هورمون رشد و استخوان Growth Hormone and Bone

اثرات GH بر رشد طولی استخوان

الف : GH و تنظیم رشد طولی استخوان پشتی

در طی فرایند رشد طولی استخوان ، پریکاندروسیت ها در لایه سلولی ژرمینال متمایز شده و بنابراین دستخوش بیان کلونل محدود شده در ستون های فردی کاندروسیت ها در صفحه رشد میشود .مممتعاقبا سلول ها در ناحیه هایپرتروفیک بالغ شده و باز سازی میشود و درنهایت در استخوان ترکیب میشوند .برخی هورمونها برای رشد طولی و طبیعی استخوان پشتی حاوز اهمیت هستند اما بطور کلی اثبات شده که GH مهمترین هورمون در این زمینه میباشد .علاوه بر این  بیان شده که GH رشد کارتیلاژ و سایر بافتها را با افزایش تعداد سلولها بجای افزایش سایز سلول ها تحریک میکند .یک سوال بحث برانگیز در طی دو دهه پیش این بوده که آیا GH بر بافت ها بطور مستقیم عمل میکند و یا آیا این اثر تویز یک عامل رشد کبدی که آنرا عامل سولفاسیون میخوانند رخ میدهد یا نه ، اما بعد ها به آن نام سوماتومدین دادند و متعاقبا شبیه به IGF-I نشان داده شده است . بر اساس فرضیه اصلی سوماتومدین ، GH رشد اسکلتی را با تحریک تولید کبدی سوماتومدین تحریک میکند که بخودی خود باعث تحریک رشد طولی استخوان در یک حالت اندوکرین میشود .در اوایل دهه 1980 فرضیه سوماتومدین توسط مطالعه ای مورد چالش قرار گرفت که نشان میدهد که تزریق GH بطور مستقیم بدرون صفحه رشد rat tibia باعث تحریک رشد طولی استخوان در قسمت تزریقی میشود .این مشاهده اولیه بعد ها مورد تایید و گسترش قرار گرفت و در حال حاضر اثبات شده که GH رشد بسیاری از بافت های متفاوت را بطور مستقیم  تحریک میکند .با مطالعه اثرات GH و IGHF_I در پریدیپوسیت ها ، سبز و هم زیست ها نشان داده که GH و IGF_I بر سلولها در مراحل مختلفی از بلوغ عمل میکند .  بنابراین ،  GH برای تحریک پریدیپوسیتها ی جوان ارائه میشود ، در حالی که IGF -I سلولها را در مرحله پس از رشد تحریک میکند  . فرضیه  ارائه شده توسط گرین و همکاران (35)، که GH بر سلولهای پیشرو عمل می کند و IGF -I   گسترش بعدی کلونال را تحریک میکند ، " تئوری موثر دوگانه   نامگذاری شد و یافت شد که GH باعث تحریک رشد استخوان های طولی به طور مستقیم  ( محلی و افزایش تولید IGF -I با تحریک رونویسی   ژن IGF -I (37) منجر به پیشنهاد این نظریه موثر دوگانه عمل GH برای تنظیم رشد استخوان های طولی میشود   . مطالعات بعدی در شرایط آزمایشگاهی با استفاده از سلولهای غضروفی epiphyseal کشت شده در تعلیق نشان داد که GH و IGF -I تحریک سلول را در مراحل مختلف بلوغ منجر میشود  .  بنابراین ، GH  شکل گیری  کلنی جوان prechondrocytes  را تحریک میکند ، در حالی که IGF -I تحریک سلول در مرحله بعد از بلوغ را در پی دارد  ، در حمایت از این فرضیه که بلوغ سلولها در واقع epipyseal عامل مهم تعیین پاسخ سلولهای غضروفی به    IGF –I ,  Gh میپردازد . این فرضیه که GH ترجیحا در سلولهای سلولهای غضروفی کاندروسیت در داخل بدن عمل می کند به طور مستقیم توسط مطالعه دیگری از آزمایشگاه ما پشتیبانی می شود.  با برچسب زدن  دوره prechondrocytes   با رادیواکتیو تیمیدین و مطالعه الگوی برچسب   متعاقب در بخش های ساژیتال   صفحه رشد استخوان درشت نی با استفاده از رادیوگرافی خودکار ، مشاهده شد که تزریق محلی   GH تعداد سلول های دارای برچسب را در لایه ای از prechondrocyte در صفحه رشد افزایش میدهد .  در مقابل، IGF -I به تحریک اختلاط رادیواکتیو تیمیدین در سلولهای همان لایه (43) نمیپردازد  . با استفاده از یک تکنیک هیستومورفومتریک ، مشخص شد که GH همانند  IGF -I دارای ظرفیت تحریک prechondrocytes ، میشود همانطور که   GH  و IGF -I زمان چرخه سلولی  prechondrocytes را  کاهش می دهند .  با این حال، در همین مطالعه مشخص شد که صفحه رشد prechondrocytes  از حیوانات تحت درمان با GH دارای زمان چرخه سلولی 50 ٪ کوتاهتری در مقایسه با حیوانات    تحت درمان با IGF-i (44)   میباشد . داده ها نشان می دهد که حداقل برخی از اثر ات رشد   GH   از طریق تحریک مستقیم   prechondrocytes اعمال میشود  .   

ب : نتایج پشتیبان کننده نقش مهم فیزیولوژیکی IGF-I برای رشد استخوان

مطالعات نشان میدهد که در طول 20 سال گذشته مربوط به اجرای سیستمیک IGF -I به حیواناتی با کمبود GH - و مرد انجام شده نشان می دهد که هر دو GH و IGF -I دارای ظرفیت برای تحریک رشد استخوان های طولی در داخل بدن میشود  ( 45-54 . ( رفع IGF -I و ژن گیرنده IGF -I توسط نوترکیبی همولوگ نشان داده اند که مسیر سیگنالینگ  IGF –I  برای توسعه بافت و رشد بسیار مهم است. بنابراین  ، موش با فقر IGF -I نشان دهنده عقب ماندگی شدید رشد statural   است که برای اولین بار در روز 12 در زندگی جنینی آشکارشده و رشد پس از تولد  به شدت عقب افتاده ( 55-58 ) است . گیرنده های IGF -I موش " حذفی " عمیقا تحت تاثیر قرار گرفته و مرگ   نارسایی تنفسی به دلیل رشد ضعیف عضلات تنفسی پس از تولد میباشد  (57( . علاوه بر این، یک بیمار با حذف ژن IGF -I  نشان دهنده  اختلال رشد و عدم رشد پس از تولد است (59  ( این مطالعات تجربی و مشاهدات بالینی به طور واضح نشان میدهد که  بیان نرمال IGF -I ،   همانند  گیرنده آن ، نقش حیاتی را برای رشد و توسعه بافت ایفا می کند. با این حال، این آزمایش ها قادر به پاسخ به این سوال که آیا تولید محلی   IGF -I اتوکرین / paracrine) برای رشد بافت طبیعی و توسعه مهم تر از گردش (   غدد درون ریز ( IGF -I است .مطالعات بسیاری نشان میدهد که اجرای سیستماتیک نوترکیب IGF-I به تحریک رشد طولی استخوان منجر میشود و افزایش وزن بدن در نسبت های فرض شده از این فرضیه حمایت میکند که IGF-I دارای فعالیت های اندوکرین بر رشد statural است . جالب این است که اجرای IGF-I بطور ویژه رشد بافت های غیر اسکلنی را ترویج میدهد .بنابراین اثر IGF-I بر رشد کبد و طحال و تیموس  دامنه بیشتری نسبت به سایر بافتها دارد . تفاوت کمی در واکنش بافت ها به IGF-I نیز در بیان بیشتر ترنسژنیک موش IGFI نشان میدهد که آن دارای اقدامات مهمی در بافتهای غیر اسکلتی است .این داده ها نشان میدهد که انتقال سیستماتیک IGF-I دارای ظرفیتی برای افزایش رشد  در حیوانات است .

C: بررسی نظریه سوماتدین در مقابل نظریه اثر دوگانه

این واقعیت که GH و IGF-I رشد بافتها را تحریک میسازد ، اهمیت مرتبط پپتیدها برای این اثر را در شرایط الگوهای گرمایی و فضایی نسبتا پیچیده ارزیابی میکند .بنظر میرسد بررسی داده های تجربی و بالینی توجیه شده باشد و مشخص شده که داده ها از هم اکنون در   دو نظریه مختلف ، نظریه somatomedin و نظریه دوگانه مناسب موثر دردسترس است . اثر اجرای  سیستمیک   GH و hypophysectomized IGF -I به موش   نشان داده   که  دارای توابع مستقل و دیفرانسیل ( 45، 46، 63 (   هستند . هنگامی که دو ترکیب با هم گرفته شد، اثر اضافه یا هم افزایی آنها ( 45، 60 ، 64 ) اعمال شد  . همچنین، اجرای   GH به حیوانات درمان شده با دوز حداکثر IGF -I رشد بیشتر (63) تحریک میشود  . علاوه بر این، تفاوت بین GH و IGF -I کاملا واضح در حیوانات تراریخته با تظاهرات بالای ژن در هر دو صورت GH و IGF -I می باشد. حیوانات بنابراین ، GH- تراریخته رشد به حدود دو برابر اندازه littermates طبیعی خود ( 62 ، 65 ) . در مقابل، موش از یک صلیب موش تظاهرات بالای ژن IGF -I و موش GH- فاقد ابراز سلول نشان دادن افزایش در رشد استخوان های طولی و وزن بدن در مقایسه با گروه کنترل GH- کمبود آنها تولید می شود. با این حال، موش ژن IGF -I به رشد نه بیشتر از خواهر و برادر تراریخته غیر آنها ( 61 ، 66 ) ، نشان دادن بیان بالای این GH ، اما IGF -I ، باعث رشد فوق عادی میشود  . دولت محلی از GH ، اما IGF -I ، تحریک تولید محلی از IGF -I با تحریک رونویسی از ژن IGF -I (22 ، 37)، حمایت تجربی به مفهوم این است که فعل و انفعال بین IGF قند وجود دارد -I . اداره آنتی بادی به IGF -I لغو اثر تحریکی GH اداره محلی (31)، حمایت از این نظریه کهبه صورت محلی تولید IGF -I نقش عملکردی مهمی را در بیان اثر GH در محل سطح بافت محلی است ( 10 ، 67) . درمان سندرم عدم حساسیت GH بیماران مبتلا به ( GHIS ) نوترکیب IGF -I نشان داده اند که IGF -I کاملا statural موثر در تحریک رشد برای 1-2 سال است ( 49 -51 ، 53، 54 ، 68-72 ) ، حمایت از somatomedin تئوری . با این حال، داده های بالینی موجود نشان می دهد که اثر IGF -I پس از آن کمتر می شود موثر ، شاید با توجه به نرخ کاهش تحریک prechondrocytes ، فقدان IGF- پروتئین GH ناشی از 3 ( IGFBP-3 ) و / یا کمتر از حد مطلوب دولت IGF -I . با این حال، مطالعات بالینی از این دشوار است را به یک نتیجه گیری کلی این که آیا IGF -I تحریک رشد بافت های غدد درون ریز و یا اتوکرین / مکانیزم paracrine تحت شرایط فیزیولوژیکی در ارگانیسم سالم و دست نخورده است . این سوال که آیا اتوکرین / paracrine و یا غدد درون ریز IGF -I است که عامل مهم بیشتر برای تحریک رشد بافت احتمالا حل نمی شود تا زمانی که رشد بافت را می توان در بافت حیوانات ژن خاص ترانس با حذف از IGF -I و IGF -I مطالعاتی گیرنده . بطور کلی، داده های موجود نشان می دهد که تحریک GH رشد استخوان های طولی با تحریک prechondrocytes به طور مستقیم در صفحه رشد به دنبال آن گسترش کلونال در سطح گردش خون ناشی از هر دو توسط GH ناشی از تولید محلی از IGF -I ، و با افزایش GH ناشی از IGF -I . Ghis ، عامل عمده تعیینکننده برای تحریک سلولهای EPC ، اگر چه این امکان وجود دارد که ممکن است سلولهای EPC IGF -I تا حدی (شکل 1) تحریک شوند .

. اثر GH در شرایط in vitro

A. اثر هورمون رشد در کشت بافت استخوان

چند آزمایشگاهی مدل در ، توسعه یافته به مطالعه اثر هورمون ها و عوامل رشد در بازسازی استخوان شده اند ارائه شده است، و برخی از این خواهد شد که در این بخش مورد بحث قرار . آنها شامل انواع مختلف از فرهنگ های بافت ، سلول های استخوان و سلول های اولیه . فرهنگ بافت استخوان را ارائه می دهند استفاده از تعاملات بین سلولی حفظ ، در نتیجه ارائه در آزمایش مانند داخل بدن در مقایسه با سیستم های سلولی جدا شده است. در سال 1984، Stracke و همکاران . (33) گزارش داد که GH افزایش آلکالن فسفاتاز فعالیت ( AP ) در محیط کشت از تیبیای موش جنینی در کشت بافت . علاوه بر این، IGF -I در محیط کشت پس از افزودن GH به تیبیای کشت افزایش یافته بود، نشان می دهد که GH تولید IGF -I در نمونه استخوان تحریک می . شد این مشاهدات بعد از آن تایید شده و توسعه یافته توسط مطالعات Maor و همکاران . ( 26، 27 ) . قطعات غضروف جدا شده از فک موش در بالای اسفنج کلاژن در حضور یا عدم حضور GH کشت داده شدند. سه روز جوجه کشی با GH ناشی از یک افزایش مشخص در سنتز DNA و در اندازه نمونه غضروف. اثر GH و حتی بیشتر پس از 6 روز در فرهنگ ، که در آن زمان یک شبکه مجزا از ترابکول در ماتریس خارج سلولی اشاره شد ، مشخص شده است . ترابکول سلولهای استخوان موجود و در تماس نزدیک با سلول های هر دو استئوبلاست مانند و شبیه استئوکلاست بودند . رنگ آمیزی مثبت با آنتی بادی بر علیه آنتی ژن های خاص با استخوان ، به عنوان مثال، استئوکلسین و استئوپونتین ، ارائه حمایت بیشتر از این تصور که تشکیل استخوان تازه تشکیل شده از اجزای ماتریس تشکیل شده بود. محیط شاهد فاقد ساختار مانند استخوان است و، نشان میدهد  که GH تشکیل استخوان به طور مستقیم ناشی از   شرایط آزمایشگاهی است  .

B. اثر هورمون رشد در استئوبلاست ها

  . GH    :1به طور مستقیم به تحریک استئوبلاست ها میپردازد  .

در تعدادی از سلول های استخوان و سلول های جدا شده اولیه با منشاء مختلف، از جمله انسان ، مرغ، موش و سلول های اولیه موس ، SaOS - 2 و انسان و موش استئوسارکوم سلول UMR 106.01 اثر GH است، شده است مطالعه قرار گرفت. GH شما را وادار به تکثیر مجزا شده رت اولیه ( 21 ، 73 ) ، ماوس ( 74 ) مرغ ( 32)، انسان ( 24 ، 75-78 ) ، و سلول های استئوسارکوم موش ( 19 ، 79 ) ، و همچنین سلول های از استئوبلاست موش مانند سلول ( 80 ) و سلول های انسان استئوسارکوم ( 75 ، 81 ) ( شکل 2). موثر غلظت GH در محدوده فیزیولوژیکی ( تحریک نیمه حداکثر در 10-50 نانوگرم / میلی لیتر ) می باشد ، نشان می دهد که GH اعمال اقدامات مستقیم در استئوبلاست ها . نه تنها GH تحریک تکثیر سلولهای استئوبلاست ، اما ، در برخی از مطالعات ، آن را نیز تحریک توابع تمایز این سلول . در نتیجه ، توابع فنوتیپی نمونه از استئوبلاست ها : مانند AP، استئوکلسین ، و کلاژن نوع I توسط GH ( 4 ، 21، 24 ، 74 ، 80، 82 ) تحریک . برای استئوبلاست ها دشوار است برای پیدا کردن یک سیستم مدل مناسب برای شناسایی سلول هدف واقعی از عمل GH . با این حال، پیش سازهای مشتق از مغز استخوان استخوان از سلول های استخوان انسان پاسخ به GH ( 76، 77 ) هستند ، نشان می دهد ، در قیاس به اقدامات GH در سلولهای EPC اولیه در بافت چربی و غضروف ، که GH تعامل با سلولهای EPC .

2 . نقش IGF -I برای عمل GH در استئوبلاست ها .

 IGFs اعمال اثرات آنابولیک در استئوبلاست ها . IGF -II در هر دو موش و سلول های استئوبلاست انسان ( 83-86 ) بیان شده است. IGF -I است که توسط جوندگان ( 87-90 ) تولید شده در حالی که استئوبلاست نتایج متناقض ارائه برای استئوبلاست انسان بوده است. Chenu و همکاران ( 82 ) ، اما نه قاسم و همکاران . (24) قادر به تشخیص مقادیر قابل توجهی از IGF -I در محیط کشت از سلولهای شبه استئوبلاست انسان ( HOB ) بود. مطالعات هر دو تشخیص ( 85 ، 86 ، 91 ) و تشخیص نمی رونوشت mRNA ژن (92) IGF -I در سلول های استئوبلاست انسان ارائه شده است. علاوه بر این،در مطالعه هیبریداسیون درجا در استئوبلاست بزرگسالان نشان داد که بافت osteophyte انسان بیان متن mRNA ژن IGF -I (93) . در حالی که سطوح در گردش خون IGF -I می باشد GH وابسته ، GH ممکن است تعیین رئیس تولید IGF -I محلی در استخوان نیست. در نتیجه ، اثرات نظارتی در شرایط آزمایشگاهی استروژن ، PTH ، و کورتیزول ، و همچنین به عنوان یک تنوع از فاکتورهای رشد به صورت محلی ، در IGF I نشان داده شده است تولید ( 86، 88، 94-102 ) . مقررات محلی از IGF -I توسط عوامل رشد و هورمون است از پتانسیل اهمیت ایده های بالینی ، اما در این مقاله تنها اثرات GH- مدوله شده در استخوان مورد بحث است. تحریک IGF byGHhas استخوان تولید شده که توسط برخی از نویسندگان ( 80 ، 82 ) اما نه با دیگران ( 24 ، 83 ) . برای بررسی اهمیت ایده های IGF -I به عنوان یک میانجی عمل GH ، IGF -I درون زا توسطآنتی سرم به IGF در کشت سلولی استخوان منزوی شد. در نتیجه، عمل پرولیفراتیو GH لغو شد (21) ، نشان می دهد محلی که IGF -I برای تکثیر سلولی GH ناشی مهم است. در مطالعه دیگری ، توسط Scheven و همکاران . ( 75 ) ، نشان داده شد که GH ناشی از رشد استئوسارکوم اما رشد سلول های انسان osteoblastlike بودند که سلول ها در حضور آنتی بادی IGF -I کشت . به طور خلاصه ، شما را وادار به بیان GH IGF -I در استئوبلاست ها جوندگان ، در حالی که القاء IGF -I شده توسط GH در استئوبلاست انسان نامشخص است. زیست فعالی از IGFs در بافت استخوان است که توسط چند IGFBPs ، عمدتا IGFBP-3 ، -4 ، -5 و (103) مدوله شده . بنابراین، برخی از اثر GH ماه مه تا از طریق تنظیم تولید داخلی IGFBPs در استئوبلاست ها واسطه می شود. آن را به خوبی شناخته شده است که افزایش سطوح GH سرم درمان IGFBP-3 ( 104 -109 ) ، و پیچیده ای از IGF -I و IGFBP-3 در تحریک ضخامت قشر مغز در ماده فاقد تخمدان موش از IGF -I به تنهایی ( موثر تر است 110 ) . IGFBP-3 است که توسط osteoblasts.GHincreases IGFBP-3 تولید شده در سلول های موش ( 73 ، 96 ، 111، 112 ) تولید شده ، در حالی که هیچ اثر GH در IGFBP-3 بیان در سلول های انسانی ( 24 ، 83، 113 ) دیده می شود. IGFBP- 4 در اصل از استخوان جدا شده بود به عنوان IGFBP مهاری (114) ، در حالی که IGFBP- 5 به عنوان یک IGFBP تحریکی برای گسترش سلاح های هسته استخوان ( 115-117 ) در نظر گرفته . در موش ، و همچنین در سلول های استئوبلاست انسان ، مشخص شد که کاهش GH IGFBP- 4 ، به عنوان توسط لیگاند بلات ( 113 ، 118 ) تعیین می کند، در حالی که هیچ تاثیری در ofGH IGFBP- 4 فعالیت پروتئاز در سلولهای شبه استئوبلاست انسان ( مشاهده شد 119 ) . در استئوبلاست موش اولیه ، IGFBP- 5 سطح mRNA به 2 برابر پس از درمان GH ( 96 ) بود. جالب توجه است، یک مطالعه بالینی اخیر نشان داده است که افزایش سطح سرمی درمان GH از IGFBP- 5 در کودکان GHD (109) . این که آیا این اثر GH اثر مستقیم بر استخوان IGFBP- 5 تولید است همچنان نشان داده شود. در نتیجه، برخی از موارد از مقررات GH ناشی از IGFBPs که ممکن است به طور بالقوه نقش نظارتی در سوخت و ساز استخوان وجود دارد.