重組人生長激素治療成人生長激素缺乏癥患者療效的相關(guān)基因多態(tài)性

許 可，陽洪波，潘 慧

(中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)院 內(nèi)分泌科 國家衛(wèi)生健康委員會內(nèi)分泌重點實驗室協(xié)和轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)中心，北京 100730)

生長激素(growth hormone，GH)是由垂體前葉分泌的一種肽類激素。生長激素缺乏癥(growth hormone deficiency，GHD)在兒童期缺乏主要表現(xiàn)為身材矮小、生長速度緩慢。成人期的生長激素缺乏主要表現(xiàn)為身體組分的異常，糖、脂代謝紊亂，心血管疾病的風(fēng)險增加等，最終導(dǎo)致工作及生活能力下降，生活質(zhì)量降低，個人、社會的醫(yī)療及經(jīng)濟負擔(dān)增加。而GH替代治療能顯著改善成人生長激素缺乏癥(adult growth hormone deficiency，AGHD)患者的上述癥狀，長期的治療可以持續(xù)降低體脂率，改善脂代謝等[1]。目前治療AGHD的rhGH劑量主要是根據(jù)治療期間IGF- 1的水平來調(diào)定[2]，不同的患者所需rhGH的劑量不同，對GH治療反應(yīng)也存在個體差異，其中基因多態(tài)性可能發(fā)揮著重要作用。隨著藥物基因組學(xué)的發(fā)展，了解GH治療反應(yīng)相關(guān)的基因多態(tài)性將有利于rhGH的個體化治療，本文將對這一方面做一綜述。

1 胰島素樣生長因子- 1(insulin like growth hormone factor1, IGF- 1)基因多態(tài)性

IGF- 1是由肝臟、肌肉和骨骼等合成的一種70個氨基酸的多肽，具有促細胞增殖、分化的作用。后續(xù)研究發(fā)現(xiàn)其對糖、脂代謝有胰島素樣效應(yīng)，具有促進物質(zhì)代謝和降低血糖的作用。IGF- 1的合成受GH調(diào)控，其血漿中的水平有較大的個體差異，且大約40%～60%的變異是由基因造成的。IGF- 1基因位于12號染色體q22-q24.1的區(qū)域，由6個外顯子和5個內(nèi)含子構(gòu)成，其單核苷酸多態(tài)性可能會直接或間接地造成血漿IGF- 1水平的差異，也就可能導(dǎo)致了AGHD患者rhGH需求劑量的差異。研究發(fā)現(xiàn)，IGF- 1的SNP rs2946834、rs5742694h和rs6220與女性IGF- 1水平升高有關(guān)，rs1549593與男性IGF- 1升高有關(guān)[3]。但對輝瑞國際代謝研究(KIMS)中133例AGHD患者以及14個IGF- 1 SNPs的研究發(fā)現(xiàn)，IGF- 1 SNPs與IGF- 1水平、IGF- 1 SDS以及GH用量均無相關(guān)性，認為IGF- 1 SNP可能并非影響rhGH療效差異的主要因素[4]。不過該研究中的人群異質(zhì)性較大，仍需要大規(guī)模的人群研究做進一步的驗證。

另外，IGF- 1基因轉(zhuǎn)錄受2個分別位于外顯子1和外顯子2上的啟動子P1和P2調(diào)控，其中P1是IGF- 1正確和有效轉(zhuǎn)錄所必須。所以IGF- 1基因多態(tài)性還包括其上游1 kb處啟動子區(qū)域(CA)n重復(fù)次數(shù)不同形成多態(tài)性，也叫微衛(wèi)星多態(tài)性或短串聯(lián)重復(fù)序列。CA重復(fù)一般位于位于轉(zhuǎn)錄起始位點上游約600～700 bp，重復(fù)次數(shù)在10～24次，其中19次CA重復(fù)(192 bp)的等位基因頻率最高，被認為是野生型等位基因。目前CA重復(fù)與IGF- 1水平的關(guān)系在不同國家的研究中尚無一致結(jié)論。 之前研究發(fā)現(xiàn)，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水平顯著高于non- 192/non- 192[(119.95±52.65)ng/mL]基因型(P<0.01)[6]。而在肢端肥大癥患者中，>194 bp等位基因 (20次CA重復(fù))攜帶者相比<192或192～194 bp者有更高的IGF- 1水平[6]。但在特發(fā)性GHD的研究中發(fā)現(xiàn)，IGF- 1啟動子區(qū)的CA重復(fù)與血漿IGF- 1水平并無關(guān)聯(lián)[7]。所以也有學(xué)者認為，IGF- 1的SNP和CA重復(fù)可能并不是調(diào)節(jié)IGF- 1表達的主要因素[8]。

雖然IGF1啟動子對IGF- 1水平可能無影響，但是可能與rhGH治療的代謝反應(yīng)有關(guān)。對比192 bp等位基因的純合子(19/19)，雜合子(19/X)和非攜帶者(X/X)后發(fā)現(xiàn)，在野生型基因攜帶者(19/19、19/X)對rhGH的代謝反應(yīng)存在放大效應(yīng)[9]?？偠灾?，目前IGF- 1基因多態(tài)性對IGF- 1的水平影響仍有爭議,但對rhGH治療的代謝效應(yīng)有潛在的影響，還需要在分子水平做進一步探究。

2 生長激素受體(growth hormone receptor,GHR)基因多態(tài)性

GHR廣泛存在于體內(nèi)多個器官和組織的細胞表面，GH主要通過與其結(jié)合后產(chǎn)生IGF- 1發(fā)揮生物學(xué)作用，可見GHR在GH-IGF- 1軸以及rhGH療效上起著至關(guān)重要的作用。GHR蛋白質(zhì)由620個氨基酸殘基組成的單鏈跨膜糖蛋白組成，膜外區(qū)、跨膜區(qū)和膜內(nèi)區(qū)分別由245、25和350個氨基酸殘基組成。GHR基因位于第5號染色體(5p13- 12)，包含9個外顯子，基因全長87kb。基因轉(zhuǎn)錄時按是否缺失第3外顯子分為兩種類型：即Ex3保留型(full length,fl-GHR)和Ex3缺失型(d3-GHR)，進而出現(xiàn)3種基因型，fl/fl-GHR，fl/d3-GHR和d3/d3-GHR。已知Ex3編碼膜外區(qū)的22個氨基酸殘基，其在受體中的作用尚不明確。d3-GHR可使膜外區(qū)氨基末端第7～28位氨基酸殘基丟失，導(dǎo)致編碼蛋白天冬氨酸取代丙氨酸。這一改變雖然并未影響膜外區(qū)分子間二硫鍵的形成，也不影響其球形折疊的空間結(jié)構(gòu)，但可能會造成受體所帶電荷及疏水性的改變。

GHR對rhGH治療反應(yīng)的影響仍存在爭議。之前的研究認為，GHR多態(tài)性可能是影響rhGH治療反應(yīng)的因素之一。 在身材矮小患者的中，具有1個或2個d3-GHR等位基因患兒的年生長速度[ΔHt:(6.09±1.54)cmvs. (5.38±1.70)cm]和治療期間增長的身高[ΔGV:(12.18±3.08)cm /年vs.(10.77±3.40)cm /年]都顯著高于fl-GHR等位基因型患兒(P<0.05)[10]。在對特納綜合征(Turner syndrome,TS)和小于胎齡兒(small for gestational age,SGA)的研究中，d3-GHR等位基因型與較高的藥物促生長作用也存在同樣的相關(guān)性[11]。通過對15篇相關(guān)研究的meta分析顯示，d3GHR基因型患兒在rhGH治療后生長速度增加得更多(0.521 cm/年; 95%CI, 0.196, 1.015)，最終的身高獲益也更多(0.075 SD; 95%CI,0.007, 0.143)[12]。但近年來也有研究發(fā)現(xiàn)，在rhGH治療GHD、TS、特發(fā)性矮小(idiopathic short state, ISS)[13- 14]等疾病中，d3-GHR基因型與GH敏感性并不相關(guān)。

rhGH在治療AGHD的療效方面，2008年首次報道了短期(1年,n=99)和長期(5年，n=53)rhGH治療時，GHR多態(tài)性對IGF- 1水平、代謝參數(shù)(脂質(zhì)分布和空腹血糖)、身體成分和骨礦物質(zhì)密度等的影響[15]。結(jié)果顯示，rhGH長期治療下d3-GHR基因型攜帶者比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療(1年)獲益主要是HDL的上升，而長期治療(5年)獲益主要是LDL下降，伴隨輕度空腹血糖、糖化血紅蛋白上升、糖耐量下降[17]。也有研究發(fā)現(xiàn)，d3-GHR基因型達到正常IGF- 1水平所需的rhGH劑量比fl-GHR基因型要少大約25%[16]。由此可見，d3-GHR多態(tài)性可能在部分代謝指標(biāo)上有一定影響，且與rhGH的用量相關(guān)。

3 信號通路相關(guān)基因多態(tài)性

除了IGF- 1和GHR的基因多態(tài)性可能會影響rhGH療效之外，GHR后信號通路缺陷造成的GH效應(yīng)障礙同樣也可能會影響到療效及用量。GH與GHR結(jié)合后誘導(dǎo)GHR形成二聚體，與JAK2(Janus kinase 2)相互靠近并磷酸化，活化的JAK使GHR胞內(nèi)段以及一些信號蛋白質(zhì)的某些關(guān)鍵位點的酪氨酸殘基磷酸化。繼而活化胞外信號調(diào)節(jié)激酶(extracellular signal-regulated kinase,ERK)、促分裂原活化的蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)、胰島素受體底物蛋白- 1(insulin receptor substrate 1，IRS- 1)、IRS- 2等信號通路。其中JAK2信號傳導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活蛋白- 5(signal transducer and activator of transcription 5,STAT5)通路在信號傳導(dǎo)中有重要的作用，它的異常將導(dǎo)致嚴重的身材矮小和GH不敏感。GH也可以激活細胞因子信號傳導(dǎo)抑制子(suppressor of cytokine signaling，SOCS)基因，SOCS在GH信號通路中發(fā)揮負性調(diào)控作用，從而形成細胞內(nèi)的負反饋調(diào)節(jié)。與GH代謝效應(yīng)相關(guān)的主要是磷酸肌醇3- 激酶(phosphoinositide 3-kinases,PI3Ks)的活化。

目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)數(shù)個與GH信號通路相關(guān)基因多態(tài)性，可能與GH的代謝效應(yīng)以及療效有關(guān)。在對2 760例白人女性雙胞胎受試者的研究發(fā)現(xiàn)，JAK2基因的SNP rs7849191與中心性肥胖和腰圍相關(guān)，rs3780378和高血漿apoA、總膽固醇、低密度脂蛋白等血脂水平相關(guān)[18]。STAT5B 的SNP rs6503691與IGHD患兒GH替代治療后的膽固醇水平相關(guān)[19]。在rhGH治療AGHD的療效方面，通過對313例AGHD患者以及GH信號通路上5個SNP的觀察發(fā)現(xiàn)，PIK3CB SNP rs361072在GH治療后反應(yīng)最好，IGF- 1水平升高最為顯著[20]。

4 展望

AGHD患者由于GH的缺乏，往往導(dǎo)致心血管風(fēng)險和病死率增加,而在身體機能及生活質(zhì)量均顯著下降。GH的替代治療對AGHD患者的代謝改善效應(yīng)基本明了，包括改善身體成分、脂代謝、骨密度、增加肌肉力量、改善認知能力、提高生活質(zhì)量等。但由于環(huán)境因素、基因背景等差異，目前仍是根據(jù)患者臨床表現(xiàn)、不良反應(yīng)、IGF- 1水平等來調(diào)整rhGH治療劑量，無法形成一個精準(zhǔn)、個體化的治療。因此越來越多的研究關(guān)注遺傳變異對個體差異和藥物反應(yīng)，然而目前的研究中仍無一致性的結(jié)論。未來仍需要更大樣本量，更長觀察時間的研究，以及在分子層面進一步澄清基因多態(tài)性與GH代謝效應(yīng)間的關(guān)系，從而幫助AGHD患者制定更加個體化的治療方案。

參考文獻：

[1] Elbornsson M, G?therstr?m G, Bosus I,etal. Fifteen years of GH replacement improves body composition and cardiovascular risk factors[J]. Eur J Endocrinol,2013,15,168:745- 753.

[2] Molitch ME, Clemmons DR, Malozowski S,etal. Evaluation and treatment of adult growth hormone deficiency: an Endocrine Society clinical practice guideline[J]. J Clin Endocrinol Metab,2011,96:1587- 1609.

[3] Al-Zahrani A, Sandhu MS, Luben RN,etal. IGF1 and IGFBP3 tagging polymorphisms are associated with circulating levels of IGF1, IGFBP3 and risk of breast cancer[J]. Hum Mol Genet,2006,15:1- 10.

[4] Meyer S, Schaefer S, Ivan D,etal. Growth hormone dose in growth hormone-deficient adults is not associated with IGF- 1 gene polymorphisms[J]. Pharmacogenomics, 2009,10:293- 302.

[5] Rahaman SMA, De D, Handa S,etal. Association of insulin-like growth factor (IGF)-1 gene polymorphisms with plasma levels of IGF- 1 and acne severity[J]. J Am Acad Dermatol,2016,75:768- 773.

[6] Akin F, Turgut S, Cirak B,etal. IGF(CA)19 and IGFBP- 3- 202A/C gene polymorphism in patients with acromegaly[J]. Growth Horm IGF Res,2010,20:399- 403.

[7] Milletta MC, Scheidegger UA, Giordano M,etal. Association of the (CA)n repeat polymorphism of insulin-like growth factor-I and - 202A/C IGF binding protein- 3 promoter polymorphism with adult height in patients with severe growth hormone deficiency[J]. Clin Endocrinol (Oxf) 2012,76: 683- 690.

[8] Broniarczyk JK, K?dzia A, Nowak W,etal. Polymor-phisms in the P1 promoter of the IGF- 1 gene in children with growth disorders[J].Pediatr Endocrinol Diabetes Metab,2015,20:136- 142.

[9] Giavoli C, Profka E, Sala E,etal.Impact of IGF(CA)19 gene polymorphism on the metabolic response to GH therapy in adult GH-deficient patients[J]. Eur J Endocrinol,2014,170:273- 281.

[10] Zheng Z, Cao L, Pei Z,etal. Relationship between initial treatment effect of recombinant human growth hormone and exon 3 polymorphism of growth hormone recep-tor in Chinese children with growth hormone deficiency. [J]. Int J Clin Exp Med,2015,8:7965- 7970.

[11] Binder G, Baur F, Schweizer R,etal. The d3-growth hormone receptor polymorphism is associated with increased responsiveness to GH in Turner and short SGA children[J]. J Clin Endocrinol Metab, 2006, 91:659- 664.

[12] Wassenaar MJ, Dekkers OM, Pereira AM. Impact of the exon 3-deleted growth hormone (GH) receptor polymorphism on baseline height and the growth response to recombinant human GH therapy in GH-deficient (GHD) and non-GHD children with short stature: a systematic review and meta-analysis[J]. J Clin Endocrinol Metab,2009,94:3721- 3730.

[13] Hellgren G, Glad CA, Jonsson B,etal. The growth hormone receptor exon 3-deleted/full-length polymorphism and response to growth hormone therapy in prepubertal idiopathic short children[J]. Growth Horm IGF Res, 2015,25:127- 135.

[15] van der Klaauw AA, van der Straaten T, Baak-Pablo R,etal. Influence of the d3-growth hormone (GH) receptor isoform on short-term and long-term treatment response to GH replacement in GH-deficient adults[J]. J Clin Endocrinol Metab,2008,93:2828- 2834.

[16] Meyer S, Schaefer S, Stolk L,etal. Association of the exon 3 deleted/full-length GHR polymorphism with recombinant growth hormone dose in growth hormone-deficient adults[J]. Pharmacogenomics,2009, 10: 1599- 1608.

[17] Giavoli C, Ferrante E, Profka E,etal. Influence of the d3GH receptor polymorphism on the metabolic and biochemical phenotype of GH-deficient adults at baseline and during short- and longterm recombinant human GH replacement therapy[J]. Eur J Endocrinol,2010, 163: 361- 368.

[18] Ge D, Gooljar SB, Kyriakou T,etal. Association of common JAK2 variants with body fat, insulin sensitivity and lipid profile[J]. Obesity (Silver Spring),2008,16:492- 496.

[19] Makimura M, Ihara K, Kojima-Ishii K,etal. The signal transducer and activator of transcription 5B gene polymorphism contributes to the cholesterol metabolism in Japanese childrenwith growth hormone deficiency[J]. Clin Endocrinol, 2011,74:611- 617.

[20] Glad CA, Barbosa EJ, Filipsson Nystr?m H,etal. SNPs within the GH-signaling pathway are associated with the early IGF1 response to GH replacement therapy in GHD adults[J]. Eur J Endocrinol,2013,170:101- 107.