生长素的发现及研究进展

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生长素的发现及研究进展

（作者:___________单位: ___________邮编: ___________）

【摘要】 生长素(ghrelin)及其受体的发现使内分泌代谢调节的研究取得了明显的进展。除对生长激素轴的影响，生长素对机体多系统的调节作用越来越引起人们关注。而其细胞及分子机制的研究及可能的临床试用是目前研究的重点。本文简述了该系统的发现、发展及进一步研究的方向。

【关键词】 生长素；生长激素促分泌素受体；生长激素促分泌素；代谢；心血管；肿瘤

ABSTRACT: Ghrelin is an endogenous ligand for the growth hormone secretagogue receptor. Besides the potent GHreleasing action, ghrelin influences food intake, gut motility, glucose and lipid metabolism, cardiovascular system function, cell proliferation and reproductive system. In this review, we report the discovery and research progress of ghrelin and its synthetic analogues and future directions of research in this field.

Ghrelin是生长激素促分泌激素受体(growth hormone

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secretagogue receptor, GHSR)的内源性配体，又称生长素。其广泛分布于机体多个组织器官，产生一系列生物学效应。 1 Ghrelin的发现

1977年，生长激素释放激素(growth hormone releasing hormone, GHRH)尚未被发现，在新奥尔良医学研究中心的一组研究人员，在脑啡肽的基础上，根据化学结构的排列组合，合成了一组短肽。这组短肽被证明可以刺激垂体生长激素的释放，并被命名为生长激素释放肽(growth hormone releasing peptide, GHRP)[1]。随后两年的研究并没有找到下丘脑中含有内源性GHRP及其受体。两年后，GHRH的分离及发现使GUILLEMIN最终获得诺贝尔奖[2]。GHRH的受体也被证明对GHRP没有亲和力。GHRP的研究因此没能在国际研究占据重要地位，而仅局限于一两个实验室。随后十多年中，人们又相继发现了其他类似结构和改进的促进生长激素分泌的人工化合物，如GHRP6、GHRP1、GHRP2和hexarelin等肽类化合物，以及L692、L429、MK0677、NN703等非肽类化合物，它们被合称为生长激素促分泌素(growth hormone secretagogues, GHSs)。

该研究重新进入人们的视野得益于默克药物公司的科研主管ROY SMITH博士。他领导的研究小组不仅拥有先进的设备、雄厚的科研力量，而且使用大大改进的分子生物学、细胞学方法，终于在1996年发现了生长激素释放肽的受体[3]。由于生长激素在抗衰老、抗肥胖中的作用及对小分子GHS的追求，该领域的研究在沉寂多年之后又成为国际研究的热点。随后的寻找内源性生长激素释放肽的研究成为

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重点。默克公司投入了大量的人力和物力从下丘脑提取能够激活小分子GHS受体的内源性激素，但始终未能如愿。1999年，日本大阪胃肠肽研究中心的科学家KOJIMA等从非常意想不到的器官——大鼠的胃壁组织中分离提取出一种可以特异性激活GHSR的多肽，并发现该肽可以刺激生长激素释放，故将其命名为ghrelin[4](“ghrelin”源于古印欧语，其中“ghre”代表“生长”，“relin”代表促生长激素释放活性)，进一步研究证实，ghrelin确是GHSR的内源性配体[5]。 2 Ghrelin及其受体的组织分布

人类Ghrelin的编码基因位于第3号染色体(3p2526)，剪接修饰后的

ghrelin

包含有

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个氨基酸，其序列为

GSSFLSPEHQKAQQTKESKKPPAKLQP R，其中N端第3位丝氨酸残基的n辛酰化是其发挥生物活性的主要部位，我们通常所说的ghrelin即辛酰化ghrelin。非辛酰化的ghrelin(decacyl ghrelin)在体内分布更广，但却与GHSR无亲和力，不能促进生长激素的释放和增加食欲。在种系之间，ghrelin高度保守，哺乳动物的ghrelin具有相似的结构，鼠类ghrelin和人类只有两个氨基酸不同。

血浆中2/3左右的ghrelin由胃基底部泌酸腺的X/A样细胞分泌，其余多数由小肠X/A样细胞分泌。然而，其他器官如胰腺、肾脏、胎盘、淋巴组织、性腺、甲状腺、肾上腺、心脏、肺、眼、垂体及丘脑下部，多种肿瘤组织和肿瘤细胞株亦分泌少量ghrelin[6]。这些组织可能通过自分泌或旁分泌产生ghrelin，但不太可能是内分泌作用。 Ghrelin通过与其受体(GHSR)结合发挥生物学效应，GHSR是一

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种G蛋白耦联受体，包括GHSR1a和GHSR1b两种亚型。研究表明，大多数ghrelin的生物效应都是由GHSR1a介导的，其主要在下丘脑和垂体表达，也在胃肠道、甲状腺、性腺、胰腺、肾上腺、心脏、肾脏等外周组织表达，血管、骨组织和多种肿瘤组织及细胞株中亦有GHSR1a表达。这些发现说明，ghrelin的作用不仅仅调节GH分泌，而且具有更广泛的生物学作用。而GHSR1b是缺失第6、第7跨膜片段的受体亚型，亦在多种组织器官表达，但其功能有待进一步研究[6]。最近的研究提示可能还存在其他的GHSR亚型，如CD36，其分布和激活后的信号转导有别于以上两个亚型，但其确切的结构和功能还需进一步研究。 3 Ghrelin的生物学效应

3.1 Ghrelin对内分泌系统的影响 Ghrelin第一个被证明的功能是刺激生长激素(growth hormone, GH)释放。离体和在体实验都证实ghrelin能够与GHSR结合，剂量依赖性地刺激垂体GH的分泌[7]，进而通过GH/IGF1轴介导其生物活性。Ghrelin可使循环中GH迅速、显著而持久地增加，甚至比GHRH作用更强。给大鼠静脉、皮下、脑室及腹腔给予ghrelin均可刺激GH释放(直接或间接作用)；而人体实验亦发现静脉注射ghrelin促进GH分泌，同时肾上腺皮质激素(adrenocorticotrophic hormone, ACTH)、皮质醇及泌乳素水平亦轻度升高[8]。Ghrelin可促进体外培养垂体细胞释放GH，提示其可以直接刺激GH的释放，该刺激GH分泌的作用由GHSR1a激活引起，并和细胞内游离钙增高直接相关[9]；亦和细胞膜上钙、钾选择

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性离子通道的功能调节及胞内蛋白激酶系统的激活相关联[9]。Ghrelin激活GHSR1a 与G蛋白Gq/11亚单位藕联，从而激活磷脂酶C(phospholipase C, PLC)，产生三磷酸肌醇(inositol (1,4,5)triphosphate, IP3)和二酰基甘油(diacylglycerol, DAG)，从而通过胞浆中IP3敏感的钙释放和L型钙通道的激活或钾通道的阻断使细胞内游离钙增加，GH释放增加[10]。在下丘脑，ghrelin可以刺激GHRH的分泌，而且可能抑制生长激素释放抑制激素的分泌[11]。以上结果提示，ghrelin在下丘脑垂体肾上腺皮质轴的功能调节中可能具有重要作用。但由于下丘脑中GH调节相关的神经元数量很小，单细胞研究受到很大的限制，因而ghrelin直接作用于GHRH释放和抑制激素神经元上的证据尚显不足。但近年来取得的GFPGHRH转基因小鼠提供了良好的实验模型[12]，这方面的实验结果将很快得到发表。目前研究的主要方向是ghrelin长期作用对生长激素轴的影响。 3.2 Ghrelin对摄食活动的影响 Ghrelin亦被证明可调节食欲及体重，这在动物和人体试验中均得到证实[1314]，禁食期间血浆ghrelin水平升高而摄食后降低。最近研究进一步阐明了其刺激摄食的细胞调节机制，通过摄食之前迷走神经传出的增多[15]和下丘脑弓状核血液循环的增加[16]，胃壁产生的ghrelin可被传送到弓状核，从而刺激这里和摄食调节相关的神经元，弓状核的神经元亦可投射到Orexin神经元从而刺激饮食[17]。近期结果提示下丘脑神经元也产生局部的ghrelin，并在饮食调节上起重要的作用[18]。除了刺激摄食之外，ghrelin长期作用可调节体重。体重增加抑制ghrelin分泌，而体重减

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轻使血中ghrelin水平升高[19]。长期使用ghrelin使体重增加，不仅使饮食摄入增多，而且摄入高脂饮食[20]并促进脂化作用[21]。Ghrelin还抑制溶脂，减少脂肪细胞凋亡，降低能量消耗和交感神经活动等[2224]。这些作用的分子和细胞学机制有很多还不清楚，神经系统、神经内分泌系统的参与也有很多疑问，这些都是进一步研究的重点。 3.3 Ghrelin对代谢活动的影响 由胃壁中发现ghrelin这一特点及多数胃肠肽对代谢的调节作用，同时由于其刺激生长激素释放的直接垂体作用微弱，而且生长激素的释放脉冲仅和生长激素释放激素(GHRH)及生长激素释放抑制激素(SRIF)有关系，研究人员开始注意到ghrelin对代谢的调节作用。实验证明ghrelin可以激活下丘脑中代谢相关神经元的活动[17,25]，从而刺激摄食控制中心，进一步促进食物的摄取。Ghrelin也被发现可调节脂肪的代谢平衡[26]。Ghrelin可使前脂肪细胞增殖并向脂肪细胞分化，同时抑制脂肪细胞的凋亡，使脂肪细胞数量增加，由此导致肥胖。在白色脂肪组织，ghrelin可促进葡萄糖和三酰甘油摄取，增加脂肪形成，抑制脂肪分解。而在棕色脂肪组织，ghrelin可减少解耦联蛋白的表达，从而减少能量消耗，这种作用是剂量依赖性的；在啮齿类动物，ghrelin可诱导能量正平衡，并引起肥胖[26]。

Ghrelin对葡萄糖代谢的调节作用是通过对中枢神经葡萄糖敏感细胞的敏感度、胰岛素分泌及肝糖元使用的改变而完成。近期实验结果表明ghrelin可抑制葡萄糖敏感神经元的活动[27]。离体和在体实验均证实在多数情况下，ghrelin可通过直接作用于胰岛或通过远端效

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应作用于β细胞信号系统而抑制胰岛素分泌，此作用机制目前还不清楚[28]。新近发现胰岛内存在一种新的产生ghrelin的细胞类型，被命名为ε细胞。该细胞表达于胎儿、新生儿和成人胰岛内的散在细胞群中，少数分布于胰腺外分泌组织、导管和胰腺神经节等处。最近对大鼠胰岛的研究发现胰岛β细胞的分化需要转录因子NKX2.2和PAX4，如果缺少这个因素，β细胞分化就会受到影响，从而被分泌ghrelin的ε细胞所取代[29]，推测产生胰岛素的细胞和ghrelin的细胞可能有共同的祖细胞，并且两者互相影响。在ghrelin敲除小鼠糖耐量检测显示糖反应性降低而胰岛素反应性增加，提示ghrelin的拮抗有可能成为糖尿病治疗的手段之一。而另有研究发现，ghrelin促进胰岛素的分泌，这可能是由于实验设计与动物种属不同所引起[30]。 对健康志愿者的研究发现，短期注射ghrelin能使胰岛素水平降低，血糖水平升高。而且血浆ghrelin水平与空腹胰岛素水平呈负相关而与胰岛素敏感性呈正相关，与胰岛素抵抗呈负相关。而且ghrelin不仅受胰岛素水平影响，也与胰岛素敏感性相关。在胰岛素敏感度很低的小鼠中，ghrelin不能抑制胰岛素的释放，而在胰岛素敏感度高的小鼠则显著抑制胰岛素释放，提示ghrelin对胰岛素释放的调节与胰岛素敏感度有关，可能是ghrelin抑制胰岛素增敏激素、脂联素的合成[31]。

在一些离体实验证实ghrelin可经PI3激酶/Akt通路和活性氧簇抑制高糖引起的内皮细胞的凋亡，而急性给与ghrelin可经PI3激酶依赖的信号途径刺激血管内皮细胞NO的产生，与胰岛素共有此信号通

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路。同时ghrelin和去酰化ghrelin使胰腺β细胞和胰岛细胞增殖而抑制其凋亡[28]。因此，可以认为，血浆低水平的ghrelin与胰岛素分泌、胰岛素抵抗、血糖水平升高及2型糖尿病相关。Ghrelin和糖尿病及血糖调节的作用尚需更多的研究来阐明。

3.4 Ghrelin对胃肠功能的影响 Ghrelin可通过外周和中枢途径参与对胃肠生理活动的调节，如促进胃酸分泌、调节胃肠运动、保护消化道黏膜免受乙醇和应激引起的损伤等。研究发现，ghrelin通过作用于中枢神经系统而调节胃酸分泌，给予小鼠脑室内注射ghrelin，引起小鼠剂量依赖性的胃酸分泌，迷走神经切断或给予阿托品后，能阻断ghrelin引起的胃酸分泌增多。这提示ghrelin可能通过刺激迷走神经参与胃酸分泌的中枢性调节，脑室给予ghrelin可能通过中枢途径抑制胃酸分泌[32]。Ghrelin可引起有意识大鼠或小鼠胃收缩增强，胃排空、肠蠕动频率加快并呈剂量依赖性。这可能是ghrelin与下丘脑弓状核的GHSR1a结合后刺激NPY/AgRP神经元合成神经肽Y(NPY)和agouti基因相关蛋白(AgRP)，从而发挥加强胃动力、促进食欲、增加体重等生物学效应[33]。此外，也可能是ghrelin与胃肠上的促胃动素(Motilin)受体相结合，间接引起与Motilin刺激胃排空相似的胃肠反应。

ghrelin是重要的胃肠黏膜保护因子，可保护胃黏膜免受酒精和应激等的损伤。研究表明ghrelin对胃肠道的保护性作用可能受到迷走神经、感觉神经以及以一氧化氮合酶——一氧化氮系统和环氧合酶前列腺素系统介导的充血反应等的共同调节[6]。

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3.5 Ghrelin对心血管功能的影响 在心血管系统中，ghrelin通过特定的受体，发挥介导舒张血管，调节血管活性；增强心肌收缩力，改善心脏功能，保护心血管系统正常的结构和功能的生物学活性。 目前ghrelin对心血管系统的作用机制仍不很清楚，研究结果主要归结为生长激素依赖和非生长激素依赖的机制。此外，根据作用途径，又可分为中枢性和外周性机制。生长激素依赖性机制中ghrelin在生长激素介导下，提高细胞内钙离子浓度，增强心肌收缩力；ghrelin的血管舒张活性可能是通过IGF1(胰岛素样生长因子1)促进内皮细胞NO合成而介导的。非依赖性机制中，研究发现ghrelin能够直接刺激内皮细胞NO合成，进而改善内皮功能，舒张血管[3435]。在缺血再灌注的GH缺乏小鼠离体心脏试验中，ghrelin能够明显缩小心肌梗死的面积，此结果表明ghrelin有不依赖于生长激素的心肌保护作用。

在心脏和主动脉均有ghrelin及其受体的基因表达。此外，放射性标记的ghrelin显示可结合心脏和外周血管组织，而动脉粥样硬化患者ghrelin受体密度上调。越来越多的证据显示ghrelin具有直接的调节心血管作用。在人体试验中，静脉注射ghrelin可降低平均动脉压而不改变心率[36]，ghrelin亦增加心脏指数和每搏输出量。而在离体实验中，我们的研究发现，GHRP(GHRP1、GHRP2、GHRP6、hexarelin)可经非GH依赖的途径浓度依赖性(10-6～10-9mol/L)直接增强大鼠Langendorff灌流心脏的收缩而不改变心率[3738]，这些作用是经电压依赖的Ca2+通道激活Ca2+内流，触发细胞内钙释放，

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从而增加细胞内游离钙[37]实现的。对心肌的作用，ghrelin及其合成类同剂引起心肌收缩力增强，并有抗心力衰竭的作用[3940]。我们的研究证实ghrelin和hexarelin浓度依赖性地直接增强心肌细胞收缩性，并通过GHSR1a及PLC/PKC(protein kinase C，蛋白激酶C)途径抑制瞬时外向钾电流，而经GHSR1a/PKA(protein kinase A，蛋白激酶A)途径增强大鼠心肌细胞L型钙电流(待发表)。动物实验证实ghrelin可改善CHF大鼠的左室功能紊乱及抑制左室重构，并改善心脏恶液质，抑制心肌细胞的凋亡[31,39]。我们的研究亦证实GHRP明显改善压力负荷引起的CHF大鼠左室收缩和舒张功能失调和心室重构，明显降低CHF时血浆儿茶酚胺(catecholamine, CA)、肾素、血管紧张素Ⅱ(angiotensin Ⅱ，ANGⅡ)、醛固酮、内皮素Ⅰ和心房利钠肽的升高，抑制CHF大鼠心肌细胞的凋亡及提高GHSR mRNA的表达[38]。近期我们也发现hexarelin可通过GHSR和腺苷A2R受体抑制心肌成纤维细胞的增殖及胶原的合成[41]。而皮下注射ghrelin亦可通过抑制交感神经活性而改善心肌梗死早期左室功能失调及心肌重构[42]。以上数据均表明ghrelin及其类同剂具有治疗心衰或心梗的可能作用。而目前ghrelin对心肌、血管平滑肌及内皮细胞的作用需要进一步的研究阐明。

3.6 Ghrelin与肿瘤生长 Ghrelin和合成的类似物对人肺癌、前列腺癌、乳腺癌和癌细胞细胞株的增殖具有不同的影响。Ghrelin促进肝癌、垂体瘤细胞株和胰腺癌的增殖，抑制肾上腺皮质瘤细胞的凋亡[28]。而大量肿瘤组织和癌细胞株中均有ghrelin mRNA和GHSR的

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表达，如乳腺癌、胰腺癌、前列腺癌、垂体腺瘤、胃肠道间脂瘤、甲状腺和甲状旁腺癌等，而我们也在内膜癌细胞中发现高表达水平的ghrelin及其受体，提示ghrelin在肿瘤的发生过程中可能具有一定的意义[28,4344]。多数癌细胞株和癌组织共同表达GHSR1a和其他GHSR亚型，ghrelin和去酰基的ghrelin均可与其藕联部位结合，而且ghrelin可以通过自分泌或旁分泌途径刺激垂体GH肿瘤细胞株的增殖，且PKCMAPK参与了其生物功能的实施。我们的研究发现ghrelin可经cGMP/PKG途径降低垂体腺瘤GH3细胞电压依赖钾通道[45]，从而发挥其生物效应，表明ghrelin的自分泌和旁分泌在大部分肿瘤发生中都起一定作用。

体外实验发现人类的滤泡状甲状腺癌细胞系和甲状腺髓样癌的TT细胞系可合成和分泌ghrelin，且甲状腺髓样癌的TT细胞系所合成的ghrelin比甲状腺滤泡状癌细胞系合成的高[46]。甲状腺乳头状癌NPAP细胞系和来自未分化癌的ARO细胞系也可产生ghrelin，且剂量依赖性抑制细胞增殖。Ghrelin在正常前列腺组织和前列腺癌中均有表达，且前列腺癌中ghrelin的表达明显地高于正常组织[47]。体外研究证实ghrelin促进前列腺癌细胞株的增殖[48]。Ghrelin可能先介导前列腺自分泌生长激素进而启动IGFⅠ的分泌，再结合GSHR来激动细胞内MAPK信号传递系统而使细胞增殖。Ghrelin可在体外刺激胰腺癌细胞株的增生、浸润，通过Akt依赖性机制刺激肝癌细胞的生长[49]。Ghrelin和GHSR在乳腺癌组织和细胞株中有表达[50]，且GHSR的表达强度同肿瘤分化级别相一致，

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即分化越差的肿瘤其GHSR表达越强。

这些数据表明，ghrelin在肿瘤细胞的生存与增殖中可能扮演一个重要的角色，阻断ghrelin信号途径也许对一些肿瘤具有治疗意义，因而ghrelin和GHSR信号系统有可能成为潜在的肿瘤治疗研究的方向。

3.7 其他作用 除上述作用之外，ghrelin可通过提高免疫细胞的增殖和抑制促炎症细胞因子的分泌来调节免疫功能。Ghrelin也涉及调节骨的生长和新陈代谢，可直接刺激成骨细胞的增殖和分化，激活碱性磷酸酶，增加基质中钙离子浓度。而且ghrelin对性腺、妊娠、泌乳、胚胎以及生殖激素都有一定的作用，在子宫内膜中，ghrelin及其受体的水平依内膜周期而改变，以分泌后期、着床期为最高[51]。Ghrelin在一些脑功能如学习和记忆、睡眠、焦虑、应激及神经保护中发挥的作用也成为当前研究热点。 4 展望

总之，自从1999年发现ghrelin，对该激素的研究取得了长足的进展，其对身体多器官的调节作用逐步被发现，其生理及药理作用也日益显现。目前的研究主要集中在细胞及其分子作用机制上。随着研究的进一步深入，在治疗心衰、肿瘤和糖尿病等多发疾病中，ghrelin或类同拮抗剂的使用越来越引起人们的注意。其生物学作用将逐渐被阐明，而其分子细胞机制还有待于进一步的研究。 【参考文献】

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