生長激素受體及其亞型與糖尿病及其并發(fā)癥的關(guān)系

胡其嫻(綜述)，陳鳳玲(審校)

(1.上海交通大學醫(yī)學院，上海200025;2.上海交通大學醫(yī)學院附屬第三人民醫(yī)院內(nèi)分泌科，上海201900)

垂體分泌的生長激素(growth hormone，GH)是調(diào)控哺乳動物出生后生長的主要激素，具有調(diào)節(jié)營養(yǎng)的吸收和利用、促進蛋白質(zhì)合成、促進骨骼和肌肉生長、減少脂肪沉積、提高生長速度等功能，并參與哺乳動物免疫、生殖、泌乳等生理功能和代謝調(diào)節(jié)［1，2］。GH主要與細胞表面受體的生長激素受體(growth hormone receptor，GHR)結(jié)合，后者介導引發(fā)下游一系列信號通路反應。而在1型、2型糖尿病患者及糖尿病動物模型中發(fā)現(xiàn)的GHR表達異常，正是導致GH、GHR及GHR后信號三者所構(gòu)成的調(diào)控網(wǎng)絡功能異常的關(guān)鍵。

1 分子構(gòu)成

GHR是單鏈跨膜糖蛋白，主要由614～626個氨基酸殘基組成［3］。GHR結(jié)構(gòu)上分為N端胞外段、疏水跨膜段以及C端胞內(nèi)段三個區(qū)［2，3］。GHR胞外段含有5個高度保守的糖基化位點，是GHR與配體結(jié)合的部位。在胞外段的特定位置含有7個半胱氨酸殘基，其中有6個在蛋白成熟時形成二硫鍵，維持GHR胞外結(jié)構(gòu)域的特定空間結(jié)構(gòu)。胞外段近胞膜區(qū)的WSXWS樣序列(Try-Gly-Glu-Phe-Ser)，則可能在GH與GHR結(jié)合過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用［2］。

受體的胞內(nèi)段含有兩個保守的氨基酸序列(Box1、Box2)，它們是Ⅰ型細胞因子受體超家族的特征性結(jié)構(gòu)?？拷さ腂ox1包含8個氨基酸殘基，以脯氨酸為主，是GHR與酪氨酸激酶結(jié)合的位點之一;Box2包含15個氨基酸殘基，與Box1之間有約30個氨基酸殘基的距離。如果這兩個保守氨基酸序列中的某一個氨基酸殘基發(fā)生突變，GH將失去促生長作用。由此可以推測，Box1、Box2在 GHR介導的胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導中起著重要作用［2，3］。

2 基因結(jié)構(gòu)

人類生長激素受體(human growth hormone receptor，hGHR)基因位于第5號染色體近端短臂的p13.1～p12區(qū)，含有10個外顯子，可編碼產(chǎn)物的部分長4375 bp。外顯子2～9的長度在66～179 bp，外顯子10長達3400 bp，它們編碼由620個氨基酸殘基組成的蛋白質(zhì)［2，3］。

外顯子1為非編碼區(qū)，由5'端的多個非翻譯區(qū)選擇性組合構(gòu)成，這是GHR多態(tài)性的原因之一。外顯子2編碼18個氨基酸殘基的信號肽、胞外結(jié)合區(qū)起始的5個氨基酸殘基;外顯子3～7編碼GHR分子的胞外段;外顯子8編碼24個氨基酸殘基組成的疏水跨膜段、胞外段的最后3個氨基酸殘基以及胞內(nèi)段起始的4個氨基酸殘基;包含346個氨基酸殘基的胞內(nèi)段則由外顯子9、10共同編碼;外顯子10還編碼了 hGHR mRNA 3'非翻譯區(qū)的一部分［2，4，5］。

3 GHR的分布與功能

3.1 hGHR的分布 人體內(nèi)GHR的分布非常廣泛，在肝臟中表達最高。肝臟是體內(nèi)結(jié)合GH后生成胰島素樣生長因子1(insulin like growth factor-1，IGF-1)的主要場所。除肝組織外，GHR還大量分布于肺、骨、心、眼、腎、腦、肌肉和脂肪組織，以及免疫組織，如成熟B細胞、IM-9淋巴細胞、單核細胞、小腸黏膜、脾臟和胸腺等［1-3］。

3.2 GHR 的功能

3.2.1 GHR與活化信號轉(zhuǎn)導 GHR與GH結(jié)合后可引發(fā)大量的下游反應過程，譬如轉(zhuǎn)錄激活因子1、3、5a/5b的磷酸化，三磷酸肌醇激酶/Akt的活化、Src基因的表達、胞外信號調(diào)節(jié)激酶、c-Jun激酶及應激活化蛋白激酶的活化等，這是GH發(fā)揮多元化調(diào)節(jié)作用的基礎［6，7］。通過活化信號轉(zhuǎn)導，GHR 在 GH-IGF-1軸中介導了IGF-1依賴性的生長調(diào)節(jié)、上調(diào)血糖、增加蛋白質(zhì)合成代謝，同時也介導了非IGF-1依賴性的胰島素分泌、脂肪分解和糖異生等作用［8，9］。

3.2.2 GHR與脂肪細胞分化 GH可通過激活GHR使巨噬細胞在分化的早期發(fā)揮促前脂肪細胞分化作用。在Lu等［10］的細胞實驗中，巨噬細胞胞膜上表達和功能都完整的GHR在與GH結(jié)合后并不引起IGF-1的分泌增加，而是出現(xiàn)核因子κB(nuclear factor kappa B，NF-κB)磷酸化水平的明顯下降，從而抑制可溶性細胞因子白細胞介素1β(interleukin-1β，IL-1β)mRNA和蛋白的表達。IL-1β是已知的脂肪細胞抑制因子之一，主要通過促分裂原活化的蛋白激酶通路以磷酸化過氧化物酶體增殖物活化受體γ的方式抑制脂肪細胞分化［10，11］。這種以旁分泌方式發(fā)揮的促進作用進一步揭示了GH-GHR軸、巨噬細胞及脂肪細胞之間的相互關(guān)系。

3.2.3 GHR 與心血管系統(tǒng) LeBaron 等［11］發(fā)現(xiàn)主動脈內(nèi)皮細胞膜上表達GHR，并觀察到GH-GHR軸介導了轉(zhuǎn)錄激活因子5活化反應。Egecioglu等［12］發(fā)現(xiàn)，GHR基因剔除小鼠可表現(xiàn)出動脈收縮壓下降、血漿中腎素水平降低，以及主動脈內(nèi)皮細胞一氧化氮合酶升高，反映了GHR的表達變化對心血管系統(tǒng)造成的影響。

4 GHR與糖尿病

4.1 GHR與糖尿病的發(fā)生 Guevara-Aguirre1等［13］在對厄瓜多爾某西班牙裔家族的長期隨訪中發(fā)現(xiàn)，家族中攜帶GHR變異基因的個體幾乎不會罹患糖尿病，而該家族中不攜帶GHR變異基因親屬的糖尿病發(fā)病率則與當?shù)氐钠胀ㄈ巳簾o差異。進一步的檢測發(fā)現(xiàn)，GHR基因變異的家族成員組織中的GHR表達水平及血清中的IGF-1、胰島素水平明顯降低，而胰島素的敏感性增強。

4.2 糖尿病狀態(tài)下GHR的改變及其影響 糖尿病常伴隨GH抵抗，其主要表現(xiàn)為GHR及其受體后分子(如 IGF-1)活性和(或)數(shù)量的降低［1］。

4.2.1 GHR 與糖尿病胰島素抵抗(insulin resistant，IR) 肝臟GHR水平降低是導致糖尿病患者出現(xiàn)IR的原因之一。在血糖控制不佳的1型糖尿病(type 1 diabetes mellitus，T1DM)患者體內(nèi)常可檢測到肝臟GHR mRNA轉(zhuǎn)錄水平的下降。但這種異常可通過適當?shù)囊葝u素治療來糾正，因此可以推測低胰島素濃度會引起肝臟 GHR 數(shù)量下調(diào)［14］。Thimmarayappa等［15］的細胞實驗發(fā)現(xiàn)，糖尿病狀態(tài)下的脂代謝紊亂會引起循環(huán)中飽和脂肪酸含量的增高，而飽和脂肪酸可以結(jié)合GHR基因的啟動子直接抑制GHR基因的表達，這種抑制作用并不需要通過形成中間產(chǎn)物完成。因此，循環(huán)中升高的飽和脂肪酸含量也能造成血糖控制不佳的T1DM和肥胖的2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus，T2DM)患者的肝臟GHR水平下調(diào)。

肝臟中有效結(jié)合GH的GHR減少會導致IGF-1水平下降，從而削弱IGF-1對垂體分泌GH的負反饋調(diào)節(jié)，使垂體前葉分泌GH進一步增多。而高GH血癥可使肝臟處理葡萄糖的能力減退，糖原分解和糖異生能力增強;外周組織對葡萄糖的攝取和氧化能力降低;游離脂肪酸升高，并加重外周組織的胰島素抵抗［16］。

4.2.2 GHR 與胰島 β 細胞損傷 Lingohr等［17］的實驗發(fā)現(xiàn)胰島β細胞表達GHR，GH結(jié)合GHR后可保護β細胞、促進胰島β細胞的有絲分裂和增殖。糖尿病患者血液循環(huán)中飽和脂肪酸的升高會抑制GHR基因表達，從而抑制胰島素分泌和減弱β細胞損傷后修復能力［15，17］。

4.2.3 GHR與糖尿病并發(fā)癥 GHR表達改變可誘發(fā)和加重糖尿病微血管病變。在T1DM小鼠模型中，肝臟及胰腺組織中GHR mRNA表達水平下降，在腎臟和視網(wǎng)膜中表達上調(diào)［18］。上調(diào)的GHR與循環(huán)中的高GH結(jié)合后可加重糖代謝紊亂，并以非酶促方式生成過量的糖基化蛋白終產(chǎn)物，促進毛細血管壁基底膜蛋白質(zhì)合成和沉積，影響微血管結(jié)構(gòu)及血流動力學［19］。

糖尿病合并GH缺乏癥微血管病變發(fā)生率明顯低于GH分泌正?；蛏叩奶悄虿』颊撸祟惢颊呓邮芡庠葱訥H治療后的發(fā)生率與GH分泌正?；蛏叩奶悄虿』颊邿o顯著性差異［18，19］。

4.2.3.1 GHR 與糖尿病腎病(diabetic nephropathy，DN) 在GHR基因剔除的糖尿病大、小鼠模型中可以觀察到糖尿病所致腎臟損傷的減輕，分子水平上主要表現(xiàn)是酪氨酸激酶水平的下降和轉(zhuǎn)錄激活因子5的上升，組織學上則表現(xiàn)為腎血流量、腎小球濾過率的改善，以及腎臟肥大、腎小球增生硬化的抑制。這提示了GHR的缺失能延緩糖尿病腎病進展，盡管這一保護作用只在病變發(fā)生的早期有效［18，20］。

4.2.3.2 GHR 與糖尿病視網(wǎng)膜病變(diabetic retinopathy，DR) 糖尿病狀態(tài)下視網(wǎng)膜上升高的GHR水平可促進DR的發(fā)生、發(fā)展。這是因為血液循環(huán)中升高的GH直接作用于視網(wǎng)膜引起增殖性改變，視網(wǎng)膜局部的IGF-1參與毛細血管的損害，并刺激新生毛細血管的形成。應用特異性GHR阻斷劑可以使糖尿病動物模型視網(wǎng)膜新生血管及其滲出的明顯減少［21，22］。

5 GHR亞型與糖尿病

5.1 GHRd3亞型的特點 研究發(fā)現(xiàn)，hGHR的兩種常見亞型，全長亞型(human growth hormone receptor with full length，hGHRfl)和外顯子3缺失的亞型(human growth hormone receptor with exon 3 deleted，hGHRd3)對GH的反應存在差異［4］。hGHRfl亞型是人體內(nèi)含量最高、執(zhí)行生理功能的主要亞型［23］;但一對等位基因中只要存在GHRd3基因(GHRfl/d3或GHRd3/d3)，GHR對GH的敏感性加強，且其敏感性的升高程度與GHRd3拷貝數(shù)呈正相關(guān)［8］。此外，大量研究也發(fā)現(xiàn) hGHRd3 亞型與糖尿病的發(fā)生、發(fā)展相關(guān)［8，24-27］。

5.2 GHRd3 亞型在人群中的出現(xiàn)頻率 García等［24］發(fā)現(xiàn)，T1DM患者中GHRd3的等位基因出現(xiàn)頻率(24.8%)與普通人群(34.1%)無顯著性差異;Strawbridge等［8］發(fā)現(xiàn) T2DM 患者 GHRd3/d3的出現(xiàn)頻率(3.6%)遠低于正常人群(17%)。

5.3 GHRd3亞型對非糖尿病人群的保護作用 在非糖尿病人群中，GHRd3亞型攜帶者與未攜帶者相比，前者罹患糖尿病，尤其是 T2DM的相對風險降低［8，25，26］。

在印度進行的一項針對當?shù)毓跔顒用}疾病患者的調(diào)查顯示，非糖尿病人群中具有雙拷貝d3-GHR基因(GHRd3/d3)的個體與單拷貝 d3-GHR基因(GHRd3/fl)的個體相比，前者的血清高密度脂蛋白膽固醇明顯升高;與雙拷貝fl-GHR等位基因的個體(GHRfl/fl)相比，具有雙拷貝GHRd3基因的個體血清高密度脂蛋白膽固醇升高的幅度更加明顯［25］。

Montefusco等［26］對不伴糖尿病的肢端肥大癥患者的觀察發(fā)現(xiàn)，基因型為GHRfl/fl的個體與GHRd3攜帶者的血漿中GH、IGF-1水平相仿，但前者的體質(zhì)量指數(shù)值更高，胰島素抵抗也更嚴重。

5.4 GHRd3亞型與糖尿病嚴重程度 GHRd3亞型對非糖尿病人群有保護作用，但在糖尿病患者中GHRd3拷貝多的個體病變病情相對嚴重［8］。

5.4.1 GHRd3亞型與 T1DM 攜帶 GHRd3的T1DM患者(GHRfl/d3、GHRd3/d3)預后較GHRfl/fl攜帶者差。T1DM兒童中攜帶GHRd3亞型的群體比起GHRfl/fl純合子群體平均身高值更小，而血清IL-1β含量和抗胰島素抗體(autoantibodies to insulin，anti-IAA)陽性率更高［4］。炎性因子IL-1β可加速胰島β細胞的破壞;抗胰島素抗體是評估糖尿病患者殘留胰島β細胞功能喪失速度的指標，高滴度的抗胰島素抗體則是產(chǎn)生嚴重IR的主要原因［17，27］。不過也有相關(guān)研究指出，T1DM患者中GHRd3的出現(xiàn)頻率與DN的發(fā)生沒有明確聯(lián)系［28］。

5.4.2 GHRd3亞型與 T2DM 在 T2DM 患者中，GHRd3攜帶者的體質(zhì)量指數(shù)值相對較大，C反應蛋白也比GHRfl/fl攜帶者高［8］。肥胖者的體質(zhì)量指數(shù)與C反應蛋白水平呈正相關(guān)，增大的脂肪體積和增生的脂肪細胞促使肝細胞合成C反應蛋白增加。而C反應蛋白本身也是T2DM的獨立預測因子，能放大其他炎性介質(zhì)的血管損傷效應，促進單核細胞對內(nèi)皮細胞的黏附，直接損傷血管內(nèi)皮細胞功能，并使其通透性增加，最終導致IR，同時刺激巨噬細胞攝入低密度脂蛋白、分泌細胞因子及組織因子，增加T2DM患者發(fā)生冠狀動脈疾病等大血管病變的風險［29，30］。

6 小結(jié)

糖尿病狀態(tài)下GH-GHR軸的改變影響了糖尿病及其并發(fā)癥的發(fā)生及發(fā)展，不同GHR亞型的表達情況和拷貝數(shù)的差異對GH-GHR軸的平衡也能進行調(diào)節(jié)，這提示糾正GH-GHR軸的調(diào)節(jié)失衡可以作為預防、治療人類糖尿病的切入點之一。動物實驗發(fā)現(xiàn)，特異性的GHR阻斷劑對DR與DN有一定療效，這提示改變GHR的亞型比例或GHR在組織中的表達水平或許可以成為未來防治糖尿病及其并發(fā)癥的潛在手段。

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