Молекулярная биология и клиническая эндокринология. Болезни аденогипофиза и задержка роста

МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ УКРАИНЫ

ЛУБЕНСКОЕ МЕДИЦИНСКОЕ УЧИЛИЩЕ

РЕФЕРАТ

ПО ЕНДОКРИНОЛОГИИ

НА ТЕМУ: Молекулярная биология и клиническая ендокринология. Болезни аденогипофиза и задержка роста

1 Молекулярная биология и клиническая эндокринология

Методы молекулярной биологии и генной инженерии произвели революцию в исследованиях структуры и функций клеток и позволили расшифровать основные механизмы наследственности. Стремительное накопление и осмысление данных о механизмах биосинтеза макромолекул и их роли в физиологии клетки способствовало прогрессу биохимии и экспериментальной эндокринологии. Успехи в этих областях знаний стали основой достижений современной клинической эндокринологии.

I. Передача информации. Вся генетическая информация соматической клетки человека закодирована 3 миллиардами пар нуклеотидов ДНК. Геном человека (т. е. совокупность генов гаплоидного набора хромосом) содержит около 100 000 генов, распределенных между 23 хромосомами. Информация переносится с ДНК на мРНК в процессе транскрипции, происходящем в ядре; информация от мРНК передается полипептидной цепи в процессе трансляции в цитоплазме (см. рис. 5.1). Дальнейшие посттрансляционные модификации полипептидной цепи приводят к образованию зрелых, функционально активных белков, таких, как пептидные гормоны, рецепторы гормонов, структурные белки клеточных мембран, белки цитоскелета.

II. Экспрессия гена

А. Каждый ген -- это транскрипционная единица, содержащая структурную и регуляторную области (см. рис. 5.2). Структурная область включает участки, кодирующие последовательность аминокислот в полипептидной цепи (экзоны), и некодирующие участки (интроны). При транскрипции структурной области первоначально образуется транскрипт РНК (предшественник мРНК), содержащий как экзоны, так и интроны. Транскрипт РНК претерпевает процессинг -- ряд превращений в ядре: к 5'-концу транскрипта присоединяется 7-метилгуанозин-пирофосфат; к 3'-концу присоединяется полиаденилатный «хвост»; интроны выщепляются, а экзоны стыкуются друг с другом и образуют зрелую мРНК (последний процесс называют сплайсингом). Зрелая мРНК, поступающая из ядра в цитоплазму, -- это последовательность нуклеотидов, кодирующая уникальную полипептидную цепь. Кодирующая последовательность мРНК ограничена нетранслируемыми 3'- и 5'-последовательностями.

Б. Полипептид, кодируемый мРНК, -- это молекула-предшественник, которая обычно подвергается процессингу. Это регулируемый многоэтапный процесс, включающий фосфорилирование или гликозилирование некоторых аминокислот, а также протеолитическое выщепление определенных участков полипептидной цепи (например, C-пептида инсулина). Процессинг завершается образованием зрелого белка. Характерное свойство секретируемых белков (в том числе пептидных гормонов) -- присутствие сигнального пептида на N-конце молекулы предшественника. Сигнальный пептид состоит из 20--30 аминокислот, многие из которых гидрофобны; он необходим для переноса предшественника из цитозоля в эндоплазматический ретикулум. В полости эндоплазматического ретикулума сигнальный пептид отщепляется, а молекула предшественника подвергается дальнейшим модификациям (например, гликозилированию) и поступает в аппарат Гольджи, где процессинг предшественника завершается, зрелый белок упаковывается в секреторные пузырьки и выводится во внеклеточное пространство. Присутствие различных молекул-предшественников на разных этапах процессинга является важнейшей особенностью биосинтеза почти всех белков. Физиологическая роль предшественников пока не выяснена, хотя понятно, что их многообразие создает предпосылки для изменчивости зрелого белка. Другой источник изменчивости белка -- перестройки генома. Изменение хотя бы одного нуклеотида в гене может нарушить структуру или скорость биосинтеза зрелого белка либо его предшественников. Поэтому малейшие изменения ДНК могут быть причиной наследственных эндокринных и метаболических нарушений.

III. Регуляция экспрессии гена

А. Нуклеотидная последовательность структурной области гена транскрибируется только в присутствии регуляторной области (см. рис. 5.2). Регуляторная область, расположенная обычно на 5'-конце гена, контролирует уровень экспрессии гена, т. е. количество его продукта -- мРНК. Регуляторная область включает несколько структурно-функциональных компонентов, в том числе -- промотор и энхансер. Промотор состоит из 100--150 нуклеотидов, начиная от точки инициации транскрипции в 5'-фланкирующей области, и содержит несколько коротких нуклеотидных последовательностей -- цис-элементов. Цис-элементы отвечают за связывание регуляторных белков, кодируемых другими генами (такие регуляторные белки называют транс-факторами).

Б. Первым цис-элементом является ТАТА-бокс -- последовательность, богатая тимином и аденином. ТАТА-бокс расположен на расстоянии 25--35 нуклеотидов от точки инициации транскрипции. Взаимодействие ТАТА-связывающего регуляторного белка с ТАТА-боксом служит сигналом для присоединения РНК-полимеразы к промотору и для инициации транскрипции.

В. Второй цис-элемент промотора включает ЦААТ-бокс и участок Sp1. Эти последовательности взаимодействуют с разными транскрипционными факторами, контролирующими экспрессию гена.

Г. На разном расстоянии от промотора расположены энхансеры -- нуклеотидные последовательности, регулирующие скорость транскрипции. Некоторые транс-факторы, связываясь с энхансерами, усиливают или подавляют транскрипцию. К числу таких транс-факторов относятся активированные цитоплазматические рецепторы стероидных и тиреоидных гормонов (см. гл. 23, п. II.В.1.в), а также фосфорилированные или дефосфорилированные белки-посредники, образующиеся при взаимодействии гормонов с мембранными рецепторами. Регуляторные элементы генома определяют тканевую специфичность механизмов гормональной регуляции.

IV. Генетические дефекты и эндокринные болезни

А. Многие эндокринные болезни обусловлены мутациями одиночных генов (например -- заменой одного нуклеотида). Такие болезни называют моногенными. Главным звеном патогенеза может оказаться нарушение синтеза или транспорта гормона либо дефект рецептора или компонента, осуществляющего внутриклеточную передачу сигнала гормона. В табл. 5.1 перечислены некоторые эндокринные болезни, обусловленные генетическими дефектами. Ниже детально рассмотрены два примера наследственных эндокринных болезней.

Б. Синдромы инсулинорезистентности обычно наследуются аутосомно-рецессивно и включают синдром инсулинорезистентности и acanthosis nigricans типа А и лепречаунизм. Эти болезни обусловлены мутациями гена рецептора инсулина. Точечные мутации в последовательности, кодирующей альфа-субъединицу рецептора, снижают стабильность мРНК рецептора и нарушают доставку зрелого рецептора к наружной клеточной мембране. В результате уменьшается общее число рецепторов на мембране. Точечные мутации в последовательности, кодирующей бета-субъединицу, обычно понижают активность тирозинкиназы рецептора.

В. Генерализованная резистентность к тиреоидным гормонам -- редкий синдром с аутосомно-доминантным наследованием (см. гл. 2, п. IV.Ж.2.а). Уровни свободных T₄ и T₃ повышены, но содержание ТТГ в сыворотке находится в пределах нормы или увеличено и регулируется тиролиберином. Как правило, генетический дефект -- точечная мутация в последовательности, кодирующей гормонсвязывающий домен рецептора тиреоидных гормонов. Этот дефект приводит к ухудшению связывания гормона с рецептором и, соответственно, к снижению активности гормон-рецепторных комплексов.

V. Молекулярные основы патогенеза эндокринных опухолей

А. Молекулярно-биологические исследования позволили расшифровать многие механизмы онкогенеза, в том числе -- механизмы развития гормонально-активных опухолей.

Б. Некоторые СТГ-секретирующие опухоли возникают вследствие мутаций генов G-белков. G-белки опосредуют передачу сигналов от мембранных рецепторов гормонов к внутриклеточным исполнительным системам. Например, субъединица G_sальфа стимулирует аденилатциклазу. В норме взаимодействие G_sальфа с аденилатциклазой происходит только после присоединения гормона к рецептору. Мутация в последовательности, кодирующей G_sальфа, приводит к образованию дефектной G_sальфа, которая функционирует как конститутивный нерегулируемый активатор аденилатциклазы. Постоянный высокий уровень активности аденилатциклазы стимулирует опухолевый рост СТГ-секретирующих клеток, что приводит к гиперсекреции СТГ и к развитию акромегалии.

В. Доказано, что синдром МЭН типа I обусловлен дефектом одного из локусов 11q. Анализ полиморфизма длин рестрикционных фрагментов ДНК у членов семей с МЭН типа I позволит в ближайшем будущем идентифицировать мутантный ген.

VI. Рекомбинантные гормоны. Методы генной инженерии позволяют получать в промышленных количествах гормоны человека: инсулин, СТГ, ЛГ, ФСГ, ТТГ и их аналоги. Рекомбинантные гормоны широко применяются в экспериментальной и клинической эндокринологии.

VII. Основные направления исследований

А. Идентификация генов гормонов, генов рецепторов гормонов и генов других молекул, участвующих в гормональной регуляции функций организма.

Б. Изучение механизмов передачи сигналов гормонов.

В. Идентификация генетических дефектов, обусловливающих эндокринные болезни.

Г. Выявление молекулярно-генетических маркеров предрасположенности к эндокринным болезням.

Д. Разработка методов прогнозирования и ранней диагностики эндокринных болезней.

Е. Разработка новых методов лечения эндокринных болезней (поиск блокаторов и стимуляторов секреции гормонов; генотерапия).

2 Болезни аденогипофиза и задержка роста

I. Общие сведения. Аденогипофиз вырабатывает ряд гормонов, регулирующих рост ребенка. Продукция гормонов аденогипофиза, в свою очередь, зависит от либеринов и статинов -- гормонов гипоталамуса, поступающих в воротную систему гипофиза (см. рис. 9.1). Секреция либеринов и статинов контролируется адренергическими, холинергическими и дофаминергическими нейронами высших нервных центров. Кроме того, секреция некоторых гормонов аденогипофиза и либеринов тормозится гормонами периферических эндокринных желез по принципу отрицательной обратной связи. Таким образом, в регуляции роста участвуют гормоны гипоталамуса, аденогипофиза и периферических эндокринных желез -- мишеней аденогипофизарных гормонов.

А. СТГ. Этот пептидный гормон образуется в соматотропных клетках аденогипофиза. Синтез и секреция СТГ контролируются двумя гипоталамическими гормонами: соматолиберином и соматостатином. Соматолиберин стимулирует, а соматостатин подавляет секрецию СТГ и блокирует стимулирующее действие соматолиберина. Установлено, что соматостатин вырабатывается не только в гипоталамусе, но и в других отделах нервной системы, а также в органах ЖКТ. Соматостатин подавляет секрецию многих гормонов, в том числе -- инсулина, глюкагона и гастрина. Уровень секреции СТГ зависит от соотношения концентраций соматолиберина и соматостатина. Попадая в кровь, СТГ взаимодействует с СТГ-связывающим белком, гомологичным внеклеточному домену рецептора СТГ.

Б. ИФР. Рост-стимулирующий эффект СТГ опосредуется ИФР -- гормонами, которые образуются под влиянием СТГ в печени и других тканях. Выделены два вида ИФР: ИФР-I и ИФР-II. Это близкие по строению одноцепочечные белки, сходные с проинсулином. ИФР-I и ИФР-II присутствуют в сыворотке преимущественно в виде комплексов со связывающими белками. Наиболее распространен ИФР-связывающий белок типа 3. ИФР-I и ИФР-II по-разному влияют на клетки-мишени. Это объясняется различиями взаимодействия ИФР с рецепторами. Как ИФР-I, так и ИФР-II связываются с рецепторами ИФР-I, однако сродство ИФР-I к рецепторам ИФР-I гораздо выше, чем сродство ИФР-II. Оба ИФР участвуют в развитии плода; в постэмбриональном периоде основное значение в регуляции роста имеет ИФР-I. Он стимулирует пролиферацию клеток всех тканей, в первую очередь -- хрящевой и костной. Физиологическая роль ИФР-II в развитии ребенка и во взрослом организме пока не выяснена. Так же как и СТГ, оба ИФР действуют на гипоталамус и аденогипофиз по принципу обратной связи, контролируя синтез соматолиберина и соматостатина и секрецию СТГ.

В. ТТГ. Этот гликопротеидный гормон образуется в тиреотропных клетках аденогипофиза. Синтез и секреция ТТГ контролируются тиролиберином. ТТГ стимулирует синтез и секрецию тиреоидных гормонов (T₃ и T₄) -- важнейших регуляторов роста всех тканей организма. Тормозя синтез тиролиберина и секрецию ТТГ, T₃ и T₄ замыкают петлю отрицательной обратной связи в гипоталамо-гипофизарно-тиреоидной системе.

Г. АКТГ. Синтез АКТГ в кортикотропных клетках аденогипофиза и секреция АКТГ контролируются кортиколиберином. Действуя на клетки коры надпочечников, АКТГ стимулирует синтез и секрецию кортизола -- гормона с широким спектром действия. Исследования in vitro и in vivo показали, что низкие концентрации кортизола необходимы для роста клеток, но даже небольшой избыток этого гормона подавляет клеточную пролиферацию.

Д. ЛГ и ФСГ. Это гликопротеидные гормоны, секретируемые гонадотропными клетками аденогипофиза. Продукция ЛГ и ФСГ регулируется гонадолиберином. С начала пубертатного периода ЛГ и ФСГ регулируют синтез и секрецию половых гормонов и гаметогенез. ЛГ стимулирует секрецию прогестерона в яичниках и тестостерона -- в яичках. ФСГ стимулирует секрецию эстрогенов в яичниках. Эстрогены и тестостерон определяют развитие вторичных половых признаков, пубертатное ускорение роста и закрытие эпифизарных зон роста длинных костей. Как и другие гормоны периферических эндокринных желез, эстрогены и тестостерон по принципу отрицательной обратной связи тормозят секрецию гонадолиберина, ЛГ и ФСГ.

II. Задержка роста, обусловленная дефицитом СТГ. Абсолютный или относительный дефицит СТГ приводит к снижению продукции ИФР-I и является одной из самых распространенных причин задержки роста у детей. Хотя дефицит СТГ встречается сравнительно редко (1 случай на 10 000--20 000 детей), он выявляется примерно у 10% детей с выраженной низкорослостью, обращающихся в педиатрические эндокринологические учреждения. Низкорослость, обусловленная дефицитом СТГ, хорошо поддается лечению.

А. Этиология

1. Идиопатический дефицит СТГ.

2. Септооптическая дисплазия.

3. Голопрозэнцефалия.

4. Гистиоцитоз X.

5. Краниофарингиома.

6. Облучение или хирургическое вмешательство по поводу внутричерепных новообразований.

Б. Диагностика

1. Случайные однократные определения уровня СТГ в сыворотке далеко не всегда позволяют выявить дефицит этого гормона. Гораздо более информативно определение ИФР-I и ИФР-связывающего белка типа 3 (особенно у детей старше 5 лет). Эти методики можно использовать для массовых обследований.

2. Рентгенологическое определение костного возраста. У некоторых больных с дефицитом СТГ костный возраст отстает от паспортного более чем на 40%.

3. Рекомендуется длительное наблюдение за ребенком и последовательные многократные измерения роста, поскольку в большей части случаев дефицит СТГ приводит к снижению скорости роста.

4. Другие признаки дефицита СТГ:

а. Гипогликемия натощак.

б. Ожирение туловища.

в. Высокий голос.

5. Если анамнез и клиническая картина дают основание заподозрить дефицит СТГ, в амбулаторных условиях определяют концентрации ИФР-I и ИФР-связывающего белка типа 3 в сыворотке и проводят простейшие стимуляционные пробы для оценки секреции СТГ (см. табл. 9.1). Если результаты этих исследований указывают на дефицит СТГ, для подтверждения диагноза проводят дополнительные пробы в стационаре (см. табл. 9.2). Если в любой из проб уровень СТГ превысит 10 нг/мл, дефицит СТГ исключают.

В. Лечение. Самый действенный метод -- заместительная гормональная терапия. Препараты СТГ, получаемые из ткани гипофиза человека (трупный материал), в настоящее время не применяют из-за опасности заражения болезнью Крейтцфельдта--Якоба. Используют соматропин -- рекомбинантный человеческий СТГ, не менее эффективный, чем натуральный гормон. Обычно соматропин назначают в/м или п/к в дозах 0,025--0,05 мг/кг/сут. Если низкорослость обусловлена не дефицитом СТГ, а иными причинами (например, дефицитом половых гормонов при синдроме Тернера), рекомендуются несколько большие дозы соматропина.

III. Задержка роста, обусловленная резистентностью к СТГ или нарушениями метаболизма СТГ

А. Карликовость Ларона (синдром резистентности к СТГ). Заболевание обусловлено дефектами гена рецептора СТГ или (реже) дефектами гена СТГ, поэтому даже при повышенном уровне СТГ его действие на клетки-мишени резко ослаблено. Обычно наблюдается значительное уменьшение скорости роста и снижение уровней СТГ-связывающего белка, ИФР-I и ИФР-связывающего белка типа 3. Клиническая картина определяется масштабом генетического дефекта. Классическая (полная) форма этого синдрома встречается исключительно редко, преобладают частичные формы. Лечение соматропином, как правило, безуспешно. Предполагают, что для лечения можно использовать ИФР-I.

Б. Задержка роста, поддающаяся лечению СТГ. У некоторых больных с сильной задержкой роста, поддающейся лечению соматропином, при стимуляционных пробах выявляется нормальная секреция СТГ. У многих (но не у всех) больных этой категории понижен уровень ИФР-I. Для объяснения этих феноменов предложено несколько гипотез.

1. Частичное нарушение секреции СТГ. У некоторых больных уровень ИФР-I снижен, хотя секреторная реакция соматотропных клеток на стимуляцию нормальная. Предполагают, что в таких случаях нарушена автономная секреция СТГ (понижен базальный уровень СТГ) и снижена чувствительность соматотропных клеток к соматолиберину. Другое объяснение: у таких больных уровень секреции СТГ находится на нижней границе нормы и задержка роста также является вариантом нормы.

2. Частичная резистентность к СТГ. У некоторых больных частично нарушено связывание СТГ с рецепторами на клетках-мишенях. Этот дефект компенсируется введением высоких доз соматропина. Кроме того, частичная резистентность к СТГ может быть обусловлена изменениями уровня СТГ-связывающего белка.

В. В настоящее время единственным способом прогнозирования эффективности заместительной гормональной терапии остается пробное лечение соматропином (не менее 6 мес).

IV. Задержка роста, обусловленная дефицитом ТТГ. В редких случаях задержка роста может быть вызвана изолированным дефицитом ТТГ, приводящим к недостаточной секреции T₃ и T₄. Гораздо чаще дефицит ТТГ сочетается с дефицитом СТГ.

А. Этиология

1. Идиопатический дефицит ТТГ (нарушение секреции тиролиберина).

2. Опухоль головного мозга или операция на головном мозге.

Б. Диагностика. Определяют T₃, T₄ и свободный T₄ в сыворотке. Эти показатели могут находиться на нижней границе нормы. Определение уровня ТТГ неинформативно, поскольку он не повышен (как, например, при первичном гипотиреозе). В неясных случаях можно провести стимуляционную пробу с тиролиберином. При дефиците ТТГ секреторная реакция на тиролиберин развивается медленнее и продолжается дольше, чем в норме.

В. Лечение. При дефиците ТТГ лечение такое же, как при первичном гипотиреозе (см. гл. 32). Обычная доза левотироксина составляет 0,1 мг/м²/сут внутрь, однако чувствительность разных больных к левотироксину существенно различается. Самый надежный критерий эффективности лечения -- нормализация уровня свободного T₄.

V. Задержка роста, обусловленная нарушениями секреции АКТГ. Описаны случаи изолированного дефицита АКТГ, однако задержку роста нельзя отнести к основным проявлениям этого синдрома. Несмотря на то что при дефиците АКТГ уровень кортизола снижен, его достаточно для нормального роста клеток. Напротив, избыток АКТГ (при гипофизарном синдроме Кушинга) обусловливает повышенную секрецию кортизола, что приводит к задержке роста.

А. Этиология

1. АКТГ-секретирующая микроаденома гипофиза.

2. Избыток кортиколиберина.

Б. Диагностика. Уровни кортизола в сыворотке и АКТГ в плазме повышены. Информативные пробы перечислены в табл. 9.3.

В. Лечение. Гипофизарный синдром Кушинга в подавляющем большинстве случаев обусловлен АКТГ-секретирующей микроаденомой. Метод выбора -- удаление опухоли. Другой способ лечения (эффективен у детей) -- облучение гипоталамуса и гипофиза.

VI. Гонадотропные гормоны и задержка роста. В начале пубертатного периода секреция ЛГ и ФСГ значительно усиливается, что приводит к повышению уровней половых гормонов. В результате происходит пубертатное ускорение роста. Если секреция ЛГ и ФСГ не усиливается, то пубертатное ускорение роста отсутствует и развивается относительная низкорослость. Диагноз относительной низкорослости устанавливают, сравнивая рост ребенка со средним ростом здоровых детей того же возраста. При дефиците ЛГ и ФСГ скорость роста остается на препубертатном уровне или снижена. Причины задержки роста:

А. Конституциональная задержка полового развития.

Б. Врожденный вторичный гипогонадизм.

1. Изолированный дефицит гонадотропных гормонов (в том числе синдром Кальмана).

2. Синдром Паскуалини (изолированный дефицит ЛГ) либо изолированный дефицит ФСГ.

В. Опухоль головного мозга или операция на головном мозге.

Использованная литература

1. Ендокринология. Под ред. С. В. Николаев - Ф48 М.: Медецина, 1987. - 935