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。天然的人生長激素含有191個氨基酸，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、骨骼以及整個人體發(fā)育成熟等功能，是個體生長發(fā)育過程中最重要的內(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)的人生長激素問世，成功解決了垂體源性生長激素來源稀缺的問題，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。本文就人生長激素的發(fā)展歷史、臨床應(yīng)用和研究趨勢進(jìn)行綜述如下。

1 人生長激素的發(fā)現(xiàn)與發(fā)展

最初對于腦垂體和生長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]?；谏鲜鲅芯?，Cushing于1912年提出垂體生長激素的概念，假設(shè)垂體存在腫瘤可能會引起某種促進(jìn)生長的激素持續(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)在各種動物體內(nèi)發(fā)現(xiàn)了生長激素的存在。華裔學(xué)者李卓皓于1944年成功解析了人生長激素的氨基酸序列和分子結(jié)構(gòu)并在體外化學(xué)合成出人生長激素[3-4]。

1958年Raben首次利用垂體源性生長激素(pit-hGH)治療侏儒癥的患者并取得了良好療效[5]。此類生長激素提取自人類尸體的腦垂體，由于其來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)展取得了長足的進(jìn)步。1979年Goeddel等首次從人類基因組中克隆得到生長激素的DNA序列[6]，1985年美國FDA正式批準(zhǔn)大腸桿菌包涵體技術(shù)表達(dá)的重組人生長激素(recombinant human growth hormone，rhGH)用于治療兒童GHD。與此同時，因病原體污染問題，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[7]。

由于包涵體表達(dá)技術(shù)生產(chǎn)的重組人生長激素蛋白復(fù)性和純化工藝復(fù)雜且含有192個氨基酸(相對天然生長激素N端多一位fMet)，使其制劑中生長激素分子的立體結(jié)構(gòu)與天然生長激素不完全相同，臨床使用過程中，中和抗體產(chǎn)生率較高且療效較差，逐漸被市場淘汰。20世紀(jì)80年代中期，第3代生長激素利用酶切技術(shù)將192肽生長激素的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年時間即被淘汰。到20世紀(jì)80年代末國內(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，逐漸成為市場主流并沿用至今(表1)。

表1 人生長激素發(fā)展歷程

2 生長激素的作用機(jī)制

人體中天然生長激素由腦垂體前葉的嗜酸性細(xì)胞分泌，由191個氨基酸殘基構(gòu)成，分子量約為22 ku，含有兩對二硫鍵且無糖基化修飾。hGH的分泌與釋放受到GHRH和生長抑素(Somatostatin)的雙向調(diào)控，其絕大多數(shù)的生理學(xué)作用都是通過GH-IGF軸來實現(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GHR-JAK-STAT信號通路啟動細(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，然后被輸送到各個靶器官，再由蛋白酶降解去除IGFBP3和ALS，釋放出IGFs實現(xiàn)生長激素的生物學(xué)作用[9-10](見圖1)。

重組表達(dá)的rhGH與人體內(nèi)源性生長激素具有等同作用。在促生長發(fā)育方面，生長激素刺激軟骨細(xì)胞在局部產(chǎn)生IGF-1，促進(jìn)軟骨細(xì)胞增殖，引起線形生長加速和骨骼變寬。與此同時，生長激素可誘導(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)骨骼對于鈣質(zhì)的吸收。在調(diào)節(jié)機(jī)體物質(zhì)代謝方面，生長激素可促進(jìn)蛋白質(zhì)合成，促進(jìn)氨基酸轉(zhuǎn)運入細(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，為人體生理活動提供能量物質(zhì)。由于IGF-1與胰島素會競爭結(jié)合胰島素受體，降低細(xì)胞對胰島素的敏感性同時減少外周組織對葡萄糖的利用，長期超劑量使用可能有導(dǎo)致血糖升高的風(fēng)險。其他方面，生長激素還具有增強(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，個體身高低于平均值的中位數(shù)2個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、實驗室指標(biāo)、影像學(xué)檢查以及遺傳學(xué)檢測等綜合考慮。

圖1 人生長激素的作用機(jī)制

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

3.2 燒傷

燒傷屬于常見創(chuàng)傷，嚴(yán)重的燒傷會導(dǎo)致機(jī)體出現(xiàn)負(fù)氮平衡、創(chuàng)傷面愈合遷延，僅給予單純的營養(yǎng)支持通常療效不佳。rhGH不僅具有促進(jìn)生長的作用，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，生長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]。此藥物已被納入國內(nèi)外的相關(guān)治療建議中，但由于每個患者的燒傷程度和燒傷面積不同，且個體的應(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。

梁敏和計鵬用兩年多的時間共收集到重癥燒傷患者102例，隨機(jī)分為觀察組和對照組，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照組(P<0.05)；觀察組供皮區(qū)愈合時間、植皮區(qū)愈合時間、深Ⅱ度燒傷區(qū)愈合時間以及總住院時間相對對照組分別縮短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，在無重度感染的情況下推測可能與注射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、縮短治療時間，療效顯著且安全性良好。

3.3 成人GHD

成人生長激素缺乏癥可能會導(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)險增加，運動能力降低，情緒低落等[15]。

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

對于被診斷為成人生長激素缺乏癥的患者國內(nèi)外多項長達(dá)10年以上的臨床研究顯示，生長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]。多項研究證實患者在遵循生長激素使用禁忌癥并嚴(yán)密監(jiān)測血清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[17]。這也進(jìn)一步印證了rhGH在成人GHD中的臨床價值和安全性。

3.4 輔助生殖

生長激素通過GH-IGF-1軸參與了機(jī)體性分化和性成熟的過程，與性成熟和性腺內(nèi)分泌功能密切相關(guān)，對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)分為實驗組和對照組，所有患者均采用拮抗劑方案促排卵作為基礎(chǔ)治療。實驗組加用了GH進(jìn)行預(yù)處理：Gn啟動前約4周使用2 IU的GH皮下注射1次/日，Gn啟動日改為4 IU的GH皮下注射1次/日直至HCG日；GH非預(yù)處理：Gn啟動日開始給予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)磷酸鳥苷的水平增加，蛋白磷酸化過程加速可為生殖細(xì)胞提供能量，從而增加精子活力；同時GH亦可促進(jìn)機(jī)體對微量元素如鋅等的攝入，明顯改善精子動力、活動率和密度。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)癥暫未納入說明書，具體的用法用量以及安全性有待進(jìn)一步驗證。

3.5 其他

生長激素在上述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通過了軟骨發(fā)育不全的適應(yīng)癥(ACH，Achondroplasia)；2004年—2005年，美國和歐洲r(nóng)hGH說明書中陸續(xù)納入了短腸綜合征(SBS, Short bowel syndrome)和過渡期GHD(GHD in transition)[20]。另外GH在其他非注冊適應(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。

4 安全性評估

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)。對于用藥患者來說，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題在藥物的使用過程中出現(xiàn)了多例克雅氏病的報道。1985年美國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防腐劑生長激素水劑于2019年全球上市。由于其藥物主要有效成分rhGH與人體天然生長激素完全一致，且通過專利技術(shù)的應(yīng)用，制劑輔料成分無需添加苯酚類防腐劑，更加確保了臨床長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)，生長激素本身在臨床上常見的副反應(yīng)有注射部位過敏、液體潴留、甲狀腺功能減低、一過性血糖升高及脊柱側(cè)彎等。根據(jù)NCGS和KIGS數(shù)據(jù)庫記錄顯示11萬患者在使用生長激素治療過程中發(fā)生不良反應(yīng)的概率約為6%。其中大部分患者通過對癥處理、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期腫瘤的患者。Shrikant等在歐洲開展的大樣本隊列研究顯示，對于術(shù)后腫瘤得到完全控制的患者，在合理范圍內(nèi)使用GH不會提高復(fù)發(fā)腫瘤和繼發(fā)腫瘤的風(fēng)險[21]。可見生長激素在臨床應(yīng)用過程中安全性良好，但在用藥過程中應(yīng)嚴(yán)密監(jiān)測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，生長激素具有顯著地促進(jìn)兒童生長發(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)患者前往非專業(yè)醫(yī)療機(jī)構(gòu)，他們在骨骺閉合情況下貿(mào)然使用了生長激素導(dǎo)致孩子出現(xiàn)肢端肥大的案例偶見報端。部分運動員為了在短時間內(nèi)提高成績非法注射生長激素進(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不鮮。重組人生長激素是處方藥品，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)請專業(yè)醫(yī)師給予評估，切不可私自用藥。

5 未來展望

隨著研究的逐步深入，生長激素在各領(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激素凍干粉針劑，但由于操作復(fù)雜和注射疼痛等問題導(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Genentech公司生產(chǎn)的全球第一支生長激素水針劑誕生，2007年韓國LG生命科學(xué)公司推出了全球第一支微球緩釋長效生長激素，2014年中國CFDA批準(zhǔn)了PEG化的長效生長激素，2019年安科生物公司推出了無防腐劑型預(yù)充生長激素水劑。截止到目前，全球僅中國和韓國批準(zhǔn)了長效生長激素，考慮到遠(yuǎn)期安全性的問題美國和歐洲暫未給予其上市許可。國際上包括輝瑞、諾和諾德和基因泰克等知名藥企陸續(xù)開展了多項長效生長激素的臨床研究，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研究方向[24]。相信在不久的將來會有更多新技術(shù)可以運用到生長激素制劑當(dāng)中，給患者帶來更優(yōu)的治療效果和用藥體驗。