上一届世界杯，公众号里就关注到，也提到了生长激素的历史；另外也提到一个问题，“有几个病是需要患者自己给自己长期打针的？”
回过头来看看以往的体会，还是挺有意思的。
内分泌医学史 l 2018
生长激素
过去、现在和未来
(专业版)
编译：陈康
核心要点
生长激素（GH） - 胰岛素样生长因子（IGF）轴由中枢神经结构、调节和遗传系统，以及外周细胞内GH信号通路组成；
1985年重组人GH（rhGH）的引入结束了垂体衍生的人生长激素（hGH）应用的局限性和风险，开启了广泛临床应用的可能性；
GH缺乏症（GHD）是一种具有多种不同病因的综合征，与生长、身体组成和新陈代谢的改变有关；
在一些非GHD身材矮小的疾病中，rhGH已被证明是有效的，并被用作目前尚未知的、针对病理生理学治疗的替代治疗方法。
目前创新的治疗方法涉及个性化常规rhGH、研发长效GH制剂、基因治疗的前景，以及GH-GH受体拮抗剂以及可能的新适应症
各部分快速链接
pit-hGH和疯牛病的历史故事：
CK注：
在以往关于垂体激素历史的文章中：内分泌医学史 l 李卓皓（1913-1987）与垂体激素（链接）；我们可以了解到一位卓越的华裔科学家李卓皓，他和几乎所有的垂体激素的提取和纯化密切相关（如下图），当然也包括生长激素。
李卓皓一生中与300多位学者合作发表了超过1100篇论文，影响巨大。1940 年他第一次发表分离了LH ，到1983年退休前完成的最后一个激素是胰岛素样生长因子1 (IGF-1)。激素的萃取分离让李卓皓在化学界名气大增，而真正将其名字刻在化学研究丰碑上的是人工合成生长激素。他花了32 年时间从发现、提纯、鉴定、测序、阐明化学结构，一直到1970 年人工合成了生长激素。这个191个氨基酸的蛋白质是当时世界上最大的人工合成蛋白质。从此以后，用基因重组合成、商业生产， 直到临床应用造福子广大患者， 这都靠他卓越的基础研究工作。
当李卓皓第一次从牛身上分离出生长激素 ，他想起了当年卖酱油时在一旁乞讨身材非常矮小的老汉。那么，这促进生长的生长激素能否帮助那些身体矮小的人重新长大呢？可牛身上提取的生长激素又能对人有什么用呢？并没有！
所以，李卓皓转而研究人脑并在1956年，发表了《人类和猿猴生长激素的分离方法及性质》一文。文中指出，灵长类生长激素对患有侏儒症的儿童有一定的治疗效果。
他还千辛万苦地研究出了一种从人体尸体中分离和纯化生长激素的方法。仅在1973年，就有80000余个脑垂体被收集，用于治疗约3000名患有侏儒症的儿童。可人的尸体数目终究有限，无法不能满足所有患者的需求。为什么不进行人工生长激素的合成呢？
那时大家的思路是，根据已知激素的氨基酸序列，想方设法去寻找方法对应着进行人工合成。但他们都一一失败了，像激素这样复杂的多肽分子进行合成已几乎是不可能的事。然而，分离萃取激素多年的李卓皓却细心地注意到了一个有趣的现象。他发现一般实验室提取的某个激素，常常与其他激素在生物学功能上有所重叠。
事实上，大家对这种现象早已习以为常了，默契地认为这是分离萃取时的交叉污染造成的。但李卓皓却对此耿耿于怀，因为他认为不可能都那么凑巧，莫非是不同激素中原本就存在着共性？根据经验，他大胆地设想激素间有部分结构是同源的。而激素作用并不由是全部激素分子决定的，极有可能是其中分子中的部分结构起作用。
不久后他的猜测便得到证实。因为他在确定了促黑激素的氨基酸序列。刚好它有18个氨基酸组成的序列同时存在于促肾上腺皮质激素。这就解释了促肾上腺皮质激素也有刺激黑色素细胞作用的原因，且其作用的产生只需要激素分子的部分结构。
人体生长激素（的hGR）和催乳素（PRL）结构的比较显示40％的序列同源性；简单来说，这些重叠的功能说明不同激素之间，会存在某些共有结构。而这些共有结构，可能是人工合成激素的关键。那么先确定生长激素的结构，再来尝试生长激素的合成，会不会有新的突破呢？顺着新的实验思路之后，李卓皓又开始用各种化学方法将天然的生长激素分子打断，以便得出它的基本组成。
1966年，他终于确定了人类生长激素的结构，由256个氨基酸组成。4年后，李卓皓开始了合成生长激素的尝试。这很快获得成功，它一下子轰动了整个医学界，也为日后大规模生产生长激素打下了基础。这一项成就，使他获奖无数，日后拯救了百万家庭。实际上，李卓皓对5 种腺垂体激素的活性研究一直到明确结构， 如PRL 、ACTH 、LH 、FSH 、GH 及绒毛膜促性服激素。他提出了前激素的新概念，认为部分氨基酸片段的化学结构与激素的生物活性有关。 这些对以后开发药物， 应用于广大患者，都有极大的关系。
这一段内容仅仅展示了一位科学家和生长激素的提取及合成的历史，而以生长激素为核心的GH-IGF轴的整个历史中，这仅仅是璀璨夜空的一颗耀眼的星星。
下文主要内容主要源自2018年NRE的一篇综述，详细介绍生长激素的过去、现在和未来。
前言
生长激素（GH）研究以及应用于生长障碍的治疗跨越了一个多世纪。
在20世纪上半叶，临床观察、解剖学研究和生化研究成为理解GH结构及其在动物中的各种代谢作用的基础。
在后一个时期（1958-1985）垂体来源的人GH的应用，产生了大量关于GH的调节和生理作用的信息，尤其是与胰岛素样生长因子（IGFs）相关的作用， 并且开始在GH缺乏（GHD）儿童中应用。
第三个时期（1985年至今），分子遗传学、重组技术和基因修饰生物学系统的产生拓展了我们对GH-IGF轴的调节和作用的理解。
今天，重组人GH用于治疗GHD和各种非GHD身材矮小和代谢状态；然而，这种治疗方法仍伴随着安全问题。未来，新的治疗方法的研发基于GH-IGF轴的各种组分，可以进一步改善上述病症的治疗。
生长激素（GH） - 胰岛素样生长因子（IGF）轴的复杂性反映出不同病理生理原因导致的生长障碍的广泛的。事实上，一个多世纪以来，由于GH的临床重要性，大量的科学家和临床医生不断涉足该研究领域并取得了进步。
除了GH缺乏症（GHD）或GH过量外，GH-IGF轴内还出现了许多其他形式的生长障碍。随之发展而来的诊断程序，影响着垂体病变患者的临床管理，特别是那些GHD患者。重组人GH（rhGH）的引入，结束了以往使用垂体提取的人GH（pit-hGH）应用的时代，使用pit-hGH在数量上会受到限制并可能带来风险。此外，现已证明rhGH在许多非GHD的生长障碍中有效。在这些非GHD的疾病以及分解代谢状态（疾病）中，在没有出现更符合病理生理学的适当方法出现之前，rhGH是一种替代的治疗方法。
迄今为止，每日注射的rhGH治疗可以通过以下尝试对预期敏感性进行rhGH剂量优化，如基于临床预测因子，或治疗期间对血清IGF1水平的影响。这些指标和监测似乎降低了对rhGH的治疗反应的可变性。同时，在过去的10年中已经研发具有延长作用的各种rhGH制剂和GH类似物，其目的在于相似的功效下减少患者负担。
此外，研究显示GH分子的一些结构修饰可发挥拮抗GH的作用。除肢端肥大症的治疗外，GH-IGF轴的拮抗剂可能具有预防或治疗恶性肿瘤的潜力。值得注意的是，经过数十年的临床和基础研究，GH-IGF体系的新见解不断与新技术同时出现，这表明未来新的诊断和治疗将与该系统相关。
在本综述中，我们描述了GH研究和临床应用的历史，从其发现和纯化，到其各种影响的认识，以及对pit-hGH的首次治疗应用。研究的发展和发现总是与临床背景和需求有关。此外，讨论了GH-IGF轴的新兴生理学和病理生理学，特别关注儿童时期的相关疾病。此外，还强调了rhGH在各种生长障碍中的应用，GH治疗的潜在风险以及新出现的治疗工具。 GH及其相关疾病在成人中的作用只是简单地涉及。
第一部分 历史篇
发现、纯化和合成
极端的身材最初不是从医学的角度来审视，而是作为艺术中描绘的异常和好奇心，甚至在19世纪的马戏团或“怪胎表演”（Freak shows）中展出。特别是两位美国人，“矮人”查尔斯·斯特拉顿（Charles S. Stratton ，别名General Tom Thumb汤姆大拇指；成人身高101厘米）和“巨人”刘易斯威尔金斯（ Lewis Wilkins ；成人身高245厘米），获得了国际认知和名声，尤其其照片明信片的分发。
Charles S. Stratton
对垂体功能的研究，特别是GH的研究，首先是对巨人症和具有肢端肥大特征的成人的临床观察和解剖学描述。 1884年，瑞士医生弗里奇( Fritsche)非常详细地报道了一位肢端肥大症特征的44岁男性的病史，并且患者死后发现垂体是增大的；而肢端肥大症（Acromegly）这一术语后来由皮埃尔·玛丽（Pierre Marie）于1886年首先应用。闵可夫斯基，以发现糖尿病胰腺起源而闻名（具体可见公众号内链接：内分泌医学史 l 胰岛素：简史），他也提出垂体和肢端肥大症之间的联系，而这一理论先于作为巨人症和肢端肥大症的解剖学基础的垂体前叶嗜酸性肿瘤出现之前。由Babinski和Fröhlich各自独立发现，由下丘脑 - 垂体区域（dystrophia adiposogeneitalis）肿瘤引起的肥胖合并身材矮小的临床表现，这表明脑垂体除促进生长外还具有其他作用。 库欣（Harvey Cushing，见公众号内链接：内分泌医学史 l Harvey Williams Cushing(1869-1939)-哈维.库欣）基于他作为杰出神经外科医生的经验，构思了垂体“生长激素”的存在，并积极推动研究寻找特定的垂体激素。
对垂体GH作用的认识、及其在各种物种中的纯化和化学合成，与埃文斯（Evans）在旧金山加利福尼亚大学的杰出研究工作密切相关。 1921年，Evans和Long证明了牛垂体GH提取物对大鼠的生长促进作用，大鼠的大小甚至超过了正常大鼠。在寻找垂体前叶提取物的其他作用时，各种代谢作用被阐明。 1930年Houssay和Biassotti观察了犬模型中垂体前叶提取物的致糖尿病作用，并引发对人体葡萄糖代谢的广泛研究。此外，研究还涉及GH对葡萄糖、蛋白质、矿物质和脂质代谢的影响。据观察，缺乏GH会导致胰岛素敏感性增加，并伴有低血糖风险。除了脂解作用之外，应用GH观察到储存氮（N）的增加，表明蛋白质增加，以及钾、磷、钙和钠的潴留，提示了该激素的潜在临床应用前景。
李（Li，李卓皓），埃文斯集团（Evans' group）的化学家，将牛和人垂体GH提取分离纯化，描述了其主要结构是一种含有两个硫键的191个氨基酸的蛋白质，并最终实现了hGH的化学合成（具体可见公众号内链接：内分泌医学史 l 李卓皓（1913-1987）与垂体激素）。这些发现发生在20世纪40年代和50年代，来自不同物种的GH制剂包括动物和人类的GH相继被纯化和检测。在胰岛素应用获得的经验指导下，研究人员预计其制剂会普遍存在效果。然而，尽管牛GH在大鼠中显示出有效，但它对人类没有效果。Ernest Knobil最终认识到灵长类动物GH的物种特异性。这种种属特异性的主要是由动物GH中的His171残基与人类GH受体（GHR）中的Arg43残基的不相容性而导致。图1显示GH激素研究在1957年之前的主要历史事件。
图1 1884-1957年间
GH-IGF轴相关重要发现的时间线
GH：生长激素；hGH：人类GH
经过GH纯化后，Raben和Beck在1958年第一次成功应用pit-hGH，之后开启了一个新的时代。
Raben报道，17岁的垂体侏儒症患者每周三次给予2mg的pit-hGH提取物治疗，每年的生长速度可达2.6英寸（6.6cm），而使用之前每年为0.5英寸（1.3cm）。
Beck报道，13岁男性，颅咽管瘤导致的垂体功能减退，人源和猴源GH两个治疗周期中，氮存储大幅增加，钾、磷和钙和体重均保持增益。
在Pit-hGH（垂体来源的人GH）被证明有效后，对人类垂体（组织）的需求和竞争显着增加。 1960年，Blizzard（此暴雪非游戏公司）和其他专家在美国成立了国家垂体机构（National Pituitary Agency，NPA），用于收集垂体和GH的纯化和分配。多年来，估计已有600万个国际单位（IU）的pit-hGH用于临床研究。其他国家也建立了类似的国家体系，制药公司组织了pit-hGH的纯化和商业化。从1963年到1985年，使用适当的分离技术从冷冻（垂体）腺体中分离的商业pit-hGH制剂，被证明没有被其他垂体激素所污染。然而，pit-hGH的来源有限，限制了该领域成长进步的速度。从图1958到现在的GH研究的主要历史亮点如图2所示。
图2 1958年至今
GH-IGF轴重要发现的时间线
第二部分 现实篇
1. GH-IGF轴
从GH合成（包括其解剖学和分子学基础）到其细胞和部分IGF介导的作用的级联简称为'GH-IGF轴'；然而，在许多方面，它的作用是网络化的。本节简要概括不同水平的GH-IGF轴的各种生理学和病理生理学方面的作用和调节，实际上这些作用已经交织在一起。本文关于GH-IGF轴的讨论的焦点是针对遗传、细胞和神经内分泌水平的hGH分泌、GH信号转导以及IGF及其结合蛋白的功能的调节。关于GH-IGF轴和GH信号传导的概述，参见图3。
图3 GH-IGF轴和GH信号通路
a | 生长激素（GH）分别在下丘脑激素GH释放激素（GHRH）的刺激（+）和生长抑素抑制（ - ）作用下以垂体生长激素的脉冲方式分泌。 GHRH被生长素释放肽（Ghrelin）激活，而脂肪细胞通过瘦素（Leptin）介导的生长抑素分泌和游离脂肪酸（FFA）对垂体生长激素的直接作用抑制GH分泌。 GH作用于多种细胞类型、组织和器官，但对于生长而言，其主要目标是肝脏以及长骨和脊柱的骨骺板。
b | 在表达GH受体（GHR）的所有细胞中，GH的结合通过复杂的信号传导途径导致许多基因的表达增加。关于生长，肝脏的主要途径是激活Janus激酶2（JAK2）和信号转导和转录激活因子5B（STAT5B），导致编码胰岛素样生长因子1（IGF1）和IGF2、IGF结合蛋白3（IGFBP3）和IGFBP5以及酸不稳定亚基（acid labile subunit，ALS）等基因表达增加，其以所谓的三元复合物的形式进入循环。 IGF1和IGF2通过蛋白酶，特别是pappalysin 2（PAPPA2）从该三元复合物中释放出来，使其能够通过毛细血管上皮并进入间质。循环IGF1既作为垂体中GH分泌的负面因子，也对几乎所有细胞类型具有一般的合成代谢功能。
c | 骺板中的软骨细胞不仅受IGF1和IGF2刺激，而且还受GH直接刺激作用，增殖性和肥大性软骨细胞也分泌IGFs（自分泌调节）。
ERK，细胞外信号相关激酶;
GRB，生长因子受体结合蛋白;
IRS1，胰岛素样生长受体1;
SHC，SHC转化蛋白;
SOS，第七同系物之子;
SRC，原癌基因酪氨酸蛋白激酶Src。
垂体的发育
哈里斯（Harris）在20世纪40年代进行的早期解剖学研究（1948年），洞悉下丘脑 - 垂体门静脉血管和神经结构的解剖，这为研究垂体激素（例如GH）及功能完整性奠定了基础。垂体的个体发育，包括神经外胚层来源的垂体后部区域和漏斗（茎），以及口腔外胚层来源的前部区域，涉及许多复杂遗传控制的因素。
与其他颅脑畸形相关的垂体畸形，如Rathke裂囊肿、视隔发育不良（septo-optic dysplasia，SOD）或全脑畸形，是先天性垂体功能低下的原因。
HESX1（编码homeobox expressed in ES cells 1，ES细胞表达同源框1）中的缺陷显示在人和小鼠中可引起SOD（septo-optic dysplasia，视隔发育不良）
LHX3（编码the LIM homeobox protein 3，LIM同源框蛋白3）中的缺陷导致小鼠垂体发育不全和垂体功能低下，并伴有颈部僵硬。
在人类中垂体柄中断综合征的特征是垂体柄中断、异位垂体后叶和垂体前叶发育不全/不发育，这是发育异常的一个例子，它只影响垂体区域，可由HESX1或LHX4缺陷引起。
从祖细胞到专门产生激素的成熟垂体前叶细胞（例如GH分泌细胞），在垂体前叶发育过程在基因上以特定的顺序发生。这种极其复杂的过程受基因控制下的转录因子控制。编码这些转录因子的基因的突变，导致不同的垂体激素缺乏组合模式。
在GH、TSH和催乳素缺乏患者中首先发现POU1F1（pituitary-specific positive transcription factor 1，编码垂体特异性阳性转录因子1）突变；
不久后，在PROP1基因（编码Pit 1的垂体特异性转录因子同源框蛋白先驱基因，pituitary-specific transcription factor homeobox protein prophet of Pit 1 ）中发现了突变 ，它在几乎所有垂体前叶激素产生细胞的发育中起作用。 PROP1突变代表垂体功能减退症的相对常见原因。
此外，免疫球蛋白超家族成员1（immunoglobulin superfamily member 1，IGSF1）缺乏主要与中枢性甲状腺功能减退和催乳素缺乏有关，但在14％的IGSF1缺乏儿童中观察到暂时性的部分GHD。所有报告的GHD遗传原因列于补充表S1中。
表S1 与GH-IGF轴的疾病相关的基因（截止2018）
S1a 生长激素缺乏和潜在的垂体激素合并缺乏（继发性IGF缺乏症）
S1b 孤立性生长激素缺乏或无生物活性（继发性IGF缺乏）
S1c 原发IGF-I缺乏（GH正常/高; IGF-I低）
S1d （表观）IGF-I不敏感（IGF-I通常>年龄均值）
hGH网络
在解析hGH的一级结构后，三维结构显示hGH存在四个α-螺旋、非螺旋链、两个二硫键和疏水核心。 GH具有两个GHR结合位点，位于与GHR分子相互作用的一组α-螺旋的两端。
含有hGH基因（GH1和GH2）和人绒毛膜促生长激素基因（CSH1，CSH2和CSP1）的基因簇位于染色体17q23.3的长臂上。 GH1基因编码24kDa的前-hGH长转录物，其通过可变剪接处理初级转录物，形成22kDa的主要hGH变体 或20kDa变体（191个氨基酸），或一种20kDa变体（缺少32-46位氨基酸，约占10%）。 GH2基因产物是22kDa hGH变体（hGH-V），其仅在胎盘的合胞体滋养层中表达并释放到母体循环中，在胎儿 - 母体发育中起作用。
除了这些基因表达形式的hGH外，血液中hGH的翻译后修饰还有很多种，包括N（α） - 酰化、脱酰胺和糖基化的单体GH形式，以及非共价和二硫键连接的GH低聚物。这些形式的GH功能角色并不清楚。
GH1基因突变可导致垂体孤立性GHD（IGHD，isolated GHD，孤立性生长激素缺乏），并且通常根据其遗传方式分类（参见补充表S1b）。
IGHD IA型患者，属于常染色体隐性遗传疾病，由于包括完整GH1基因在内的7.5kb缺失而导致GH缺乏，当用hGH治疗时，会出现导致生长减弱的抗GH抗体。
IGHD IB型，表现不太严重的常染色体隐性疾病，是GH1基因中剪接位点、移码或无义突变或GHRHR（其编码GHRH受体）突变的结果。
常染色体显性遗传的IGHD II型，由GH1中的杂合剪接位点、错义或剪接增强子突变或内含子缺失引起，其导致越过第三外显子和随后的17.5kDa GH变体，其对GH分泌发挥显性负效应。
X连锁形式的IGHD III型（X连锁的低丙种球蛋白血症和孤立性GHD，XLH-GHD）的特征在于GHD合并出现丙种球蛋白缺乏症。
S1b 孤立性生长激素缺乏或无生物活性（继发性IGF缺乏）
循环中天然的hGH可以通过免疫测定进行测量，但是1978年，Kowarski及其同事第一个发现天然循环的hGH可以改变后，仍可用免疫法测量但可无活性或活性最小化。很久以后，有报道在矮身材儿童中，GH1中的点突变可以导致GH失活，而这些患儿对rhGH治疗反应好。
在接下来的段落中，讨论了GH分泌的三种主要调节因子和GH分泌机制。
GH释放激素
图3a
生长抑素
Ghrelin
GH分泌机制
GH信号转导
GH信号转导涉及GHR、GH结合蛋白（GHBP）、GH-GHR相互作用和随后的细胞内信号传导级联。
GHR和GHBP
GH细胞内信号转导
图3b
IGF-IGFBP系统
1957年，Salmon和Daughaday在体外研究发现，硫酸盐通过血清整合入软骨不是GH的直接影响，而是间接影响。这种所谓的硫酸化因子后来被称为“生长调节素”（somatomedin），一种主要定义为GH依赖性、胰岛素样和促有丝分裂作用的实体。后发现“生长调节素”（somatomedin）与已知的胰岛素样因子（IGF1和IGF2）相同，后者根据它们与胰岛素原的相似性来命名，并成为官方命名法。 IGF的功能是增加细胞增殖、促进组织特异性细胞功能，发挥类似于胰岛素的代谢有用，并有引起抗细胞凋亡的作用。
随后的研究表明，IGF系统还包括两种受体酪氨酸激酶，即IGFR1（类似于胰岛素受体）和IGFR2，以及六种结构相似的IGFBP（IGFBP1-IGFBP6），它们对IGF的亲和力约为同一个数量级，但高于IGFs与IGFRs的亲和力（图3）。 IGFBPs与IGF结合，阻止IGF降解并促进它们在体室内转运。 IGFBP还可以与细胞结构、组织基质蛋白和肽等结合，例如蛋白多糖（proteoglycans）和整联蛋白（integrins）。这种结合降低了对IGF的亲和力，从而使IGF可发挥作用。独立于IGF的作用之外，还发现IGFBP可刺激细胞增殖，并可能具有其他额外的作用。
出生后生长所需的关键组分是IGF1、IGFBP3和ALS，它们都是GH依赖性、并形成大的（150kDa）三元复合物（ ternary complex ，图3b）。 IGFBP3可以进行翻译后修饰。例如，IGFBP3的糖基化或磷酸化增加与IGFs的结合，而蛋白水解、去磷酸化或去糖基化降低与IGFs结合，从而调节IGFs对其靶标的可用性。 IGFBP3被金属蛋白酶（例如，冠毛素pappalysin2，PAPPA2）特异性切割，其从三元复合物中释放IGF1（游离IGF1）并使其可作用于IGF1R（图3b）。该复杂级联的所有元件均可修饰IGF功能，因此是新型药物疗法的潜在靶标。
在20世纪80年代中，讨论了GH或IGF是否作为线性生长的主要促进剂，而IGF的内分泌与旁分泌和/或自分泌作用在20世纪90年代进行了争论。后来使用肝脏特异性Igf1缺陷（LID）小鼠，和其他遗传操作的小鼠模型的动物实验证实，GH和IGF在生长调节中具有全部和部分内分泌介导的功能。
02. 生长激素缺乏(GHD)定义和诊断
GHD的定义和诊断需要在生命各个阶段（儿童期、从青春期到成年期和成年期的过渡期）的临床背景下进行讨论，以及用各种检验方法和试验验证GH分泌受损的情况。
儿童GHD
儿童GHD可以是先天性或后天性的，可以是孤立性或与其他垂体激素缺陷联合合并出现。儿童GHD已经确定的病因有很多中，但临床中原因往往未知（即特发性GHD）。各种类型的GHD定义和身材矮小的其他原因，可以查阅国际儿科内分泌诊断分类（ICPED，权威链接http://icped.org/）。如果不治疗，儿童期发病的GHD导致永久性身材矮小。在儿童中，GHD的诊断依赖于详细的病史、临床特征、生长（auxological生长发育学）分析、GH-IGF轴组分的生化检测、骨骼成熟的放射学评估，以及应用MRI进行垂体形态（解剖学）评估。
身材矮小（定义为同年龄和性别的标准差评分（SDS）<-2）是儿童GHD的常见症状。GHD诊断需要排除所有其他潜在的原因（遗传的、系统的、激素、代谢和或/心理的）。在严重的先天性GHD中，生长速度通常从出生后的前6个月就出现异常降低，迅速出现与参考人群或中间父母身高（midparental height，MPH，中亲身高）不匹配的身高SDS降低。获得性（儿童期发病）GHD的主要特征是身高速度低（height velocity，生长速度）。在不太严重的情况下，GHD的可能性是基于三个主要生长特征损害的组合估计：身高，身高-MPH和身高速度（height velocity，生长速度），判断主要是与同年龄和性别的正常参考范围，加上骨龄延迟。一旦生理学和放射学特征使GHD的存在成为可能，需要通过生化检查进行GHD确认。
hGH检测
GH活性的生物测定，最初是在成年垂体切除大鼠中检测GH治疗扩大胫骨骺租用来实现，但是该方法对于临床应用太不敏感。在用放射性碘131标记hGH生物检测技术发表后不久，1963年描述了hGH的第一次免疫测定，并且这一方法迄今仍广泛使用。今天，血液中的hGH水平可以使用各种类型的免疫测定来确定，其灵敏度不一，从用于新生儿筛查的滤纸进行测量（半定量快速），到近期通过质谱法进行测量（非常精确）。
诊断GH分泌障碍时，关于标准化方面最为相关的是国际参考制剂（international reference preparations，IRPs）的变化。
1969年第一个hGH的IRP（IRP 66/217）是垂体起源的，指定为2IU/mg的特异活性。
随后的IRP（IRP 80/505）基于纯化的垂体GH，比活性为2.6 IU / mg
第一和第二种生物合成的GH IRP（IRP 88/624和98/574）是22 kDa纯化重组hGH，其指定效力为3 IU / mg（WHO国际生物参考制剂，WHO International Biological Reference Preparations）。
因此，在1982年之前，20 μIU hGH相当于10 ng，但今天仅相当于6.7 ng。此外，不同的抗体已用于免疫测定。最初，这些抗体是多克隆的并且针对pit-hGH的所有表位，但是在20世纪90年代之后，应用的是针对单体22kDa rhGH的不同表位的多克隆或单克隆抗体。后一种方法使检测人血浆中较低水平的hGH成为可能（敏感性高）。
量化GH分泌
由于GH血浆水平的随机检测很难反映GH分泌，因此研发了多种诊断程序（GH刺激试验），以通过下丘脑或垂体水平的各种机制的试验引发GH分泌，并与正常个体在刺激下可以达到理想的GH高峰水平进行对比，作为合适的诊断。
第一个被认可的GH刺激方法是胰岛素耐量试验（ITT），即胰岛素诱导的低血糖 ，这一试验仍然被认为是黄金标准（the gold standard），尽管许多临床医生因为可能危及生命的并发症而不愿意使用。（关于诊断切点：）
在一项研究中，53名患有明显临床GHD的儿童中，没有一人（在刺激后）血清GH水平超过5μg/ L，而另一项研究中37名没有GHD的儿童的血清GH水平均超过5μg/ L。因此，在20世纪60年代后期，血清GH浓度为5μg/ L（当时相当于10 mU / L）是可接受的限度（切点），以区分GHD和非GHD。
在以后的几年中，通常接受的标准是，如果在单次试验中最大GH浓度未超过7 mU/L（相当于3.5μg/L），或两次标准试验未超过7-15 mU / L（相当于3.5-7.5μg/L），则接受诊断。
1990年以后，大多数医生更愿意接受10μg/ L的临界值。仅在最近几年才有证据表明现代方法和参考文献的切点应接近7μg/ L。
已经公布了许多所谓的标准检测程序（试验）及其通过应用各种试剂（例如，精氨酸、胰高血糖素glucagon、Propranolone和L-DOPA）诱导GH分泌的组合。试验药物在垂体或下丘脑水平上起作用的各种机制、潜在风险、反应的可变性、缺乏可重复性，以及真正规范数据的缺乏，使得这种切点值驱动（cut-off-driven）的诊断方法备受争议。20世纪80年代后开始传播的频繁采样来量化自发GH分泌可能优于刺激测试，因为该方法反映了个体的生理情况。在健康个体中，已发现IGF1和IGFBP3水平与GH分泌水平呈强烈的正相关。然而，用于诊断GHD的GH的连续取样的效用不同，这是由于诊断习惯、及试验条件下GH检测结果与自主条件下监测GH所得到结果可能不一致。此外，由于该诊断程序的实用性和费用限制，只有少数临床医生在临床中使用连续取样。由于生理性GH分泌在青春期之前往往相对较低，因此围青春期在做GH刺激试验之前有人提倡用性腺类固醇激素进行“引发”，以避免假阳性结果。
IGF相关参数
已经提出如下观点，GH和IGF1组成的体系像其他内分泌系统一样相互关联，生长激素（GH）作为核心调节激素，IGF1作为外周产生的和发挥作用的激素。这种概念认为，GHD（实际上）是由GHD引起的继发性IGF缺陷（IGFD），而原发性IGF缺陷包括GH不敏感性综合征。
然而，该模型仅涉及GH和IGF1，并未反映IGFs和IGFBP的复杂调节和部分相反的生理作用。虽然IGF1和IGFBP3都是GH依赖性的，并反映自发的GH分泌，但它们的血液水平也受其他激素（性腺类固醇激素、甲状腺激素和糖皮质激素）、免疫系统（细胞因子），以及尤其是个人营养状况的影响。在解释IGF1和IGFBP3水平时需要考虑。
然而，具有诊断优势的是，血液中IGF1和IGFBP3的基础水平相对稳定。目前已经实现了两种肽的免疫测定的一些方法学标准化，并且已经公布了整个人类寿命中的年龄和性别的参考范围。
儿童期筛查诊断（primary diagnostic）的血清IGF1和IGFBP3检测值已经确立，但并非无争议。GHD患童的IGF1水平（以及在较小程度上IGFBP3同样）较低，但部分与由于其他原因导致矮小儿童的IGF1水平重叠。而GHD患儿不太可能出现真正的正常水平（例如，IGF1> -1.0 SDS），这使得该诊断参数敏感性高，而特异性较低。如果已经做出GHD的诊断，则下丘脑和/或垂体区域的MRI已经成为GH-分泌性疾病的标准检查的一部分，以寻找解剖学病因。在严重GHD病例中，特别是如果该家族的其他成员具有相似的表型，则提示遗传评估。
GH的敏感性受损，可通过暴露于hGH（IGF生成试验）方法来检测，这种情况可由GH受体结合缺陷（GHR突变）、GH信号转导级联缺陷（STAT5B突变）、IGFALS （编码ALS）突变、或IGF1突变所引起（参见补充表S1）。
神经分泌功能障碍
在颅脑照射后儿童中，观察到自发性GH分泌受损，而刺激试验中GH可有正常峰值水平，这被认为是由于下丘脑损伤导致的GHRH缺乏。这种所谓的GH神经分泌功能障碍（NSD）被认为存在于类似于正常GHD临床表型的矮身材儿童中，但下丘脑 - 垂体区域没有已知的创伤（特发性NSD），他们的生物化学特征是自发GH分泌（spontaneous GH secretion）降低和IGF-1水平降低，但GH对标准GH刺激试验的反应正常。由于很少有临床医生评估自发性GH分泌，并且疑似儿童自发GH分泌障碍的GHD与健康对照之间存在大量重叠，目前，“NSD”一词很少用实际诊断。
童年GHD的人口学
GHD病因多种多样，但在大多数情况下，病因仍然未知（idiopathic IGHD，特发性IGHD）。虽然1985年以前pit-hGH几乎全部用于严重GHD患儿，（这些患儿典型）其诊断可以确定；但过去30年里，GHD的诊断标准逐渐放松（例如，GH刺激试验的切点更高）不仅导致接受GHD诊断的患者总数增加，而且GHD不太严重甚至是不确定的患者比例也在增加。当特发性GHD患者在青年期进行重复检测时，许多GHD并未得到证实（结果不一致）。在1987年至2012年期间，欧洲、美国和日本对IGHD特征的定义不仅不同，而且也在发生变化，如男性（患病）频率、GH障碍的严重程度以及身高不足的减少，表明（未知的）诊断过程中的社会经济影响。关于儿童期发病GHD患病率的报告大约为1/5,000（约占获得病例的20％），仅是粗略估计。
处于转型期/过渡期的GHD
除线性生长外，身体许多方面（例如，身体成分和生殖成熟）继续发育，在成年之前的这一时期称为“过渡”阶段。 GHD青少年在达到成人身高后停止GH替代治疗会失去已获得的身体成分（肌肉）并增加脂肪，而在儿童时期接受GH治疗的成年人与成人发病GHD患者相比显示出成熟。因此，流程上已有建议在转型期间验证GHD的诊断，以鉴定有资格继续GH替代的患者。检测的范围和程度取决于持续GHD的先验可能性。如果已经证实解剖学改变、存在多种垂体激素缺乏症（MPHD）或特定遗传缺陷，则认为这种可能性很高。在这种情况下，低IGF1水平（<-2 SDS）足以进行诊断验证，而在其他疑似病例中依据对成人的推荐，GH峰值较低（标准GH刺激试验中GH<5μg/ L或在精氨酸-GHRH刺激试验中GH<16ug/L）的成人则确继续GHGH替代。
成人GHD
哈维库欣（Harvey Cushing）发现垂体是GH来源的腺体，这一发现主要来源于成人的观察结果（关于哈维库欣的故事可见公众号内文章：内分泌医学史 l Harvey Williams Cushing(1869-1939)-哈维.库欣-链接）。在阐明hGH的各种代谢作用后，甚至Maurice Raben也表示“GH可以起到更好的作用，可以防止晚年生活的分解代谢变化，而不是生产更大的个体（肢端肥大）”。然而，直到20世纪80年代，GHD综合征才被认为是一个实体疾病，并成功地用rhGH治疗。
成人GHD可以是获得性的（成人发病），或可自童年开始出现（儿童期发病）。与健康个体相比，成年GHD患者存在身体成分异常（体脂增加、瘦体重减少、骨矿物质含量低）、代谢异常（高脂血症和胰岛素敏感性受损）、生活质量差和社会适应能力差，以及心血管死亡率较高。除非试验前某些指标（pretest）强烈提示GHD可能性（例如，垂体损伤和/或其他垂体激素缺乏）外，成人进行GH刺激试验（ITT或精氨酸 - GHRH刺激试验）的GH分泌减少所使用的切点水平低于童年（例如，ITT的最大GH<3μg/ L）才验证诊断。因此，与具有广泛GH损害的儿童相比，在成人中仅考虑严重的GHD用于rhGH替代。频繁采样作为诊断GHD的手段并不没有被认为对成人有用。
在（符合）几种临床标准的成人GHD患者中，每日注射rhGH治疗的获益，如身体成分、骨骼健康、心血管危险因素和生活质量，以及rhGH对降低GHD死亡率的积极影响，已经在近期的综述中进行了讨论。
03. 生长激素(hGH)治疗
儿童GH治疗的首要目标是儿童期使身高正常化、青春期实现及时和正常的青春期生长、成人实现身高相对于人群和遗传目标的正常水平，并与其他方面的正常化相结合（身体组分、代谢和生活质量）。应以最低的费用安全地达到这些目标。
pit-hGH（垂体来源hGH）治疗
垂体hGH出现后不久，国家成立专门机构以收集、纯化和分配GH，并系统地探讨了儿童pit-hGH治疗。这些患者通常年龄相对大一些（> 10年）并且具有严重的身高缺陷（<-4 SDS），通常伴有其他垂体激素缺乏。在还未认识到正常分泌率（节律）之前，pit-hGH（通常是单支安瓿的总量；例如，4IU）每周2-3次肌内注射，由医学专业人员使用较疼痛的粗针。这种治疗通常会引起追赶性生长，但很少达到身高SDS的正常化。直到1983年才证明，转换为每日皮下注射hGH，相对于每周2-3次肌注，不仅能更好地模拟正常的GH血浆谱，而且生长率（growth rates）更高。这一进展为父母或孩子自己管理的独立治疗方案铺平了道路。与患有GHD的成年人相比，记录pit-hGH对身体组分的影响没有成为儿童标准随访程序的一部分。
重组hGH治疗适应症
1979年，重组技术已经能够表达编码hGH的DNA序列。最初整个肽在氨基末端含有另外的蛋氨酸残基（meth-rhGH）；此后不久，rhGH即可在大肠杆菌和真核细胞系统中表达以大规模生产。
生长激素缺乏GHD
非GHD疾病
表1 已批准的重组人GH（rhGH）适应症
缩略语S2：UPD，单亲二体；rhGH，重组人生长激素；EMA，欧洲药品管理局；FDA，美国联邦药物管理局；FGF，成纤维细胞生长因子；HIV，人类免疫缺陷病毒
慢性肾功能不全（CRI）
特纳综合症（TS）
Prader-Willi综合征（PWS）
小于胎龄（Small-for-gestational age，SGA）
特发性身材矮小症（ISS）
矮身材同源盒基因（Short stature homeobox-containing gene，SHOX）
Noonan综合征（NS）
在患有短肠综合征的儿童中
HIV消瘦和恶病质
在评估GH给药的第一项研究中，55名GHD儿童中，比较了每周两次以10或20IU的剂量肌肉给药，观察至多3年的肌注pithGH效果。较高剂量分别在1年、2年和3年后改善并增加身高1.7,2.7或3.4厘米，并且成人身高的估计增益为~10厘米。在第一年中对儿童GHD进行了更详细的研究，其中每周以30-100mIU/kg体重的剂量注射pit-hGH三次，显示身高速度（height velocity） 与剂量的对数成线性关系。在随后的rhGH独立RCT中证实了注射频率和剂量对生长的积极影响。
rhGH的剂量基于体型（体重或体表）。然而，非GHD疾病的给药（剂量）有所不同，反映出批准用于这些非GHD疾病的RCT中使用方法，并且应用rhGH不一定是这些适应症的最佳选择。在成人中，向上滴定GH剂量，直至达到同年龄IGF1正常范围的中上（0至+2 SDS）水平。
生长激素安全性
原则上，药物的安全性可能与药物的特性及其配方（例如，物质、杂质、剂量、特定效应、诱导代谢物和应用方式）或患者的特征（例如，年龄、性别、疾病、遗传体质、伴随疾病或治疗）有关。 在本节中，我们将讨论使用pit-hGH（垂体）或rhGH治疗期间和之后的安全性问题，以及潜在的长期风险。
Pit(垂体)-hGH和Creutzfeldt-Jakob病（CJD）
关于此部分的故事可见公众号内链接：内分泌医学史 l 生长激素的过去、现在和未来-尸源性生长激素作用和风险的故事*
在早期垂体（pit）hGH时代，GH替代被认为是安全的，报告药物不良反应（ADR）不是常规做法，重点是GH的已知副作用（例如注射部位的脂肪分解）或可归因于hGH杂质的抗GH抗体。 1984年，美国斯坦福的Ray Hintz报道了一名20岁的患者，他在3至17岁之间接受过尸体（垂体）hGH治疗，并患有复杂的神经系统疾病，其特征是共济失调和痴呆症进展迅速导致他在6个月内死亡。死后调查显示存在致命的海绵状脑病克- 雅氏病（CJD），这是由朊病毒蛋白（PrP）的错误折叠引起的。在Creutzfeldt-Jakob病（CJD）中，病理性朊病毒蛋白（PrPSc）与正常PrP相互作用（或'感染'），导致蛋白质错误折叠和最终破坏脑组织的级联。如果感染这种病理性朊病毒的垂体腺被用于生产pithGH - 通常每批需要> 1,000个垂体 - 如果在纯化过程中没有去除PrPSc，则病理性朊病毒药物可以传播给pit-hGH接收者。在Hintz报告的案例中对病理背景知识的认识，导致1985年4月由NPA分发或由从其他（但不幸的是并非全部）来源分发的尸体hGH立即停止应用。总体而言，迄今已报告了226例病例 - 主要来自法国、美国和英国，这些地区主要由国家机构提供相应激素。虽然Creutzfeldt-Jakob病的潜伏期可长达40年，但这种流行病似乎即将结束。
重组hGH风险和不良反应
虽然药物治疗期间的任何医学事件被称为不良反应，但ADR被定义为与药物有因果关系的有害作用，这种情况是有害和无意的、并且在正常剂量下发生。在用于评估药物功效和安全性的RCT期间，必须记录任何不良反应的医疗事件。由于ADR可能很少或可能会出现时滞，因此无法从最初的临床研究中获得有关药物安全性的充分信息。在监管机构批准药物后，医生还需要记录不良反应并报告所有严重不良反应（例如，死亡、危及生命的疾病、住院、永久性损害或出生缺陷）和ADR。然而，在没有特定风险特征的个体（例如，由恶性肿瘤引起的GHD）或不参与特定研究的个体中，通常不进行该报告。在rhGH批准后进行的上市后监测研究中，记录不良反应是常见的，但仅限于自愿。不幸的是，几年前，主要的上市后监测研究（NCGS和KIGS）被关闭，进一步限制了不良反应的报告。因此，关于GH安全性的有效信息主要与严重、永久和危及生命的ADR有关。
治疗期间的不良反应
潜在的长期风险
第三部分 未来篇
关于GH-IGF轴的生理学和病理生理学的新信息和创新，将继续从不断涌现的基础研究、动物实验和人类研究中获得动力和进展。 显然，未来的一些发展将沿着目前已经采取的路径继续前行，而今天看似遥远或目前未知的其他领域的进展可能最终会进入临床实践。 在本节中，我们将讨论生长障碍和其他疾病的诊断和治疗的一些潜在的未来发展方向。
新一代测序
Next-generation sequencing
遗传诊断工具的技术进步迅速，包括下一代测序技术（Next-generation sequencing）如全基因组和外显子组测序（whole genome and exome sequencing），使得以前不恰当的归类于SGA和ISS的矮身材GHD儿童中能够发现许多遗传性疾病。例如，在SHOX及其增强子区域携带杂合突变或缺失的儿童，以及NPR2突变或ACAN突变，并未干扰GH-IGF轴，但它们可以导致ISS或SGA（这些患者通常具有正常的身材比例）的表现，这使它们具有潜力成为hGH治疗的候选者。然而，以前被认为是ISS或SGA的矮身材儿童中这些基因缺陷的频率可能仅仅接近1-2％。毫无疑问，未来几十年将发现其他遗传疾病。
这种进展将会影响到rhGH用于治疗生长障碍，特别是对于SGA和ISS宽泛的诊断标准而言。 rhGH治疗这些适应症的生长反应的差异，部分可能与遗传病因学的差异有关。由于其（遗传方面的指标）可用性日益增加和费用降低将促进未来短期内儿童遗传筛查的临床应用，因此对在SGA和ISS的适应症下接受GH治疗的儿童进行基因检测在不久的将来是可行的。这将有助于更好地了解具有特定遗传疾病的儿童的GH功效和安全性。
新的治疗途径
GH-IGF轴疾病和各种形式的身材矮小的新治疗途径，可能源于对其病理生理学的新理解。然而，在我们目前的知识框架内已经出现了新的治疗方法。这些方法包括优化常规rhGH治疗、长效hGH、基因治疗的前景和GH-GHR拮抗剂，在此都简要讨论的。
优化日常rhGH治疗
表2 GH应用后1-2年生长预测模型的组成和特征
优化GH剂量和给药方法，可以使患者对GH治疗更敏感，以引导通过GH治疗达到血清IGF1靶标。应用GH治疗使IGF-1水平维持处于（同年龄性别）0 SDS的GH给药方式似乎是最具成本效益的。与易于访问的计算机系统相结合的进一步进展，具有优化结局变量的潜力，并且还可能更经济地使用rhGH。此外，优化rhGH治疗效果的一个重要方法是密切监测对GH注射的依从性，如果发现依从性不佳，则使用技术来改善它（例如，患者和/或父母教育、药物提醒系统和动机访谈技巧）。
长效GH
1. 形成乳液（使用明胶和甘油三酯）;
2. GH封装（使用可降解微球）;
3. GH聚乙二醇化;
4. GH结合（对白蛋白或氨基酸'尾巴'）;
5. GH融合蛋白（通过在不与GHR相互作用的区域连接惰性肽和rhGH）。
基因治疗的前景
GH-GHR拮抗剂
衰老和恶性肿瘤
由于血液中的GH分泌和GH依赖性IGF参数在青春期达到峰值后不断随着年龄的增长而逐渐降低，因此术语“somatopause”（“生长停止”，类似绝经menopause的用语）被用来描述老年人的情况。 GHD和衰老都与合成代谢状态下降有关，导致瘦体重（肌肉减少症）和骨量减少以及体脂增加。与GHD成人相似，健康老年人用hGH治疗可部分恢复肌肉减少症。因此，使用GH作为抗衰老药物的想法激发了20世纪90年代许多科学家的研究。
然而，相比之下，过去几年来GH-IGF轴活性增加的潜在获益作用受到了挑战。实际上，GHD（Ames和Snell小鼠）的敲除小鼠模型、GH不敏感性（Ghr - / - 和Laron小鼠）或IGF1不敏感性（Igf1r的杂合缺失）的小鼠模型，比野生型小鼠活得更长。还有人指出患有GHR缺陷的患者具有较低的癌症风险和高于正常的预期寿命。检测血液中GH-IGF轴成分的百岁老人的流行病学研究表明，IGF1的敏感性与男性长寿有关。因此，内分泌成分在人类衰老中的作用非常复杂，需要进一步研究。然而，使用新设计的GH-IGF轴的激动剂或拮抗剂进行组织靶向以实现特定效果的概念仍然具有挑战性。
结论
通过临床观察、动物实验和20世纪上半叶的生化研究，确定GH作为垂体肽激素在生长和代谢中具有重要作用，在人类中使用pit-hGH治疗GHD自此开始了。这个时代恰逢IGF及其复杂系统的发现。随后分子遗传学的进展推动了rhGH的发展，并阐明GH-IGF轴的组成及其遗传调控，以及人类和动物模型中的相关生长障碍。随着下一代测序和基因工程等新技术的出现，这一过程目前正在快速发展。治疗性GH激动剂和拮抗剂的开发，有望为目前已知的GH-IGF轴疾病和在新的治疗领域如代谢和恶性肿瘤中利用这些药物进行更有效的治疗。
（约22000字，全文完）
陈康 于北京
2018.12-2019.01
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