Số 64 năm 2014 Ý kiến trao đổi _ ẢNH HƯỞNG CỦA HORMONE GROWTH VÀ INSULIN GROWTH FACTOR ĐỐI VỚI SỰ TĂNG TRƯỞNG XƯƠNG TRONG NGHIÊN CỨU IN VITRO TRẦN LONG GIANG*, NGUYỄN CỬU NGUYỆT HUẾ** TĨM TẮT GH kích thích sản xuất IGF-I nuôi cấy mô xương ống nghiệm phát huy tác dụng đồng hóa lên nguyên bào xương Một số nghiên cứu nhiều chức GH phát huy tác dụng mà không cần qua trung gian IGFI Sự biểu GH thông qua thụ thể (GHR) nguyên bào xương quan trọng autocrine vòng phản hồi chỗ trục GH /IGF-I; steroid sinh dục, glucocorticoid yếu tố khác điều chỉnh tác động GH tế bào tạo xương Từ khóa: Hormone Growth, Insulin Growth Factor 1, tăng trưởng xương ABSTRACT Effects of Growth Hormone and Insulin Growth Factor for bone growth in In vitro studies GH stimulates IGF-I production in bone culture in vitro by promoting anabolic effects on osteoblasts Some studies indicate that many functions of GH can take effect without IGF-I production The expression of GH receptor (GHR) in osteoblasts may be important for autocrine feedback loop in place GH / IGF-I axis; for sex steroids, glucocorticoids and and other factors modulating the effect of GH in osteoblasts Keywosds: Hormone Growth, Insulin Growth Factor 1, Bone growth Đặt vấn đề Hormone Growth (GH) Insulin Growth Factor (IGF-I) ảnh hưởng mạnh mẽ tới trao đổi phát triển xương thể Ở trẻ em, giai đoạn trước tuổi giai đoạn dậy có gia tăng mạnh khối lượng xương thông qua hình thành xương nội sụn Khối lượng xương tăng dần theo tuổi đạt mức lớn giai đoạn 20 đến 30 tuổi Sau đó, khối lượng xương giảm dần, đặc biệt giảm nhanh phụ nữ sau mãn kinh Theo lí thuyết Somatomedin: GH kích thích tăng trưởng xương cách kích thích gan sản xuất Somatomedin (IGF* ** I), có tác dụng kích thích mơ xương sụn phát triển Với nồng độ thấp IGF-I có tác dụng tưong tự GH nồng độ cao chứng tỏ hầu hết chức trao đổi chất GH không thông qua ảnh hưởng trực tiếp đến mơ mà thơng qua tác dụng Somatomedin [3] Theo lí thuyết ảnh hưởng kép, GH IGF-I kích thích tế bào xương giai đoạn khác trưởng thành GH kích thích làm tăng số lượng nguyên bào sụn IGF-I kích thích phân bào cách làm giảm thời gian chu kì tế bào [5] ThS, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG Hà Nội Cử nhân, Trường Đại học Giáo dục, ĐHQG Hà Nội 148 Tạp chí KHOA HỌC ĐHSP TPHCM Trần Long Giang tgk _ Những nghiên cứu In vitro với mơ xương, dòng ngun bào xương hủy cốt bào làm rõ vai trò GH IGF-I trao đổi phát triển xương người động vật Nội dung nghiên cứu 2.1 Ảnh hưởng GH ni cấy mơ xương Phát triển số mơ hình ống nghiệm để nghiên cứu ảnh hưởng hormone yếu tố tăng trưởng tái tạo xương Chúng bao gồm loại nuôi cấy mô khác ni cấy dòng ngun bào xương tế bào sơ cấp Ni cấy mơ xương có lợi bảo quản tương tác tế bào Năm 1984, Stracke cộng [10] cho GH tăng phosphatase kiềm (AP) hoạt động môi trường nuôi cấy từ xương ống chân chuột phôi thai Hơn nữa, IGF-I tăng lên môi trường nuôi cấy sau bổ sung GH để nuôi tế bào xương ống chân chuột GH kích thích sản xuất IGF -I mẫu xương Mảnh sụn tách từ xương hàm chuột nuôi đỉnh keo bọt biển vắng mặt có mặt GH ủ ba ngày với GH gây gia tăng trình tổng hợp DNA kích thước mẫu sụn Tác động GH chí rõ rệt sau ngày ống nghiệm, vào thời điểm mạng lưới xương hình thành xương xốp hình thành ma trận ngoại bào Nhuộm dương tính với kháng thể chống lại kháng nguyên xương xác định, ví dụ osteocalcin osteopontin, bổ sung thêm cho quan điểm cho GH trực tiếp gây hình thành xương ống nghiệm [1] 2.2 Ảnh hưởng GH nguyên 149 bào xương 2.2.1 GH kích thích trực tiếp tế bào tạo xương Tác động GH nghiên cứu số dòng tế bào tạo xương nguyên bào tách có nguồn gốc khác nhau, bao gồm người, gà, chuột tế bào gốc chuột dòng tế bào u xương ác tính SaOS-2 người UMR 106,01 chuột GH gây gia tăng nguyên bào tách nuôi ống nghiệm chuột [4], gà [8], người [9] tế bào u xương ác tính chuột [1], tế bào u xương ác tính người [9] Nồng độ hiệu GH phạm vi sinh lí (kích thích nửa tối đa 10-50 ng/ml), cho thấy GH gây sức tác động trực tiếp đến tế bào tạo xương Khơng GH kích thích gia tăng nguyên bào xương, mà số nghiên cứu, kích thích chức khác biệt tế bào Như vậy, chức kiểu hình tiêu biểu nguyên bào xương AP, osteocalcin collagen kích thích GH [1] Đối với ngun bào xương khó để tìm thấy mơ hình cho việc xác định tế bào đích chịu tác động GH Tuy nhiên, tiền chất tủy xương có nguồn gốc từ tế bào xương người đáp ứng với GH [9] tương tự tác động GH tế bào tiền thân giai đoạn sớm mô mỡ sụn Do đó, thấy GH tương tác với tế bào tiền thân (đời thứ tế bào gốc) 2.2.2 Vai trò IGF -I tác động lên nguyên bào xương IGFs phát huy tác dụng đồng hóa lên nguyên bào xương IGF -II có nguyên bào xương loài gặm nhấm người [3] IGF -I tạo Ý kiến trao đổi Số 64 năm 2014 _ nguyên bào xương động vật gặm nhấm [4] IGF -I nguyên bào xương người gây tranh cãi Chenu cộng [2], phát lượng đáng kể IGF -I môi trường nuôi cấy từ nguyên bào xương người Hơn nữa, nghiên cứu lai tạo chứng minh nguyên bào xương mô osteophyte người trưởng thành xuất mRNA IGF-I [5] Trong nồng độ IGF -I lưu thông phụ thuộc vào GH, GH khơng phải yếu tố chủ yếu định sản xuất IGF I chỗ xương Do ống nghiệm, tác động điều tiết estrogen, PTH, cortisol, loạt yếu tố tăng trưởng chỗ cho việc sản xuất IGF -I chứng minh [10] Các quy định việc sản xuất chỗ IGF -I yếu tố tăng trưởng hormone có tầm quan trọng lâm sàng, chuyên đề thảo luận tác dụng kiểm soát GH ảnh hưởng lên xương Một kích thích sản xuất IGF tế bào tạo xương GH chứng minh Chenu cộng [2] Để kiểm tra tầm quan trọng IGF -I trung gian tác động GH, IGF -I nội sinh tách chiết kháng huyết với IGF nuôi cấy tế bào xương Kết tác động tăng sinh GH bị bãi bỏ [3] cho thấy sản xuất chỗ IGF -I quan trọng phát triển tế bào tác động GH Trong nghiên cứu khác, Scheven cộng [9], chứng minh GH gây tăng trưởng u xương ác tính khơng gây tăng trưởng nguyên bào xương tế bào nuôi diện kháng thể IGF -I Tóm lại, GH gây biểu IGF -I nguyên bào xương động vật gặm nhấm, cảm ứng IGF-I GH nguyên bào xương người khơng chắn Các hoạt tính sinh học IGFs mô xương điều chế số IGFBPs, chủ yếu IGFBP -3, -4, -5 [1] Do đó, số tác dụng GH trung gian thông qua quy định sản xuất chỗ IGFBPs tế bào tạo xương Mặt khác, việc điều trị GH làm tăng nồng độ huyết IGFBP -3 phức hệ IGF -I IGFBP -3 hiệu việc kích thích độ dày vỏ xương chuột bị cắt buồng trứng (OVX) so với việc điều trị với IGF -I [1] IGFBP -3 sản xuất nguyên bào xương GH làm tăng sản xuất IGFBP tế bào xương chuột [4], tác động GH phát IGFBP -3 biểu tế bào người [9] IGFBP -4 ban đầu phân lập từ xương coi IGFBP ức chế, IGFBP -5 coi IGFBP kích thích cho tăng sinh tế bào xương [1] Trong chuột, nguyên bào xương người, GH làm giảm IGFBP -4, xác định ligand thấm [10], tác động GH tìm thấy IGFBP -4 nguyên bào xương người [1] Trong nguyên bào xương nguyên thủy chuột, nồng độ IGFBP -5 mRNA tăng lên gấp lần sau điều trị với GH [9] Một nghiên cứu lâm sàng gần chứng minh điều trị GH làm tăng nồng độ IGFBP -5 huyết trẻ em [8] Cho dù tác động GH ảnh hưởng trực tiếp đến tế bào xương việc sản xuất IGFBP-5 tiếp tục Tóm lại, có số dấu hiệu cho điều trị GH quy định IGFBPs có vai trò 150 Tạp chí KHOA HỌC ĐHSP TPHCM Trần Long Giang tgk _ điều tiết trao đổi chất xương Nhiều chức GH phát huy tác dụng mà không cần qua trung gian IGFs Như vậy, biểu protooncogenes c- fos , c- jun , jun B Cmyc thể có mặt chất ức chế tổng hợp protein [6] Gần đây, sử dụng nguyên bào xương người, Melhus Ljunghall [7] chứng minh khác gen gây IGF số trường hợp GH trường hợp khác, nghĩa yếu tố có tác động riêng biệt Tóm lại, dường số tác dụng GH nguyên bào xương qua trung gian nhờ IGFs, nhiều trường hợp khác lại không 2.2.3 Quy định thụ thể GH Barnard cộng [1] người lực cao GHRs tế bào giống nguyên bào xương Sự có mặt thụ thể xác định nguyên bào xương tách người [9] chuột [4] Trong huyết số lượng GHRs giảm [9] Trong tìm kiếm yếu tố huyết có tác động giảm biểu GHR, người ta thấy IGF -I II làm giảm số lượng GHR phụ thuộc vào liều lượng thời gian [1] Sự giảm sút kèm với suy giảm mức độ mRNA mã hóa GHR Tương tự vậy, tác động GH tăng sinh nguyên bào xương giảm sau tế bào tiếp xúc với IGFs [1] Ngược lại, người ta thấy IGFBPs quy định số lượng hoạt động GHR, thông qua ức chế hoạt động IGF [1] Những phát cho thấy phản hồi chỗ trục GH /IGF cấp độ tế bào Như vậy, giả thuyết IGF làm giảm số lượng hoạt động GHR điều 151 chỉnh nhỏ diện IGFBPs [1, 6] Leung cộng cho phản hồi tiêu cực trục GH /IGF -I mơ xương liên quan đến ba chế khác nhau: 1) IGF-I có nguồn gốc từ gan ức chế tuyến yên tiết GH, 2) IGF -I có nguồn gốc từ xương ức chế tuyến yên tiết GH 3) GF -I có nguồn gốc từ xương ức chế tác động chỗ GH cách giảm GHR có sẵn [6] Acid retinoic yếu tố làm thay đổi biểu GHR Tương tự thể trước tế bào gốc phơi, gây gia tăng số lượng GHR nguyên bào xương chuột [4] Estrogen biết phát huy tác dụng quan trọng mô xương, nghiên cứu gần estrogen tương tác với tác động GH cấp độ tế bào Trong tế bào tạo xương người chuột, 17β-estradiol thúc đẩy phát triển GH, kích thích tăng mức ràng buộc GH với mRNA GHR [5] Nồng độ cao glucocorticoid gây gia tăng mức ràng buộc GH với mRNA GHR tế bào u xương ác tính chuột mRNA GHR tế bào tạo xương người [6] Ngược lại, nồng độ corticosteroid giảm, làm giảm mức ràng buộc GH với mRNA GHR nguyên bào sụn đĩa tăng trưởng chuột Trong nguyên bào xương nguyên bào sụn đĩa tăng trưởng chuột, GH bị giảm tác động glucocorticoid bị giảm mạnh Tóm lại, biểu GHR nguyên bào xương quan trọng autocrine vòng phản hồi chỗ trục GH /IGF –I; steroid sinh dục, glucocorticoid yếu tố khác điều chỉnh tác động GH tế bào tạo xương Ý kiến trao đổi Số 64 năm 2014 _ 2.2.4 Truyền tín hiệu GH tế bào tạo xương Các GHR thành viên nhóm thụ thể yếu tố tăng trưởng cytokine /hemopoietic Tín hiệu GH thơng qua thụ thể chứng minh qua trung gian dòng phosphoryl hóa protein dẫn đến kích hoạt protein nhân yếu tố phiên mã Các GHR tự khơng phải kinase tyrosine Thay vào đó, sau GH ràng buộc với thụ thể, xảy kết hợp với protein JAK2 JAK2 sau phosphoryl hóa phosphoryl hóa GHR [1] Một số đường tín hiệu tải nạp tín hiệu từ phức hệ đến nhân tế bào Dòng thơng qua protein STAT [10], mà phosphoryl translocated hạt nhân liên kết với DNA Ngoài ra, đường tín hiệu RasRaf đóng vai trò việc truyền tín hiệu GH gây [1] IRS-1 -2 protein hoạt động đầu dò tín hiệu cho GHR sau chúng phosphoryl hóa dư lượng tyrosine [7] Trong nguyên bào xương chuột, GH chứng minh gây gen gây ung thư ban đầu nhân: c- fos , cmyc , c- jun , Jun-B [4] Sự hình thành diacylglycerol gây tín hiệu xác định phụ thuộc vào dạng protein kinase C Trong tế bào này, tham gia yếu tố AP1, điều chỉnh phiên mã phorbol ester nhạy cảm phiên mã gen GH gây ra, lần xác định [1] Trong tế bào u xương ác tính chuột, protein báo hiệu - Annexin 1, phát gần tyrosine phosphoryl hóa kích thích tế bào với GH Phosphoryl hóa tyrosine protein xảy sau kích thích tế bào với yếu tố tăng trưởng biểu bì, pp60 v-scr, angiotensin II insulin Mặc dù chế chung truyền tín hiệu tế bào, chức xác protein khơng rõ vị trí dòng tín hiệu biết đến [6] 2.3 Ảnh hưởng GH hủy cốt bào GH làm tăng số lượng hủy cốt bào hành xương xương chày chuột hypophysectomized [4] Tuy nhiên, chế có hiệu lực chưa rõ ràng mRNA GHR phát tủy chuột nuôi tế bào tạo máu chuột [6] Trong nghiên cứu Nishiyama cộng [theo 8], sử dụng tế bào mô đệm chuột tế bào tạo máu, thấy GH kích thích tế bào hủy xương tiêu xương thông qua tác động trực tiếp gián tiếp đến tế bào hủy xương kích hoạt gián tiếp hủy cốt bào trưởng thành Yếu tố làm trung gian gián tiếp GH hình thành tế bào hủy xương bao gồm IGF -I IL-6, hai có liên quan đến hình thành tế bào hủy xương chứng minh chịu điều chỉnh GH [theo 8] Nó chứng minh IGF -I hỗ trợ kích hoạt hình thành hủy cốt bào tế bào xương chuột không phân đoạn nguyên bào xương hình thành yếu tố trung gian IGF-I kích thích hủy cốt bào tủy chuột kích hoạt hủy cốt bào chuột nuôi cấy mô [4] Hơn nữa, người, hủy cốt bào hoạt động xác nhờ chức thụ thể IGF -I Trong nghiên cứu Ransjö cộng [4], sử dụng tủy chuột chuột nuôi, GH gây ức chế hình thành tế bào hủy xương 152 Tạp chí KHOA HỌC ĐHSP TPHCM Trần Long Giang tgk _ chế độc lập với IGF -I Tóm lại, liệu cho thấy GH quy định hình thành tế bào hủy xương hai chế kích thích ức chế có khác biệt Nghiên cứu tương lai cần thiết để nâng cao hiểu biết sinh lí tác động GH gây tế bào hủy xương Kết luận Qua tổng hợp nghiên cứu ảnh hưởng GH IGF -I In vitro thấy: GH kích thích sản xuất IGF -I nuôi cấy mô xương trực tiếp gây hình thành xương ống nghiệm GH kích thích làm tăng số lượng nguyên bào xương đồng thời kích thích chức khác biệt tế bào AP, osteocalcin collagen Nhiều chức GH phát huy tác dụng mà không cần qua trung gian IGFs Sự biểu 153 GHR nguyên bào xương quan trọng autocrine vòng phản hồi chỗ trục GH /IGF –I; steroid sinh dục, glucocorticoid yếu tố khác điều chỉnh tác động GH tế bào tạo xương Tín hiệu GH thơng qua thụ thể qua trung gian dòng phosphoryl hóa protein dẫn đến kích hoạt protein nhân yếu tố phiên mã GH quy định hình thành tế bào hủy xương hai chế kích thích ức chế có khác biệt Yếu tố trung gian gián tiếp GH hình thành tế bào hủy xương gồm IGF -I IL-6, hai có liên quan đến hình thành tế bào hủy xương chịu điều chỉnh GH Trong GH gây ức chế hình thành tế bào hủy xương chế độc lập với IGF -I TÀI LIỆU THAM KHẢO Barnard R, Ng KW, Martin TJ, Waters MJ (1991), “Growth hormone (GH) receptors in clonal osteoblast-like cells mediate a mitogenic response to GH”, Endocrinology 128: 1459–1464 Chenu C, Valentin-Opran A, Chavassieux P, Saez S, Meunier PJ, Delmas PD (1990), “Insulin like growth factor I hormonal regulation by growth hormone and by 1,25(OH)2D3 and activity on human osteoblast-like cells in short-term cultures”, Bone 11: 81–86 Daughaday WH, Rotwein P (1999), “Insulin-like growth factors I and II Peptide, messenger ribonucleic acid and gene structures, serum, and tissue concentrations”, Endocr Rev 10: 68–91 Ernst M, Rodan GA (1990), “Increased activity of insulin-like growth factor (IGF) in osteoblastic cells in the presence of growth hormone (GH): positive correlation with the presence of the GH-induced IGF-binding protein BP-3”, Endocrinology 127: 807–814 Isaksson OG, Jansson JO, Gause IA (2002), “Growth hormone stimulates longitudinal bone growth directly”, Science 216: 1237–1239 Leung K, Rajkovic IA, Peters E, Markus I, Van Wyk JJ, Ho KK (1996), “Insulin-like growth factor I and insulin down-regulate growth hormone (GH) receptors in rat osteoblasts: evidence for a peripheral feedback loop regulating GH Ý kiến trao đổi Số 64 năm 2014 _ 10 action”, Endocrinology 137: 2694–2702 Melhus H, Ljunghall S (2006), “Growth hormone and insulin-like growth factor-I not activate identical genes in normal human osteoblasts”, Biochem Mol Biol Int 38: 425–428 Ohlsson C, Isaksson O, Lindahl A (1994), “Clonal analysis of rat tibia growth plate chondrocytes in suspension culture–differential effects of growth hormone and insulin-like growth factor I”, Growth Regul 4: 1–7 Scheven BA, Hamilton NJ, Fakkeldij TM, Duursma SA (2001), “Effects of recombinant human insulin-like growth factor I and II (IGF-I/-II) and growth hormone (GH) on the growth of normal adult human osteoblast-like cells and human osteogenic sarcoma cells”, Growth Regul1: 160–167 Stracke H, Schulz A, Moeller D, Rossol S, Schatz H (1994), “Effect of growth hormone on osteoblasts and demonstration of somatomedin-C/IGF I in bone organ culture”, Acta Endocrinol (Copenh) 107: 16–24 (Ngày Tòa soạn nhận bài: 23-8-2014; ngày phản biện đánh giá: 30-8-2014; ngày chấp nhận đăng: 21-11-2014) 154 ... effects of growth hormone and insulin- like growth factor I”, Growth Regul 4: 1 7 Scheven BA, Hamilton NJ, Fakkeldij TM, Duursma SA (20 01) , “Effects of recombinant human insulin- like growth factor. .. _ Nh ng nghiên cứu In vitro với mơ xương, dòng ngun bào xương hủy cốt bào làm rõ vai trò GH IGF-I trao đổi phát triển xương người động vật Nội dung nghiên cứu 2 .1 nh hưởng GH nuôi cấy mơ xương. .. Endocrinology 12 8: 14 59 14 64 Chenu C, Valentin-Opran A, Chavassieux P, Saez S, Meunier PJ, Delmas PD (19 90), Insulin like growth factor I hormonal regulation by growth hormone and by 1, 25(OH)2D3