生长激素受体基因及其多态性研究进展

生长激素受体基因及其多态性研究进展
生长激素（growth hormone，GH）是一种由脑垂体前叶嗜酸性细胞分泌由191个氨基酸组成的单链亲水球蛋白，对机体的生长发育起重要作用。

生长激素受体( growth hormone receptor,GHR) 是GH发挥作用的生理基础, GH必须与靶细胞表面的GHR 结合，诱导GHR 分子同源二聚化，然后激活细胞内一系列信号传导[1]。

当体内GH水平低于或等于生理激素浓度时， GH 与GHR 以1：2 相结合。

在超生理激素浓度下,激素饱和了所有受体分子形成1：1 的复合物,阻止了受体二聚化和信号传递。

当GH 水平增高而GHR基因表达没有增加时,不仅GH作用不能完全发挥,而且可能因为GH过剩而产生负反馈调节,影响其他生理功能[2]。

GHR基因的多态性可能导致GHR在不同个体中的表达水平或是功能上的差异，进而影响GH 生物学效应的发挥。

GHR 基因突变的类型多种多样,包括无义突变、错义突变、框义突变、剪接突变和缺失等。

其突变的位点主要见于外显子3～7 ,9 ,10 ,故多导致GHR细胞外区功能缺陷, 也可引起细胞内信号转导障碍, 导致IGF-1的分泌变化, 主要影响软骨的生长, 造成生长障碍。

此外，GHR基因的多态性还与某些肿瘤的发病风险相关。

1、GHR基因结构
生长激素受体是一个由单一基因编码含620 个氨基酸的跨膜糖蛋白,是促乳素/生长激素/细胞因子/促红细胞生成素( GH/PRL/cytokine/hemopoietin) 受体超家族成员之一[3]。

分子遗传学研究表明, 人类生长激素受体基因定位于第5号染色体近端短臂上p12～p13.1 , GHR基因一个重要特征就存在几个5′端不翻译区(5′untranslated－regions , 5′UTRs) , 它们选择性地参与转录, 是导致GHR 分子多态性的重要原因之一。

GHR基因含10 个外显子（外显子1－10）,长约87 kb。

其中外显子1、2编码5’不翻译区(5’UTR)最后11bp的氨基酸残基、18个氨基酸残基的信号肽和胞外结合区起始5个氨基酸残基；外显子3～7 编码细胞外结构域, 外显子8 编码胞外结构域最后3个氨基酸残基、1 个24 个氨基酸残基的跨膜结构域和胞内区开始的4个氨基酸残基，外显子9～10 编码细胞内结构域和3’UTR [4，5 ]。

2、功能分区：
人GHR cDNA 共编码638个氨基酸,其中包括18个氨基酸的信号肽( - 18～0位)。

成熟的人GHR分子是一个含620个氨基酸的单链糖蛋白，分为3个区：胞外区、跨膜区和胞内区，在胞外区，N端246个氨基酸含5个保守的糖基化位点, 构成激素结合结构域，其特定位置上有7个半胱氨酸残基，其中有6个形成二硫键,起着维持GHR胞外区段特定空间结构的作用。

在胞外区近细胞膜的位置上有WSXWS样基序(WSXWS-like motif ,WSXWS)，即由Trp-Ser-Xxx-Trp-Ser等5个氨基酸残基组成的保守序列(其中Xxx代表任意氨基酸) ，这一结构可能在GH与GHR结合过程中起关键作用[6]。

第247～270 位为强疏水性氨基酸构成的跨膜区(transmembrane domain ,TMD)，有专家认为[7]，GHR的二聚化是由受体的跨膜区（TMD）介导的，GH与之结合后，引起GHR二聚物构象的改变，进而激活下游的信号转导。

C 端350个氨基酸位于胞内构成信号转导结构域[8]。

在胞内区,人们发现了两段保守序列(序列框1 ,2) ，其中靠近细胞膜的序列框1 (Box 1) 编码8个氨基酸残基，以脯氨酸残基为主，是GHR与酪氨酸激酶(janus kinase 2 , JAK2) 结合的一个位点；序列框2 (Box 2) 则编码15个氨基酸残基，如果这两段保守序列编码的某一个氨基酸残基发生突变，GH将失去促进生长的作用。

由此表明Box 1、Box 2在GHR介导的信号转导过程中起着关键作用。

3、GHR的基因多态性
单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphism，SNP）是指出现在基因组DNA分子的特定位置的单个核苷酸的置换，包括单个碱基的转换、颠换以及单碱基的插入和缺失，是人类可遗传变异中最常见的一种。

由于其在染色体上的分布具有相对均一性而密度又远高于
微卫星DNA位点，且其易于实现快速高通量自动化检测，故被认为是最具应用潜力的新一代遗传标志物。

鉴于GH通过GHR发挥其生物学效应，故GHR基因的变异是影响GH作用的首要因素。

研究较多的有外显子3、6、10的多态性，可能会影响GHR的表达或者功能，从而影响到GH/IGF-1通路，在正常人群中表现为个体身高、体重、骨骼发育的差别，以及对某些疾病的易感性和对药物反应的差异等等。

3.1 GHR与特发性身材矮小
据报道小于胎龄的矮小患儿和特发性身材矮小患儿，外显子3易发生22个氨基酸序列的丢失（d3－GHR），该突变位点的纯合子或杂合子(d3/d3或d3/fl)比全长等位基因的纯合子（fl/fl），对GH治疗的反应性更好。

Audi等[9]研究了d3/fl GHR多态性亚型在西班牙247名小于胎龄出生的儿童和青少年矮小患者中的发生频率。

研究选取了289名正常身高的成年人作为对照，正常身高组和小于胎龄的矮小组的d3/fl－GHR基因型频率差异显著，矮小组的fl/fl基因型发生频率更高（P<0.0001）。

d3/fl-GHR多态性可能是促进生长的表型表达的众多因素之一。

Ko JM等[10]检测了158名韩国特发性矮小症患者中GHR基因外显子3缺失多态性（d3－GHR）的发生频率，结果发现与高加索人种相比，在韩国人群中，fl/fl基因型GHR更容易检测到。

GHR基因外显子3缺失的特发性矮小患儿在接受GH激素治疗的第一年，增高幅度更加明显（P ＝0.002），IGF-1浓度也有所升高（P=0.064）。

提示GHR外显子3多态性能够影响短期GH激素治疗的促生长效应。

Toyoshima MT等[11]对特发性矮小患儿GHR d3亚型与IGF－1水平之间的关系进行研究，发现携带GHR d3等位基因比fl纯合状态的患儿IGF－1浓度的标准差值显著提高（P＝0.037）。

多重线性回归模型也提示增加的IGF－1标准差值与GHR基因型之间存在相关性（P＝0.027）。

关于外显子3缺失（d3）/全长（fl）GHR多态性是否与GH激素治疗的疗效有关，仍然存在争议。

外显子3缺失的多态性基因型分布在不同种族间是存在差异的，这可以部分解释不同种族间生长激素治疗特发性身材矮小患儿疗效的不同，而且可以为将来根据不同基因型选择不同的治疗方案创造条件。

Carrascosa 等[12]评估了具有d3/fl GHR基因型足孕龄出生（AGA）的矮小患儿，青春期前接受GH激素治疗2年的疗效。

106名患儿入组，d3/d3型18人，d3/fl型42人，fl/fl型46人。

生长速度在治疗的第1年和第2年增加明显（P<0.001），并且三种基因型的增幅相当，但是2年身高增加的绝对值在各基因型间的差异并无统计学意义。

Blum等[13]入组了107名单纯性生长激素缺乏的患者，对其进行GH激素替代治疗。

其中携带有d3等位基因组有48人，fl/fl纯合GHR等位基因组有59人，两组间的身高sd值，增高速度，以及基线状态和激素治疗一年后的增高速度sd值间的差别均无统计学意义。

据此，作者认为d3GHR等位基因并不影响GH治疗的反应性。

Räz等[14]的研究指出外显子3缺失的GHR基因多态性与GH治疗的反应性是否有关，报道的数据资料因疾病基本状况、激素替代剂量及治疗持续时间而有所不同。

对于严重GH缺乏的患者，GHR基因型可能与GH反应性有关，尤其在治疗的初始阶段，但对成人最终身高没有影响。

3.2 GHR与Laron综合征
Laron综合征即GH不敏感综合征（GHIS），是由GHR基因的分子缺陷或受体后信号通路的异常引起的靶细胞对GH不敏感，是一种常染色体隐性遗传病，以高血清GH和低IGF－1为特征。

Arman A等[15]通过对8名土耳其Laron侏儒症患者GHR基因突变位点及多态性的研究发现了3个错义突变（S40L，V125A，I526L），1个无义突变（W157X），以及1个GHR胞外区域的剪接位点突变。

并进一步检测了G168G和外显子3的多态性。

剪接位点的突变，作为一种新的突变形式，位于GHR外显子2和内含子2之间，在高度保守的剪接位点共有序列GT中再加入一个G碱基。

剪接发生在内含子GT位点，额外添加的G碱基位于外显子2末端，这一结构改变了
GHR的开放读码框，并形成了外显子3不成熟的终止密码。

Yamamoto H等[16]报道了一例日本成年男性Laron综合征患者进行染色体分析的结果。

GHR 基因的所有外显子都通过PCR进行扩增。

在染色体5短臂p11到p13.1处发现较大范围的缺失[46, XX, del (5) (p11-p13.1)]。

对GHR基因外显子PCR扩增的结果提示只有外显子2和3扩增。

外显子4－10完全缺失。

Ying YQ等[17]研究了一个中国家庭两个Laron综合征患儿的临床特征和GHR基因突变情况。

他们具有Laron综合征典型的外表表现，如身材矮小，肥胖，前额突出，鼻梁下陷，毛发稀疏，声音尖锐等。

基线血清GH水平高于正常人，而IGF－1，IGFBP－3和GHBP水平较低。

基因突变分析结果显示两名患儿的GHR外显子4存在相同的纯合突变S65H（TCA -->CCA）。

推断外显子4 S65H突变可能是该两名患儿致病的原因。

Fassone L等[18]对两名无血缘关系的意大利Laron综合征女童分子生物学特征进行研究，根据DNA序列分析结果，GHR基因相同的单元型，缺发生了不同的无义突变。

胞外区的序列缺失提前终止了信号传递，并形成无功能的受体。

其中一人在外显子6发生纯合状态的G和T碱基颠换，使得密码子180（E180X）由原先的GAA突变为TAA；另一人，在外显子7检测到纯合状态的C和T转换，密码子217（R217X）发生由CGA到TAA的碱基置换。

两名患儿分别呈现出外显子6纯合状态Gly168Gly多态性以及外显子10 纯合子Ile544Leu的多态现象。

Fang P等[19]研究发现，至今为止所报道的250多例Laron综合征，较多分布于厄瓜多尔南部。

在当地人群中，GHR密码子E180发生的有义剪接突变（GAA->GAG，E180sp)，引起二聚化功能区密码子181－188的缺失。

同样，文献中也报道了GHR密码子E180纯合无义突变(GAA->TAA, E180X)。

体外实验只见E180sp稳定表达，而非E180X。

GHR（E180sp）存在功能上的缺陷，不能与GH相结合，无法激活STAT-5b信号转导。

而且因为缺失的8个氨基酸残基位于GHR二聚化功能区，使同源二聚体向细胞膜的转运受到影响。

3.3 GHR与类肢端肥大症
Mercado M等[20]研究了三种GHR基因型（fl/fl, d3/d3, 和d3/fl）对类肢端肥大症患者临床表现，生化检查以及治疗效果的影响。

其中病例组148人，对照组175人。

结果显示三种基因型频率在两组间的分布相似，携带外显子3缺失的GHR患者，临床表现和生化检查都不如正常对照组，而且治疗后IGF-1正常化的机率也大大降低。

Schmid C等[21]将44名成年类肢端肥大症患者入组，其中fl－GHR组22人（基因型fl/fl），d3－GHR组22人（基因型d3/fl或d3/d3）。

诊断时，平均血清IGF－1浓度在两组间分别为：fl－GHR组670 (447-1443) microg/L，d3－GHR组840 (342-1494) microg/L，差异不具有统计学意义。

基线GH浓度，fl－GHR组（29.7 (3.8-159) microg/L）比d3－GHR组（8.4 (2.6-74) microg/L）更高（P＝0.002）。

口服葡萄糖耐量试验中的平均和最低GH浓度同样也是fl－GHR 组较高，分别为30.4 vs 6.1 microg/L, P = 0.005，20.5 vs 5.1 microg/L, P = 0.003。

提示外显子3缺失的GHR亚型（d3－GHR）可以调控类肢端肥大症患者的血清GH和IGF－1浓度。

3.4 GHR的其他突变
Wan L等[22]认为GHR C.1319 G >T多态性，而不是外显子3，与GH缺乏患者对GH治疗的第一年的增长速率更相关（P＝0.02）。

而且，GHR c.1319 T 等位基因也显现出更强的转录和STAT－5信号转导活性。

Meyer S等[23]入组了129名GH缺乏的成人患者，进行GHR 5’不翻译区选择性剪接的非编码外显子（V1）和9个编码外显子基因序列分析，其中一名后天获得性GH缺乏的患者在外显子6发生杂合型R179C非同义突变，即在GHR胞外区179位点，密码子CGC突变为TGC，使其编码的蛋白质从精氨酸转变为半胱氨酸，并且证明GHR外显子6杂合突变可以有轻度表现型异常。

还有研究报道了GHR杂合子错义突变[24]，C94S和H150Q。

体外研究中，该两者均能稳定表达，加入GH（1-100ng/ml）时，GHR（C94S）丧失了与GH的结合能力，也不能激活STAT-5b信号转
导，亦不能驱动STAT-5b依赖的基因转录，导致GH部分不敏感。

GHR（H150Q）与GH的亲和性保持正常，但是信号转导能力却受到影响。

David A[25]等的研究指出，GHR基因编码区没有突变的生长激素不敏感患者应筛查非编码区的突变，例如内含子6，易发生(A(-1)-->G(-1))碱基置换。

3.5 GHR基因突变与恶性肿瘤
Nagano M等[26]对胃肠道腺癌中GHR基因亚型表达情况进行研究发现，外显子缺失的GHR 表达谱广，且是胃肠腺癌中唯一发现的GHR亚型。

Wagner K等[27]通过对GHR外显子3缺失多态性和GHR编码区3种常见单核苷酸多态性(Gly186Gly, Cys440Phe and Ile544Leu)的单元型分析发现，这4种多态性均没有增加患乳腺癌的风险。

反而，一种少见的含有GHR d3等位基因的单元型(dGGC)，降低了乳腺癌的风险。

(OR 0.30, 95% CI 0.11-0.80)
Weiss-Messer E等[28]将GHR及其外显子9截短的亚型（GHR（tr）） mRNA表达情况在良性前列腺增生症（BPH）与前列腺癌中的分布作比较，得出结论癌组织中的GHR mRNA水平高于BPH80％，GHR（tr）高25％。

癌组织中这种亚型特异性GHR调控其与GH的结合，在前列腺癌的发生发展中起重要作用。

Cao G等[29]的研究指出中国人患肺癌风险与GHR Thr495pro 多态性有关。

778名肺癌患者与781名正常人的生长激素受体的多态性进行比对发现，495Thr等位基因的发生频率显著增高(OR = 2.04, P = 0.006, 95% CI: 1.21-3.42)，亚组分析提示Thr495pro突变使得男性、吸烟、有家族史的人群患肺癌的风险增高。

Thr495pro单核苷酸多态性主要见于小细胞和肺鳞癌，与腺癌关系甚微。

GHR基因是第一个证明与生长有关的基因，GHR不仅介导GH在人体细胞内的信号转导，而且能够影响GHRH－GH－IGF－1内分泌轴的功能。

GHR基因的SNP在人群中的分布广泛，部分SNP对血浆IGF－1水平及人体生长有明显的影响。

随着分子生物学技术的迅速发展，对GHR基因突变在人类疾病的分子病理机制上的研究有了长足进展，人类GHR基因数据库正在不断完善，这些均为疾病的临床检验及预测提供了理论和技术依据。

全面深入了解个体与群体间GHR基因组的变异或多态性，对疾病研究具有重要意义。