MODULAÇÃO DA SECREÇÃO DO HORMÔNIO DE CRESCIMENTO PELA GHRELINA E OUTROS SECRETAGOGOS

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Autor:
Ana-Maria J. Lengyel
Columnista Experto de SIIC

Institución:
Universidade Federal de São Paulo

Artículos publicados por Ana-Maria J. Lengyel

Coautor
Larissa Bianca Paiva Cunha de Sá*
Pós graduanda, Universidade Federal de São Paulo, São Paulo, Brasil*

Recepción del artículo: 10 de marzo, 2008

Aprobación: 4 de abril, 2008

Primera edición: 7 de junio, 2021

Segunda edición, ampliada y corregida: 7 de junio, 2021

Conclusión breve
Apresenta-se uma revisão sobre a ghrelina, os mecanismos de ação e possível papel fisiológico dos secretagogos de hormônio de crescimento e da ghrelina na secreção de hormônio de crescimento e os efeitos da administração endovenosa destes peptideos sobre a secreção de hormônio de crescimento no homem.

Resumen

A secreção de hormônio de crescimento é modulada pelo hormônio liberador de hormônio de crescimento e pela somatostatina. Na ultima década foi descoberto um terceiro mecanismo de controle, envolvendo os secretagogos de hormônio de crescimento. A ghrelina é um peptídeo acilado, descoberto recentemente, que é produzido no estômago, porém também é sintetizado no hipotálamo. Este peptídeo é capaz de liberar hormônio de crescimento, além de aumentar a ingesta alimentar. A ghrelina endógena parece amplificar o padrão básico de secreção de hormônio de crescimento, ampliando a resposta do somatotrófo ao hormônio liberador de hormônio de crescimento. Este peptídeo estimula multiplas vias intracelulares interdependentes no somatotrófo, envolvendo a proteina quinase C, proteina quinase A, e sistemas moduladores de cálcio extracelular. Entretanto, como a liberação de GH induzida pela ghrelina in vivo é mais acentuada que in vitro, seu local de atuação predominante é no hipotálamo. No presente trabalho apresentamos uma revisão sobre a descoberta da ghrelina, os dados existentes sobre os mecanismos de ação e possível papel fisiológico dos secretagogos de hormônio de crescimento e da ghrelina na secreção de hormônio de crescimento e, finalmente, os efeitos da administração endovenosa destes peptideos sobre a secreção de hormônio de crescimento no homem.

Palabras clave
ghrelina, GH, secretagogos do hormônio de crescimento, GHS

Clasificación en siicsalud
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Especialidades
Principal: Endocrinología y Metabolismo,
Relacionadas: Bioquímica, Diagnóstico por Laboratorio, Medicina Interna, Pediatría,

Enviar correspondencia a:
Ana-Maria J. Lengyel, Universidade Federal de São Paulo Escola Paulista de Medicina, 04039-002, São Paulo, Brasil

Modulation of growth hormone secretion through the action of growth hormone secretagogues and ghrelin

Abstract
Growth hormone-releasing hormone and somatostatin modulate growth hormone secretion. A third mechanism has been discovered in the last decade, involving the action of growth hormone secretagogues . Ghrelin is a new acylated peptide mainly produced by the stomach, but also synthesized in the hypothalamus. This compound increases both growth hormone release and food intake. The relative roles of hypothalamic and circulating ghrelin on growth hormone secretion are still unknown. Endogenous ghrelin might amplify the basic pattern of growth hormone secretion, optimizing somatotroph responsiveness to growth hormone-releasing hormone. This peptide activates multiple interdependent intracellular pathways at the somatotroph, involving protein kinase C, protein kinase A and extracellular calcium systems. However, as ghrelin induces a greater release of growth hormone in vivo, its main site of action is the hypothalamus. In the current paper we review the available data on the discovery of this peptide, the mechanisms of action and possible physiological roles of growth hormone secretagogues and ghrelin on growth hormone secretion, and, finally, the regulation of growth hormone release in man after intravenous administration of these peptides.

Key words
ghrelin, growth hormone secretagogues

MODULAÇÃO DA SECREÇÃO DO HORMÔNIO DE CRESCIMENTO PELA GHRELINA E OUTROS SECRETAGOGOS

(especial para SIIC © Derechos reservados)

Artículo completo
Introdução

Antes da identificação do hormônio liberador do hormônio de crescimento (GHRH), Bowers e cols.¹ descobriram um novo grupo de substâncias sintéticas com capacidade de liberar o hormônio de crescimento (GH).² Estes compostos foram desenvolvidos a partir da molécula de met-encefalina e eram capazes de liberar GH, porém de forma pouco eficaz. Modificações químicas posteriores levaram ao desenvolvimento de substâncias mais potentes, como o GHRP-6, GHRP-2, hexarelina e MK-0677.² Na última década vários estudos foram realizados com estes secretagogos de GH (GHS), especialmente com GHRP-6, e os dados obtidos sugeriram um possível papel destes compostos na modulação da secreção de GH.³ Foi demonstrado que os GHS liberam GH por mecanismos diferentes daqueles ativados pelo GHRH. Além disso, eles agem através de receptores diferentes daqueles do GHRH, somatostatina ou peptídeos opióides. Em 1996, Howard e cols.⁴ clonaram o receptor de GHS (GHS-R), que se localiza principalmente na hipófise anterior e no hipotálamo. Em 1999, Kojima e cols.⁵ descobriram, no estômago, o ligante endógeno deste receptor órfão, e este novo hormônio foi chamado de ghrelina. A ghrelina é encontrada em pequenas quantidades no hipotálamo e induz a liberação de GH de modo muito potente.^5,6 Este hormônio é um novo membro da família de peptídeos cérebros-intestinais, e também está envolvido no controle do apetite, um efeito aparentemente independente da liberação de GH.^7,8 Outras possíveis ações da ghrelina estão sendo atualmente investigadas. A descoberta da ghrelina é um excelente exemplo de farmacologia reversa, no qual um hormônio foi isolado a partir da síntese química de compostos como os GHS, que então levou a descoberta do receptor órfão endógeno, e finalmente ao isolamento de seu ligante natural.

Receptor dos secretagogos do hormônio de crescimento

Em 1996, Howard e cols.⁴ clonaram o GHS-R, que pertence à família de receptores acoplados à proteína G, com 7 domínios transmembrana e 3 alças intra e extracelulares. Existem 2 subtipos de receptores, o GHS-R1a, que é ativo, e GHS-R1b, uma isoforma menor, que aparentemente não tem atividade biológica.⁴ A existência de outros subtipos é bastante provável. O GHS-R1a humano tem 366 aminoácidos e é altamente conservado na evolução. Este receptor está presente na hipófise anterior e no hipotálamo, e em outras áreas do cérebro, tais como hipocampo e substância negra. Devido a sua localização, tem sido sugerido que o GHS-R possa modular ritmos biológicos, humor, memória, aprendizado e apetite.² Na hipófise, o GHS-R foi encontrado exclusivamente nos somatotrófos, através de imunohistoquímica.² Em camundongos knockout para o GHS-R1a, a ghrelina não é capaz de aumentar a liberação de GH ou a ingesta alimentar, o que indica que este tipo de receptor está envolvido em ambas as ações da ghrelina.⁹ O GHS-R1a está presente em outros tecidos, tais como pâncreas, coração, adrenal e tireóide. O GHS-R1b tem uma distribuição ampla no tecido periférico, mas a sua função ainda é desconhecida.¹⁰

Ghrelina

Em 1999 Kojima e cols. isolaram, de extratos de estômago, um peptídeo de 28 aminoácidos que possuia uma modificação (ácido n-octanoil, um ácido graxo) no 3º resíduo, que é uma serina.⁵ Este composto hidrofóbico, que é o primeiro peptídeo bioativo natural modificado por um ácido acil, foi chamado de ghrelina. A ghrelina e os GHS, tais como o GHRP-6, não têm similaridade estrutural. O resíduo n-octanoil é essencial para algumas de suas atividades biológicas, incluindo a liberação de GH e a estimulação do apetite. Fragmentos menores, com os primeiros 4 a 5 resíduos, com a serina acilada intacta, são também capazes de ativar a transdução de sinal de GHS R1a in vitro.⁷ A principal forma circulante, a ghrelina não acilada, pode ter ações não endócrinas.⁵ Ela é secretada principalmente no estômago e seus níveis são reduzidos em 80% após gastrectomia ou bypass gástrico em humanos.¹¹ A ghrelina acilada atravessa a barreira hemato-encefálica, e este transporte ocorre em ambas as direções.¹² O gene que codifica a ghrelina está localizado no cromossomo 3 em homens.⁵ Este gene codifica um precursor de 117 aminoácidos, com uma homologia de 82% entre as espécies.⁵ No estômago, as 2 isoformas de RNAm de prepro-ghrelina são produzidas pelo mesmo gene por splicing alternativo. Um codifica o precursor da ghrelina, enquanto o outro codifica o precursor da des - Gln 14 ghrelina, que não tem a glutamina na posição 14.⁵ Este peptídeo tem 27 aminoácidos e é biologicamente ativo, mas está presente em pequenas quantidades. A ghrelina está localizada na camada submucosa no fundo do estômago, nas células oxínticas endócrinas (X/A) que estão perto dos capilares e não em contato com o lúmen. Este hormônio também é encontrado, em concentrações menores, no trato gastrointestinal.⁷ Tanto a ghrelina como seu RNAm estão presentes no núcleo arqueado do hipotálamo e na hipófise.^5,10 Na hipófise a ghrelina poderia agir de modo autócrino ou parácrino. A ghrelina é capaz de modular a transcrição de Pit1, e é expressa nos lactotrófos, somatotrófos e tireotrófos, células que são dependentes da expressão do gene Pit1 para diferenciação.⁸ Nos tecidos periféricos, a ghrelina tem uma distribuição ampla, e é encontrada no rim, placenta, pulmão, ovário e testículos, mas seu papel nestes tecidos ainda não foi descoberto.¹⁰ A distribuição do receptor biologicamente ativo (GHS R1a) não é a mesma que do peptídeo, portanto é provável que existam outros subtipos de receptor.¹⁰ Quantidades consideráveis de ghrelina estão presentes no sangue e este peptídeo tem várias ações além da regulação do GH.^7,8 A ghrelina aumenta a ingestão alimentar pela ativação dos neurônios NPY/AGRP (proteína relacionada ao agouti) no hipotálamo, efeito oposto ao da leptina.^7,8 A ghrelina promove um aumento da liberação de GH em animais e em homens, e também induz a secreção de prolactina, ACTH, cortisol e aldosterona in vivo.^5,6,13,14 Este hormônio causa um aumento discreto da glicemia e redução dos níveis circulantes de insulina.¹⁴ A descoberta da ghrelina reforça o conceito de existir uma terceira via de regulação da secreção de GH, porém cujo papel fisiológico ainda permanece indeterminado.^2,3,7,8

Mecanismo de ação e papel fisiológico da ghrelina e dos GHS na liberação de GH

Os GHS e a ghrelina agem tanto no hipotálamo como na hipófise para modular a secreção de GH.^3,7,8 Estes peptídeos são capazes de ativar diretamente os GHS-R nas células hipofisárias in vitro.⁵ Quando o GHRH é associado aos GHS ou à ghrelina in vitro, uma resposta aditiva é observada na maioria dos estudos. Entretanto, quando estes peptídeos são administrados junto com o GHRH in vivo, é observado um efeito sinérgico na liberação de GH, o que indica mecanismos de ação diferentes dos GHS e do GHRH, e sugere que o principal sítio de ação dos GHS seja no hipotálamo.^6,14-16 Além disso, na desconexão hipotalâmica - hipofisária há uma diminuição acentuada da liberação de GH após GHRP-6 ou ghrelina, tanto em animais como em homens.^17,18 Foi demonstrado que é necessário um sistema GHRH intacto para que estas ações possam ocorrer. A administração de anticorpos contra o GHRH diminui a pulsatilidade do GH e a resposta do GH à ghrelina e aos GHS em ratos.¹⁹ A liberação de GH induzida por GHS é também inibida por um antagonista do GHRH.²⁰ No camundongo lit/lit, que tem uma mutação no receptor de GHRH, os GHS não aumentam a liberação de GH, mas há um aumento da expressão de c-fos hipotalâmico, que é um marcador de atividade neuronal.²¹ A resposta do GH ao GHS está diminuída em humanos com mutação no receptor de GHRH, mas os efeitos liberadores de ACTH e prolactina estão preservados, sugerindo que estes últimos são mediados pelo hipotálamo.²² O núcleo arqueado é o alvo principal da ação da ghrelina, onde ela é capaz de se ligar e ativar o GHS-R. Foi demonstrado que os GHS e a ghrelina agem centralmente, aumentando a atividade elétrica e a expressão de c-fos em uma subpopulação de células no núcleo arqueado, algumas das quais são neurônios produtores de GHRH.²¹ Além disso, 1/4 destes neurônios expressam o GHS-R, sugerindo um efeito direto do GHS nestas células¹⁹ (Figura 1). A ghrelina também promove a liberação de GHRH de tecido hipotalâmico in vitro, mas isto não é observado com os GHS.^23,24 Contudo, os GHS aumentam a liberação de GHRH no sistema porta hipofisário de ovelhas²⁵. Os GHS e a ghrelina não alteram a secreção de somatostatina hipotalâmica na maioria dos estudos in vivo e in vitro.^23-25 Entretanto, os GHS agem como antagonistas funcionais da somatostatina. Eles causam despolarização do somatotrófo e aumentam o número de células secretoras de GH, enquanto que a somatostatina tem efeito contrário.²⁶

Figura 1. Modelo esquemático das possíveis interações entre GHRH, ghrelina/GHS e SRIF na hipófise e no hipotálamo (referência 60, com permissão).

Foi proposto um modelo de ação dos GHS/ghrelina, o qual envolve: 1) antagonismo funcional da somatostatina; 2) ativação dos neurônios produtores de GHRH no núcleo arqueado, levando a um aumento da liberação de GHRH; 3) amplificação do efeito do GHRH no somatotrófo². Na hipófise, os GHS/ghrelina e o GHRH se ligam a receptores diferentes, e há evidência de cross-talk entre os dois receptores.⁷ Estes peptídeos também ativam diferentes vias de transdução intracelular a nível somatotrófico. O GHRH estimula o AMPc intracelular e mecanismos dependentes da proteína quinase A, enquanto que o GHRP-6 ativa a proteína quinase C, via inositol trifosfato, com um aumento nas concentrações de cálcio intracelular.^2,4 Foi demonstrado, em suínos e babuínos, que a ghrelina é capaz de estimular múltiplas vias intracelulares independentes, na hipófise, envolvendo proteína quinase A, C e sistemas de cálcio extracelular, com um efeito mais amplo que a maioria dos GHS.^27,28

O papel da ghrelina circulante na secreção de GH é bastante controverso. No rato, a secreção de ghrelina ocorre de modo pulsátil, sem correlação com pulsos de GH, mas em associação com ciclos de alimentação e sono.²⁹ Também em ratos, os níveis de ghrelina circulante não se alteravam com variações dos níveis de GH.³⁰ A imunoneutralização da ghrelina não modifica a pulsatilidade de GH, enquanto que anticorpos anti-GHRH bloqueiam completamente a liberação pulsátil de GH endógeno.³¹ Em humanos, a administração de um antagonista do GHRH inibe acentuadamente a secreção de GH nas 24 horas, mas não afeta os níveis circulantes de ghrelina.³² Entretanto, em ratos, a administração intracerebroventricular ou periférica de antagonistas do GHS-R1a diminui a secreção espontânea de GH, com redução da amplitude dos pulsos e dos níveis médios de GH.^33-35 Uma mutação missense no GHS-R, que prejudica gravemente a ligação da ghrelina, foi associada a um caso de baixa estatura familiar.³⁶ Em voluntários saudáveis foi mostrado que a ghrelina circulante está relacionada aos pulsos de GH, sugerindo que ela participa da modulação da secreção pulsátil de GH ou que os dois hormônios são regulados em paralelo.³⁷ Existem dados sugerindo que a ghrelina endógena poderia amplificar o padrão básico de secreção de GH,^33-35 através da otimização da responsividade do somatotrófo ao GHRH.³⁸ Entretanto, estudos com animais knockout para a ghrelina não mostraram um efeito importante na regulação da secreção de GH.³⁹ Ao contrário do previsto, estes animais não eram anões anoréticos. Entretanto, níveis diminuídos de GH e IGF-I foram observados em modelos transgênicos com expressão reduzida do RNAm do GHS-R no núcleo arqueado.⁴⁰ Também, camundongos knockout para GHS-R apresentavam baixo peso e diminuição dos níveis de IGF-I.⁴¹ É possível que os efeitos da ghrelina na secreção de GH possam se tornar relevantes durante estados de balanço energético negativo.³⁰ Entretanto, estudos adicionais são necessários para elucidar o papel fisiológico da ghrelina/GHS na secreção de GH.

Regulação da secreção de GH pelo GHRP-6 e pela ghrelina em humanos

O GHRP-6 e a ghrelina aumentam a liberação de GH de modo dose dependente, in vivo e in vitro, em várias espécies, inclusive no homem.^1,5,6,13,16 A ghrelina é capaz de liberar GH in vitro de modo semelhante ao GHRH.⁵ Entretanto, in vivo, a administração endovenosa de ghrelina, na dose de 1 μg/kg, aumenta a liberação de GH de modo potente e esta resposta é maior que a obtida com o GHRH, a hexarelina e o GHRP-6.^13,14,42 Este efeito não é específico já que há um aumento de prolactina, ACTH, cortisol e aldosterona.¹⁴ Após a administração endovenosa deste peptídeo ocorre um aumento dos níveis circulantes de glicose, e também uma queda dos valores de insulina.¹⁴ Quando a ghrelina ou o GHRP-6 são administrados em conjunto com o GHRH ocorre um efeito sinérgico, que é mais bem observado com baixas doses de ghrelina (0.08 μg/kg e 0.2 μg/kg).^14,16 A administração combinada de GHRP-6 e GHRH é atualmente um excelente teste para o diagnóstico de deficiência de GH em adultos. Não existem diferenças na responsividade do GH ao GHRP-6 e à ghrelina quanto ao sexo, mas há uma diminuição da resposta relacionada à idade.^3,15,43 Indivíduos obesos têm diminuição da resposta do GH ao GHRP-6 e à ghrelina.^44,45 Há uma grande reprodutibilidade das respostas dos GHS em indivíduos normais estudados em ocasiões diferentes, diferente do observado para o GHRH. Hiperglicemia, ácidos graxos livres e somatostatina diminuem a resposta de GH induzida por GHRP-6 e ghrelina.^46,47 A administração de arginina não foi capaz de alterar a responsividade do GH à ghrelina.⁴⁸ O efeito dos agonistas e antagonistas colinérgicos na liberação de GH induzida por ghrelina é controverso. A piridostigmina não modificou a resposta de GH à ghrelina e ao GHRP-6.^15,49 Entretanto, a atropina diminuiu esta resposta, mas a pirenzepina, um antagonista do receptor muscarínico, não alterou a liberação de GH após ghrelina.⁴⁹ Estes últimos compostos apenas diminuíram a resposta do GH ao GHRP-6, mas foram capazes de abolir completamente a resposta do GH ao GHRH.¹⁵ A administração de glicocorticóides e de GH apenas diminuem a resposta do GH aos GHS.^50,51 Em pacientes com doença de Cushing existe uma redução da resposta do GH ao GHRP-6 e à ghrelina^52-55. Nestes pacientes, a liberação de ACTH e de cortisol induzidas por ghrelina e GHS está aumentada,^54-56 o que poderia ser devido a uma ação direta destes peptídeos nos GHS-R presentes no adenoma corticotrófico, ou, talvez, à ativação da arginina vasopressina hipotalâmica e, em menor grau, do CRH.⁷ A administração crônica de glicocorticóides não interfere com a liberação de GH induzida por GHRP-6.⁵³ Isto poderia indicar que o tempo de exposição ao hipercortisolismo determina a resposta do GH a estes peptídeos. Na insuficiência adrenal, a suspensão da terapia de reposição glicocorticóide por 72 horas não influencia a resposta do GH ao GHRP-6.⁵⁷ Estudos por nós realizados mostraram que no hipertireoidismo ocorre uma diminuição da resposta do GH ao GHRH , enquanto que a liberação do GH induzida por GHRP-6 está inalterada ou reduzida.⁵⁸ Nestes pacientes existe uma redução da resposta do GH à ghrelina.^59,60 Em pacientes com diabetes mellitus tipo 1, a resposta do GH ao GHRP-6 e à hexarelina é normal ou aumentada, demonstrando que a hiperglicemia é incapaz de diminuir a liberação de GH induzida por estes peptídeos, diferente de indivíduos normais.⁶¹ Na anorexia nervosa, a liberação de GH induzida pela ghrelina está reduzida, o que é inesperado, pois estes pacientes têm altos níveis de GH e respostas aumentadas ao GHRH e aos GHS.⁶²

A possibilidade dos GHS, especialmente os compostos ativos por via oral, poderem representar uma alternativa para o tratamento da deficiência de GH tem recebido atenção considerável. Entretanto, estas substâncias não tem efeito terapêutico superior ao tratamento com GH, apesar de serem consideradas mais fisiológicas, já que induzem a liberação de GH endógeno de forma pulsátil.

Conclusão

A ghrelina é um novo hormônio, secretado do estômago para a circulação. Entretanto, a ghrelina também é produzida no hipotálamo e em outros tecidos, com efeitos endócrinos e parácrinos. A sua modificação acil é essencial para os seus efeitos biológicos, isto é, aumento da liberação de GH e da ingestão alimentar. A contribuição da ghrelina circulante e da ghrelina hipotalâmica na secreção de GH ainda não está totalmente estabelecida. Os dados disponíveis sugerem que a ghrelina poderia ter um papel fisiológico na secreção pulsátil de GH, mas estudos adicionais são necessários para elucidar seu mecanismo de modulação da liberação de GH.

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