人生長(zhǎng)激素的發(fā)展、應(yīng)用與研究展望

盧 晨, 倪曉燕, 秦建東, 王 兵, 2, 宋禮華, 2

(1. 安徽安科生物工程(集團(tuán))股份有限公司， 合肥 230088; 2. 安徽省生物研究所， 合肥 230088)

生長(zhǎng)激素的發(fā)現(xiàn)、研究與應(yīng)用已經(jīng)有100多年的歷史。天然的人生長(zhǎng)激素含有191個(gè)氨基酸，由腦垂體前葉嗜酸性細(xì)胞分泌，具有刺激新陳代謝，促進(jìn)組織、器官、骨骼以及整個(gè)人體發(fā)育成熟等功能，是個(gè)體生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中最重要的內(nèi)分泌激素之一。20世紀(jì)后半葉，隨著基因工程技術(shù)的快速發(fā)展，大腸桿菌基因重組表達(dá)的人生長(zhǎng)激素問(wèn)世，成功解決了垂體源性生長(zhǎng)激素來(lái)源稀缺的問(wèn)題，使這種蛋白質(zhì)藥物在臨床上大范圍的使用成為可能。伴隨著生長(zhǎng)激素臨床應(yīng)用及其作用機(jī)制研究的逐漸深入，我們發(fā)現(xiàn)其可作用于人體多種靶器官。生長(zhǎng)激素不僅可以應(yīng)用于多因素導(dǎo)致的兒童矮身材，在燒傷、成人GHD、生殖、抗衰老等領(lǐng)域均有一定臨床意義。本文就人生長(zhǎng)激素的發(fā)展歷史、臨床應(yīng)用和研究趨勢(shì)進(jìn)行綜述如下。

1 人生長(zhǎng)激素的發(fā)現(xiàn)與發(fā)展

最初對(duì)于腦垂體和生長(zhǎng)激素的研究起源于巨人癥和肢端肥大癥這兩種疾病。1884年—1886年期間，F(xiàn)ritsche、Marie和Minkowski等陸續(xù)發(fā)現(xiàn)巨人癥和肢端肥大癥患者往往和垂體腫瘤相關(guān)[1]。基于上述研究，Cushing于1912年提出垂體生長(zhǎng)激素的概念，假設(shè)垂體存在腫瘤可能會(huì)引起某種促進(jìn)生長(zhǎng)的激素持續(xù)不受控制的釋放，從而導(dǎo)致巨人癥和肢端肥大癥的出現(xiàn)[2]。在之后的近30年間多位學(xué)者陸續(xù)在各種動(dòng)物體內(nèi)發(fā)現(xiàn)了生長(zhǎng)激素的存在。華裔學(xué)者李卓皓于1944年成功解析了人生長(zhǎng)激素的氨基酸序列和分子結(jié)構(gòu)并在體外化學(xué)合成出人生長(zhǎng)激素[3-4]。

1958年Raben首次利用垂體源性生長(zhǎng)激素(pit-hGH)治療侏儒癥的患者并取得了良好療效[5]。此類(lèi)生長(zhǎng)激素提取自人類(lèi)尸體的腦垂體，由于其來(lái)源的稀缺性限制了臨床的大規(guī)模使用。20世紀(jì)70年代分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。1979年Goeddel等首次從人類(lèi)基因組中克隆得到生長(zhǎng)激素的DNA序列[6]，1985年美國(guó)FDA正式批準(zhǔn)大腸桿菌包涵體技術(shù)表達(dá)的重組人生長(zhǎng)激素(recombinant human growth hormone，rhGH)用于治療兒童GHD。與此同時(shí)，因病原體污染問(wèn)題，多例患者用藥后出現(xiàn)Creutzfeldt-Jakob Disease(一種退行性神經(jīng)疾病)，直接導(dǎo)致pit-hGH于同年正式退出市場(chǎng)[7]。

由于包涵體表達(dá)技術(shù)生產(chǎn)的重組人生長(zhǎng)激素蛋白復(fù)性和純化工藝復(fù)雜且含有192個(gè)氨基酸(相對(duì)天然生長(zhǎng)激素N端多一位fMet)，使其制劑中生長(zhǎng)激素分子的立體結(jié)構(gòu)與天然生長(zhǎng)激素不完全相同，臨床使用過(guò)程中，中和抗體產(chǎn)生率較高且療效較差，逐漸被市場(chǎng)淘汰。20世紀(jì)80年代中期，第3代生長(zhǎng)激素利用酶切技術(shù)將192肽生長(zhǎng)激素的fMet切除，比活性提高到約2.5 IU/mg蛋白，但其活性仍然較低，加之純化工藝復(fù)雜生產(chǎn)成本高，不到10年時(shí)間即被淘汰。到20世紀(jì)80年代末國(guó)內(nèi)外陸續(xù)有生物制藥企業(yè)利用大腸桿菌分泌表達(dá)技術(shù)生產(chǎn)的第5代重組人生長(zhǎng)激素，它的比活性高達(dá)3.0 IU/mg蛋白，抗體產(chǎn)生率≤1%[8]。由于其較高的生物學(xué)活性和更低的抗體產(chǎn)生率，逐漸成為市場(chǎng)主流并沿用至今(表1)。

表1 人生長(zhǎng)激素發(fā)展歷程

2 生長(zhǎng)激素的作用機(jī)制

人體中天然生長(zhǎng)激素由腦垂體前葉的嗜酸性細(xì)胞分泌，由191個(gè)氨基酸殘基構(gòu)成，分子量約為22 ku，含有兩對(duì)二硫鍵且無(wú)糖基化修飾。hGH的分泌與釋放受到GHRH和生長(zhǎng)抑素(Somatostatin)的雙向調(diào)控，其絕大多數(shù)的生理學(xué)作用都是通過(guò)GH-IGF軸來(lái)實(shí)現(xiàn)的。下丘腦垂體在GHRH的作用下釋放hGH，hGH與肝臟或其他組織器官上GHR結(jié)合，通過(guò)GHR-JAK-STAT信號(hào)通路啟動(dòng)細(xì)胞核內(nèi)的應(yīng)答基因表達(dá)IGFs、IGFBP3和ALS，三者結(jié)合組成的三元絡(luò)合物進(jìn)入到血管，然后被輸送到各個(gè)靶器官，再由蛋白酶降解去除IGFBP3和ALS，釋放出IGFs實(shí)現(xiàn)生長(zhǎng)激素的生物學(xué)作用[9-10](見(jiàn)圖1)。

重組表達(dá)的rhGH與人體內(nèi)源性生長(zhǎng)激素具有等同作用。在促生長(zhǎng)發(fā)育方面，生長(zhǎng)激素刺激軟骨細(xì)胞在局部產(chǎn)生IGF-1，促進(jìn)軟骨細(xì)胞增殖，引起線形生長(zhǎng)加速和骨骼變寬。與此同時(shí)，生長(zhǎng)激素可誘導(dǎo)維生素D活化，與性激素和促鈣化激素產(chǎn)生協(xié)同作用，促進(jìn)骨骼對(duì)于鈣質(zhì)的吸收。在調(diào)節(jié)機(jī)體物質(zhì)代謝方面，生長(zhǎng)激素可促進(jìn)蛋白質(zhì)合成，促進(jìn)氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)入細(xì)胞，糾正氮平衡狀態(tài)。其可以直接作用于脂肪細(xì)胞，促進(jìn)脂肪降解代謝，為人體生理活動(dòng)提供能量物質(zhì)。由于IGF-1與胰島素會(huì)競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合胰島素受體，降低細(xì)胞對(duì)胰島素的敏感性同時(shí)減少外周組織對(duì)葡萄糖的利用，長(zhǎng)期超劑量使用可能有導(dǎo)致血糖升高的風(fēng)險(xiǎn)。其他方面，生長(zhǎng)激素還具有增強(qiáng)心肌功能、提高免疫功能、增加子宮內(nèi)膜厚度、促進(jìn)卵母細(xì)胞成熟和提高精子質(zhì)量等方面的作用[11]。

3 生長(zhǎng)激素的臨床應(yīng)用

3.1 兒童矮身材

矮身材是指以相似生活環(huán)境、同種族、同性別、同年齡段兒童群體作為參照，個(gè)體身高低于平均值的中位數(shù)2個(gè)SD或第3百分位(-1.88SD)以下。矮身材僅為一種表觀描述而非疾病診斷[12]。導(dǎo)致兒童身材矮小的原因多且復(fù)雜，是否存在病理因素需結(jié)合病史、體格檢查、實(shí)驗(yàn)室指標(biāo)、影像學(xué)檢查以及遺傳學(xué)檢測(cè)等綜合考慮。

圖1 人生長(zhǎng)激素的作用機(jī)制

生長(zhǎng)激素缺乏癥(Growth hormone deficiency, GHD)是美國(guó)FDA批準(zhǔn)rhGH可治療的第一個(gè)適應(yīng)癥。GHD的診斷依據(jù)為：1)身高符合矮身材標(biāo)準(zhǔn)；2)年生長(zhǎng)速率明顯落后于同齡兒童；3)身材勻稱(chēng)，面容幼稚；4)智力發(fā)育正常；5)骨齡小于實(shí)際年齡；6)至少兩項(xiàng)GH激發(fā)試驗(yàn)峰值小于7～10 μg/L；7)血清中IGF1指標(biāo)低于正常水平。通常來(lái)說(shuō)，使用rhGH對(duì)GHD患者進(jìn)行替代治療可顯著促進(jìn)生長(zhǎng)追趕，有助于提高成年終身高。從1985年起，美國(guó)FDA批準(zhǔn)rhGH的治療兒童矮身材的適應(yīng)癥除了GHD外，還包括慢性腎功能不全、Turner綜合征、Prader-Willi綜合征、SGA、ISS、SHOX基因缺陷和Noonan綜合征。中國(guó)NMPA目前通過(guò)的rhGH兒科適應(yīng)癥有GHD、SHOX基因缺陷、Noonan綜合征和ACH。雖然國(guó)內(nèi)批準(zhǔn)的適應(yīng)癥相對(duì)較少，但兒科內(nèi)分泌學(xué)組針對(duì)GHD、ISS、SGA、Turner綜合征、Prader-Willi綜合征、Noonan 綜合征等均出版了相關(guān)的指南或通過(guò)專(zhuān)家共識(shí)指導(dǎo)臨床合理診療，規(guī)范用藥。

3.2 燒傷

燒傷屬于常見(jiàn)創(chuàng)傷，嚴(yán)重的燒傷會(huì)導(dǎo)致機(jī)體出現(xiàn)負(fù)氮平衡、創(chuàng)傷面愈合遷延，僅給予單純的營(yíng)養(yǎng)支持通常療效不佳。rhGH不僅具有促進(jìn)生長(zhǎng)的作用，也是一種重要的合成代謝激素，可以顯著改善燒傷或創(chuàng)傷后高分解代謝狀態(tài)，改善負(fù)氮平衡，減少骨骼肌分解，促進(jìn)蛋白質(zhì)合成和創(chuàng)面愈合。與此同時(shí)，生長(zhǎng)激素還具有激活人體免疫系統(tǒng)的功能，增強(qiáng)免疫力，防止創(chuàng)面感染，保護(hù)腸黏膜屏障，改善患者的精神狀態(tài)[13]。此藥物已被納入國(guó)內(nèi)外的相關(guān)治療建議中，但由于每個(gè)患者的燒傷程度和燒傷面積不同，且個(gè)體的應(yīng)激反應(yīng)也存在差異，rhGH具體的用法用量有待進(jìn)一步研究。

梁敏和計(jì)鵬用兩年多的時(shí)間共收集到重癥燒傷患者102例，隨機(jī)分為觀察組和對(duì)照組，各51例。兩組患者入院后均根據(jù)需要擇期進(jìn)行手術(shù)治療，手術(shù)后第1天起所有患者均給予常規(guī)護(hù)理和常規(guī)用藥，在此基礎(chǔ)上觀察組患者按照每日睡前皮下注射rhGH 0.2 IU/kg，1次/d，共持續(xù)10 d，對(duì)照組患者在常規(guī)治療基礎(chǔ)上給予2 mL生理鹽水注射液的安慰劑，共持續(xù)10天。用藥3 d后，觀察組患者血糖和胰島素水平明顯高于對(duì)照組(P<0.05)；用藥7 d后，觀察組患者血漿前白蛋白和總蛋白水平明顯高于對(duì)照組(P<0.05)；觀察組供皮區(qū)愈合時(shí)間、植皮區(qū)愈合時(shí)間、深Ⅱ度燒傷區(qū)愈合時(shí)間以及總住院時(shí)間相對(duì)對(duì)照組分別縮短34.3%、32.4%、27.5%和26.1%(P<0.01)，具有顯著差異。其中僅1位患者用藥第3天出現(xiàn)血糖升高，在無(wú)重度感染的情況下推測(cè)可能與注射rhGH有關(guān)，減量或停藥后可恢復(fù)正常[14]。本研究結(jié)果顯示，重癥燒傷患者應(yīng)用生長(zhǎng)激素治療可改善機(jī)體代謝水平、促進(jìn)蛋白質(zhì)合成、加速創(chuàng)面愈合、縮短治療時(shí)間，療效顯著且安全性良好。

3.3 成人GHD

成人生長(zhǎng)激素缺乏癥可能會(huì)導(dǎo)致機(jī)體一系列異常反應(yīng)，如機(jī)體組分改變，糖、脂代謝異常，骨密度降低，心血管疾病風(fēng)險(xiǎn)增加，運(yùn)動(dòng)能力降低，情緒低落等[15]。

臨床上診斷AGHD的實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)方法同兒科基本一致，其中胰島素耐量實(shí)驗(yàn)為診斷AGHD的金標(biāo)準(zhǔn)。若檢測(cè)過(guò)程中GH的分泌峰值低于5 μg/L，提示可能存在生長(zhǎng)激素缺乏癥，檢測(cè)值低于3 μg/L，則認(rèn)為存在嚴(yán)重的生長(zhǎng)激素缺乏癥。

對(duì)于被診斷為成人生長(zhǎng)激素缺乏癥的患者國(guó)內(nèi)外多項(xiàng)長(zhǎng)達(dá)10年以上的臨床研究顯示，生長(zhǎng)激素替代治療有利于降低機(jī)體脂肪量，增加骨密度，調(diào)節(jié)血脂代謝并改善生活質(zhì)量[16]。多項(xiàng)研究證實(shí)患者在遵循生長(zhǎng)激素使用禁忌癥并嚴(yán)密監(jiān)測(cè)血清IGF-1、血脂、血壓和腫瘤標(biāo)志物等的情況下，未出現(xiàn)糖尿病、腫瘤復(fù)發(fā)、新發(fā)腫瘤和增加死亡率等風(fēng)險(xiǎn)[17]。這也進(jìn)一步印證了rhGH在成人GHD中的臨床價(jià)值和安全性。

3.4 輔助生殖

生長(zhǎng)激素通過(guò)GH-IGF-1軸參與了機(jī)體性分化和性成熟的過(guò)程，與性成熟和性腺內(nèi)分泌功能密切相關(guān)，對(duì)妊娠和哺乳也有一定影響。臨床上，在體外授精-胚胎移植(IVF-ET)治療過(guò)程中聯(lián)合使用GH和Gn，可促進(jìn)卵母細(xì)胞發(fā)育成熟、改善卵巢低反應(yīng)性和子宮內(nèi)膜容受性，提高妊娠率。男性生殖方面，GH可改善男性性功能并提高精液質(zhì)量。

葛小花等將136例的卵巢低反應(yīng)患者(poor ovarian reponse, POR)分為實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組，所有患者均采用拮抗劑方案促排卵作為基礎(chǔ)治療。實(shí)驗(yàn)組加用了GH進(jìn)行預(yù)處理：Gn啟動(dòng)前約4周使用2 IU的GH皮下注射1次/日，Gn啟動(dòng)日改為4 IU的GH皮下注射1次/日直至HCG日；GH非預(yù)處理：Gn啟動(dòng)日開(kāi)始給予4 IU的GH皮下注射1次/隔日直至HCG日。結(jié)果顯示預(yù)處理的Gn使用總量和天數(shù)明顯少于非預(yù)處理組，預(yù)處理組的胚胎數(shù)、優(yōu)質(zhì)胚胎數(shù)、種植率、生化妊娠率和臨床妊娠率均顯著高于非預(yù)處理組[18]。

GH可增強(qiáng)機(jī)體全身的代謝活性，刺激靶器官胞內(nèi)環(huán)磷酸鳥(niǎo)苷的水平增加，蛋白磷酸化過(guò)程加速可為生殖細(xì)胞提供能量，從而增加精子活力；同時(shí)GH亦可促進(jìn)機(jī)體對(duì)微量元素如鋅等的攝入，明顯改善精子動(dòng)力、活動(dòng)率和密度。臨床上，田二坡和李錚研究發(fā)現(xiàn)給予睪丸容量小于4 mL的患者使用HMG和HCG聯(lián)合治療或GnRH治療需2年時(shí)間才能刺激精子生成，而使用GH治療僅12周，在睪丸容量小于5 mL的情況下精子生成功能明顯提升[19]。目前國(guó)內(nèi)外已將rhGH列為治療男女不育癥的藥物之一，但此適應(yīng)癥暫未納入說(shuō)明書(shū)，具體的用法用量以及安全性有待進(jìn)一步驗(yàn)證。

3.5 其他

生長(zhǎng)激素在上述4大領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，但其可以治療的適應(yīng)癥遠(yuǎn)不止于此。1993年美國(guó)FDA、歐洲EMA和日本PMDA先后批準(zhǔn)了慢性腎功能不全(Chronic renal insufficiency)的適應(yīng)癥；1996年美國(guó)FDA和歐洲EMA批準(zhǔn)了rhGH治療HIV消耗綜合征(HIV wasting syndrome)；1997年日本PMDA通過(guò)了軟骨發(fā)育不全的適應(yīng)癥(ACH，Achondroplasia)；2004年—2005年，美國(guó)和歐洲r(nóng)hGH說(shuō)明書(shū)中陸續(xù)納入了短腸綜合征(SBS, Short bowel syndrome)和過(guò)渡期GHD(GHD in transition)[20]。另外GH在其他非注冊(cè)適應(yīng)癥如重癥感染、呼吸功能衰竭、神經(jīng)性腦損傷、腸外瘺以及抗衰老等領(lǐng)域也有一定的臨床使用經(jīng)驗(yàn)。

4 安全性評(píng)估

藥品的安全性通常與藥物成分、劑型、純度、劑量和代謝等因素相關(guān)。對(duì)于用藥患者來(lái)說(shuō)，種族、年齡、性別和疾病等也在一定程度上影響到用藥的安全性。1958年pit-hGH應(yīng)用于臨床，由于朊病毒污染的問(wèn)題在藥物的使用過(guò)程中出現(xiàn)了多例克雅氏病的報(bào)道。1985年美國(guó)FDA批準(zhǔn)了基因重組的rhGH上市并將存在安全隱患的pit-hGH強(qiáng)制退市。生長(zhǎng)激素歷經(jīng)了多次技術(shù)革新，如今第5代大腸桿菌分泌型無(wú)防腐劑生長(zhǎng)激素水劑于2019年全球上市。由于其藥物主要有效成分rhGH與人體天然生長(zhǎng)激素完全一致，且通過(guò)專(zhuān)利技術(shù)的應(yīng)用，制劑輔料成分無(wú)需添加苯酚類(lèi)防腐劑，更加確保了臨床長(zhǎng)期使用的療效和安全性。

排除藥物品質(zhì)引起的不良反應(yīng)，生長(zhǎng)激素本身在臨床上常見(jiàn)的副反應(yīng)有注射部位過(guò)敏、液體潴留、甲狀腺功能減低、一過(guò)性血糖升高及脊柱側(cè)彎等。根據(jù)NCGS和KIGS數(shù)據(jù)庫(kù)記錄顯示11萬(wàn)患者在使用生長(zhǎng)激素治療過(guò)程中發(fā)生不良反應(yīng)的概率約為6%。其中大部分患者通過(guò)對(duì)癥處理、減量使用或停藥處理，相關(guān)不良反應(yīng)均可以得到有效控制。通常認(rèn)為GH具有促進(jìn)有絲分裂的作用，臨床上不宜用于活動(dòng)期腫瘤的患者。Shrikant等在歐洲開(kāi)展的大樣本隊(duì)列研究顯示，對(duì)于術(shù)后腫瘤得到完全控制的患者，在合理范圍內(nèi)使用GH不會(huì)提高復(fù)發(fā)腫瘤和繼發(fā)腫瘤的風(fēng)險(xiǎn)[21]?？梢?jiàn)生長(zhǎng)激素在臨床應(yīng)用過(guò)程中安全性良好，但在用藥過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)密監(jiān)測(cè)IGF-1、甲狀腺素、血糖、血脂以及選擇性地檢查相關(guān)腫瘤標(biāo)志物等指標(biāo)。

身材矮小癥是由多種因素導(dǎo)致的疾病，生長(zhǎng)激素具有顯著地促進(jìn)兒童生長(zhǎng)發(fā)育和代謝調(diào)節(jié)的作用，但其也絕非是治療所有矮小兒童的“神藥”。近年，少數(shù)患者前往非專(zhuān)業(yè)醫(yī)療機(jī)構(gòu)，他們?cè)诠趋块]合情況下貿(mào)然使用了生長(zhǎng)激素導(dǎo)致孩子出現(xiàn)肢端肥大的案例偶見(jiàn)報(bào)端。部分運(yùn)動(dòng)員為了在短時(shí)間內(nèi)提高成績(jī)非法注射生長(zhǎng)激素進(jìn)行增肌減脂，由于劑量把握不當(dāng)導(dǎo)致糖尿病或其他器官功能損傷的情況也屢見(jiàn)不鮮。重組人生長(zhǎng)激素是處方藥品，有著嚴(yán)格的禁忌癥和適應(yīng)癥，用藥前患者務(wù)必需要前往正規(guī)醫(yī)療機(jī)構(gòu)請(qǐng)專(zhuān)業(yè)醫(yī)師給予評(píng)估，切不可私自用藥。

5 未來(lái)展望

隨著研究的逐步深入，生長(zhǎng)激素在各領(lǐng)域的應(yīng)用將更加廣泛。目前在臨床上應(yīng)用最多的是短效生長(zhǎng)激素凍干粉針劑，但由于操作復(fù)雜和注射疼痛等問(wèn)題導(dǎo)致部分用藥患者依從性不佳，從而影響最終治療效果。1995年由美國(guó)Genentech公司生產(chǎn)的全球第一支生長(zhǎng)激素水針劑誕生，2007年韓國(guó)LG生命科學(xué)公司推出了全球第一支微球緩釋長(zhǎng)效生長(zhǎng)激素，2014年中國(guó)CFDA批準(zhǔn)了PEG化的長(zhǎng)效生長(zhǎng)激素，2019年安科生物公司推出了無(wú)防腐劑型預(yù)充生長(zhǎng)激素水劑。截止到目前，全球僅中國(guó)和韓國(guó)批準(zhǔn)了長(zhǎng)效生長(zhǎng)激素，考慮到遠(yuǎn)期安全性的問(wèn)題美國(guó)和歐洲暫未給予其上市許可。國(guó)際上包括輝瑞、諾和諾德和基因泰克等知名藥企陸續(xù)開(kāi)展了多項(xiàng)長(zhǎng)效生長(zhǎng)激素的臨床研究，主要的突破方向集中在微球包裹、PEG化、融合蛋白和前藥等制劑技術(shù)，部分藥品已經(jīng)進(jìn)入到Ⅱ、Ⅲ期臨床試驗(yàn)階段[22-23]。關(guān)于生物制品非注射給藥途徑的研究持續(xù)了幾十年，口服給藥、吸入給藥以及透皮給藥等均為熱點(diǎn)研究方向[24]。相信在不久的將來(lái)會(huì)有更多新技術(shù)可以運(yùn)用到生長(zhǎng)激素制劑當(dāng)中，給患者帶來(lái)更優(yōu)的治療效果和用藥體驗(yàn)。