Endokrynologia Pediatryczna Pediatric Endocrinology

Transkrypt

1 Vol. 9/2010 Nr 3(32) Endokrynologia Pediatryczna Pediatric Endocrinology Budowa i funkcja insulinopodobnych czynników wzrostowych oraz objawy kliniczne niedoboru IGF-1 Structure and Function of Insulin-like Growth Factors and Clinical Symptoms of IGF-1 Deficiency 1 Andrzej Suwała, 2 Katarzyna Ziora, 1 Dorota Landowska 1 Ipsen Poland, 2 Katedra i Klinika Pediatrii w Zabrzu Śląskiego Uniwersytetu Medycznego w Katowicach 2 Department of Pediatrics in Zabrze Medical University of Silesia in Katowice Adres do korespondencji: Katarzyna Ziora, Katedra i Klinika Pediatrii, ul. 3 Maja 13/15, Zabrze, ziorkasia@wp.pl Słowa kluczowe: IGF-1, niski wzrost, diagnostyka Key words: IGF-1, short stature, diagnosis STRESZCZENIE/ABSTRACT Proces wzrastania u człowieka jest zainicjowany przez hormon wzrostu (GH). Bierze w nim także udział szereg peptydów pośredniczących, jak insulinopodobne czynniki wzrostu (IGF-1 i 2) i ich białka wiążące (IGFBP 1 do 6) oraz podjednostka ALS. Zarówno GH, jak i IGF-1 i 2 za pośrednictwem odpowiednich receptorów wpływają na procesy metaboliczne i działają mitogennie. IGF-1 będąc ważnym czynnikiem anabolicznym dla tkanki chrzęstnej okazał się głównym hormonalnym mediatorem procesów wzrastania. IGF-1 krąży w przestrzeni naczyniowej w postaci trójelementowego kompleksu IGF-1 IFGBP3 ALS, co wydłuża okres jego półtrwania i ułatwia dotarcie do tkanek docelowych. Wszystkie trzy składniki tego kompleksu wytwarzane są w wątrobie. W pracy przedstawiono budowę i funkcje biologiczne insulinopodobnych czynników wzrostowych oraz definicję i przyczyny pierwotnego i wtórnego niedoboru IGF-1: od niedożywienia i schorzeń współistniejących, przez uszkodzenie receptora GH lub jednej z jego domen, po nieprawidłowości w przekaźnictwie postreceptorowym związane z mutacjami genów białek STAT czy IGF-1. Wskazano na stosowane obecnie możliwości diagnostyczne oraz sposób ich interpretacji. Endokrynol. Ped. 9/2010;3(32): The growth process of the human being is initiated by growth hormone (GH). Intermediary peptides like insulin like growth factors (IGF-1 and 2) and it s binding proteins (IGFBP 1-6) and subunit ALS are involved in the process. Both GH and IGF-1 and 2 mediate metabolic and mitogenic actions through it s receptors. IGF-1 as an important anabolic factor for cartilaginous tissue proved to be major hormonal mediator of growth processes. IGF-1 circulates in the blood mainly as a tri-component complex (IGF-1/IFGBP3/ALS) that prolong it s half-life and facilitate targeted tissues reach. All complex components are produced in the liver. The structure and biological functions of IGF-1 and 2 are 47

2 Praca przeglądowa Endokrynol. Ped., 9/2010;3(32):47-62 presented in this publication. Also definition and causes of primary and secondary IGF-1 deficiency: from malnutrition and coexisting diseases, through GH receptor or one of it s domain defect, to postreceptor signaling defect caused by STAT proteins gene mutation or IGF-1 gene mutation are described. There are defined current diagnostic possibilities and it s interpretation. Pediatr. Endocrinol. 9/2010;3(32): Wstęp Wzrastanie u człowieka jest niezwykle złożonym procesem, zainicjowanym przez wytwarzany w przednim płacie przysadki hormon wzrostu somatotropinę (GH = growth hormone), który stymuluje produkcję kilku peptydów pośredniczących, zwanych somatomedynami oraz ich białek wiążących. Wiadomo już, że somatomedyny, do których zalicza się insulinopodobny czynnik wzrostowy-1 (IGF-1, insulin-like growth factor-1), są częściowo zależne od GH i mediują działanie anaboliczne i mitogenne hormonu wzrostu [1]. IGF-1 był początkowo opisywany w literaturze jako sulfation factor, nieznany wcześniej, krążący we krwi czynnik, bez którego hormon wzrostu in vitro nie wpływał na wzrost kości długiej. W roku 1957 Salmon i Daughaday [1] w badaniach prowadzonych in vitro u szczurów poddanych hipofizektomii zademonstrowali zdolność do wbudowywania [35S] siarczanu do proteoglikanów chondrocytów przez podanie surowicy uzyskanej od szczurów leczonych hormonem wzrostu. Nie obserwowali takiego działania po wstrzyknięciu samego hormonu wzrostu. Stąd powstała hipoteza somatomedynowa, według której hormon wzrostu miał stymulować wytwarzanie somatomedyny (IGF-1) w wątrobie, a wzrost kości na długość miał się odbywać dzięki hormonalnemu działaniu somatomedyny na chrząstkę wzrostową [2]. Inni badacze [3, 4] zaobserwowali, że po dodaniu do hodowli komórek tkanki mięśniowej i tłuszczowej szczurów, surowicy zawierającej przeciwciała antyinsulinowe, tylko częściowo dochodziło do zahamowania działania typowego dla insuliny. Udowodnili następnie, że w krążeniu istnieją dwa czynniki o działaniu insulinopodobnym, niepodlegające inaktywacji przez te przeciwciała, które nazwali NSI- LA-I i NSILA-II (nonsuppressible insulin-like activity- I i II). W roku 1972 określenia sulfation factor i NSILA zostały zastąpione terminem somatomedyny [5]. Poznano szerokie działanie metaboliczne i mitogenne tych czynników. Wykazano m.in., że: 1.) stężenie somatomedyn w surowicy krwi jest zależne od hormonu wzrostu, 2.) posiadają działanie insulinopodobne w tkankach poza szkieletem, 3.) promują inkorporację siarczanu do tkanki chrzęstnej, 4.) stymulują syntezę DNA oraz namnażanie się komórek [5]. W 1978 roku Rinderknecht i Humbel [6, 7] wyizolowali z ludzkiego osocza dwie aktywne somatomedyny, których struktura okazała się bardzo zbliżona do proinsuliny. Peptydy te nazwano w związku z tym insulinopodobnymi czynnikami wzrostu (insulin-like growth factors). Późniejsze badania wykazały, że insulinopodobne czynniki wzrostu biorą czynny udział w procesach związanych ze wzrastaniem organizmu, a ich niedobór lub brak znacząco upośledza wzrastanie. Pierwotny lub wtórny niedobór insulinopodobnych czynników wzrostowych stanowi jedną z wielu przyczyn prowadzących do zaburzeń wzrastania w wieku rozwojowym (tab. I) [8]. Budowa i funkcja insulinopodobnych czynników wzrostowych; regulacja wydzielania IGF-1 Na system czynników wzrostowych IGF składają się: 1.) dwa ligandy, tj. IGF-1 (insulin-like growth factor 1) oraz IGF-2 (insulin-like growth factor 2), 2.) sześć białek wiążących czynniki IGF (od IGFBP-1 do IGFBP-6 = insulin-like growth factor-binding protein-1 do IGF-binding protein-6), 3.) dwa receptory dla IGF (IGF-1R i IGF-2R receptors) oraz 4.) enzymy proteolityczne IGFBP (IG- FBP proteases) [9, 10]. Czynnik wzrostu IGF-1, nazywany wcześniej somatomedyną C, jest peptydem zasadowym złożonym z 70 aminokwasów, a IGF-2 peptydem nieznacznie kwasowym zbudowanym z 67 aminokwasów. Oba peptydy wykazują duże pokrewieństwo strukturalne, posiadając te same aminokwasy aż w 45 pozycjach. W około 50% wykazują też homologię w stosunku do insuliny [6, 7, 11]. Podobnie do insuliny są zbudowane z dwóch łańcuchów: A i B, połączonych ze sobą za pomocą wiązań dwusiarczkowych. Dzięki podobieństwu strukturalnemu do insuliny oba czynniki wzrostowe, zarówno IGF1, jak i IGF2, posiadają zdolność do wiązania się z receptorem insulinowym. Z kolei insulina ma zdolność wiązania się z receptorem IGF typu 1, ale 48

3 Tabela I. Klasyfikacja zaburzeń wzrastania wg Rosenfeld R.G. i Cohen P. [8] Table I. Classification of growth retardation according to Rosenfeld R.G. and Cohen P. [8] I. Pierwotne zaburzenia wzrostu A. Osteochondrodysplazje B. Zaburzenia chromosomalne II. Wtórne zaburzenia wzrostu A. Niedożywienie B. Przewlekłe choroby C. Wewnątrzmaciczne opóźnienie wzrastania D. Zaburzenia endokrynologiczne: Niedoczynność tarczycy Zespół Cushinga Rzekoma niedoczynność przytarczyc Niedobór witaminy D lub krzywica witamino-d oporna III. Deficyt IGF: IGFD A. Wtórny IGFD Niedobór GH spowodowany dysfunkcją podwzgórza Niedobór GH spowodowany dysfunkcją przysadki B. Pierwotny IGFD (niewrażliwość na GH) Pierwotna niewrażliwość (oporność) na GH Wtórna niewrażliwość na GH (Stat-5b) Pierwotne defekty syntezy IGF Pierwotne defekty transportu IGF/klirensu IGF (ALS) C. Oporność na IGF defekty receptora IGF-1 defekty post-receptorowe IV. Idiopatyczny niski wzrost: ISS A. Konstytucjonalne opóźnienie wzrostu i dojrzewania z prawidłową predykcją wzrostu ostatecznego B. ISS z opóźnieniem wieku kostnego i tempa dojrzewania C. ISS z prawidłowym wiekiem kostnym i tempem dojrzewania D. ISS rodzinnie występujący E. ISS bez występowania rodzinnego GH Growth hormone; IGF Insulin-like growth factor; ALS Acid labile subunit IGFD Insulin-like growth factor deficiency; ISS Idiopathic short stature nie wykazuje powinowactwa w stosunku do białek wiążących IGF. Obecnie zidentyfikowano dwie różne formy cząsteczek prekursorowych IGF-1: IGF-1A i IGF-1B [11]. Posiadają one identyczną sekwencję w zakresie pierwszych 134 aminokwasów. Pierwsze 48 aminokwasów to tzw. peptyd sygnałowy, kolejne 70 aminokwasów to dojrzała cząsteczka IGF-1, następnych 16 aminokwasów stanowi domenę E prekursora. IGF-1A posiada łącznie 153 reszty aminokwasowe, mając w swojej sekwencji dodatkowych 19 aminokwasów. Natomiast IGF-1B zawiera dodatkowo 61 aminokwasów, posiadając łącznie 195 reszt aminokwasowych [11]. Pomimo występowania znacznej homologii strukturalnej pomiędzy insuliną a insulinopodobnymi czynnikami wzrostu i istnienia podobieństw funkcjonalnych pomiędzy receptorem insulinowym a receptorem IGF typu 1, insulinopodobne czynniki wzrostu różnią się od insuliny także tym, że w przeciwieństwie do niej krążą w osoczu jako kompleksy związane z białkami wiążącymi [12 14]. Są to białka IGFBP-1 do IGFBP-6, które mają wysokie powinowactwo (10-9 M do M) do peptydów IGF [8]. Stężenie każdego z białek IGFBP jest różne w zależności od płynu biologicznego, w którym występują. Na przykład IGFBP-1 jest głównym białkiem IGFBP w płynie owodniowym człowieka [15], IGFBP-2 występuje w znacznych ilościach w płynie mózgowo-rdzeniowym [16] i nasieniu [17]. IGFBP-3 jest natomiast głównym białkiem wiążącym IGF-1 w surowicy krwi [18]. Spośród wszystkich białek IGFBP białka IGFBP-3 i IGFBP-5 posiadają szczególną cechę. Krążą we krwi zdrowych osób w trójskładnikowym kompleksie o masie molekularnej 150 kda, 49

4 Praca przeglądowa Endokrynol. Ped., 9/2010;3(32):47-62 złożonym z IGFBP-3 lub -5, peptydu IGF oraz glikoproteiny tzw. kwasolabilnej podjednostki ALS (acid labile subunit). Podjednostka ALS znajdowana jest wyłącznie w przestrzeni wewnątrznaczyniowej. Stabilizuje ona kompleks IGF-IGFBP3 i redukuje pasaż IGF-1 do przestrzeni zewnątrznaczyniowej [19]. Cały kompleks nie ma zdolności przekraczania bariery naczyń włosowatych, ale odgrywa ważną rolę w krążeniu systemowym. Przedłuża bowiem okres półtrwania zarówno białka wiążącego IGFBP-3, jak i IGF-1 [20, 21]. Okres półtrwania wolnego, niezwiązanego z białkami IGF-1, który stanowi ok. 1% całkowitej puli tego peptydu we krwi, wynosi zaledwie 10 minut, okres półtrwania dwuelementowego kompleksu z IGFBP-3, wiążącego 20% IGF-1, wynosi minut. Kompleks IGF-1, IGFBP-3 i ALS, w którym zawarte jest ok. 80% krążącego IGF-1, przedłuża okres jego półtrwania do ok godzin [10, 22]. Wiązanie to utrzymuje IGF-1 dłużej w przestrzeni naczyniowej po to, aby ułatwić dotarcie hormonu do tkanek docelowych, a tym samym wydłużyć jego działanie. Hormon wzrostu w przeciwieństwie do IGF-1 jest wydzielany w sposób pulsacyjny, a okres jego półtrwania we krwi jest krótki, bo wynosi minut [10]. Wszystkie sześć białek wiążących (IGFBP) wykazuje wysokie powinowactwo i specyficzność w stosunku do czynników IGF. Białka te spełniają wielorakie funkcje. Co bardzo ważne, zapobiegają hipoglikemii indukowanej przez IGF-1. Oprócz przechowywania IGF-1 i IGF-2 w osoczu i przedłużania okresu ich półtrwania w krążeniu, uczestniczą w transporcie tych peptydów do komórek docelowych. Zapewniają ich łączenie się z powierzchniowymi receptorami błonowymi. Regulują pasaż IGF z przestrzeni wewnątrz- do zewnątrznaczyniowej oraz dystrybucję IGF-1. Ograniczają biodostępność wolnej postaci IGF-1 w interakcji ze swoistym receptorem. W tkankach docelowych, do których nie dociera ALS, IGF-1 jest związany z IGFBP-3 w postaci heterodimeru i tylko niewielka część IGF-1 występuje w formie wolnej. Białka IGFBP zwiększają działanie IGF poprzez tworzenie puli wolno uwalniającego się IGF. Ponadto wykazano, że IG- FBP wywiera bezpośrednio wpływ na komórki poprzez własne receptory, niezależnie od działania IGF [10, 23]. Wszystkie trzy składniki potrójnego kompleksu (IGF-1, IGFBP-3, ALS) są wytwarzane w wątrobie. IGFBP-3 jest syntetyzowane przez komórki śródbłonka i komórki Kupffera, a ALS i IGF-1 przez hepatocyty [24 26]. Wiadomo już, że synteza IGF-1, IGFB-3 i ALS jest stymulowana przez hormon wzrostu, dlatego też pomiar stężenia tych białek w surowicy krwi posiada bardzo dużą wartość kliniczną w diagnostyce niedoboru hormonu wzrostu [10, 18]. Produkcja IGF-1 jest uzależniona od wielu czynników, takich jak: wiek, płeć, rytm dobowy circadian, czynniki genetyczne, niedostateczne leczenie niektórych schorzeń (np. cukrzyca, choroby wątroby, niedoczynność tarczycy), ciężkie medyczne powikłania (np. urazy wielonarządowe, zabiegi operacyjne i schorzenia układowe) [27]. Stężenie IGF-1 we krwi jest zależne od ilości i jakości pożywienia. Wzrasta pod wpływem diety wysokobiałkowej i wysokotłuszczowej, a spada pod wpływem diety bogatej w węglowodany. W przypadku chronicznego niedożywienia lub zespołu złego wchłaniania obserwuje się obniżenie stężenia IGF-1 we krwi w stopniu porównywalnym do obserwowanego w niedoborze hormonu wzrostu [27 29]. Niedożywienie przyczynia się do zmniejszonej produkcji wątrobowej IGF-1, co w rezultacie odpowiada za obniżenie stężenia IGF-1, ale powoduje wzrost stężenia GH w surowicy krwi w ujemnym sprzężeniu zwrotnym [30]. Badania prowadzone u otyłych wskazują, że stężenie IGF-1 jest odwrotnie proporcjonalne do wskaźnika masy ciała BMI (body mass index) [30]. Zaobserwowano, że u osób otyłych stężenie całkowitego IGF-1 we krwi jest obniżone, lecz stężenie jego wolnej frakcji, niezwiązanej z białkami, jest podwyższone, co może wynikać z hiperinsulinemii [31]. U chorych ze źle kontrolowaną cukrzycą typu 1 oraz u chorych z cukrzycą typu 2 leczonych insuliną stwierdza się obniżone stężenie IGF-1 we krwi, spowodowane zmniejszoną produkcją wątrobową tego hormonu [30, 32]. Uszkodzenie wątroby obserwowane w marskości wątroby lub innych chorobach tego narządu powoduje zmniejszoną produkcję IGF-1. Natomiast przewlekła niewydolność nerek prowadzi do zmniejszenia biodostępności IGF-1, mimo prawidłowego lub nawet podwyższonego stężenia tego peptydu we krwi [33, 34]. Poziom IGF-1 jest obniżony we krwi u chorych dorosłych z niedoczynnością tarczycy i ulega zwiększeniu po zastosowaniu terapii hormonami tarczycy [30]. W nadczynności tarczycy stwierdza się prawidłowe lub podwyższone stężenia IGF-1 we krwi, które ulegają zmniejszeniu pod wpływem tyreostatyków oraz po tyreoidektomii [30]. Udowodniono, że terapia dużymi (ponadfizjologicznymi) dawkami 50

5 glikokortykosteroidów prowadzi do podwyższenia poziomu IGF-1 we krwi, ale biodostępność tego hormonu ulega zmniejszeniu [35]. Natomiast stosowanie wziewnych glikokortykosteroidów u dzieci z astmą oskrzelową nie zmienia stężenia IGF-1 we krwi [36]. Zaobserwowano, że aktywacja systemu immunologicznego w niektórych ostrych stanach chorobowych (np. sepsis, uogólnione schorzenia zapalne, uszkodzenia wielonarządowe) i stanach krytycznych przyczynia się do supresji poziomu IGF-1 [30, 37]. Insulinopodobny czynnik wzrostu IGF-1 wykazuje działanie nie tylko jako klasyczny hormon, regulując wydzielanie GH w pętli ujemnego sprzężenia zwrotnego, ale także jako czynnik wzrostu produkowany lokalnie wykazuje działanie parai autokrynne w wielu tkankach, w tym w chrząstce wzrostowej [8, 38]. Udowodniono, że IGF-1 jest głównym hormonalnym mediatorem procesów wzrastania, będąc ważnym czynnikiem anabolicznym dla tkanki chrzęstnej [39]. Wzrost szkieletu w chrząstkach nasadowych rosnącej kości jest bezpośrednio stymulowany zarówno przez hormon wzrostu, jak i przez IGF-1. W badaniach doświadczalnych prowadzonych na komórkach hodowli ludzkich chondrocytów stwierdzono, że IGF-1 stymuluje proliferację komórek w sposób zależny od jego stężenia [40]. Green i wsp. [41] stworzyli teorię tzw. podwójnego efektora. Według nich GH stymuluje różnicowanie komórek prekursorowych, tj. prechondrocytów, a czynniki wzrostowe IGF, wydzielane przez komórki zróżnicowane i inne sąsiednie komórki tkanki chrzęstnej, działają mitogennie i stymulują rozwój klonalny na zasadzie auto- i parakrynnej. Inne badania wykazały, że czynnik IGF-1 jest stymulatorem migracji neuroblastów, a białko IGFBP-3 wpływa w znaczący sposób na mobilność komórek ludzkich [39]. W życiu wewnątrzmacicznym kompleks IGFBP 1 pochodzenia płodowego i matczynego kontroluje wzrost płodu [42]. Postnatalnie hormon wzrostu jest głównym regulatorem syntezy IGF-1, podczas gdy u płodów raczej tej roli nie pełni, jak i nie uczestniczy w regulacji wzrostu płodu [39]. Według hipotezy somatomedynowej anaboliczne działanie hormonu wzrostu jest mediowane przez IGF-1. Wykazano jednakże, iż GH posiada zdolność do wywierania efektów w tkankach obwodowych również niezależnie od IGF. Interesujące jest to, że niektóre efekty działania GH i IGF-1 są wręcz przeciwne. Znane jest bowiem diabetogenne działanie GH [43] i hipoglikemizujące działanie IGF. Wpływ GH na metabolizm węglowodanów jest dwojaki. W pierwszej fazie, trwającej ok. 20 minut, ujawnia się działanie hipoglikemizujące GH, podobne do działania insuliny, choć od niej niezależne, które jest wynikiem zwiększonego wykorzystania glukozy w tkankach obwodowych. Ten efekt jest zależny od insulinopodobnych czynników wzrostowych. W drugiej fazie GH działa antagonistycznie w stosunku do insuliny, zwiększając insulinooporność tkanek obwodowych oraz zmniejszając hamujący wpływ insuliny na wątrobową produkcję glukozy [44]. Wiadomo też, że hormon wzrostu stymuluje pewne efekty metaboliczne, jak np. lipolizę, transport aminokwasów przez błonę komórkową czy produkcję specyficznych białek w wątrobie, bez udziału czynników wzrostowych IGF [8]. Nadal jeszcze nie jest pewne, w jakim zakresie oddziaływania hormonu wzrostu konieczny jest pośredniczący udział czynników wzrostowych IGF [45]. Hormon wzrostu wykazuje następujące działania: 1.) stymuluje wzrost chrząstki wzrostowej, 2.) stymuluje różnicowanie i aktywność osteoklastów oraz aktywność osteoblastów; zwiększa masę kostną, 3.) w tkance tłuszczowej wywiera insulinopodobne efekty, jak wzrost lipolizy, hamowanie lipazy lipoproteinowej, spadek transportu glukozy i zmniejszenie lipogenezy, 4.) w mięśniach zwiększa transport aminokwasów, retencję azotu, masę beztłuszczową i wydatek energetyczny [8]. Działanie czynników IGF w tkankach docelowych odbywa się poprzez ich wiązanie ze specyficznymi receptorami błonowymi: IGF-1R i IGF- 2R (insulin-like growth factor-1 and -2 receptors). Oba te receptory są heterotetramerami, złożonymi z dwóch przezbłonowych podjednostek alfa o masie molekularnej 130 kda i dwóch podjednostek wewnątrzkomórkowych beta o masie 90 kda. Podjednostki alfa są miejscem wiązania IGF-1 za pomocą połączeń dwusiarczkowych. Podjednostki beta stanowią domenę transbłonową, która odpowiada za transdukcję sygnału do wnętrza komórki. Każdy pojedynczy heterodimer alfa-beta wiąże pojedynczą cząsteczkę liganda, tj. IGF. Receptor IGF- 1R cechuje się wysokim powinowactwem nie tylko do IGF-1, ale też do IGF-2. Powinowactwo IGF-1R do insuliny jest z kolei około sto razy mniejsze niż do IGF-1. Receptor IGF-2R posiada powinowactwo wyłącznie do IGF-2 [8]. Receptor IGF-1R pośredniczy w działaniach IGF w różnych typach komórek, a te procesy są tkankowo specyficzne. Wśród efektów wyróżnia się 51

6 Praca przeglądowa Endokrynol. Ped., 9/2010;3(32):47-62 indukcję wzrostu komórek, utrzymywanie długości ich przeżycia poprzez zapobieganie zjawisku apoptozy. Innym efektem działania IGF poprzez IGF-1R jest pobudzanie różnicowania komórkowego, lecz ten mechanizm nie jest jeszcze dobrze poznany [8]. Liczne badania dowodzą, że klasyczne mitogenne i metaboliczne działanie IGF-1 i IGF-2 jest mediowane wyłącznie za pośrednictwem receptora IGF-1R [8]. Tally i wsp. [46] notowali, że IGF-2 stymuluje subklonalny wzrost komórek K562 w hodowli linii erytroleukemicznych u człowieka, natomiast IGF-1 i insulina nie wykazują takiego działania. Inni autorzy [47] wykazali, że IGF-2 za pośrednictwem IGF-2R działa jako autokrynny czynnik wzrostowy w komórkach rhabdomyosarcoma u człowieka. Inni badacze [48] udowodnili, że receptor IGF-2R wiąże kwas retinowy i może pośredniczyć w niektórych efektach wzrostowych retinoidów. Niedobór insulinopodobnego czynnika wzrostowego IGF-1; definicja, przyczyny Deficyt IGF-1 może wynikać z wielu przyczyn o podłożu genetycznym, ale i niezwiązanych z zaburzeniami genetycznymi [49, 50]. Schemat obrazujący przyczyny prowadzące do deficytu IGF-1 na różnych poziomach osi GH/IGF-1 przedstawia ryc. 1 [51]. Niedobór IGF-1 może mieć charakter pierwotny lub wtórny. Dotychczas nie opracowano jednolitej definicji i klasyfikacji pierwotnego oraz wtórnego niedoboru IGF-1. Różni autorzy przedstawiają odmienne definicje tych zaburzeń [51]. Niektórzy z nich [49, 50] pierwotnym niedoborem IGF-1 określają obniżenie poziomu IGF-1 w tkankach obwodowych, w których następuje fizjologicznie produkcja i sekrecja tego hormonu. Według innych [51] z kolei niski poziom IGF-1 w tkankach może odzwierciedlać nie tylko pierwotne, ale i wtórne zmniejszenie produkcji tego hormonu w przebiegu np. zaburzeń czynności tarczycy czy nadnerczy. Walenkamp i wsp. [52] proponują, aby pierwotny deficyt IGF-1 odnosić wyłącznie do defektów genetycznych dotyczących genu IGF-1. Natomiast dysfunkcję lub niedobór receptora GHR o podłożu genetycznym zaliczają do wtórnego deficytu IGF-1. Inni autorzy [49, 50] nazywają pierwotnym niedoborem IGF-1 wszystkie defekty genetyczne (delecje, mutacje inaktywujące) dotyczące zarówno genu IGF-1, jak i defekty receptora GHR (GHR, growth hormone receptor). U wszystkich pacjentów z tak zdefiniowanym pierwotnym niedoborem IGF-1 należałoby oczekiwać obniżonego lub nieaktywnego biologicznie IGF-1 z prawidłowym lub podwyższonym stężeniem GH we krwi [49, 50]. Natomiast wtórny deficyt IGF-1, według tych autorów definiowany jest jako niedobór IGF-1 wynikający z zaburzonej sekrecji hormonu wzrostu. U chorych z tym typem niedoboru należy spodziewać się niskich stężeń IGF-1 z niskimi stężeniami lub nieaktywną biologicznie cząsteczką GH [49, 50]. W piśmiennictwie najczęściej są opisywane następujące przyczyny niedoborów IGF-1: Przyczyny pierwotnego niedoboru IGF-1 Niedobór IGF-1 określany jako pierwotny (PIGFD, primary insulin-like growth factor deficiency) to taki niedobór, który może wynikać z trzech poznanych kategorii defektów: 1.) mutacji receptora hormonu wzrostu (GHR, growth hormone receptor), prowadzących do nieprawidłowości w jego budowie, 2.) zaburzeń pozareceptorowej drogi przekazywania (transdukcji) sygnału inicjowanego przez GH oraz 3.) mutacji genu IGF-1 lub promotora tego genu, powodujących defekt syntezy samego IGF-1. Chorzy z tego typu pierwotnym niedoborem IGF wykazują niewrażliwość (oporność) na hormon wzrostu (GHI, growth hormone insensitivity) [53, 54]. Wymagają oni alternatywnego leczenia do leczenia egzogennym hormonem wzrostu [8]. Przyczyny wtórnego niedoboru IGF-1 Niedobór IGF-1 może być wtórny w stosunku do takich schorzeń, jak: niedokrwistość, choroby upośledzające czynność wątroby, zaburzenia wchłaniania i trawienia jelitowego (np. celiakia), niedoczynność tarczycy. Wynika on ze zmniejszonej produkcji tego hormonu albo zmniejszonej biodostępności [55]. Inne przyczyny prowadzące do deficytu IGF-1 to przewlekłe niedożywienie, np. w przebiegu jadłowstrętu psychicznego i stany związane ze spadkiem stężenia insuliny we krwi np., spożywanie niewystarczającej ilości pokarmu lub odchudzanie się [8]. Deficyt IGF-1 może być także wtórny w stosunku do niedoboru endogennego GH, stymulującego w sposób niewystarczający syntezę i sekrecję IGF-1. Zmniejszone stężenie GH w krążeniu wynika ze zmniejszonej produkcji tego hormonu w przysadce w przebiegu wielu wrodzonych i nabytych patologii 52

7 PODWZGÓRZE GH-RH (+) à defekt podwzgórza Wtórny deficyt IGF-1: à defekt przysadki (GHRH-R) PRZYSADKA GH (+) z niskim stężeniem GH (GH podstawowe i/lub stymulowane może być podwyższone, gdy nieaktywna cząsteczka GH lub zaburzenie neurosekrecji GH) (GHR) WĄTROBA TKANKI OBWODOWE IGF-1 (+) (IGF-1R) KOŚĆ PŁYTKA WZROSTOWA à defekt genu GHR Pierwotny deficyt IGF-1: à defekt postreceptorowej transdukcji sygnału GHR à defekt genu IGF-1 z prawidłowym lub podwyższonym stężeniem GH (IGF-1 może być podwyższone, gdy nieaktywna biologicznie cząsteczka IGF-1) GH Growth hormone; GH-RH Growth hormone releasing hormone; GHRH-R Growth hormone releasing hormone receptor; GHR Growth hormone receptor; IGF-1 Insulin-like growth factor-1; IGF-1R: Insulin like growth factor-1 receptor Ryc. 1. Schemat obrazujący przyczyny prowadzące do deficytu IGF-1 na różnych poziomach osi GH/IGF-1 [51] Fig. 1. Schematic representation of defects in the GH/ IGF-1 axis [51] w obrębie przysadki i/lub podwzgórza. Zmniejszenie produkcji GH może być także spowodowane zaburzeniem sekrecji lub zmniejszeniem aktywności biologicznej GH-RH (growth hormone releasing hormone). Wtórne obniżenie stężenia IGF-1 we krwi może wystąpić również w przypadku defektów genetycznych prowadzących do upośledzenia produkcji ALS (Acid labile subunit). Mimo że produkcja IGF-1 w tkankach obwodowych jest wtedy prawidłowa, to niski poziom IGF-1 w krążeniu wynika wyłącznie ze zwiększonego klirensu tego hormonu przy niedoborze ALS [51]. Bez względu na przyczynę, pierwotny i wtórny niedobór IGF-1, a także niewrażliwość (oporność) na IGF-1 prowadzą w konsekwencji do zespołu wrodzonej albo nabytej niewrażliwości (oporności) na hormon wzrostu [53, 54] (tab. II). Niewrażliwość na hormon wzrostu; przyczyny, objawy kliniczne Mianem niewrażliwości (oporności) na hormon wzrostu (GHI, growth hormone insensitivity) określa się występowanie klinicznych i biochemicznych cech charakterystycznych dla niedoboru IGF-1 mimo prawidłowej sekrecji endogennego GH i brak wrażliwości na leczenie egzogennym hormonem wzrostu. GHI może być zaburzeniem pierwotnym (wrodzonym) lub wtórnym (nabytym). Przyczyny prowadzące do niewrażliwości na hormon wzrostu przedstawiono w tabeli II. Zespół niewrażliwości na hormon wzrostu (GHIS = growth hormone insensitivity syndrome) to niewrażliwość na GH, której towarzyszą typowe cechy dysmorficzne opisywane przez Larona. Ten klasyczny zespół niewrażliwości na GH charakteryzuje się pierwotnym niedoborem IGF-1 oraz 53

8 Praca przeglądowa Endokrynol. Ped., 9/2010;3(32):47-62 Tabela II. Przyczyny niewrażliwości (oporności) na GH [53, 54] Table II. Reasons of GH insensitivity (resistance) [53, 54] I. Niewrażliwość na GH przebiegająca z pierwotnym niedoborem IGF A. Defekty receptora GH: 1. domeny zewnątrzkomórkowej: (a) z obniżonym stężeniem GHBP we krwi (b) z prawidłowym lub podwyższonym stężeniem GHBP defekty dimeryzacji receptora 2. domeny przezbłonowej 3. domeny wewnątrzkomórkowej (cytoplazmatycznej) B. Defekty sygnalizacji (transdukcji sygnału) GH 1. zaburzenia JAK2 (teoretycznie) 2. zaburzenia STAt-5b, STAT 3 3. zaburzenia STAt-5a (teoretycznie) C. Pierwotne defekty syntezy IGF-1 1. mutacje i delecje genu IGF-1 2. defekty sekrecji IGF-1 (teoretycznie) II. Niewrażliwość na GH wynikająca z niewrażliwości (oporności) na IGF A. Defekty receptora IGF-1 1. mutacje i delecje genu IGFR 2. delecje chromosomu 15 q (genu IGFR) B. Defekty transdukcji sygnału IGF-1 (teoretycznie) C. Defekty białek wiążących IGF-1 (teoretycznie) D. Defekty płytki wzrostowej przynasad kostnych zaburzenia SHOX III. Wtórna niewrażliwość na GH A. Przeciwciała we krwi hamujące działanie GH B. Przeciwciała przeciw receptorowi GH (teoretycznie) C. Niedożywienie D. Choroby wątroby E. Inne przewlekłe schorzenia podwyższonym stężeniem GH w surowicy krwi [8]. Jeżeli natomiast u chorego stwierdza się objawy GHI bez typowych cech zespołu Larona, to mówimy o tzw. częściowej niewrażliwości na hormon wzrostu [8]. Zespół Larona W roku 1966 Laron i wsp. [56] jako pierwsi opisali kliniczny fenotyp zespołu niewrażliwości na hormon wzrostu (GHIS), stąd nazwa zespół Larona (LS = Laron syndrome). U trojga rodzeństwa z hipoglikemią i innymi klinicznymi objawami niedoboru hormonu wzrostu zaobserwowali oni znacznie podwyższone stężenia GH we krwi. Do roku 2004 opisano kilkaset przypadków zespołu Larona na świecie [8, 57]. Większość doniesień pochodzi z regionu Morza Śródziemnego i Ekwadoru [56]. U tych chorych wykazano brak reaktywności na egzogenny hormon wzrostu w zakresie zarówno poprawy wzrastania, jak i wyrównania zmian metabolicznych. Nie obserwowano też u nich zmian w stężeniu IGF-1 i IGFBP-3 w surowicy krwi podczas terapii hormonem wzrostu [58]. Badania prowadzone in vitro wykazały, że GH nie jest w stanie stymulować komórek progenitorowych erytrocytów, uzyskanych z krwi obwodowej chorych z zespołem Larona [8]. Następne badania in vitro na komórkach hepatocytów pochodzących z bioptatów wątroby tych pacjentów dowiodły, że u chorych z zespołem Larona występuje uszkodzenie receptora GHR [59]. Kolejnym interesującym odkryciem było stwierdzenie braku aktywności białka wiążącego GH (GHBP, growth hormone binding protein) w surowicy pacjentów z tą rodzinną postacią niewrażliwości na hormon wzrostu, a badania molekularne wykazały, że GHBP stanowi jednocześnie zewnątrzkomórkową domenę receptora GHR [8]. Pierwsze badania genetyczne u chorych z zespołem Larona wykazały istnienie u nich delecji w obrębie genu kodującego zewnątrzkomórkową domenę GHR, a następne ok. 60 różnych mutacji 54

9 Tabela III. Typowe objawy kliniczne obserwowane u chorych z zespołem niewrażliwości na hormon wzrostu (GHIS = growth hormone insensitivity syndrome) [8] Table III. Typical clinical features of growth hormone insensitivity syndrome (GHIS) [8] Wzrost i rozwój Masa ciała urodzeniowa Długość ciała urodzeniowa Wzrost po urodzeniu Wiek kostny Rozwój płciowy Funkcje seksualne i płodność na ogół prawidłowa może być nieco niższa w stosunku do normy znacznie obniżony opóźniony micropenis w dzieciństwie; rozwój płciowy opóźniony o 3 7 lat zachowane Twarzoczaszka Włosy Czoło Czaszka Nos Oczodoły Twardówki Zęby Głos rzadkie przed 7. rokiem życia wystające obwód głowy prawidłowy; mała twarzoczaszka nasada zapadnięta; nos hypoplastyczny spłycone o niebieskim odcieniu opóźnione wyrzynanie o wysokiej tonacji Układ kostno-mięśniowy; metabolizm; inne Hipoglikemia Rozwój psychomotoryczny Biodro Łokieć Skóra Kości w wieku niemowlęcym i u starszych dzieci; uczucie głodu u niektórych dorosłych opóźniony dysplazja; martwica jałowa głowy kości udowej ograniczenie ruchomości cienka; przedwcześnie starzejąca się osteopenia punktowych (missense, nonsense, nieprawidłowy splicing) dotyczących receptora GHR [60]. Obecnie wiadomo, że ta rzadka choroba uwarunkowana genetycznie dziedziczy się na ogół w sposób autosomalny recesywny, ale ostatnio opisano też kilka przypadków dziedziczenia autosomalnie dominującego [61]. Zespół Larona spowodowany deficytem GHR (GHRD, growth hormone receptor deficiency) u chorych nieleczonych prowadzi do skrajnej niskorosłości. Fenotyp ten jest rezultatem ciężkiej oporności receptorów obwodowych na hormon wzrostui w konsekwencji brakiem prawidłowej odpowiedzi w postaci wzrostu produkcji IGF-1, IGFBP-3 i ALS [8]. Objawy kliniczne zespołu Larona są identyczne, jak w innych postaciach ciężkiego niedoboru IGF-1, uwarunkowanych genetycznie lub wywołanych wrodzonym niedoborem hormonu wzrostu (tab. III) [8]. Podstawowe stężenie GH w surowicy krwi w typowych przypadkach niewrażliwości na GH (GHI) jest podwyższone, natomiast stężenie IGF-1, IGF-2 i IGFBP-3 we krwi znacznie obniżone. Prawidłowe, a nawet podwyższone stężenie 55

10 Praca przeglądowa Endokrynol. Ped., 9/2010;3(32):47-62 GHBP w surowicy krwi nie wyklucza jednakże rozpoznania GHRD. Opisuje się bowiem też częściowe fenotypy kliniczne i biochemiczne GHI, które są spowodowane najpewniej łagodniejszymi mutacjami genu kodującego GHR, prowadzącymi jedynie do niewielkiego spadku aktywności wiążącej i/lub aktywności receptora [8, 61]. Inne pierwotne niedobory IGF-1: deficyt IGF-1 (IGFD: insulin-like growth factor deficiency) Wprowadzenie nowych metod molekularnych, pozwalających na coraz lepsze poznanie mechanizmów biorących udział w transdukcji sygnału w obrębie osi GH-IGF-1, pozwoliło na odkrycie innych niż w zespole Larona przyczyn prowadzących do oporności na hormon wzrostu. Każdy etap przekaźnictwa postreceptorowego (wewnątrzkomórkowego) pomiędzy GH a receptorem GHR może być zaburzony przez mutację genów kodujących białka biorących udział w procesie wytwarzania IGF-1 [54, 61]. Połączenie GH z domeną zewnątrzkomórkową GHR, którą stanowi GHBP, powoduje przyłączenie drugiej podobnej domeny receptora, tworząc dimer. Dochodzi do aktywacji receptora. Wewnątrzcytoplazmatyczna domena GHR, posiadająca aktywność kinazy tyrozynowej, uruchamia kaskadową reakcję fosforylacyjną reszt tyrozynowych w białkach STAT (signal transducers and activators of transcription). Białka STAT poprzez dimeryzację przekazują sygnał do jądra komórkowego. Powstałe tu czynniki transkrypcyjne dla promotora P1 genu IGF-1 uruchamiają biosyntezę IGF-1 [8]. Zasadniczą podjednostką białka STAT biorącą udział w transkrypcji genu IGF-1 jest białko STAT-5b. Mutacja genu kodującego to białko w konsekwencji prowadzi do niedoboru IGF-1. Zmutowane białko STAT-5b nie może w tym przypadku funkcjonować jako transduktor sygnału ani jako czynnik transkrypcyjny z powodu niezdolności do wiązania się z fosfotyrozynami na aktywowanych przez GH receptorach oraz z powodu niezdolności wchodzenia w trwałe interakcje z DNA. Białko STAT-5b jest także zaangażowane w szlak przekazywania sygnałów przez wiele cytokin [8]. W roku 2003 opisano po raz pierwszy defekt molekularny w kaskadzie postreceptorowej transdukcji sygnału GH- IGF-1. Było to doniesienie Kofoed i wsp. [62], którzy zidentyfikowali homozygotyczną mutację w genie kodującym białko STAT-5b. U chorych z tym defektem stwierdzali dodatkowo dysfunkcję układu immunologicznego, polegającą na upośledzeniu odporności komórkowej. U czterech z sześciu badanych obserwowano nawracające śródmiąższowe zapalenia płuc, a u kilku przewlekłe wypryski (eczema), nawracający półpasiec, ciężką krwotoczną postać ospy wietrznej. U trzech pacjentów występowała także niewielka hiperprolaktynemia. W roku 2004 Domené i wsp. [63] opisali po raz pierwszy mutację genu kodującego ALS. Od tego czasu zbadano 17 pacjentów (dwie kobiety i 15 mężczyzn) z mutacją homozygotyczną lub heterozygotyczną w obrębie genu ALS. Interesujące jest to, że mimo równie niskich stężeń IGF-1 i IGFBP-3 w surowicy krwi, jak u osób z mutacjami genów kodujących GHR czy białka STAT-5b, wzrost chorych z deficytem ALS nie zawsze był obniżony w stosunku do normy. Mieścił się w zakresie od -0,5 do -4,2 SDS. Być może u tych pacjentów stwierdziłoby się wzrost lokalnej produkcji auto/parakrynnej IGF-1 [61]. U kilku chorych obserwowano też insulinooporność [54]. Pierwsze defekty genetyczne w zakresie genu IGF-1 opisano u czterech pacjentów w 1996 roku [64]. U jednego z nich była to homozygotyczna delecja genu IGF-1, a u czterech pozostałych homozygotyczne mutacje punktowe. Z kolei w roku 2003 zidentyfikowano mutację genu receptora IGF-1 (IGFR), a ostatnio heterozygotyczne mutacje IGFR u pacjentów z delecją chromosomu 15q [54, 65]. Oba te defekty są przyczyną zarówno wewnątrzmacicznego, jak i postnatalnego znacznego niedoboru wzrostu, co potwierdzać może ważną rolę IGF-1 w procesie wzrastania płodu. U kilku chorych stwierdzono ponadto opóźnienie umysłowe, mikrocefalię i niedosłuch [61]. Obraz kliniczny chorych z pierwotnym niedoborem IGF-1 (IGFD) w zależności od defektu genetycznego przedstawiono w tabeli IV. U chorych z niedoborem IGF-1 wtórnym do niedoboru GH (GHD = growth hormone deficiency) długość i masa urodzeniowa ciała są prawidłowe i mieszczą się w zakresie +/- 10% normy. W okresie noworodkowym można u tych dzieci obserwować przedłużającą się żółtaczkę oraz skłonność do stanów hipoglikemicznych [8]. Natomiast w przypadku ciężkiego wrodzonego niedoboru IGF-1 stwierdza się niski wzrost już bezpośrednio po urodzeniu. Wcześniejsze doniesienia sugerowały, że wzrost tych dzieci jest względnie prawidłowy do około szóstego miesiąca życia, jednakże najnowsze analizy dotyczące wzrostu pacjentów z GHD i GHI wskazują, że niedobór wzrostu może występować już we wczesnym okresie niemowlęcym. Do ukończenia pierwszego roku życia dziecko rośnie wtedy 56

11 Tabela IV. Objawy kliniczne obserwowane u chorych z pierwotnym niedoborem IGF-1 (IGFD = insulin like growth factor deficiency) w zależności od defektu genetycznego [61] Table IV. Clinical features of insulin like growth factor deficiency according to genetic defects [61] Defekt genetyczny Wzrost urodzeniowy Charakterystyczne cechy kliniczne IGF/IGFBP3/ALS (we krwi) GHBP (we krwi) receptor GH prawidłowy lub niski skrajnie niski wzrost typowy wygląd twarzy skłonność do hipoglikemii IGF-1: IGFBP-3: ALS: zwykle obniżone może być w normie IGF-1 znacznie obniżony skrajnie niski wzrost zmniejszony obwód głowy opóźnienie rozwoju umysłowego głuchota IGF-1: IGFBP-3: ALS: w normie Stat-5b prawidłowy lub niski skrajnie niski wzrost typowy wygląd twarzy dysfunkcja układu immunologicznego hyperprolaktynemia IGF-1: IGFBP-3: ALS: w normie ALS prawidłowy lub niski niski wzrost insulinooporność opóźnienie rozwoju płciowego IGF-1: IGFBP-3: ALS: nieoznaczalne w normie : znacznie obniżone; : prawidłowe wolno i zwykle już w tym wieku znajduje się poniżej prawidłowej krzywej wzrastania określanej przy pomocy siatki centylowej [8]. Diagnostyka niedoboru IGF-1 Dzięki możliwości wprowadzenia czułych i swoistych metod oznaczania insulinopodobnych czynników wzrostu oraz białek wiążących IGFBP okazało się, że peptydy te mogą odzwierciedlać status wydzielania GH u danego pacjenta. Oznaczanie tych peptydów znacznie ułatwia fakt, że w warunkach prawidłowych występują one w surowicy krwi w wysokich stężeniach. Zaletą jest także to, że poziom tych peptydów pozostaje względnie stały w ciągu dnia, w związku z czym nie jest konieczne wykonywanie obciążających testów stymulacyjnych ani też wielokrotne pobierania krwi [8]. Istnieją jednak pewne ograniczenia dotyczące metod oznaczania IGF-1. Po pierwsze, białka IG- FBP mogą interferować z oznaczeniami IGF-1 wykonywanymi metodami radioimmunologicznymi, radioreceptorowymi i biologicznymi [8, 66]. Wymienione białka wiążące muszą zostać całkowicie usunięte, np. za pomocą chromatografii żelowej w środowisku kwaśnym (co jest bardzo pracochłonne), lub powinny zostać zablokowane przez dodanie nadmiaru IGF-2 (co wymaga posiadania przeciwciał o wysokim powinowactwie i wysokim stopniu swoistości dla IGF-1) [8, 66, 67]. Alternatywnie można zastosować znakowany radioizotopowo analog IGF-1 o obniżonym powinowactwie w stosunku do białek IGFBP [8]. Ponadto stężenie IGF-1 w surowicy krwi wykazuje dużą zależność od wieku i płci, co wymaga ustalania przez producenta zakresu norm dla każdego zestawu. Najniższe stężenia IGF-1 we krwi są obserwowane u dzieci poniżej piątek roku życia. Podczas dojrzewania płciowego stężenie IGF-1 wzrasta i koreluje ze stadium pokwitania oraz wiekiem kostnym lepiej aniżeli z wiekiem chronologicznym [8]. Znany jest również fakt małej powtarzalności wyników tych oznaczeń [68 70]. Stanowi to dodatkowe utrudnienie w interpretacji wyników badań. Jednoczesne stwierdzenie obniżonego stężenia w surowicy IGF-1, IGF-2 i IGFBP-3 oraz podwyższonego stężenia w surowicy GH z dużym prawdopodobieństwem wskazuje na istnienie niewrażliwości na hormon wzrostu (GHI) [8, 54, 61]. Na możliwość istnienia GHRD wskazuje dodatni wywiad rodzinny mówiący o dziedziczeniu 57

12 Praca przeglądowa Endokrynol. Ped., 9/2010;3(32):47-62 autosomalnie recesywnym. Savage i Rosenfeld [71] w roku 1999 opracowali punktowy system oceny niskorosłych dzieci pod kątem rozpoznania GHRD, oparty na pięciu parametrach: podstawowe stężenie GH w surowicy przekraczające 5 ng/ml, stężenie IGF-1 w surowicy mniejsze lub równe 50 ng/ml, wzrost poniżej -3 SDS, poziom GHBP w surowicy poniżej 10% oraz wzrost stężenia IGF-1 w surowicy po tygodniu stymulacji za pomocą egzogennego preparatu GH nieprzekraczający dwukrotności zmienności międzyoznaczeniowej (około 10%). Obniżone stężenie GHBP w surowicy wskazuje z dużym prawdopodobieństwem na rozpoznanie GHRD, choć należy podkreślić, że zidentyfikowano przypadki GHRD z prawidłowym stężeniem GHBP w surowicy [8]. Mogą one reprezentować mutacje w miejscu odpowiedzialnym za dimeryzację GHR lub być może za zaburzenia w obrębie wewnątrzkomórkowej części receptora lub w mechanizmie postreceptorowej transdukcji sygnałów. Z drugiej jednak strony uważa się, że polimorfizmy genu GHR bez towarzyszącego obniżenia stężenia IGF-1 i IGFBP-3 nie powinny być uznawane za GHRD. Na tym etapie do ustalenia definitywnego rozpoznania konieczne jest stwierdzenie klasycznego fenotypu i zidentyfikowanie nieprawidłowości w obrębie genu kodującego GHR [8]. W celu rozpoznawaniu klasycznego (całkowitego, kompletnego) pierwotnego niedoboru IGF-1 prowadzone od szeregu lat badania zalecają posługiwanie się standardowym testem generacji somatomedyn, stosowanym przez większość autorów [70]. Sposób przeprowadzenia testu polega na podawaniu przez cztery kolejne dni preparatu hormonu wzrostu o godz w dawce 0,033 mg/kg masy ciała, po uprzednim oznaczeniu stężenia IGF-1 we krwi o godz na czczo. W piątym dniu, po zakończeniu podawania GH, oznacza się stężenie IGF-1 także rano o godz na czczo. Maksymalny przyrost stężenia IGF-1 15 ng/ml po podawaniu GH przemawia za całkowitym pierwotnym niedoborem IGF-1. Przyrost stężenia IGF-1 > 15 i < 160 ng/ml świadczy o częściowym pierwotnym niedoborze IGF-1. Natomiast przyrost stężenia > 160 ng/ml wyklucza pierwotny niedobór IGF-1 [70]. Niektórzy autorzy [54] zalecają rozszerzenie testu generacji somatomedyn o jednoczasowe oznaczenie stężenia IGF-1, IGFBP-3, a nawet ALS w surowicy krwi. Wzrost stężenia IGF-1 we krwi mniejszy niż 15 ng/ml, a IGFBP-3 mniejszy niż 400 ng/ml świadczy o całkowitej oporności na hormon wzrostu (lub o zespole Larona) [72]. Badania molekularne prowadzone u dzieci niskorosłych są bardzo pracochłonne i kosztowne. Dlatego można pośrednio na podstawie pewnych oznaczeń biochemicznych podejrzewać niektóre defekty genetyczne. Według Backeljauw [61] w przypadku podejrzenia defektu genetycznego, wskazującego na niewrażliwość na GH, należy wykonać następujące oznaczenia we krwi: 1. IGFBP-3. Bardzo niskie stężenia występują w GHIS, defekcie genu Stat-5b i ALS. Prawidłowe stężenia z towarzyszącym bardzo niskim stężeniem IGF-1 sugerują defekt genu IGF ALS. Bardzo niskie stężenia występują w GHIS, defekcie genu Stat-5b i ALS. Jeśli stężenie ALS jest nieoznaczalne, IGF-1 i IGFBP-3 są znacznie obniżone i stwierdza się relatywnie nieduży niedobór wzrostu, sugeruje to defekt genu ALS. Prawidłowe stężenia z towarzyszącym bardzo obniżonym stężeniem IGF-1 sugeruje defekt genu IGF GHBP. Obniżone stężenia sugerują GHIS. Prawidłowe stężenia wskazują na defekt inny niż GHIS. Bardzo wysokie stężenia są obserwowane w przypadku mutacji receptora GH, np. domeny przezbłonowej (tab. IV). Diagnostyka pierwotnego niedoboru IGF-1 jest potrzebna z praktycznego punktu widzenia, gdyż w ostatnich latach pojawiła się możliwość terapii ludzkim rekombinowanym IGF-1. Jeszcze do niedawna hormon wzrostu był jedyną opcją terapeutyczną dla dzieci niskorosłych. Obserwacje wskazywały, że wzrost ostateczny dzieci leczonych GH był znacznie zróżnicowany, a odpowiedź wzrostowa często poniżej optimum. Po wyizolowaniu z ludzkiego osocza w roku 1978 cząsteczki IGF-1, jej wykorzystanie w celach terapeutycznych możliwe stało się dopiero w roku 1986 [8]. Terapia IGF-1 stała się osiągalna w USA po zatwierdzeniu przez FDA w roku 2005, a w Europie po zatwierdzeniu przez EMEA w 2007 roku ze wskazaniem na dzieci z ciężkim pierwotnym niedoborem IGF-1 (SPIGFD = severe primary IGF deficiency). Dodatkowo wykazano, że w kilku innych schorzeniach, włączając zespół Larona, zespół Noonana z mutacją genu PTPN11, niewydolność nerek, zespół niewrażliwości na GH oraz niewydolność wątroby, odnotowano udokumentowaną lub też potencjalną poprawę w związku z terapią IGF-1. Konsekwencją posiadania dwóch opcji terapeutycznych jest konieczność ustalenia w jakiej sytuacji jedna z nich jest bardziej efektywna od drugiej. Ważniejsze może się to okazać, kiedy podjąć decyzję o zmianie terapii na alternatywną [8]. 58

13 PIŚMIENNICTWO/REFERENCES [1] Salmon W.D.J., Daughaday W.H.: A hormonally controlled serum factor which stimulates sulfate incorporation by cartilage in vitro. J. Lab. Clin. Med., 1957:49, [2] Romer T.E.: Informacje dotyczące nowojorskiego spotkania pediatrów-endokrynologów ESPE Endokrynol. Ped., 2009:8, 3(28), [3] Bürgi H., Müller W.A., Humbel R.E. et al.: Non-suppressible insulin-like activity of human serum: I. Physiochemical proprietes, extraction and purification. Biochem. Biophys. Acta., 1966:121, [4] Froesch E.R., Zapf J., Meuli C. et al.: Biological proprerties of NSILAs. Adv. Metab. Disord., 1975:8, [5] Daughaday W.H., Hall K., Raben M.S. et al.: Somatomedin: proposed designation for sulphation factor. Nature, 1972:235, 107. [6] Rinderknecht E., Humber R.E.: The amino acid sequence of human insulin-like growth factor I and its structural homology with proinsulin. J. Biol. Chem., 1978:253, [7] Rinderknecht E., Humber R.E.: Primary structure on human insulin-like growth factor II. FEBS Lett., 1978:89, [8] Rosenfeld R.G., Cohen P.: Disorders of growth hormone/insulin-like growth factor secretion and action. [w]: Pediatric Endocrinology Third Edition. Red. Sperling M.A., Saunders Elsevier, Philadelphia, 2008: [9] Hwa V., Youngman O.H., Rosenfeld R.G.: The insulin-like growth factor-binding protein (IGFBP) superfamily. Endocr. Rev., 1999: 20(6), [10] Collett-Solberg P.F., Misra M.: The role of recombinant human insulin-like growth factor-i in treating children with short stature. J. Clin. Endocrinol. Metab., 2008:93(1), [11] Daughaday W.H., Rotwein P.: Insulin-like growth factors I and II: peptide, messenger ribonucleic acid and genetic structures, serum tissue concentrations. Endocr. Rev., 1989:10, [12] Rosenfeld R.G., Lamson G., Pham H. et al.: Insulin-like growth factor-binding proteins. Recent. Prog. Horm. Res., 1990:46, [13] Lamson G., Giudice L., Rosenfeld R.G.: The insulin-like growth factor binding proteins: structural and molecular relationships. Growth Factors, 1991:5, [14] Rechler M.M.: Insulin-like growth factor binding proteins. Vitam. Horm., 1993:47, [15] Drop S.L.S., Valiquette G., Guyda H.J. et al.: Partial purification and characterization of a binding protein for insulin-like activity (ILAs) in human amniotic fluid: A possible inhibitor of insulin-like activity. Acta. Endocrinol., 1979:90, [16] Rosenfeld R.G., Pham H., Conover C.A. et al.: Structural and immunological comparison of insulin-like growth factor (IGF) binding proteins of cerebrospinal and amniotic fluids. J. Clin. Endocrinol. Metab. 1989:68, [17] Rosenfeld R.G., Pham H., Oh Y. et al.: Identification of insulin-like growth factor binding protein-2 (IGF-BP-2) and a low molecular weight IGF-BP in human seminal plasma. J. Clin. Endocrinol. Metab., 1990:70(2), [18] Martin J.L., Baxter R.C.: Insulin-like growth factor binding protein from human plasma: Purification and characterization. J. Biol. Chem., 1986:261, [19] Rosenbloom A.L.: Mecasermin (Recombinant human insulin-like growth factor I). Adv. Ther., 2009:26(1), [20] Baxter R.C.: Insulin-like growth factor binding proteins in the human circulation: a review. Horm. Res., 1994:42, [21] Twigg S.M., Baxter R.C.: Insulin-like growth factor (IGF)-binding protein 5 forms an alternative ternary complex with IGFs and the acid-labile subunit. J. Biol. Chem., 1998:27, [22] Hasegawa T., Cohen P., Hasegawa Y. et al.: Characterization of the insulin-like growth factors (IGF) axis in a cultured mouse Leydig cell line (TM-3). Growth. Reg., 1995:5, [23] Collett-Solberg P.F., Cohen P.: The role of the insulin-like growth factor binding proteins and the IGFBP proteases in modulating IGF action. Endocrinol. Metab. Clin. North Am., 1996:25, [24] Chin E., Zhou J., Dai J. et al.: Cellular localization and regulation of gene expression for components of the insulin-like growth factor ternary binding protein complex. Endocrinology, 1994:134, [25] Villafuerte B.C., Koop B.L., Pao C.I. et al.: Co-culture of primary rat hepatocytes and nonparenchymal cells permits experession of insuline-like growth factor binding protein-3 in vitro. Endocrinology, 1994:134, [26] Rosenfeld R.G., Pham H., Cohen P. et al.: Insulin-like growth-factor binding proteins and their regulation. Acta. Pediatr. Suppl., 1994: 399, [27] Kwan A.Y.M., Hartman M.L.: IGF-I measurements in the diagnosis of adult growth hormone deficiency. Pituitary, 2007:10, [28] Clemmons D.R., Underwood L.E.: Nutritional regulation of IGF-I and IGF binding proteins. Annu. Rev. Nutr., 1991:11, [29] Isley W.L., Underwood L.E., Clemmons D.R.: Dietary components that regulate serum somatomedin-c concentrations in humans. J. Clin. Invest., 1983:71, [30] Juul A.: Serum levels of insulin-like growth factor I and its binding proteins in health and disease. Growth. Horm. IGF Res., 2003:13, [31] Frystyk J., Vestbo E., Skjærbæk C. et al.: Free insulin-like growth factors in human obesity. Metabolism, 1995:44(10 Suppl 4),

14 Praca przeglądowa Endokrynol. Ped., 9/2010;3(32):47-62 [32] Clauson P.G., Brismar K., Hall K. et al.: Insulin-like growth factor-i and insulin-like growth factor binding protein-1 in a representative population of type 2 diabetic patients in Sweden. Scand. J. Clin. Lab. Invest., 1998:58, [33] Kratzsch J., Blum W.F., Schenker E. et al.: Regulation of growth hormone (GH), insulin-like growth factor (IGF)I, IGF binding proteins-1, -2, -3 and GH binding protein during progression of liver cirrhosis. Exp. Clin. Endocrinol. Diabetes, 1995:103, [34] Iglesias P., Diez J.J., Fernandez-Reyes M.J. et al.: Growth hormone, IGF-I and its binding proteins (IGFBP-1 and -3) in adult uraemic patients undergoing peritoneal dialysis and haemodialysis. Clin. Endocrinol. (Oxf), 2004:60, [35] Miell J.P., Taylor A.M., Jones J. et al.: The effects of dexamethasone treatment on immunoreactive and bioactive insulin-like growth factors (IGFs) and IGF-binding proteins in normal male volunteers. J. Endocrinol., 1993:136, [36] Wolthers O.D., Juul A., Hansen M. et al.: The insulin-like growth factor axis and collagen turnover in asthmatic children treated with inhaled budesonide. Acta. Paediatr., 1995:84, [37] Dahn M.S., Lange M.P., Jacobs L.A.: Insuline like growth factor 1 production is inhibited in human sepsis. Arch. Surg., 1988:123, [38] Jones J.L., Clemmons D.R.: Insulin-like growth factors and their binding proteins: biological actions. Endocr. Rev., 1995:16, [39] Kędzia A., Korman E.: Hormon wzrostu budowa, wydzielanie, przekazywanie sygnału wzrostowego. Ped. Prakt., 2001:9(1), [40] Matsumoto T., Tsurumoto T., Goldring M. et al.: Differential effect of IGF-binding proteins, IGFBP-3 and IGFBP-5 on IGF-I action and bindong to cell membranes of immortalized human chondrocytes. J. Endocrinol., 2000:166, [41] Green H., Morikawa M., Nixon T.: A dual effector theory of growth hormone action. Differentiation, 1985:29, [42] Bang P., Stangenberg M., Westgren M. et al.: Decreased ternary complex formation and predomonance of a 29 kda IGFBP-3 fragment in human fetal serum. Growth. Regul., 1994:4, [43] Sherwin R.S., Schulman G.A., Hendler R. et al.: Effect of growth hormone on oral glucose tolerance and circulating metabolic fuels in man. Diabetologia, 1983:24, [44] Jarosz-Chobot P., Otto-Buczkowska E.: Zaburzenia hormonalnej regulacji homeostazy glukozy. Hiperglikemia. [w:] Endokrynologia wieku rozwojowego co nowego? Red. Otto-Buczkowska E., Cornetis, Wrocław 2008:165. [45] Carrel A.L., Allen D.B.: Effects of growth hormone on body composition and bone metabolism. Endocrine, 2000:12, [46] Tally M., Li C.H., Hall K.: IGF-2 stimulated growth mediated by the somatomedin type 2 receptor. Biochem. Biophys. Res. Commun., 1987:148, [47] Minniti C.P., Kohn E.C., Grubb J.H. et al.: The insulin-like growth factor II (IGF-II)/ mannose 6-phosphate receptor mediates IGF-II-induced motility in human rhabdomyosarcoma cells. J. Biol. Chem., 1992:267, [48] Kang J.X., Bell J., Beard R.L. et al.: Mannose 6phosphate/insulin-like growth factor II receptor mediates the growth-inhibitory effects of retinoids. Cell. Growth Differ., 1999:10, [49] Ranke M.B.: Defining insulin-like growth factor-i deficiency. Horm. Res., 2006:65 (Suppl 1), [50] Rosenfeld R.G.: Molecular mechanisms of IGF-I deficiency. Horm. Res., 2006:65 (Suppl 1), [51] Rosenthal S., Cohen P., Clayton P. et al.: Treatment perspectives in idiopathic short stature with a focus on IGF-I deficiency. Ped. Endocrinol. Rev., 2007:4 (Suppl 2), [52] Walenkamp M.J., Karperien M., Pereira A.M. et al.: Homozygous and heterozygous expression of a novel insulin-like growth factor-i mutation. J. Clin. Endocrinol. Metab., 2005:90, [53] Rosenfeld R.G., Hva V.: New molecular mechanisms of GH resistance. Eur. J. Endocrinol., 2004:151, S11-S15. [54] Savage M.O., Burren C.P., Rosenfeld R.G.: The continuum of growth hormone-igf-i axis defects causing short stature: diagnostic and therapeutic challenges. Clin. Endocr., 2010:72, [55] Savage M.O., Yamacho-Hubner C., Dunger D.B.: Therapeutic applications of the insulin-like growth factors. Growth. Horm. IGF Res., 2004:14, [56] Laron Z., Pertzelan A., Mannheimer S.: Genetic pituitary dwarfism with high serum concentration of growth hormone a new inborn terror of metabolism? Isr. J. Med. Sci., 1966:2(2), [57] Laron Z.: Laron syndrome (primary growth hormone resistance or insensitivity): the personal experience J. Clin. Endocrinol. Metab., 2004:89(3), [58] Rosenbloom A.L., Guevara- Aguirre J., Rosenfeld R.G. et al.: The little women of Loja: Growth hormone receptor deficiency in an inbred population of southern Ecuador. N. Engl. J. Med., 1990:323, [59] Eshet R., Laron Z., Pertzelan A. et al.: Defect of human growth hormone receptors in the liver of two patients with Laron-type dwarfism. Isr. J. Med. Sci., 1984:20, [60] Savage M.O., Attie K.M., David A. et al.: Endocrine assessment, molecular characterization and treatment of growth hormone insensitivity disorders. Nat. Clin. Pract. Endocrinol. Metab., 2006:2(7), [61] Backeljauw P.: Diagnosis and management of primary insulin-like growth factor-i deficiency: current perspectives and clinical update. Ped. Endocr. Rev., 2010:7 (Suppl 1), [62] Kofoed E.M., Hwa V., Little B. et al.: Growth hormone insensivity associated with a STAT5b mutations. N. Engl. J. Med., 2003:349 (12),

15 [63] Domené H.M., Bengolea S.V., Martínez A.S. et al.: Deficiency of the circulating insulin-like growth factor system associated with inactivation of the acid-labile subunit gene. N. Engl. J. Med., 2004:350, [64] Woods K.A., Camacho-Hübner C., Savage M.O. et al.: Intrauterine growth retardation and post-natal growth failure associated with deletion of the insulin-like growth factor-i gene. N. Engl. J Med., 1996:355, [65] Abuzzahab M.J., Schneider A., Goddard A. et al.: IGF-I receptor mutations resulting in intrauterine and postnatal growth retardation. N. Engl. J. Med., 2003:349, [66] Powell D.R., Rosenfeld R.G., Baker B.K. et al.: Serum somatomedin levels in adults with chronic renal failure: The importance of measuring insulin-like growth factor (IGF)-1 and -2 in acid chromatographed uremic serum. J. Clin. Endocr. Metab., 1986:63, [67] Blum W.F., Ranke M.B., Bierich J.R.: A specific radioimmunoassay for IGF-II: The interference of IGF binding proteins can be blocked by excess IGF-I. Acta. Endocrinol. (Copenh.), 1988:118, [68] Kędzia A. Niedobory wzrostu powodowane nieprawidłowościami w transdukcji sygnału wzrostowego. [w:] Endokrynologia wieku rozwojowego? Red. Otto-Buczkowska E., Cornetis, Wrocław 2008, [69] Hilczer M.: Ocena czynników prognostycznych skuteczności leczenia hormonem wzrostu u dzieci z somatotropinową niedoczynnością przysadki. Rozprawa habilitacyjna. Clin. Exp. Med. Lett., 2006:47 (Suppl B), [70] Romer T.E.: Test generacji IGF-1 w rozpoznawaniu zespołu całkowitej niewrażliwości na hormon wzrostu. Endokrynol. Ped., 2009: 8 (Suppl. Nr 2 [9]), [71] Savage M.O., Rosenfeld R.G.: Growth hormone insensitivity: A proposed revised classification. Acta. Paediatr. Suppl., 1999:428, 147. [72] Blum W.F., Cotterill A.M., Postel-Vinay M.C.et al.: Improvement of diagnostic criteria in growth hormone insensitivity syndrome: solutions and pitfalls. Pharmacia Study Group on Insulin-like Growth Factor I Treatment in Growth Hormone Insensitivity Syndromes. Acta. Paediatr. Suppl., 1994:399,