半衰期分别为0.60ml/分/kg和6小时，正常受试者分别为0.20ml/分/kg和20小时。在ghis病人，rhigf-i迅速的清除率与igfbp-3和als生成下降和生物学效应减小有关，这一结果得到了对两名儿童gh脉动性研究的支持，在每天接受两次120mg/kg的rhigf-i后4和7小时重复出现gh脉冲。
在ghis的rhigf-i实验开始于1980s后期，大部分研究每天两次皮下igf-i注射，每次剂量范围在40~120mg/kg，laron et al.使用每天一次150mg/kg的剂量。所有发表的报告证实治疗期间生长速度增加，治疗第一年的平均生长速度增加7.2~9.3cm/年。在一项治疗期7年以上的长期研究中，报告了持续的赶上生长。在一项17名欧洲病人的研究中，每天两次80~120mg/kg剂量的治疗，身高sds由-6.5增加到-4.2，生长速度保持在6.3cm/年。backeljauw 和 underwood的研究使用每天两次80~120mg/kg的rhigf-i剂量，也报告了身高持续获益，由-5.2 sds增加到-4.2 sds，第一年治疗的身高速度为9.3cm/年，在治疗的6年中为4.8cm/年。
这些研究证明，与安慰剂相比明显受益于rhigf-i治疗，提示了每天两次80mg/kg剂量对生长速度的剂量依赖性稳定效果。也有研究报告，ghis对igf-i的反应低于严重gh缺乏病人对gh治疗的反应。在以每天两次80mg/kg的rhigf-i治疗的欧洲病人亚组，证明了身高sds与igfbp-3 sds之间负相关，二者都反映了疾病的严重性和对rhigf-i治疗的反应，生物学缺陷越严重，对rhigf-i治疗的反应越大。这可能与ghis较轻病人的治疗有关。
rhigf-i治疗的不利作用
以rhigf-i治疗ghis引起一定范围的不利作用。最普遍的不利作用是注射部位的疼痛和头痛。在欧洲的研究中，大部分症状在治疗的第一个月出现，然后好转，以后的问题很小。其它的影响是注射部位脂肪增生，以及很少见的与良性颅内高血压有关的视神经乳头水肿，以及面神经麻痹。在这些情况下，中止治疗后症状得以改善，当以较低剂量再开始治疗时不会再发生。
ghis病人易感低血糖提出了以rhigf-i治疗的问题。低血糖只在少数病人出现，偶尔伴随以抽搐，通常为食欲下降引起的并发疾病，当在饭后注射rhigf-i时，这种问题通常消失，不会成为长期治疗中的重大不利事件。在欧洲研究中以及backeljauw 和 underwood追踪的病人中，也观察到了脂肪量和体重指数的显著增长。
在许多接受rhigf-i治疗的病人，淋巴组织出现了显著的增长，严重病例引起气道阻塞，需要扁桃腺切除术。在治疗的前2年中脾脏大小也迅速增加，但此后的增长正常。在治疗6~7年后，虽然肾脏功能正常，但其大小也增长到年龄的95th百分位数以上。面部的外观发生变化，其特征变得粗略，毛发生长增多，这些变化在青春期最为明显。
rhigf-i治疗的潜在新靶
特发性矮身高 在欧洲ghis人群，典型ghis至iss之间的原发性ghi连续谱的范围是明显的，由宽大范围的临床和内分泌缺陷病人所组成。根据宽大范围的iss病人组难以得出病理结论。但是，许多研究报告了iss病人异常的igf-i水平。在这一方面，全国协作生长研究（ncgs）提出有趣的数据，在511名iss (身高 ≤－2.0) 病人中，20%病人的ghbp水平低于-2 sds。这些病人的igf-i水平为-3.3±1.1 sds，相比之下，80%的有正常ghbp的病人igf-i水平为-2.5±1.4 sds。在另一项研究中，6447名矮身高儿童中，4664名身高低于-2 sds，其中43%的儿童igf-i低于-2 sds，60%的儿童（n=1227）无生长激素缺乏证据。在ncgs最近的报告中，280名iss儿童igf-i水平为125±82 mg/l，128名gh缺乏病人为120±86 mg/l。在280名iss儿童中，60名身高低于-3.83 sds的儿童组igf-i水平低于轻微iss组（p<0.001）。
与igf-i缺乏和生长激素不敏感性有关的慢性疾病 慢性疾病可能干扰igf-i缺乏，损害正常的儿童期生长。已知营养不良和饥饿与igf-i缺乏有关。这种状况可能贡献于矮身高，类似于igf-i和igfbp-3水平与体重指数正相关的囊性纤维化病。rhigf-i治疗有益于这些病人的生长。在炎性肠疾病，营养不良和慢性炎症共同发生作用，特别是克罗恩疾病，igf-i水平下降。在14名7-17岁克罗恩疾病患者，血清igf-i为72ng/ml。在17名儿科病人的进一步研究中，igf-i水平为148.2±29.8 ng/ml，而正常对照组为506±36.4 ng/ml(p<0.05)。这样的病人处于经常的分解状态，gh治疗不可能有效。因此，除了基础疾病的适当治疗外，rhigf-i治疗可能是有益的。
慢性炎症，如青少年慢性关节炎，与局部和全身性细胞因子生成过多有关。在慢性炎症鼠模型，过多表达的细胞因子白细胞介素（il）-6抑制igf-i生成。在14名慢性风湿性关节炎病儿科病人，血清igf-i水平为3.5±29.7ng/ml，而健康对照组为120.8±51.5ng/ml (p<0.0001)。曾有报告， gh治疗对慢性关节炎有一定的益处，但rhigf-i治疗可能提供更生理性的治疗方法。
rhigf-i/igfbp-3复合物的经验
自然循环的大部分igf-i以克分子igf-i、igfbp-3和als形成的三元络合物形式存在。igfbp-3结合igf-i和als，调节igf-i的生物可利用性和生物学分布。携带igf-i的三元络合物的半衰期在12小时以上。受到增强igf-i效果以及消除与rhigf-i治疗有关的急性胰岛素样副作用可能性的驱动，出现了igf-i/igfbp-3复合物的治疗药物。这种复合物的治疗效果已在改善严重发烧儿童分解代谢和髋部骨折儿童肌肉骨骼合成代谢方面得到了证明。在1型和2型糖尿病的成年人，胰岛素的需要量减少。最近来自英国剑桥的剂量范围研究发现，对1型糖尿病青少年以rhigf-i/igfbp-3复合物处理，导致剂量依赖性的循环igf-i和igfbp-3水平正常化，抑制gh分泌，改善胰岛素敏感性。
在ghis，rhigf-i/igfbp-3复合物的在理论上优于rhigf-i。首先，大部分ghis病人严重缺乏三元络合物的3种肽，因此，rhigf-i半衰期显著下降到6小时，而正常成年人在20小时以上，以致必须每天两次注射igf-i。rhigf-i/igfbp-3复合物的较长半衰期可能减少注射次数。第二，与rhigf-i治疗有关的不利影响可能与皮下注射后产生高浓度的自由igf-i有关，使用rhigf-i/igfbp-3复合物可减少小这种风险。为了回答这些问题，camacho-hunbner et al.在4名ghis儿童进行了一项rhigf-i/igfbp-3复合物与自由igf-i的比较研究。复合物使igf-i浓度在正常范围内增加，与rhigf-i(8小时)相比，半衰期也增加了（15-18小时）。目前，全球都在进行以rhigf-i/igfbp-3复合物治疗自然ghis病人的实验。
结论
rhgh成功治疗gh缺乏是生长疾病临床和研究活动的主要趋势。在过去的15年中，gh-igf-i轴分子学研究进展以及rhigf-i的应用重新引起了对gh不敏感性疾病领域的兴趣。对于这种人类正常生长关键轴的生理学以及应用rhigf-i治疗潜力的了解已经有了重大进步。本文强调了这类人类疾病诊断与治疗的主要进展。