生长激素自分泌作用机制研究进展

齐传翔，杨开典，祁钰钰，鞠辉明

(扬州大学兽医学院/江苏省动物重要疫病与人兽共患病防控协同创新中心,江苏扬州 225009)

生长激素自分泌作用机制研究进展

齐传翔，杨开典，祁钰钰，鞠辉明*

(扬州大学兽医学院/江苏省动物重要疫病与人兽共患病防控协同创新中心,江苏扬州 225009)

生长激素(growth hormone, GH)是由脑垂体前叶分泌的一种多肽激素，它作为一种特殊的生物活性蛋白促进机体合成代谢和蛋白质合成。GH传统的作用机制是垂体产生GH开始作用于膜受体，然后刺激肝脏胰岛素生长因子(insulin-like growth factor-1, IGF-1)生成，进而影响机体多个器官发育。近年的研究表明，GH除了内分泌作用途径，还可通过自分泌及旁分泌途径产生生物学效应。GH自分泌可以参与调控雄性和雌性动物生殖功能；GH自分泌对肌肉组织的代谢和生长也有重要影响，另外，GH自分泌与肿瘤的发生有密切的关系，其在一定程度上可以促进部分癌细胞的增殖，分化与迁移。通过对GH自分泌作用机制的研究有望发现自分泌GH在动物体内新的生物学作用，也有助于研究并治疗GH 自分泌异常引发的相关疾病。

生长激素；自分泌；生殖；肌肉发育；致肿瘤

生长激素(growth hormone, GH)是一种由垂体分泌的肽类激素,其主要生理功能是促进神经组织以外的其他组织(如骨、软骨、肌肉软组织等)生长,促进机体合成代谢和蛋白质合成。随着对 GH 内分泌效应研究的深入，发现GH作为一种特殊的生物活性蛋白分子，其介导的代谢和生长很大一部分是依赖于促进肝脏分泌胰岛素样生长因子(insulin like growth factor 1,IGF-1)接受丘脑下部GH释放激素(GHRH)和GH释放抑制激素(GHRIH)的双重调节，呈脉冲式分泌[1]。近年来研究发现，GH除了通过内分泌途径产生生物学效应外，还以自分泌方式调节着邻近组织的生物学功能。自分泌(autocrine)指细胞分泌的细胞因子主要作用于产生细胞因子的细胞本身，调节细胞因子活性，多数在局部发挥效应，其和内分泌、旁分泌一起互为补充，调节动物机体及细胞生长、发育和生理等方面机能，其自分泌和肿瘤的发生有密切联系[2-4]。本文将近年来报道的关于GH通过自分泌方式对动物生殖的影响、肌肉的发育的影响及与肿瘤的关系进行综述。

1 GH自分泌对动物生殖的影响

1.1 GH自分泌对雄性生殖能力的影响

GH是一种强效类固醇生成因子，生理水平的GH可以促进雄性动物的生育能力和睾丸生长发育，刺激睾丸中精子发育和类固醇生成。研究表明，GH可以促进生精小管差异分化和支持正常的睾丸生长，但血液循环中的GH很难通过血睾屏障对精子或精子细胞产生作用，而在大鼠，人和鸡的睾丸中检测到GH表达,初步说明了局部组织产生的GH很可能通过自分泌作用机制发生作用[5]。在使用大剂量GH治疗GH分泌旺盛的狗时会使得其睾丸和附睾的萎缩，也有研究表明，GH转基因动物因为GH过表达导致了睾丸发育损伤。因此，局部组织产生和应用GH时会对睾丸有双相的生物学效应[4-6]。性激素结合球蛋白(SHBG)可以降低睾酮的生物学效应，GH可以直接通过减少SHBG生成而不是通过IGF-1来增强睾酮作用，用GH治疗患有GH缺乏的成人和垂体前叶功能低下的男孩过程中使其SHBG浓度出现下降[7]。

在猪生产中，一直希望通过制备GH过表达转基因猪来提高猪肉生长速度和改善猪肉品质，但研究发现，制备出的GH转基因猪都表现出了一系列发育异常，其中转基因公猪繁殖力下降是一个主要方面，这很可能和GH在机体生殖系统组织中的异常表达有关，导致局部组织中GH自分泌水平过高而引起发育异常[8]。通过构建可控表达GH载体系统[9-10]，开展GH功能研究并成功制备可控表达GH转基因猪，通过在育肥阶段诱导GH基因的高表达来改善猪肉品质，发现制备的转基因猪能在提高瘦肉率、饲料利用率的同时，公猪的繁殖力没有受到影响，成功获得了F1代转基因猪后代[11]。

1.2 自分泌GH对雌性生殖能力的影响

GH是雌性动物生殖的一个必不可少的因子，在农业领域，如给牛单独注射GH无论在促排卵或人工授精方面都提高了奶牛的妊娠率[12]。研究表明，制备的自分泌GH的作用影响雌性生殖作用还体现在对卵巢和子宫的作用上，GH可能通过对卵巢作用从而提高生育能力[13]，这可以在农业和临床优化体外和体内受精方案，这个发现在过去的数十年中已经引起了人们极大的关注。

研究表明，大鼠颗粒细胞在FSH(非基础水平)诱导下生成GH，这种作用可能由BMP信号系统拮抗作用所调节。在FSH存在时，GH通过增加局部组织分泌的IGF-1促进早期的类固醇激素合成途径反应(如StAR合成)，从而提高孕酮的合成[14]。另外，也有研究报道GH还可以不依赖于IGF-1作用通路可独自抑制FSH诱导的芳香化酶的活性[15]。在动物个体上，有文献表明，制备的GH转基因动物表现出雌性动物繁殖力下降的情况[8]，GH基因可控表达转基因猪中，由于GH在表达水平正常时，母猪的繁殖性能力和正常母猪无显著差异[11]，据此推断可能因为过表达GH的转基因动物体内由于各个组织中GH基因表达大幅提高，导致部分器官或者组织生理机能紊乱。

2 GH自分泌对肌肉发育的影响

经典GH内分泌作用机制促进肌肉发育是GH直接或通过自身生成的IGF-1 刺激肌肉生长[16]，近年来研究也发现GH也可能通过以自分泌/旁分泌形式在肌肉组织中诱导细胞的增殖和分化。C2C12成肌细胞上开展的研究能很好证明上述现象，成肌细胞是一种能生长在含低血清的培养基能够分化为肌管的细胞，其能表达GH受体，但是对外源性GH没有反应。然而在过度表达GHR的转染C2C12细胞中，血清诱导的增殖被抗GH抗体和抗IGF-1抗体抑制[17]。这表明，自身GH在肌肉组织中的的生成，这已通过RT-PCR和放射免疫测定以及自分泌或旁分泌GH的作用证实。这也意味着在C2C12细胞中GH的过度表达与肌管分化受抑制有相互联系。总之，这些数据表明，GH作为自分泌因子促进成肌细胞增殖且抑制其分化，而且GH自分泌作用时的GHR具有更大的亲和力。

从分子基础上讲，肌细胞分化的过程已了解很多。哺乳动物肌细胞的发育是个动态过程，涉及到单核成肌细胞的增殖、分化、迁移和融合成多核的成熟肌纤维。已有的研究结果也表明，动物机体中内分泌途径起着主导性的、决定性作用，也有许多基因及信号通路影响肌肉发育[18-19]，其中动物机体内“下丘脑-垂体-靶器官”有关激素及受体组成的神经内分泌轴对动物肌肉的生长发育有重要作用[20]。但随着对肌肉发育研究的深入，发现内分泌调控的主导性外，在肌肉发育方面也有许多研究表明肌细胞的自分泌对肌肉形成及分化非常重要，Gardner S等[21]发现TGF-β能通过抑制IGF-1引发GH自分泌调节通路进而抑制肌肉的分化，这将会为临床上治疗肌肉发育不良提供治疗方向。

近年来多篇报道成功制备了相应的转GH基因动物，使得对GH的自分泌机能从一个新的角度进行更深入的研究[8,11]。已有的许多关于制备GH转基因动物表现出了许多肌肉相关的发育异常。有研究利用GH转基因动物模型发现GH的过表达能导致部分转基因动物骨骼肌及心肌肥大症，其可能原因和GH在局部组织中的自分泌异常有关[22]。也有许多研究结果表明，GH表达失调能导致过度生长、骨骼肌肥大症、心肌发育缺陷、器官巨大症、内分泌失调症及由内分泌失调症引起的繁殖障碍，以及下丘脑-垂体-肾上腺轴障碍等一系列疾病或者病理变化[23]。但也有研究表明，通过制备转基因动物，控制GH基因在特定时期短期内表达增加，会使得动物生长加快，肌肉量增加，而且观察不到明显的副作用。初步说明，GH基因特定时间内在局部组织中表达增加可以有效提高肌肉量，而且不会导致其他部位的病理变化[11]。

3 GH自分泌异常与肿瘤发生的关系

GH是由脑垂体合成以及释放进入全身循环的激素，因此当其过量或缺乏时，大量靶效应会失调并产生生理甚至病理变化。然而，GH基因的表达不仅仅局限于垂体前叶区域，它广泛存在于许多中枢和外周的多个组织中。垂体外GH生成且存在GH受体，意味着这些部位GH通过自分泌或旁分泌产生生物学效应。最近很多通过人和动物模型的研究表明，GH与肿瘤的发生有着密切的关系，GH分泌过多引发的肢端肥大症患者的肿瘤发生率较高、人体细胞增殖失调患者的GH具有较高的表达水平、hGH/IGF-l轴(hGH/IGF-1 axis)中基因的多态性与肿瘤的发生密切联系等等都说明局部组织细胞GH自分泌失调可能和肿瘤的有密切联系[24]。GH自分泌异常能诱发癌症与疾病发生。在细胞水平的试验发现，乳腺上皮细胞中GH的自分泌能促进细胞自身的增殖、分化、迁移，在与人血管内皮细胞共培养时GH内分泌能增强血管内皮细胞侵袭能力[25]。利用细胞模型阐明乳房癌细胞中GH的自分泌能促进癌细胞的增殖分化，并增强癌细胞对抗癌药他莫昔芬的耐受[26]。研究表明GH自分泌的异常能导致乳腺异常增生，肿瘤发生过程中，血管和淋巴的发生起着关键作用。通过乳腺上皮细胞转染过表达GH基因，发现乳癌细胞中GH的自分泌/旁分泌能提高血管内皮生长因子-A的表达继而促进人血管内皮细胞在体内的生成，进而推断出GH的自分泌失常可能是乳腺肿瘤中新血管生成最终导致乳腺癌的主要因素[25]。GH自分泌可在体外促进癌症干细胞(CSC)如雌激素受体阴性乳腺癌细胞(ER-MC)的生长，在异种移植研究中，GH自分泌增加了ER-MC细胞中肿瘤的起始体积。在体外环境中，GH自分泌促进ER-MC细胞侵袭和转移能力，以及促进其在体内环境中的代谢。因此，抑制GH自分泌量是一种可能防止肿瘤发生和ER-MC转移的治疗方法[3]。

4 总结

GH在机体中发挥重要作用。GH除了通过内分泌途径产生作用外，还通过自分泌机制在机体多个部位产生生物学效应。GH自分泌可以参与调控家畜生殖功能、影响肌肉发育并且与肿瘤的发生有密切的关系，其在一定程度上可以促进部分癌细胞的增殖，分化与迁移。通过对GH自分泌作用机制的研究，有助于全面了解GH作用机制，还有助于控制该机制对动物机体发育带来的不良影响，利用其来促进家畜生长发育。

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Progress on Autocrine Effects of Growth Hormone

QI Chuan-xiang,YANG Kai-dian,QI Yu-yu,JU Hui-ming

(CollegeofVeterinaryMedicine,YangzhouUniversity/JiangsuCo-innovationCenterforPreventionandControlofImportantAnimalInfectiousDiseasesandZoonoses,Yangzhou,Jiangsu,225009,China)

Growth hormone (GH) is a kind of polypeptide hormones secreted by anterior pituitary. As a special bioactive protein, GH can help anabolism and protein synthesis of animals. The classical function of GH is endocrine effect, the GH produced by the pituitary acts on the membrane receptor, stimulates the production of insulin-like growth factor-1(IGF-1) from liver, then it can affect the development of many organs. More and more researches in recent years showed that GH exerts its biological effect not only by endocrine effects but also by autocrine and paracrine effects. In this study, we reviewed the autocrine effects of GH on the reproduction and fertility regulation of animals and the muscle development. In addition, autocrine effect of GH has a close relationship with tumor. It can promote migration, proliferation and differentiation of the cancer cells. The study on the autocrine effects of GH can help to study its new biological effect in organisms, also help to study and control some diseases caused by abnormal autocrine effects.

growth hormone; autocrine; reproduction; muscle development; tumor

2015-12-07

江苏高校优势学科建设工程资助项目(2014)；国家自然科学基金项目(31272405)

齐传翔(1993-)，男，江苏淮安人，硕士研究生，主要从事动物基因工程研究。 *通讯作者

S852.2

A

1007-5038(2016)05-0102-04