《外科重症疾病获得性生长激素抵抗的研究进展.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《外科重症疾病获得性生长激素抵抗的研究进展.pdf（4页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、 第 13 卷 第 4 期肠 外 与 肠 内 营 养Vol. 13 No. 4 2006 年 7 月Parenteral & Enteral NutritionJul. 2006 综 述 外科重症疾病获得性生长激素抵抗的研究进展 王治国综述， 秦环龙审校 （上海交通大学附属第六人民医院外科， 上海 200233） 摘要： 危重症疾病获得性生长激素抵抗， 表现为血清生长激素浓度升高， 胰岛素样生长因子-浓度减低， 以及对 外源性生长激素的促合成作用减弱。危重症病人外源性生长激素的使用可增加病死率。因此， 深入理解获得性生 长激素抵抗的机制具有理论意义和临床价值。该文作者对获得性生长激素抵抗的机制
2、及其防治作如下综述。 关键词： 生长激素； 生长激素受体； 获得性生长激素抵抗 中图分类号： R392. 6 文献标识码： A 文章编号： 1007-810X （2006） 04-0250-04* Progress of the mechanism of acquired growth hormone resistance in surgical critical illness WANG Zhi-guo reviewing，QIN Huan-long checking （Department of Surgery，the Sixth People Hospital of Shanghai，S
3、hanghai Jiaotong University，Shanghai 200233，China） Abstract： Acquired growth hormone resistance （AGHR）in critical illness may be defined as the combina- tion of a raised serum growth hormone concentration，low serum insulin-like growth factor-1 concentration and a reduced anabolic response to exogeno
4、us GH. GH given to reverse catabolism in critical illness in- creased mortality. Therefore，it has the theoretical significance and clinical value for better understanding of the mechanism of AGHR. The mechanism of AGHR and its prevention and cure are reviewed. Key words： Growth hormone； Growth hormo
5、ne receptor； Acquired growth hormone resistance 0 引 言 1956 年和 1961 年， Prudden 等 1和 Liljedahl 等 2分别将牛生长激素 （GH） 和人 GH 首次应用于 严重烧伤病人改善蛋白质合成以来， 随后在改善危 重症病人氮平衡、 促进蛋白质合成及伤口愈合、 调节 机体免疫功能、 提高病人生存率等方面的研究， 取得 一定的进展， 其结果得到充分肯定。近年来， 临床却 发现当机体处于严重应激状态、 重度分解状态或伴 有脓毒症时， 危重症病人常因并发获得性生长激素 抵抗 3 （acquired growth hormon
6、e resistance， AGHR） ， 使得外源性生长激素的促合成效应受到明显抑制， 而不良效应 （高血糖、 体液潴留、 胰岛素抵抗等） 增 强， 从而增加并发症的发生率和病死率。为认识这 一现象， 本文作者就外科重症病人 AGHR 的发生及 可能机制作一综述。 1 AGHR 发生的现象和临床意义 AGHR 又称为生长激素不敏感 （GH insensitivi- ty） ， 主要表现为血清生长激素升高， 胰岛素样生长 因子- （IGF-） 减低， 以及对外源性生长激素的促 合成作用减弱。 1991 年， Gottardis 等4研究了外科术后脓毒症 病人和多发性脑外伤等危重症病人， 应用
7、GH 肌内 052 *收稿日期： 2005-08-29 作者简介： 王治国 （1977-） ， 男， 江苏靖江人， 医学硕士研究生， 从事普通外科专业。 注射 1. 5 U/ （kgd） ， 发现上述病人应用 3 倍于常 规剂量的 GH 所导致的 IGF-的浓度升高， 均在正 常范围内， 而且低于健康对照组水平， 负氮平衡未能 纠正。1995 年， Voerman 等 5应用 rhGH 0. 1 mg/ （kgd） ， 持续静脉注射 3 d 后， 发现血浆 IGF-从 低值回复到正常水平， 并持续至终止 GH 治疗后， 氮 平衡有所改善。1998 年， Bettany 等 6在研究中提 示，
8、rhGH 0. 03 0. 06 mg/ （kgd）对静息能量消耗 （REE） 平均升高 19% 的持续性脓毒症病人的全身 蛋白质更新率无明显影响。1999 年， Takala 等 7在 进行的多中心、 双盲、 随机对照试验研究发现， 已经 接受过心脏和腹部手术或者为多发伤、 急性呼吸衰 竭的 GH 治疗组病人， 医院内病死率明显高于对照 组 （死亡相关危险前者是后者的 200%） ， 这种差异 持续至 6 个月时仍存在。GH 组存活者锻炼耐力较 对照组差， 并且高血糖和脓毒症等并发症更多见。 上述研究均提示在危重度较高的病人中易出现 AGHR。 既往由于缺乏对 AGHR 发生机制的了解， 临
9、床 对 AGHR 普遍采用的方法是增加 rhGH 剂量， 但伴 随而来的是不良反应增多， 甚至增高并发症的发生 率和病死率 7。近年来， 欧美国家临床对危重症 （特别是 APACHE评分 25 分） 的病人， 使用 GH 持慎用和禁用态度。因此， 了解 AGHR 的发生和发 展机制， 对于临床危重症病人的治疗有着重要的 意义。 2 AGHR 发生机制 概括的说， AGHR 是由于生长激素受体 （GHR） 数目减少以及应激状态下各种体液和细胞因子通过 不同的途径抑制肝 IGF 的合成， 使得循环中 IGF 浓 度减低， 并且对外源性的 GH 促合成作用反应减低； 同时由于 IGF 对下丘脑-垂体
10、-GH 轴的负反馈作用 减弱， 循环中 GH 浓度增加。 2. 1 受体水平 人 GHR 是单链跨膜糖蛋白， 约有 620 个氨基酸残基， 可分为细胞外区、 跨膜区和细胞 内区。GHR 细胞外区近细胞膜处由一个 WSXWS 样序 （Try-Gly-Glu- Phe-Ser） 在 GH 和 GHR 结合过程 中起关键作用 8； 细胞内区靠近细胞膜处有两段保 守序列框。序列框 1 编码 8 个氨基酸残基， 以脯氨 酸残基为主， 是 GHR 和 JAK2 结合的一个位点。序 列框 2 编码 15 个氨基酸残基。两个序列框中只要 某一个氨基酸残基发生突变， GH 将失去促进生长 的作用。可见 GHR
11、在 GH 作用的信号转导过程中 起着关键作用， 其数量的减少最终可导致 IGF 的生 成减少， 表现为生长激素抵抗。 2. 1. 1 受体生成减少 GHR 的合成受营养状况、 糖皮质激素和细胞因子等的影响， 这也正是外科危 重症病人 GHR 生成减少， 导致 AGHR 的可能机制。 现已明确， 长时间的饥饿或食物中能量供应减少， 将 导致肝 GHR 基因表达量的下降 24， 25。危重症病人 常处于高分解状态而导致营养缺乏， 肝 GHR 降低是 机体对营养不足的一种适应机制， 即肝组织内物质 和能量代谢向分解方向倾斜， 从而优先动用肝中的 储备物质， 以保证其他重要器官的正常运转。危重 症病人
12、在应激条件下， 糖皮质激素分泌代偿性增加。 糖皮质激素对 GH/ IGF-I 轴主要是抑制性的。Ton- shoff 等 23等研究发现， 糖皮质激素可以下调肝 GHR。另外， 前炎症细胞因子 （proinflammatory cyto- kines） 介导危重症病人的急性应激反应已被公认。 国内外学者对其抑制 GHR mRNA 表达做了相关研 究。Wang 等 9研究发现， TNF- 静脉注射 8 h 后， 大鼠的 GHR mRNA 表达下调约 40%。Defalque 等10亦发现， 脓毒症小鼠注射内毒素 （LPS） 后， 肝 GH 结合位点出现明显减少， 这与 GHR 基因表达下 降有关
13、。应用外源性 GH 虽然并不能影响其 GH 结 合位点的变化， 但却能使 GHR mRNA 水平部分正常 化。因此， 作者认为肝 GHR 减少是导致脓毒症小鼠 血浆中 IGF-下降， 从而产生 GH 抵抗的潜在机制。 危重症病人循环中的 LPS 增加， 可刺激机体产生 TNF- 等一系列细胞因子， 从而在受体水平导致 GHR mRNA 下调， GHR 生成减少。Bohm 等 26认 为， 前炎症细胞因子抑制 GHR mRNA 表达， 可能与 低 IGF-I 浓度有关。 2. 1. 2 受体降解增加 GHR 在细胞表面作用的有 效性很大程度上取决于泛素-蛋白酶体途径介导的 胞饮作用 11。另外，
14、 GHR 从细胞表面脱离并降解， 导致了 GH 信号转导的终结， 泛素-蛋白酶体也起了 重要的作用。GHR 降解时， 首先是受体和泛素形成 泛素-GHR 偶联体， 然后被具有水解活性的 26S 蛋 白酶体所识别和降解， 并释放出泛素进行再循环。 20S 蛋白酶体是该酶体的催化核心， 同时具有多种 蛋白水解酶活性， 也是泛素化蛋白的降解中心。通 过荧光底物琥珀酰-亮氨酸-谷氨酰-缬氨酸-酪氨酸- 7-氨基-4-甲基香豆素 （LLVY） 和 N-羧苄基-亮氨酰- 亮氨酰-谷氨酰-7-氨基-4-甲基香豆素 （LLE） ，可测 定 20S 蛋白酶体活性。Hobler 等 12研究发现， 脓毒 症大鼠骨
15、骼肌 LLVY 和 LLE 的水解酶活性较对照组 分别增加了 50%和 200%。柴家科等也发现，脓毒 症大鼠骨骼肌组织中的泛素和泛素化蛋白的表达明 152 第 4 期 王治国， 等 外科重症疾病获得性生长激素抵抗的研究进展 显上调， 这表明脓毒症时泛素蛋白酶体途径过度活 化， 加速了 GHR 的生物降解， 导致 GHR 数量的减 少。由此可见， 外科危重症病人由于 GHR 受体生成 减少以及降解增加， 导致 GHR 受体数目明显减少。 在生理浓度下， GH 和 GHR 是以 1 : 2 结合， 随着 GHR 受体数目的减少， 激素饱和了所有的受体分子 形成 1 : 1 的复合物， 阻止了受体
16、二聚化和信息的传 递 13，最终可导致 IGF 的生成减少， 表现为 AGHR。 2. 2 受体后水平 受体后信号转导被阻抑是 AGHR 的另一可能的机制。外科危重症病人机体前 炎症细胞因子 TNF-、 IL-1、 IL-6 等大量生成和释 放， 在 AGHR 发生中起了重要的作用 9， 14。人体中 GHR 最丰富的组织是肝和骨骼肌， 也是 AGHR 发生 的主要场所， 研究发现这两者的生长激素抵抗却有 着不同的受体后机制。 2. 2. 1 肝 AGHR 肝是合成和分泌 GH/ IGF 轴的 主要器官生长激素结合蛋白 （GHBP） 、 ALS、 IGF-1 及 其结合蛋白 IGFBP1、 2
17、、 4 6 （IGFBP3 由肝巨噬细胞 和肝血窦内皮细胞合成） 。此外，GHR 大部分亦位 于 肝。因 此， 肝 是 GH/ IGF 轴 的 中 枢 15。GH/ GHR/ Jak2- Stat5 途径是目前公认的 GH 作用的经 典途径。GH 与其受体结合后使得 Jak2 激活， Stat 蛋白在保守的 C-端被 Jak2 激酶磷酸化， 其后纯合或 杂合的 Stat 蛋白二聚物转运到细胞核，并与 DNA 结合，激 活 目 的 基 因 转 录 （ IGF-mRNA 合 成） 。 Hong-Brown 等 16发现， 脓毒症小鼠肝中 Stat5a 和 Stat5b 磷酸化障碍， 是导致 GH/
18、 GHR/ Jak2-Stat5 途 径被阻抑而发生 AGHR 的主要机制。Yumet 等 17和 Lang 等18认为， TNF- 是诱导其发生的主要 但非唯一的细胞因子。Dahn 等 19则认为， 危重症 病人肝 AGHR 与肝小叶中央区缺氧有关。危重症 病人肝氧耗量增加， 而血流量并未相应增加， 使得局 部组织缺氧加剧， 从而导致了 IGF-应答的减弱， 最终亦导致肝发生 AGHR。 2.2. 2 肌肉 AGHR Hong-Brown 等 16在研究中同 时发现， 脓毒症小鼠肌肉组织中外源性 GH 诱导的 Stat5a 和 Stat5b 磷酸化并未被阻抑， 认为肌肉中 AGHR 可能有不
19、同的机制。细胞受体信号转导的精 确调控， 是通过负向调节信号因子的数量和作用时 间来实现的。目前， 已知至少有三种蛋白质家族参 与阻止 Jak/ Stat 信号途径： 磷酸酯酶家族， 如包含 SH2 区的酪氨酸磷酸酯酶 （SH2 domain-containing protein tyrosine phosphatase，SHP-1） ； 细胞因子信 号转导抑制因子 （suppressor of cytokine signalling， SOCS） 家族 14； Stat 活化的蛋白质抑制因子 （pro- tein inhibitor of activated Stat，PIAS） 家族。SO
20、CS 抑 制生长激素信号转导的可能机制有三个方面： 它 们能和磷酸化的 Jak2 紧密结合， SOCS 上的激酶抑 制区 （kinase inhibitory region，KIR） 导致 Jak2 失活； SOCS 能和 Stat 竞争， 阻止 Stat 和受体结合； 能 够使信号蛋白泛素化， 并随后降解。脓毒症小鼠肌 肉中 SOCS-1、 SOCS-2、SOCS-3 蛋白含量明显增加， 而肝中无明显变化。这是因为肌肉 AGHR 是负向 调节信号因子 SOCS 家族过度活化的结果 16。 Wang 等 9发现， IL-6 可能参与并诱导了这一过程。 3 危重症 AGHR 的发生 3. 1 危
21、重症与 AGHR 越来越多的研究均证实， 危 重症病人因发生 AGHR 而在应用大剂量 GH 治疗 时， 会增加病死率和并发症的发生率。1999 年， Takala 等 7在对 247 例芬兰病人和 285 例其他欧洲 国家的病人进行多中心研究。结果发现， 死亡原因 中脓毒症休克或不可控制感染占大多数。作者分析 可能是发生 AGHR 时， 由于 GH 调节机体免疫的能 力减弱， 病人免疫功能受到了较大的影响； 同时由于 IGF 浓度降低， 对外源性 GH 反应显著减弱， 而 GH 治疗导致葡萄糖的非氧化储存功能不全和葡萄糖向 组织细胞转移受到抑制， 因而出现血糖升高等不良 反应， 而高血糖则增
22、加了脓毒症的危险性。Liu 等 20研究盲肠结扎穿孔法 （CLP） 建立的脓毒症大 鼠皮下给予外源性 GH 出 1 U/ kg 时发现， GH 能显 著增加脓毒症诱导的 CD11b 表达 CD11b/ CD18 （即 CR3） 是细胞表面黏附分子， 可由 TNF、 IL-1 诱导产 生 和中性粒细胞氧化爆发 （oxidative burst） 。过度 活化的中性粒细胞导致了肺微血管的损伤、 呼吸循 环功能障碍而增加了死病率。可能的机制为危重症 病人因免疫功能受损而并发脓毒症， 循环内毒素 （LPS） 增加诱导了 TNF-、 IL-1 等细胞因子的产 生， 最终导致 CD11b 表达增加和中性粒
23、细胞活化。 应用外源性 GH 能显著增强这一过程。 3. 2 危重症病人 AGHR 的防治 在临床上， GH 作 用的发挥， 可能受到机体应激状态、 营养状态、 疾病 危重度和给药时机等方面的影响。因此， 可通过如 下途径预防 AGHR 的发生： 恰当的辅助治疗： 如 营养支持、 控制感染、 腹腔脓毒症引流和坏死组织清 除等， 均有助于改善营养状态、 减轻分解代谢反应。 选择合适的给药时机： 烧伤、 创伤或脓毒症后的 3 5 d， 是全身应激反应的高峰期， 机体为代偿全身 应激反应引起的能量需求增加， 组织氧耗量可达正 常的 2 倍。在这种代谢状况下， GH 可能很难发挥 252肠外与肠内营养
24、 2006 年 7 月 第 13 卷 作用。因此， Voerman 等 5提出应在早期应用 GH。 根据应激状态和疾病危重度， 严格掌握用药指征。 机体处于中等应激状态和分解状态时 （负氮平衡 -1 7 g/ d） ， GH 可显著改善氮平衡， 增加蛋白质合成， 减少其分解； 而当机体处于严重的应激状态， 重度分 解代谢或并发脓毒症时， 上述作用受到明显抑制， 而 其不良效应明显增加， 并发症的发生率和病死率亦 明显增高。Demling21提出， 非烧伤、 创伤的危重症 病人目前可能暂不宜应用 GH。剂量的选择： 范 朝刚等 27提出， 小剂量 rhGH 0. 06 mg/ （kgd） 用 于
25、脓毒症病人， 既能减轻不良反应， 又能发挥其促合 成代谢效应。 近年来， 国内外学者对于危重症病人的 GH 治 疗亦提出一些方法。Van den Berghe 22研究发现， 连续静脉联合输注 GHRH、 GHRP、 TRH， 可以恢复 GH 的脉冲式分泌， 提高循环中 IGF-I、 GHBP 等的浓 度， 同时还可活化负反馈， 防止靶器官和代谢的过度 激活， 从而发挥 GH 的促合成作用。目前虽尚处于 试验阶段， 但对于危重症病人 AGHR 的防治提供了 参考。 参考文献： 1 Prudden JF，Pearson E，Soroff HS. The effect of growth horm
26、one on the nitrogen metabolism of severely burned patients J . Surg Gyn Obst， 1956， 102 （6 ） ： 695-701. 2 Liljedahl SO，Gemzell CA，Plantin LO. Effect of human growth hormone in patients with severe burns J . Acta chir Scand， 1961， 122 （ 1） ： 1-4. 3 Anker SD，Chua JP，Ponilowski P，et al. Hormonal chages
27、 and catabolic/ anabolic imbalance in chronic heart failure and their importance for cardiac cathexia J . Circulation，1997， 96 （2） ： 526-534. 4 Gottardis M，Benzer A，Koller W，et al. Improvement of septic syndrome after administration of recombinant human growth hor- mone（rhGH） ？ J . Trauma， 1991， 31
28、（1） ： 81-86. 5 Voerman BJ，Strack van，Schijndel RJ，et al. Effects of human growth hormone in critically ill nonseptic patients：results from a prospective，randomized，placebo-controlled trial J . Crit Care Med， 1995 ， 23 （4） ： 665-673. 6 Bettany GE，Camacho-Hubner C，Obeid O，et al. Metabolic effects of a
29、djuvant recombinant human growth hormone in patients with continuing sepsis receiving parenteral nutrition J . J Paren- ter Enteral Nutr， 1998， 22 （4） ： 199-205. 7 Takala J，Ruokonen E，Webster NR，et al. Increased mortality associated with growth hormone treatment in critically ill adults J . N Engl M
30、ed， 1999， 341 （11） ： 785-792. 8 Gent J，Van Den，Eijnden M，et al. Dimerization and signal transduction of the growth hormone receptor J . Mol Endocrinol， 2003， 17 （5） ： 967-975. 9 Wang P，Li N，Li JS，et al. The role of endotoxin， TNF-alpha， and IL-6 in inducing the state of growth hormone insen-sitivity
31、 J . World J Gastroenterol， 2002， 8 （3） ： 531-536. 10 Defalque D， Brandt N， Ketelslegers JM. GH insensitivity induced by endotoxin injection is associated with decreased liver GH re- ceptorsJ . Am J Physiol， 1999， 276 （3Pt1） ： E565-572. 11 van Kerkhof P，Vallon E，Strous GJ. A method to increase the n
32、umber of growth hormone receptors at the surface of cells J . Mol Cell Endocrinol， 2003 ， 201（1-2） ： 57-62. 12 Hobler SC，Williams AB，Fischer D，et al. Activity and expres- sion of the 20S proteasome are increased in skeletal muscle during sepsis J . Am J Physiol， 1999， 277 （2 Pt2） ： R434-R440. 13 Wel
33、ls JA，deVos AM. Hematopoietic Receptor Complexes J . Ann Rev Biochem， 1996， 65 （3） ： 609-634. 14 Greenhalgh C J，Alexander W S. Suppressors of cytokine Signa- ling and regulation of growth hormone action J . Growth Horm IGF Res， 2004 ， 14 （3） ： 200-206. 15 Baruch Y. The liver：a large endocrine gland
34、J . J Hepatol， 2000， 32（3 ） ： 505-507. 16 Hong-Brown LQ，Brown CR. Sepsis-induced muscle growth hor- mone resistance occurs independently of STA-T5 phosphorylation J . Am J Physiol Endocrinol Metab， 2003 ， 285 （1） ： E63-72. 17 Yumet G，Shumate ML，Bryant P，et al. Tumor necrosis factor mediates hepatic
35、growth hormone resistance during sepsis J . Am J Physiol Endocrinol Metab， 2002 ， 283（3） ： E472-481. 18 Lang CH，Hong-Brown L，Frost RA. Cytokine inhibition of JAK- STAT signaling：a new mechanism of growth hormone resistance J . Pediatr Nephrol， 2005 ， 20 （3） ： 306-312. 19 Dahn MS，Lange MP. Systemic a
36、nd splanchnic metabolic re- sponse to exogenous human growth hormoneJ . Surgery， 1998 ， 123 （5） ： 528-538. 20 Liu Z，Yu Y， Jiang Y，et al. Growth hormone increases circulat- ing neutrophil activation and provokes lung microvascular injury in septic peritonitis rats J . Surg Res，2002 ， 105 （2） ： 195- 1
37、99. 21 Demling R. Growth hormone therapy in critically ill pati- ents J . N Engl J Med， 1999 ， 341 （11） ： 837-839. 22 Van den Berghe G. Novel insights into the neuroendocri- nology of critical illness J . Eur J Endocrinol， 2000 ， 143 （1） ： 1-13. 23 Tonshoff B，Mehls O. Interactions between glucocorti
38、coids and the growth hormone-insulin-like growth factor axis J . Pediatr Transplant， 1997 ， 1 （2） ： 183-189. 24 Perez Sanchez J，Smal J，Le Bail PY. Location and charac- ter- ization of growth hormone binding sites in the central nervous sys- tem of a teleost fish（Oncorhynchus mykiss）J . Growth Regul，
39、 1991 ， 1 （4） ： 145-152. 25 Weller PA， Dauncey MJ，Bates PC，et al. Regulation of porcine insulin- like growth factor I and growth hormone receptor mRNA expression by energy status J . Am J Physiol， 1994 ， 266 （5 Pt 1） ： E776-785. 26 Bohm SA，Wolf M. Pro-inflammatory cytokines IL-1 beta and TNF-alpha r
40、educe growth hormone receptor mRNA concen- tra- tion in cultivated rat hepatocytes after stimulation with growth hor- mone J . Langenbecks Arch Chir Suppl Kongressbd， 1998， 115 （Suppl I） ： 185-188. 27 范朝刚. 重组人生长激素对脓毒症疾病严重度和代谢的影响 J . 实用临床医药杂志， 2004， 8 （5） ： 20-23. 352 第 4 期 王治国， 等 外科重症疾病获得性生长激素抵抗的研究进展