重组人生长激素治疗成人生长激素缺乏症患者疗效的相关基因多态性

许 可，阳洪波，潘 慧

(中国医学科学院 北京协和医学院 北京协和医院 内分泌科 国家卫生健康委员会内分泌重点实验室协和转化医学中心，北京 100730)

生长激素(growth hormone，GH)是由垂体前叶分泌的一种肽类激素。生长激素缺乏症(growth hormone deficiency，GHD)在儿童期缺乏主要表现为身材矮小、生长速度缓慢。成人期的生长激素缺乏主要表现为身体组分的异常，糖、脂代谢紊乱，心血管疾病的风险增加等，最终导致工作及生活能力下降，生活质量降低，个人、社会的医疗及经济负担增加。而GH替代治疗能显著改善成人生长激素缺乏症(adult growth hormone deficiency，AGHD)患者的上述症状，长期的治疗可以持续降低体脂率，改善脂代谢等[1]。目前治疗AGHD的rhGH剂量主要是根据治疗期间IGF- 1的水平来调定[2]，不同的患者所需rhGH的剂量不同，对GH治疗反应也存在个体差异，其中基因多态性可能发挥着重要作用。随着药物基因组学的发展，了解GH治疗反应相关的基因多态性将有利于rhGH的个体化治疗，本文将对这一方面做一综述。

1 胰岛素样生长因子- 1(insulin like growth hormone factor1, IGF- 1)基因多态性

IGF- 1是由肝脏、肌肉和骨骼等合成的一种70个氨基酸的多肽，具有促细胞增殖、分化的作用。后续研究发现其对糖、脂代谢有胰岛素样效应，具有促进物质代谢和降低血糖的作用。IGF- 1的合成受GH调控，其血浆中的水平有较大的个体差异，且大约40%～60%的变异是由基因造成的。IGF- 1基因位于12号染色体q22-q24.1的区域，由6个外显子和5个内含子构成，其单核苷酸多态性可能会直接或间接地造成血浆IGF- 1水平的差异，也就可能导致了AGHD患者rhGH需求剂量的差异。研究发现，IGF- 1的SNP rs2946834、rs5742694h和rs6220与女性IGF- 1水平升高有关，rs1549593与男性IGF- 1升高有关[3]。但对辉瑞国际代谢研究(KIMS)中133例AGHD患者以及14个IGF- 1 SNPs的研究发现，IGF- 1 SNPs与IGF- 1水平、IGF- 1 SDS以及GH用量均无相关性，认为IGF- 1 SNP可能并非影响rhGH疗效差异的主要因素[4]。不过该研究中的人群异质性较大，仍需要大规模的人群研究做进一步的验证。

另外，IGF- 1基因转录受2个分别位于外显子1和外显子2上的启动子P1和P2调控，其中P1是IGF- 1正确和有效转录所必须。所以IGF- 1基因多态性还包括其上游1 kb处启动子区域(CA)n重复次数不同形成多态性，也叫微卫星多态性或短串联重复序列。CA重复一般位于位于转录起始位点上游约600～700 bp，重复次数在10～24次，其中19次CA重复(192 bp)的等位基因频率最高，被认为是野生型等位基因。目前CA重复与IGF- 1水平的关系在不同国家的研究中尚无一致结论。 之前研究发现，192/192[(157.79±68.24)ng/mL]和192/non- 192[(157.24±77.29)ng/mL]基因型人群的IGF- 1水平显著高于non- 192/non- 192[(119.95±52.65)ng/mL]基因型(P<0.01)[6]。而在肢端肥大症患者中，>194 bp等位基因 (20次CA重复)携带者相比<192或192～194 bp者有更高的IGF- 1水平[6]。但在特发性GHD的研究中发现，IGF- 1启动子区的CA重复与血浆IGF- 1水平并无关联[7]。所以也有学者认为，IGF- 1的SNP和CA重复可能并不是调节IGF- 1表达的主要因素[8]。

虽然IGF1启动子对IGF- 1水平可能无影响，但是可能与rhGH治疗的代谢反应有关。对比192 bp等位基因的纯合子(19/19)，杂合子(19/X)和非携带者(X/X)后发现，在野生型基因携带者(19/19、19/X)对rhGH的代谢反应存在放大效应[9]。总而言之，目前IGF- 1基因多态性对IGF- 1的水平影响仍有争议,但对rhGH治疗的代谢效应有潜在的影响，还需要在分子水平做进一步探究。

2 生长激素受体(growth hormone receptor,GHR)基因多态性

GHR广泛存在于体内多个器官和组织的细胞表面，GH主要通过与其结合后产生IGF- 1发挥生物学作用，可见GHR在GH-IGF- 1轴以及rhGH疗效上起着至关重要的作用。GHR蛋白质由620个氨基酸残基组成的单链跨膜糖蛋白组成，膜外区、跨膜区和膜内区分别由245、25和350个氨基酸残基组成。GHR基因位于第5号染色体(5p13- 12)，包含9个外显子，基因全长87kb。基因转录时按是否缺失第3外显子分为两种类型：即Ex3保留型(full length,fl-GHR)和Ex3缺失型(d3-GHR)，进而出现3种基因型，fl/fl-GHR，fl/d3-GHR和d3/d3-GHR。已知Ex3编码膜外区的22个氨基酸残基，其在受体中的作用尚不明确。d3-GHR可使膜外区氨基末端第7～28位氨基酸残基丢失，导致编码蛋白天冬氨酸取代丙氨酸。这一改变虽然并未影响膜外区分子间二硫键的形成，也不影响其球形折叠的空间结构，但可能会造成受体所带电荷及疏水性的改变。

GHR对rhGH治疗反应的影响仍存在争议。之前的研究认为，GHR多态性可能是影响rhGH治疗反应的因素之一。 在身材矮小患者的中，具有1个或2个d3-GHR等位基因患儿的年生长速度[ΔHt:(6.09±1.54)cmvs. (5.38±1.70)cm]和治疗期间增长的身高[ΔGV:(12.18±3.08)cm /年vs.(10.77±3.40)cm /年]都显著高于fl-GHR等位基因型患儿(P<0.05)[10]。在对特纳综合征(Turner syndrome,TS)和小于胎龄儿(small for gestational age,SGA)的研究中，d3-GHR等位基因型与较高的药物促生长作用也存在同样的相关性[11]。通过对15篇相关研究的meta分析显示，d3GHR基因型患儿在rhGH治疗后生长速度增加得更多(0.521 cm/年; 95%CI, 0.196, 1.015)，最终的身高获益也更多(0.075 SD; 95%CI,0.007, 0.143)[12]。但近年来也有研究发现，在rhGH治疗GHD、TS、特发性矮小(idiopathic short state, ISS)[13- 14]等疾病中，d3-GHR基因型与GH敏感性并不相关。

rhGH在治疗AGHD的疗效方面，2008年首次报道了短期(1年,n=99)和长期(5年，n=53)rhGH治疗时，GHR多态性对IGF- 1水平、代谢参数(脂质分布和空腹血糖)、身体成分和骨矿物质密度等的影响[15]。结果显示，rhGH长期治疗下d3-GHR基因型携带者比fl/flGHR患者IGF- 1水平更高而LDL水平更低。d3-GHR基因型患者在短期治疗(1年)获益主要是HDL的上升，而长期治疗(5年)获益主要是LDL下降，伴随轻度空腹血糖、糖化血红蛋白上升、糖耐量下降[17]。也有研究发现，d3-GHR基因型达到正常IGF- 1水平所需的rhGH剂量比fl-GHR基因型要少大约25%[16]。由此可见，d3-GHR多态性可能在部分代谢指标上有一定影响，且与rhGH的用量相关。

3 信号通路相关基因多态性

除了IGF- 1和GHR的基因多态性可能会影响rhGH疗效之外，GHR后信号通路缺陷造成的GH效应障碍同样也可能会影响到疗效及用量。GH与GHR结合后诱导GHR形成二聚体，与JAK2(Janus kinase 2)相互靠近并磷酸化，活化的JAK使GHR胞内段以及一些信号蛋白质的某些关键位点的酪氨酸残基磷酸化。继而活化胞外信号调节激酶(extracellular signal-regulated kinase,ERK)、促分裂原活化的蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)、胰岛素受体底物蛋白- 1(insulin receptor substrate 1，IRS- 1)、IRS- 2等信号通路。其中JAK2信号传导及转录激活蛋白- 5(signal transducer and activator of transcription 5,STAT5)通路在信号传导中有重要的作用，它的异常将导致严重的身材矮小和GH不敏感。GH也可以激活细胞因子信号传导抑制子(suppressor of cytokine signaling，SOCS)基因，SOCS在GH信号通路中发挥负性调控作用，从而形成细胞内的负反馈调节。与GH代谢效应相关的主要是磷酸肌醇3- 激酶(phosphoinositide 3-kinases,PI3Ks)的活化。

目前已经发现数个与GH信号通路相关基因多态性，可能与GH的代谢效应以及疗效有关。在对2 760例白人女性双胞胎受试者的研究发现，JAK2基因的SNP rs7849191与中心性肥胖和腰围相关，rs3780378和高血浆apoA、总胆固醇、低密度脂蛋白等血脂水平相关[18]。STAT5B 的SNP rs6503691与IGHD患儿GH替代治疗后的胆固醇水平相关[19]。在rhGH治疗AGHD的疗效方面，通过对313例AGHD患者以及GH信号通路上5个SNP的观察发现，PIK3CB SNP rs361072在GH治疗后反应最好，IGF- 1水平升高最为显著[20]。

4 展望

AGHD患者由于GH的缺乏，往往导致心血管风险和病死率增加,而在身体机能及生活质量均显著下降。GH的替代治疗对AGHD患者的代谢改善效应基本明了，包括改善身体成分、脂代谢、骨密度、增加肌肉力量、改善认知能力、提高生活质量等。但由于环境因素、基因背景等差异，目前仍是根据患者临床表现、不良反应、IGF- 1水平等来调整rhGH治疗剂量，无法形成一个精准、个体化的治疗。因此越来越多的研究关注遗传变异对个体差异和药物反应，然而目前的研究中仍无一致性的结论。未来仍需要更大样本量，更长观察时间的研究，以及在分子层面进一步澄清基因多态性与GH代谢效应间的关系，从而帮助AGHD患者制定更加个体化的治疗方案。

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