LE S O M A T O M E D I N E . SIGNIFICATO E PROSPETTIVE GIULIO GIORDANO

L'importanza e ~i significato dell'ormone somatotropo (GH) nella regolazione deli'accrescirnento h ben nora; uno degli aspetti pi~ interessanti di siffatta azione ormonale consiste netla specifica stimolazione dello sviluppo delle eartilagini cli coniugazione. In effetti, i ratti ipofisectomizzati presentano una riduzione delia condrogenesi, che viene corretta dal trattamento con GH. Per molto tempo, l'aumento di spessore delia cartilagine di coniugazione dell'estremo prossimate della tibia di ratti ipofisectomizzati, determinate daL t'apporto iv rive di GH, ha costituito uno dei criterl di valutazione quantitativa dei1'ormone ~* L'incorporazione del sol'ate marcato nell'acido condroitinsolforico costituisce un buon indice d d metabotismo della cartilagine. Anche qui ~ state possibile dimostrare in rive, nel ratto, che il tasso di incorporazione del solfato nel tessuto cartilagineo diminuisce nelt'animale ipofisectomizzato e viene normalizzato dalla somministrazione di G H =. Per quanto riguarda gli esperimenti in vitro, si 6 visto che, mentre il siero di animale normale e quello di animale ipofisectomizzato trattato con G H stimolano l'uptake di solfato marcato nella cartilagine di ratto ipofisectomizzato, l'aggiunta al medium di GEl (50 p~g/ml) e del siero di ratto ipofisectomizzato non trattato non provoca alcun effetto a questo riguardo ~7 SALMON e DAUGHADA¥97 hanno postulate, su questa base, che l'azione de1 Gt-I sulla cartilagine fosse mediata da una sostanza - la cui produzione regolata dal1'ormone - che manca neI siero di animali ipofisectomizzati: ta!e sostanza venne chiamata < o S~d/ation Factor (SF). La cartilagine ~ un tessuto connettivo dense, costitt~ito da una componente cetlulare, i condrociti, e da una matrice organica. Quest'uhima ~ a sua voha costituita da fibre collagene numerose e compatte, immerse in una sostanza amorfa contenente mucopolisaccaridi solforati e non; tra questi, fondamentale importanza riveste il condroitinsolfato. I meccanismi biosintetici delle condroitinsolfate-proteine sono stati parziaImente delucidati e si svolgono in una trip!ice direetiva (fig. t). Da nn taro, a partire daIia glucosamA~a-6-P e dalI'acetil-CoA si giunge dapprirna alla N-acetilglucosamina-6-P e quindi, attraverso reazioni UTP- e NAD-dipendenti, alia UDP-N-acetilgalattosamina; ddl'ahro, a partite dal glucosio-l-P si giunge Ac~.a dia'De~. 1at. 12 (Suppl. 1), 48, 1975,

48

G. GIOR]]ANO

giucosamina ATP

giutamina

giucosio

[

g~ucosamina-6-P-~

--

I

,

~sio-a-P -~,

~,.*~lucos:o-6-P-~

;~-~lUcosio-t-P

I N~aceV.gluc oaamina-~-P I l l I

1

~

II

I I N-acati:glucosamin a-l-P 1 UTP

UOP-N-acetiiglucos~_mirla 1 NAD

i

,}

UOpIN-acetilgab {tosamina ~ _

proteina

UTP

I-~-------- s~ri;ia. 7 ser-pret~ina 1 . . . . . . . 1~--------.- UDP-~fioso ~

xiI-ser-proteina

+ 9aJ-gal-x!Fser-protein:

~r UDP-g;ucos:o I

I

~ . .

NAD

--; UO?-ac. 9iucuron:ca

T (g albrAc~GlcUA)~-gal-sa]-xil-ser-pr ~:e~na l-,~ PAFS-~--.-~ APS -~----. SO~- '[ ATP ATP condrcitinsc~fato prot~ina

Fig. 1 - Schema delia biosintesi della condroitinsolfato-proteina. (Da: I-L:u_sd, modificato).

ai2a sintesi delt'acido UDP-glicuronico. Infine, per una terza via biosintetica si perviene alla sintesi di un comptesso gal-gal-xit-ser-proteico. A tale complesso si tegano, quindi, sia l'acetiI-galattosamina c_he l'acido UDP-glicuronico. A questo punto interviene la solfatazione, per inserimento dello lone SO.{-, attivita dall'ATP, nelIa complessa molecola, a formare la condroiti> soifato-proteina. Dalla fig. 1. appare eviden:e che alcune tappe della biosLntesi risultano regotate. Co£ l'[YDP-xiloso svolge un effetto inibitorio suJLI'UDP-glacoso-deidrogenasi, che catalizza la formazione di acido UDP-dicuronico, che a sua v d m il precursore dello stesso UDP-xiloso. D'ahro canto, una riduNone de] tasso di sintesi delta componente proteica del proteoglicano diminuisce l'udlizzazione deti'U-DP-xitoso e, attraverso una inibizione feed-bac, S,., anche LI tasso di sinmsi dell'acido UDP-glicuronico risulter~ ridot:o, inohre, la concentrazione della UDP-N-acetilglucosamina inibisce la 1-giummina-d-fruttosio-6-P :ransaminasi e, quindi, ia sintesi deI!a glucosamina-S-P, rallentando cos~ la catena biosin:etica che porta aIla acetilgatattosamina. Appare evidente che, ndta costituzione delia condrokinsolfatoTroteina , ia solJ~a'~azione rappresenta ]'uhima tappa reativa, sicch~ ~ possibi]e indkettamente risa!ire, dalta quantk'~ di solfato marcato incorporato nella carti!agme, alIa enti:~ det processo biosintetico. Risulta ahresl chiaro che qualsiasi carenz: di precursori o cli er~imi a live]lo delle tappe intermedie della sintesi proteoghcanica sarfi in grado di ridurre od abotbe t'effetto sol{atante. Le Lndagini successive, neJJe quedi ~ stata smdiata I'incorporazioue di solfaeo marcam netla cartilagine di ratio impiegando siero di acromegalici, di soggetti normal2 e dfipazienti Leopitaitarici, prima e durante trattamento con GH, hanno porta~o a n . w~,:~ , .... at.; simiE a quelli ottenuti negti animali da esperi£p,e f l t o a. 4.2e. ~s

49

LE SOMATOINIEDINE.

SIGNIFICATO E PROSPETTIVE

Inizialmente, il fattore di solfatazione ~ stato dosato determinando l'incorporazione di solfato marcato da parte di cartilagini di ratti ipofisectomizzati, cimentate in vitro con il siero in esame a. ~9. 2a. =~. ~,6 L'attivit~ solfatante del siero in esame viene comparam con quells presente he1 siero di un soggetto aduho sano.

Ulteriori modifiche ed a~namenti harmo consentito, pih recentemente, !27 la standardizzazione di metodi pih semplici. Citiamo quello proposto da YD> diJ che utilizza le cartilagini costali di ratti intatti (di 21-27 giorni di vita) e ~unanti, e la variante di AI_roRD e Coll. *, che riduce i tempi delle tappe intermedie del metodo senza comprometterne ta precisione e la riproducibilit~. Altri AA. ~' ~4 utilizzano la cartiiagine di embrione di pollo. Siffatto metodo oI~re forse una maggiore semplick~ e precisione, ma risuha assai meno sensibile di quello che utitizza Ia carti!agine di ratto *~. Recentemente, vm'q DEN B~m)E e Du CaJu m consigliano l'impiego di cartilagini di maiale di 160 giorni di et~. Nella nostra personale esperienza ~s, abbiamo impiegato il metodo di YDE ~aT, modificam da ALFOaD e Colt. *, al quale abbiamo apportato qu-alche vantaggiosa variante metodologica, quale, ad esempio, ]a riduzione de1 tempo di incubazione a 24 h, grazie all'impiego de[I'agitatore meccanico. Nella tab. 1 sono confrontati i metodi di dosaggio attua!mente pih impiegati. In considerazione del fatto che al SF vengono riconosciute mokeplici altre attivit~ (vedi okre), sono state proposte metodiche di dosaggio :4. ,~a che si basano su queste altre propriet~ della molecola, con risultati praticamente

autori

animale

otgano

precisione

range

ratto

2,5 - I 7 %

ipoiisectom]zzato

cartilagine costale

± 0,26

DAUGI-I,kDAY.~7 ALMQVIST

ratto ipofisectomizzato

car tilagine costaie

0,14"

2 - 17%

ratto intatto

cartilagine costale

0,20

5 - i5%

embrionc di po1io

cartilagine pelvica

0,20

5 -- 60%

e CoH, "

ra[to intatto

cardiagine costMe

0,18 (n = 50]

VAN DEN BRANDE

maiale

cardlagine costale

(n = 57)

SALMON ¢

YDE

tZ7

I'{ALL5a

ALmOnD

e DU CAJU m

GIox~No

e Col/. ~

ratio intatto

cartilagkle COS [~Je

0,15

0,10

5,6 o 11,3 -2,5 --

45,2%

20%

(n = 60)**

* Valere ottcnuto e!iminando saggi per ~_hri moti*vi non va]/di ** Valore ottenuto eliminando i valori aberrand osservad nelle singole t_dp!ette di ciascuna dose di siero ~tandard e test, L'analis{ " stats effetmata sulla casisdca aggiornata Tabe!& t

30

.

Memo& attualmente pi~ impiegad per i! dosaggio biologico del SF.

G,

G!ORDANO

II SF attiva piia latamente le sin:esi proteiche a livello del tessuto carlitagineo incrementa l'incorporazione di uridina nelI'RNA condrocitario incrementa l'incorporazione di aminoaddi netIe condrom~coproteine incrementa la conversione di prolina in idrossiprolina -

-

-

-

-

-

Ii SF s~.;.mota la replicazione di cond~ociti atfiva t'incorporazione di timidina nei DNA condrocitario

-

-

II SF manifesta effet~i insulino-simili - - compete con l'insuJ.ina per i rece~tori di membrana di adipociti, epatociti e condrochi isolafi stimola I'incorporazione di aminoacidi nel diaframma di ratto stimola !'uptake e la degradazione di g!ucosio nel grasso epididimario di ratto attiv-a le sintesi proteiche e la replicazione cellu!are di ce][u!e He-La esercita marcato cffetto antilipolitico -

-

-

-

-

-

-

-

Tabdia 2 - M~e azioni at~ribuite alia molecola di SF.

sovrapponibili. Metoclict~e decisamente pith sensibili sono state proposte recentemente ~: esse sDuttano la capacit[ del SF di legarsi a recettori speci£ci, in aggiunta a qudli che esso condivide con l'insulina (vedi pag. 53). Tuttavia, questo tipo di dosaggio non ~ attualmente disponibile a livello routinario. I1 riconoscimento de1 ruolo del SF ha indubbiamente fornito una interpretazione pi~ convincente circa l'esatta correlazione tra ormone somatotropo ed accrescimento somatico. In effetti, RABe~ 8~ riteneva che l'azione anticatabolica de]l'ormone, con brevi variazioni del bitancio energetico, fosse sufficiente a renderto un attivatore della crescita a lungo termine. Tuttavia, ristthava diflicile pensare che un ormone secreto a po~lssdes brevi ed irregolari potesse risuhare it controllore diretto della crescita, il modulatore di un processo lento e progressivo, quale quello richiesto per una ordinata crescita cellulare ~7. In questa prospettiva, il SF, venendo ad integrate l'effetto deIle pogssdes secretive di GH, pu6 rappresen~are convincentemente il sistema modulatore per la regolare crescita scheletrica. I1 SF, oltre ad essere il responsabile dire~to det!'accrescimento, potrebbe costituire ii fattore chiave de! meccanismo omeostatico tt'a tasso di crescita ed increzione somatotropinica ,_05e, sotto questo punto di vista, potrebbe infiuenzare l'ipotalamo modulando ia secrezione di GRF (Growth H o r m o n e Releasing I %. Factor) e / o di GIF (Growt.b H o : m o n e Inoaba~ang Facior) in risposta a vari sdmoli (vedi ohre), Ma gli studl pi~ recenti hanno portato a stabilire che !a mo!ecola che reatizza l'at~ivit~ sol~atante manffesta in rea!t,~ azioni moheplici e comp!esse (tab. 2). In effetti, il SF attiva pi~, latamen~e Ie sintesi proteiche a liveIlo della cartitagine, come attestato da!l'incrementata incorporazione di uridina nelI'RNA con&ocitario 9s e di aminoacidi netle ~ondromucoproteme ~ • ~a e delia conversione di protina Lq idrossiprolina za Inohre, it SF costittEsce un potente stimo!o per ba repticazione dei con&ocifi, come dimostra l'attivazione dell'incorporazione di eL*nidina merca~a nel DNA di siffatr.i eleme±nfi 2~.,= 51

LE SO£iATOMEDINE. S~GNIFICATO E PROSPETTIVE

La sintesi dei condroitinsolfato e de1 collageno sono espressione di dit~erenziate capacit~ biosintetiche del tessuto cartilagineo, mentre l'incorporazione delia timidina nel DNA riflette la proti~erazione condrocitaria. ~2 evidente che l'accrescimento del tessuto cartilagineo si reatizza mediante l'attivazione contemporanea di questi processi. Vi ~ ragione di ritenere og~ che iI fattore che svolge l'attivit~ solfatante influenzi anche 1'uptake di timidina. In effetti, SF e PTF (Plasn~a Thymidine Factor) sembrano possedere le stesse caratteristiche-(eccetto la diversa stabilit.~ a pH 2,0) nelle procedure di estrazione (aeido-etanolica) frazionata e purificazione dal siero di acromegalici 11s.t,7 e probabilmente sono due attivit~ assodate in un unico peptide di peso molecolare 9.500-35.000 l~s. 1is Uheriori ricerche hanno precisato che le attivit~ SF e PTF sono recuperabiii in frazioni ptasmatiche (estrazione acido-etanolica) con un peso molecolate superiore a 3.900 ed ugna!e od inferiore a '12.400 117 probabilmente aggregate o legate ad una pib larga molecota proteica nel plasma intero. In nessuna delie procedure di frazionamento fi stato possibile dissociate le due attivit~. Se si tiene conto delle strette correlazioni che si stabiliscono in vivo tra G H ed insulina per qnanto riguarda le sintesi proteiche ,02 e del fatto che Ie azioni del G H possono essere mediate dal SF (vedi ohre), di estremo interesse appare lo studio di una possibile connessione tra SF e ILA (Insu[in-Like Activity), tn reah~, i contributi su questo argomento sono piuttosto searsi. L'ILA risuha ridotta nel siero di animali ipofisectomizzati so (fenomeno annulIato dall'apporto di GH) od ipofisectomizzati e pancreatectomizzati 10!. Inohre, I'ILA appare diminuita nel siero cli pazienti ipopituitarici e, per contro, aumentata in quetlo di acromegalici ~a"as, a~, ~5. Si ~ visto ancora che I'ILA aumenta nel siero dopo 4 h dall'iniezione i.v. di G H ~7 con un comportamento sovrapponibile a quello osservato per i! SF 5a. Uheriori studi harmo cercato di stabilire i rapporti intercorrenti tra SF e NStLA (Non-Suppressible Insulin-Like Activity) ed in particolare con la frazione acido-etanolo-so!ubile delia NSILA o NSILA-S (Non-Suppressible Insulin-Like Activity-Soluble) ~' 13, 33, ~, ~, 81..Come 8 noto, l'origine delia NSILA ed il suo ruoto biologico sono tuttora seonosciuti; sembra tuttavia da escludersi la sua origine pancreatiea a~' a~' a~' 8a D'ahro canto, esistono dati che postulano influenze ipofisarie sulla sintesi delta NSILA. Nelle procedure di isolamento de1 SF, Ia prima tappa ~ costimita datl'estrazione acido-etanolica ed in questo estratto, ohre alia attivit~ sol{atante ,,~8 si rinviene anche 1 _nsuhna e ta NS!LA-S ~I' t~' ~a' ~ Durante la purificazione de1 SF dal plasma di acromegatici si ~ constatato un comportamento sovrappombile tra SF e NSILA-S per quanto riguarda le dimensioni molecolari ed i va!ori di pK ~a, m, sicch4 si ~ pensato che il SF potesse essere identico alia NSILA-S. D'ahro canto, non ~ stato possibile separare I'attivit~ solfatante sulta cartilagine da qudla NSILA-S sul tessuto adiposo; inohre, la NSILA-S (preparata secondo Froesch) stimola l'uptake di timidina marcata nella cartiIagine costate di ra'~o ave l'incorporazione di ass nelia cartitagine di ratto e di po!lo as, ~a~ I[ recupero dell'attivit~ solfatante e di quella NSILA-S durante la purificazione da plasma umano ~ risuhato sovrapponib~e, corrispondendo, ad ogni tappa di purificazione, a 200 U di NStLA per ogni unit~ di SF. Pertanto, anche se attualmente non ~ possibile affermare che ii SF puri~cato costituisca un eomposto omogeneo i~s nd escludere deiinitivamente che 52

G. GIORDANO

SF e NSILA-S siano due polipeptidi con propriet~ fisico-chimiche simili, i dad disponibiti fanno ritenere altamente probabile che SF e NSILA-S siano attivith possedute da una stessa molecola as, s2 o per 1o meno cite il SF sin un componente della NSILA totale ptasmatica 10a A questo proposito, ricordiamo che una notevo!e quota di SF sembra costituita, nell'uomo sano, da un polipeptide neu~ro con peso molecolare di circa 7.000,0g. 1,7. ns, uguale a quello delle NSILA-S ~:' an, as tn base a quesd rilievi ed a quelli pi~ sopra riferiti circa !'impossibilitF, di dissociare SF e PTF, si pub ritenere attualmente che SF, PTF e NSILA-S costituiscano un'unica sostanza provvista di alto significato bioloNco. Recentemente, HzNTz e Co~. ~1 harmo dimostrato cbe il SF a concentrazioni fisiologiche compete con l'insutina marcata per i recettori di membrana di adipociti, epatociti e condrociti isolati. tl fenomeno appare molto importante, alla luce del concerto secondo il quale mohi e forse tutti gli effetti metabolid dell'insulina sarebbero legati all'interreazione deif'ormone con specifici recettori di membrana neEe cel]ule bersaglio ,s. ~s; h u n fatto che, anche ad ahe concentrazioni (40 ,~g/ml), vari ormoni (AC'I~, GH, LTH, vasopressina, ossitodna, glucagone) non sono in grado di competere con l'insu!ina per i siti teganti delle membrane ce]lulari degli adipodti e degli epatociti *s Anche nella placenta umana si h visto che, mentre GH, prolattina, TSH, gonadotropine, NGF (Nerve Growth Factor) an, EGF (EpideT"mal Grozoth Factor) ~o. ,o~, eritropoietina, es~radiolo, diidrotestosterone e PGE~ non competono per il recettore placentare per l'Lnsulina; l'insulina, la proinsulina ed iI SF sono risuhati effettivi compedtori per lo stesso recettore =2. SiccEd con ii SF si ~ ottenuta ta prima dimostrazione cbe un pepdde diverso dal]a insulina, daIla proinsulina e dai derivati insulinici ~ capace di competere con i siti legand insulinici, ci6 che implica una analogia strutturale tra SF e insutina stessa ~ L'a15nit5 per i recettori insulinici fornisce una spiegazione razionale dei marcati effetti similinsulinici d d SF ~0 Per quanto riguarda la degradazione de1 glucosio negIi adipociti isolati, 1 U di SF eqtdva!e a 20 bU di insulina, mentre ndla cartilagine costale il dosaggio della attMt~ solfatante (e deI PTF) ctimostra che 1 U di SF equivale a 30 b~U di insulina (HINTZ e Cog.: dad non pubblicad). i recettori adipocitarl (ed epatocitarl) dimostrano i~~. vit~'o una responsivit~ ai SF a concen~razioni di molto in{eriori a quelle normalmente presenti nel plasma iv v;.vo, sicced ~ scata sostenuta la possibi~t~ che i,a vivo siano operanti fattori che Iimitano l'interreazione del SF con i recettori di tessuti diversi da quelti cartiiaginei s~ interessante ritev~e i1 rapporto deIie ah~t-; receatoriaIi de1 SF e delt'insutina a !ivelIo delle membrane cellulari dei vari tessud. Mentre nella membrana actipodtaria ] i d di SF eorrisponde a 50 ".U ci] J~nsulina porcina, in quella epatccitaria corrisponde a 200 bU di insulina porcina e Ln qudla deIle ceIi~le placentazi a t30 bU di i~lsulina porcina

~'~" ta0, ~a, :s~

Pu~, essere interessante ricordare am_corn, per ci5 che concerne it tessuto adiposo, c,~e '" * ' lo stesso gruppo di AA. ,0: ~a ~:moscra:o come ann preparazione di SF umano parzialmente purifieato e non conteneate insu!ina produca & v~tzo una pro{onda inibizione della iipoiisi adrenalinica (va[utata su1Ia dismissione 53

LE SOMATOMEDINE. SIGNIFICATO E PROSPETTIVE

di glicerolo nel medium) su grasso epididimario di ratto. Analogamente, l'iniezione i.p. di SF 4 h prima del sacrificio del ratto provoca lo stesso effetto; anche in questo caso, l'azione d d SF ~ risuhata simile a quetla insulinica. Infine, pifi recentemente, si ~ visto che il SF si comporta ancora come l'insulina nei confronti del sistema adenilcidasi-AMP cidico. In effetti, il SF deprime i Iivetli basali di adenilcidasi nei linfociti e nei con&odd ~= ed inibisce inohre l'aumento dell'adenitciclasi provocato dalt'adrenalina sugli adipociti, dal paratormone sui condrociti e dalla PGE= sugli epatociti i= La competitivit[ tra SF ed insulma per uno stesso recettore offre una migliore interpretazione del!e relazioni tra grado di attivit[ somatotropinica e sensibilit[ all'insulina. Ad esempio, l'aumentata disponibilit[ di SF nell'ac.romegalia of~re una razionale spiegazione delle resistenze all'insulina che si constata in questa malattia; per contro, il ridotto livello di attivit[ solfatante pub giustificare l'esagerata sensiSilit~ insulinica che si riscontra negli stati ipopituitarid 120 Recenti ricerche sembrano dimostrare ancora che i condrociti 12~.,21. ~== e le cellule placentali v4, ohre ai recettori di membrana sui quali competono SF ed insulina, possiedono recettori specifici per l'attivit_~ solfatante. Data la squisita sensibilit~ di siffatti recettori, ~ probabiie che in situazioni fisiologiche il SF si leghi preferenzialmente a si~atti recettori specifici. In tal modo verrebbe offerta una interpretazione alternativa e pih convincente a! rilievo che, in condizioni normali, gli effetti insutino-simili del SF rivestono searsa importanza. Sfruttando appunto la specifica sensibilit[ di questi recettori, stato recentemente proposto, come si [ detto, un nuovo metodo di dosaggio del SF 7~ Alla luce di queste osservazioni si giustifica la proposta, ormai Iargamente accettata, di impiegare per il SF, in luogo di definizioni pih strettamente operative di questo fattore za il termine pih generale di somatomedina (Sin), dove la componente soma~o vuole sottolineare la relazione con it GH e soma indica l'insieme dei tessuti-bersaglio, mentre medi:va vuol significare che questo fattore media l'azione della somatotropina. Si ritiene attualmente c h e l a Sin, al pari di ahri fattori di crescita quali il NGF a= e EGF *~' ~ , faccia parte del gruppo di <> con differente specificit[ per l'organo bersaglio, ove per pleiotipici si intendono peptidi capaci di stimolare, nei rispettivi tessuti-bersaglio, reazioni caratteristiche di una rapida proliferazione cellulare sl Accogliendo la proposta di Ht~L~ e V~N WYK ~, tutti i fattori di questo tipo presenti n d plasma umano potrebbero essere defmiti e, somatomedine >>, qualora venga confermata la ioro GH-dipendenza. Si individua c o l un gruppo di <
G. GIOI~D A N O

denominazione

insu!ina

sede di origLne e di reperknen~o

pancreas

azione

penoenza

+

metabolismo filicidico

NSILA

legato

metabolismo gliddico e lipidico

"~

MSA

siero di vitdto

moitiplicazione cellutare (fibrobIasti di potlo)

?

NGF

g.hiandoia sotmman- crescha di cellule simpadibolare di topo ~iche

EGF

ghiandola sottoman- precoce apertura palpebrale nel topo d[bo[are di topo

e~itropo[edna

piasma e urine

stimolazione tropoiesi

simile

-c

+ 4-

.tO-

(~ ~i)

della eri-

.

?

( ~a ) ro+

somammedina A

p].aS1Tla umarlo

> SO4 (cartiIagine embrionale polio)

somatomed{na B

pIasma umano

> timidina helle cellule gliaE

&

+

somatomedina C

plasma umano

> SO~ -P dmidina (cardla£ne ratto ipofisectomizzam)

+

+

Tabdla 3 - Caratteristiche di un gruppo di Growth Factors. (D~u V,~.NWws: e Coll. ,~z mo-

d~r;cata.

I n accordo con il concctto di una pluralit,~ di £attori somatomedinici - sia pure nelFambito pi~ circoscritm di £atmri isolad con metodiche simili - , U T ~ 1~ ha recentemente suggerito di denominate somatomedina A iI fa> tore neutro responsabiie della soifatazione della condroitina nel c.6£'k cartilage bioassa~ e di riconoscere come somatomedina B quel fattore a d d o responsabile d'etla stimolazione delia sin~esi cli D N A nelle cellute g[ia-like umane ,:z, diverso dalla somatomedina A e dalta quale pu6 essere separato con ii metodo delia focalizzazione isoe!ettrica ,0~. VAN WYK e Coli. le~, ancora, hanno isolato un peptide basico ricco in arginina e contenente 50-60 awAnoacidi, responsabiie delia inco_~porazione dd sotfato nelia cartilagine costde di ratto ipofisectomizza~:o, che gi/ AA. chiamano somatomedina C per ~stinguerlo dai precedend, isolati impiegando metodi estrattivJ e di purificazione simi]i, ma differenti per quanto riguarda il dosaggio. P,estando a! gruppo deLie somatomedine in senso stret~o, delle quali intendiamo trattare ~n questa sede, riesce difficile conciliate l'identit~ ira NSILA-S ed attivit~ sol~aranze, r i p e m t a m e n t e dimostrata, e l'esistenza di tre distLnte Sm (A, B, C) ottenute da gruppi di ricercatori diversi ma con procedure m o h o simili. Sul piano pra~ico, inohre, sembra che i risuhati

LE SOMATOMEDINE.

SIGNIFICATO

E PROSPETTIVE

risposte metaboliche GH

Sm

msutina

incorporazione di aminoacidi

st'h-notazione

stimolazione

stimolazione

trasporto di AIB

stimolazione

stiraolazione

stimolazione

trasporto di 3-OMG sensibili~ alla p~xomicina

stimolazione

stimolazione

stimolazione

1

latenza dell'azione sensibilh~ alta teofilIina

sl 30 mhl sl

I10

no

10 rain

5 rain no

I

Tabelia 4 - Comportamento di alcune risposte metaboliche deI diaframma di ratio sottoposm in v;,tro all'azione di GH, insulina e preparati di Sm umana. (Da: KosTYo e Coil. :~, modificata).

ottenuti con i1 metodo proprio delta Sm A siano confrontabiti con quelti ottenibili con iI metodo proprio della Sm C (tab. 2), sicch4 anche sotto tale aspetto appare diNcile sostenere che si tratti di {attori distinti. evidente l'interesse di tutta questa problematica, la quate lascia intravvedere sviluppi sempre pih affasdnanti e complessi che, a ~udicare dall'incalzante ritmo delle ricerche in questo campo, possiamo ritenere prossimi. In considerazione delle moheplicit.a ddle azioni riconosciute dla molecola somatomedinica, si ripropone la questione gi~ accennata, se cio,~ gli stessi effetti anabolici che il Gt-I svolge a livello di tessuti extrascheletrici sia~_o anch'essi mediati dalla Sin. In reah~, esiste una vasta docmmentazione del fatto che il G H agisce direttamente, f~,, vitro, stimolando i processi anabotici nel muscolo scheletrico, nel {egato, nel tessuto adiposo e nel cuore 70 Successivamente, s1 ~ visto che preparati parzialmente purificati di Sm sono in grado di stimolare il trasporto di aminoaddi e la sintesi proteica (incorporazione di leucina marcata nelte pro~eine) nel diaframma isotato di ra> to 57. ~, l'atptake e la degradazione de1 glucosio nel grasso epididimario di ratio ~8, la sintesi proteica e la replicazione cetlutare di cellule He-La 100 In contrasto, studl pi~ recenti hanno documenrato che, dopo t'iniezione i.v. di G H in ratti ipofisectomizzati, si registra un drammatico aumento delle sintesi proteiche nel muscolo e nel legato, prima che si realizzino variazioni dei livelli circolanti di Sm ~9. La questione ~ stata riesamLuata mediante stucli it'~ vitro, nei qua]i b. stata con{rontata l'e/~icacia di GH, insulina e preparazioni parzialmente puriiicate di Sm nei confronti dell'incorporazione di Ieucina marcata, deI trasporto aminoaddico (con acido ~-amino-butirrico o AIB) e del trasporm glL cidico (con 3-o-metilglucosio o 3-OMG) (tab. 4). t~ dimostrano che in reak-~ ta Sm ~ D uo ~ stimolare le sintesi Questi stuc,1 proteiche e it trasporro di aminoacicti e dt glicidi; questa risposta appare di 56

G. G I O R D A N O

ampiezza sirnile a quella ottenibile con preparazioni ahamente purificate di G H 70 Tuttavia, sussistono atcune differenze di comportamento: ad esempio, per quanto riguarda il trasporto degli aminoacidi, l'azione della Sm mima quella insulinica piuttosto che quella de1 GH, risuhando pih rapida e non bloccata da un pretrattamento con puromicina, he" & sensibile agli irfibitori della ~osfodiesterasi (teofillLna) ~0, ,J. Resta comunque da accertare se queste azioni possono essere attribuite direttamente al SF, che rappresenta solo una parte del materiale peptidico contenuto nei preparati di Sm impiegafi in quesm esperie~e. La problematica riguardante la Sm diventa sempre pih complessa ed avvincenm. Gli studl cl~.SaL>aON '~' 9~ harmo ad esempio messo in evidenza che nel siero di ratti ipofisectomizzati ~ presente un fattore non dialLzzabile, termolabile, inattivabile con l'incubazione tripsinica, e quindi verosimilmente di natura peptidica, che inibisce i'attivit~ somatomedinica a tivello cartitagineo. Siffatto ~> ~ in grade di mascherare i'azione della Sm presente in quandt~ ridotta n d siero di ratto ipo~sectomizzato. S.SLMON9~ ritiene c h e l a compromessa soKatazione della cartilagine che consegue all'ipofisectomia (e, quindi, nei soggetti ipopituitarici?) dipenda, oltre che dalla deficie~a det sistema GH-Sm, anche dalta azione negativa ese> citata clall'inibitore. L'A. prospetta un ruolo fisiologico di siffatto inibitore: esso potrebbe cio~ essere responsabile, a livello d d bersaglio cartilagineo, di una riduzione deIte sintesi di proteoglicani pi~ rapida e profonda di quella che conse~firebbe al!a semplice caduta de1 iiveI!o somatomedinico. tnohre, il fat.tore inibitore potrebbe essere (in evidente ahernativa con le ipotesi gi~ formulate) il responsabite delia limitazione delI'azione insulinosimile della Sm nei tessuti diversi dalla cartilagine. Per quanto riguarda la sede di sintesi delle Sin, attualmente prevale la opinione che essa sia locMizzata he! legato, in effetfi, la perfusione 92 legato di ratto con medium contenente G H bovine comporta il netto aumento di Sm nel liquido di perfusione 7~, v~ tnoltre,& state dimostrato che anche Ia incubazione di fettine di legato di ratto con G H bovine comporta aumento de!la concen~razione di Sm nel m e d i u m ~ Secondo McCo,~Ao~EY e i"~/~tJLLERvv ~ necessaria una esposizione piuttosto prolungata del legato all'azione del G H prima che venga indotta 1%> tivit~ solfatante, la oai sintesi persiste perahro anche dope la sospensione detl'infusione somatotropinica. Per centre, VAN WYK e Coll. ~= riferiscono che, in esperienze condotte su legato perfuso di ratti ipofisectomizzati, gi~ dope 10 mL,a dalI'introduzione Jd G H nel sisr.ema si veri~ca un aumento dell at_lvita somatomedLuica, che taggiunge it masslmo va!ore dope 90 rain daI!'aggiunta dell'ormone. II legato di animale aduho ~ meno responsive al G H del legato di ra~to giovane h~atio e ipofisectomizzato, m accordo con ahre esperienze ~a che d2mostrano come l'incorporazione di selfato marcato sia maggiore nelle carfi!agini di ratti giovani. In sintesi, gIi argomenr.i pih significativi a favore de!l'origine epatica della Sm (SF) sembrano essere i seguenti ,.08. 57

LE S O M A T O M E D I N E .

SIGNIFICATO E PROSPETTIVE

riduzione del livello di Sm nel siero di animali sottoposti ad epatectomia parziale; -

-

dimostrazione che tale riduzione ~ dovuta alla effettiva scomparsa eli Sm e non alia presenza di sostanze(a) inibitrici; -

-

la scomparsa dal plasma di Sm in siffatte condizioni avviene con una emivita di 3-4 h, simile a quella osservata dopo ipofisectomia nella stessa specie animale 2~ -

-

Per quanto riguarda ancora le esperienze su {ettine di legato cli ratto incubate in presenza di G H bovino, merita di essere ricordato it fenomeno della caduta del Iivello somatomedinico nel re;edium dopo il raggiunto picco 76 Per spiegare questo fenomeno, si postula il ruolo di proteine (o proteina) inibitrici, sempre prodotte dal legato, le quali sono state dimostrate a varl livelti della procedura di purKicazione ~08. UTH>m ~0s prospetta anche un'attra ipotesi, secondo la quale la caduta del livello somatomedinico n d m e d i u m sarebbe dovuto a modificazioni fisicochimiche (formazione d/polimeri?) della molecota della sostanza attiva. Tuttavia, il problema della sede della biosintesi della Sm non pub dirsi risolto, dato che anche le fettine di rene di ratto incubate con G H sembrano in grado di produrre attivitk solfatante 77. In altre esperienze, tale attivit~, in concentrazioni superiori a quella plasmatica, h stata ritrovata anche negli estratti acquosi di muscolo e di cervello di ratto ~' ~5, senza che si possa comunque affermare che tall organi siano in realt~ sedi di produzione della somatomedina. Allo stato attuale mancano dati sull'intimo meccanismo della sintesi somatomedinica: in particolare, non 6 possibile stabilire se si tratti di una sintesi ex n o v o nel legato, oppure se la Sm non sia che un frammento della molecola di G H e se, infine, i! G H in qnalche modo non possa convertire Finsulina in Sm 12_~ Alcuni AA. hanno sottotineato i'importante ruolo dei microsomi epatoeitari: infatti, incubando microsomi di cellule epatiche in presenza di dosi farmacologiche di GH, si ~ ottenuto neI sovranatante un aumento del contenuto di Sin, che l~a inizio dopo 30 rain dall'aggiunta dell'ormone e raggiunge i] livello massimo dopo 1-4 h, pari al t 0 0 % rispetto a quello di controllo ~ Per quanto riguarda il comportamento della Sm in differenti specie animali, h stato ctimostrato recentemente c h e l a cartitagine costale di ra~to e di scimmia e quella articolare di maiale e di uomo mostrano una sovrapponibile responsivi~ - sia pure con qualche differenza - nei eonfronti de!l'effetto di siero di uomo, scimmia, maia!e, cavallo, hue e ratto. Per contro, 11 plasma di piccione svolgerebbe un effetto ird.bitorio e quello di pesce nessun effetto ~_4,~5 Sembrerebbe pertanto che le rispos~e inter-speci~che a!ta Sm siano meno restrittive di quelle inter-specifiche al GH, ci6 che porta a ritenere la speciespeci_{icit~ del G H limitata alia fase di induzione deila Sin, mentre esctuderebbe tma specie-specit~cit~ della Sm indotta ,_~4oD'aItro canto, il rilievo che !a cartilagLne umana ~ responsiva a somatomedine provenienti da diverse specie cli mammiferi laseia intravvedere la possibilit.~ G~tura di terapie con somatomedina ricavata su vasm scala da specie non umane lt~ 58

G. ~0RDANO

Primi contributi segnalano possibilitff di controllo, da parte cli alcuni ormoni, sulla sintesi GH-dipendente di Sin. In particolare, WmDEMANN e SCHWARTZ~24 hanno dimostrato che l'apporto di estrogeni riduce prontamente i'elevato livello di Sm neli'acromegalico, senza in~erferire sulla concentrazione somatotropinemica. Inoltre, i'estrogeno impedisce t'aumento della Sin indotto in soggetti ipopituitarici dall'iniezione di H G H , mentre non h in grado di interferire in vitro sull'attivith della Sm a livel!o delia cartilagine. Tutto ci8 porta a localizzare l'azione degli estrogeni a livello della sintesi somatomedinica. In effetti, l'estradiolo, mentre non h in grado di interferire con l'azione ddta Sm sul!a cartilagine in vitro, i±bisce la generazione somatomedinica indotta d d GH~a. Analogamente, per quanto riguarda ii cortisolo, si ~ visto che l'ormone in grado di inibire la generazione di Sm in ratti ipofisectomizzati trattati con GH, ma non ]'azione diretta delta Sm sul!a cartilagine ~a. a4 I1 testosterone, infine, non sembra in grado di interferire nd sull'azione n~ sult'induzione delia Sm sa Vengono ora in discussione i rapporti cronologici tra stirno]o somatotropinico e comparsa he1 siero ddla Sin, in campo sperimentale e clinico. Si visto che cimentando ila vitro siero di ratti ipofisectomizzati sotmposti ad infusione con GH, prelevato a varl momenti dall'inizio del trattamento, l'attivit~ solfatante compariva tra la 2* e la 6 ~ h dall'inizio delI'in~sione di GH, raggiungeva i valori pih elevati (96% rispetto all'attivit~ solfatante del siero di ratto ipofisectomizzato ma non trattato) entro le 12 h e si manteneva su tall livelli anche dopo 24 h dalla somministrazione di G H = Recentemente, si ~ visto che I'iniezione i.v. rapida di 4 mg di H G H in un soggetto (donna) ipopituitarico ha provocato l'aumento della Sm - non valutabile durante ta 1~ h in coincidenza dei picco somatotropinico a distanza di 3 h, quando praticamente I'HGH iniettato non era pih dosabile. I1 live!lo somatomedinico ~ rimasto elevato per 24 h sa. tI fenomeno ~ stato cor~ermato in al~ri 7 soggetti ipopituitarici sottoposti al carico acuto i.v. di 2 mg di H G H sa Nessuna correlazione ~ stata dimostrata tra i valori di Sm ed i corrispondenti live!li di H G H , insulina e gluc o s i o ~a

Anche nel corso di trattamenti prolungati con H G H ~,0,2-0,4 mg/kg per settimana) di soggetti iposomici ipopituitarici, delia durata di almeno due anni, i'a~tivit~ soJ_fatante sierica, bassa all'inizio, ~ signkficativamente aumenrata durante il trattamento 5~. 5.- ~ stato possibi!e cogtiere una correlazione tra concentrazione di S m e tasso di crescita. In questi p~ienti, I ' H G H esogeno ha dimostram nel tempo una decrescente capacit'~ a mantenere elevati questi due parametri so La nostra personale esperienza 4e, ~ conferma ta validit~ de! test di induzione somatomedip_ica dopo carico acuto c~ H G H , d.~ espletarsi in tutti i casi di iposomia GH-dipendente, Ci6 non solo per tma migIiore precisazione diagnostica, ma anche per una pi{~ sicura selezione dei casi che potranno beneficiare della terapia ormonale sostitudva In effetti, pu6 talvolta 4~ verificarsi il caso che un soggetto con le caratteristiche cliniche ed ormono!ogiche ( H G H basso, Sm bassa) proprie delta fposomia <
LE SOMATONIEDLNE.

SIGNIFICATO E P R O S P E T T I V E

medinica al test di induzione con H G H . Siffatto comportamento fa prospettare sia ta possibilitk di carenze intrinseche dei sistema somatomedina--induttore, sia quella di interferenza da parte di fattori inibitori sG. PuS essere interessante ricordare che nelle iposomie da emotional deprivation, accanto alla deficienza di H G H si riscontra deficienza di Sm :~. Orbene, in qnalche paziente coesisteva una malnutrizione, che ginsfiKcava appunto Fintervento di inibitori dell'attivit~ somatomedinica. In una sif[atta evenienza, appare verosimile una risposta negativa al test di induzione. D'altra parte, ]'applicazione del test di induzione risulta utile anche nel discriminate quei casi di iposomia GH-dipendenti con valori di H G I t ai limiti bassi delia norma e con livelli di Sm non diversi da quelli &e si possono rilevare in iposomici costimzlona]i ::< in questi casi, Io studio del rapporto dose-risposta (tra logaritmo delia quantit,a di G}-I somministrato e livelto somatomedinico) pus fornire qualche utile dato discriminativo, nel senso che l'aumento delle concentrazioni di Sm negli iposomici costknzionali risuherebbe meno evidente. Se appare indubbio che l'attivit~ somatomedinica riflette nella maggior parte delle situazioni la secrezione di GH; se, in altre parole, sembra esistere tm parallelismo di comportamento di questi due parametri negii opposti stad pltmtar:c:: riduzione negIi ipopituitarismi, aumento delI acrom%alia; tuttavia sono note dissociazioni nelle reciproche relazioni delia somatotropina con la Sin, che ribadiscono le incertezze sulla genesi di quest'ultima :a. :9 Abbiamo oggi la prova sperimentale della induzione di Sm in assenza di GH. Gli stud] di M/2LZZR e REED 8o dimostrano che, a seguito dell'infestazione di ratti, topi e criceti con ]arve plerocercoidi o <> di un cestode, la Spirometra mansonoides, si nota un aumen:o detle dimension e del peso degli animali infestati, e sicuramente un aumento deli'accrescimento scheletrico in ratd ipofisectomizzati ed ipotiroidei. I1 tipo di accrescimento che si reaiizza per azione delt'infestazione corrisponde strettamente a quello indotto da iniezioni di G H in aNmati ipoiL sectomizzati, con Ia sola eccezione della temporaneit~ deli'azione, la quale si esaurisce dopo 4-6 settimane dail'awenuta infestazione 94' ~oa A questo punto, una reirffezione non ~ in grado di assicurare una nuova fase di accrescimento. D'altra parte, h stato dimostrato che il plasma di animale ipofisectomizzato ed infestato, prelevato durante ta fase di attivato accrescimento, ~ in grado di favorite ta crescita di ratti ipofisectomizzati e non L.~estati. Tale siero risuka pih potente de1 siero di ratto intatto, ed ~ su~ciente iniettarIo ad intervalli di 5-t0 giomi per asskurare la sua azione ~0~.:04 I1 siero attivo di ratto ipofisectomizzato ed infestato non condene G H radioimmunologicamente dosabi!e a9 o sostanze che reagiscano in via crociata con il G H :~. Si deve trattare di u_n fattore presente speci~camente solo neg!i << spargana >> di Spirome,.'r~ 1nansonoides, infatti, non ~ prodotto da attre specie strettamente affini e non ~ rinvenibile negli estratti della ~orma adulta della tenia, ma solo nei medium di <> tenure in cohura :n~, Siffa~o Sparganu,,n Growth Factor :~' :o4 o Worm Factor ~7 induce Ia comparsa, nel siero di ratto ipofisectomizzato, di Srn, in concentraziom pari a met~ o due terzi di quelle riscontrabili ne! siero di ratto normale a~ Una taIe concentrazione ~ Sin, che risuha alt'indrca intermedia, tra cmella del60

G. GIORDANO

l'animale ipofisectomizzato e quella delt'aDimale intatCo, ben si correla con ii tasso di accrescimento degli animali ipo~sectomizzati ed ir~estati ~. il W o r m Factor risulta rnolm potente in vfvo: 0,1-0,5 ml di siero at cll stimolano l'accrescimento de1 ratto ipofisectomizzato; a dif[erenza del GH, il W o r m Factor manifesta un effetto che persiste per circa due settimane dopo la sua ultima iniezione 9a. Come si ~ detto, l'azione di questo fattore si esaurisce, nelt'animale infestato, dopo 4-6 settimane, per la comparsa di anticorpi anti Worm Factor. Tuttavia, tall anticorpi non neutralizzano la Sm in vitro. 1~ interessante notate che l'accrescimento di ratti intatti non si mod'_'.fica virtuaimente, a seguito di una infestazione con <~spargana >>=' ~. In questi animati ~ stata documentata di recente s7 una marcata riduzione del volume ipo~sario e del contenuto in Gt-I dell'ipofisi, dopo tre settimane dall'infestazione. Contemporaneamente, la concentrazione di Gift nel siero ~ risultata pSh bassa che di norma. GIi studd condo~ti in vitro sulIe ipo£si di questi animali hanno dimostrato che il ridotto contenum in G H ~ dovuto ad una diminuita sintesi deIl'ormone, probabilmente per una riduzione del G P ~ e per un'azione inibitoria diretta sull'ipofsi. Per l'interpretazione d d fenomeno viene avanzata Fipotesi che il Worm Factor svolga presumibilmente una azione GH-simile sull'ipotalamo e sull'ipofisi, e realizzi quindi un controllo a /eed-ba& negativo sulla secrezione dell'ormone ipofisario. D'altro canto, non pn~) esdudersi che una quota dell'inibizione possa essere esercitata dalla Sm indotta. Per quanto riguard3 l'uomo, un problema estremamente interessante, e per molti aspetti tutmra non risolto, h rappresentato dall3 dissociazione, osservata da atcuni AA,, ira assente risposta delI'HGH ai varl tests cli stimolo e persistenza eli accrescimento somatico. tn effetti, sono note riprese ddta crescita paradossalmenm accelerate (catch-up growth) o con un normale tasso di accrescimento, dopo ablazione di mmori ipofisarl ed juxtaipofisar~ (in partico!are eraniofaringiom_i), in assenza tota!e di risposte somatotropiniche ai varl stimoli ~a' aa. 4a, sa. ~. ~. ~:. ~8. ~, ~a, oppure riprese spontanee de11'accrescimento in corso di ipopituitarismo non neoplastico ~"~.8 !l fenomeno pub trovare spiegazione nella possibiie induzione delia Sin, par in presel~a d4' una compromessa secrezione somatotropinica ~.0.as, a2. ~. ~_~, oppure nel ruolo suppletivo, nei confronti delI'HGH, della prolattina, la cui secrezione risuherebbe svincolata da! controllo inibitorio clel PIF (Ps'dactin Release-fnhibiting Factor) 7. In effetti, 13 Sm ~ 3pparsa ta!voha presente, sh~ p ~ e ai limit,'_"inferiori ae~ia norma, m alcun~ casi 2,. a,., e~. m Si por.rebbe ipotizzare che in questi soggetti siano su~denti i residui minimi livelli di H G H per assicurare l'induzione somatomeclinica; questa ipotesi risuha tuttavia poco probabile, dal momento che nell'ipopituitarico si riieva pressochd costantemente la presenza nel plasma di minime quantit~ di H G H , ma con livelli somatomedinemJd invariabilmente depressi ~o Veto ~ che non si pub a priori escludere, nei soggetti affetti eta ipopituitarismo icliopatico, la possibilit~ di una anomalia qualitativa - non immunoIogica - delI't-IGH. Pertanto, ~ stata prospe~tata l'ipotesi che a]rri fa~tori mttora indefia-dti, dbversi da11'HGH, possano essere imp!icad nei processi ddl'accrescimento e &ti'induzione di Sm 2~. 6t

LE SOIVIATOMEDINE,

SIGNIFICATO E PROSI~ETTIVE

In particolare, K~N~IY e Colt. s0 ritengono che l'iperinsulinismo, scatenato a seguito delia (o parallelamente alia) ipervoracit5 (per lesioni dell'ipotatamo ventrate), possa svolgere un ruolo net determinismo de1 catch-up growth, in via diretta o, sulla scorta delle allettanti considerazioni pi~ sopra espresse, partecipando alt'induzione somatomedinica. Tuttavia, iI problema costituisce put sempre un mistero, dato che in altri casi 6. 120 it ~enomeno dell'aecrescimento ~ stato osservato anche in presenza di liveili bassi od indosabili di H G H e di somatomedina 1~,8 Nelle prospettive dei rapporti tra S m e NSILA-S discussi precedentemenre, abbiamo studiato il comportamento della Sm in un gruppo cli soggetti obesi sottoposti a dieta fortemen~e ipocalorica 4z. 1~ noto infatti, dalle esperienze di F~o~scH e Coll. ~a, che nei soggetti obesi il digiuno prolungato (8 giorni) costituisce l'unica condizione capace di determinare un significativo aumento deUa NSILA plasmatica nelt'uomo. I da~i ottenuti (tab. 5) sembrano climostrare che, in un campione di soggetti obesi sottoposti a dieta fortemente ipoealorica, la somatotropinemia tende a ridursi, restando tuttavia confmata ai limiti bassi della norma; in accordo con i dad della letteratura, I'IRI ~ risuhata in media ai limiti ahi della norma, infine, la Sm ha presentato un significativo aumento praticamente in tutti i casi esaminati. In termini di valori percentuali, l'aumento somatomedinico, calcolato sui valori medi eli ciascun soggetto, ~ risuhato pari al 1 2 4 ± 1 1 9 % rispetto ai valori di base (p ~ 0,01); calcolato invece in percentuale tra Ie medie dei due gruppi di soggetti, prima e dopo dieta, esso ~ risuhato pari al 79,9%. A noi sembra particolarmente importante rilevare che FaO~SCH e Coll. a3 hanno riscontrato in 5 obesi un aumento medio della NSILA pari a11'89% (p <~ 0,05), dopo cligkmo di 8 giorni; sicch~, put Ln assenza di controprova, costituita dal comportamento della NSILA nei nostri soggetti, appare ahamente probabile ehe !'aumento della Sm da noi constatato rifletta un parallelo aumento della NSILA, a conferma della possibilit~ che le due attivit~ siano contenute in una stessa molecola. Se confermati, questi dad fanno prospettare l'evenienza di una nuova dissociazione ~ra comportamento di H G H e Sm nei soggetti obesi. L'interpretazione cti ques~o sLngolare fenomeno non ~ agevole: esso sembra mttavia riproporre l'intervento di fattori diversi nell'induzione della S m e la possibi~t~ eli una correlazione a [eed-back negativo tra S m e H G H . I1 fenomeno ~ stato rflevato anche da w~N DEN BRANnE e nu CAju ~-'"in bambini obesi, nei qu.ali il livello di Sm risuhava normale, in contrasto con i diminuiti valori di HGH, Accanto a siffatte simazioni, in cui si nota la dissociazione tra G H ridotto e Sm presente e/o aumentata, ahre se ne annoverano, del tutto opposte, in cui si pub dimostrare aumento di IR-GH ed assenza di generazione di Sin. E, ad esempio, la situazione che si verifica nel nanismo geneticamente trasmesso che colpisce ebrei orienta!i, descritto da LAaON e Coil. 7~, v-~ Si tratta di malattia trasmessa con carattere mendeliano recessivo, che presenta clinicamente tutti i caratteri del nanismo ipopimitarico, ma con concentrazioni normali o spesso elevate di H G H nel plasma, in questi soggetti la Sm ~ sempre bassa, in concentrazioni uguali a qudle rinvenibili nel plasma di soggetti ipopituitarici ~7, ~,.., e l'apporto di I-IGH esogeno non produce l'aumento di Sin, sicch4 Io sviluppo statarale sotto cronico trattamento 62

G. GIORDANO

peso indice sog~ geCkO Lore.~tz

(kg)

I prima

I

HGH t ( ng/ml )

8n! (U/M)

IRI (!~U/ml)

dopo prima dopo. prima

dopo

dopo

Hmit[ fiduciaii

. ,90-10,96 0,26-1,06 1,35-1,73

5,72 2,34 3,03

i,95-16,82 [ 1 75-~ a9

0]95-1,65

2,02

l~miti prima t fiduciaii

J

C.~.. L.G.

+ 4855

M. C, Z.D, B.R,

+ 80~

B.C.

G.R. L.A. P.L.

~- 66% + 64%

73,600 87,700 95,700

~50,800

-'- 8096 14,800 + 59% 83,80A -- 57% 86.600 + 80% 985500 ÷ 8095 165,200

71,700 84,000 91,600 139,900 !t0,000 69,700 84,900 93,400 156,600

1,25 1,60 i.02 1130 0,80 2,36 3,40 2,50 1,40

0,74 0,55 0,21 0,00 0,00 1,18 i,65 1,50 1,25

11,50 9,40 40,33 16,25 15,15 22,00 17,50 31,00 24,00

7,60 15,00 49,00 64,00 21,03 29,50 31,00 34,00 31,00

4,56 0,53 1,53

1,19 1,25 0,87 0,50 1,44 0,71

o.9>1,55

0,76-0,99 0,45-0,56 1,19-1,75 0,6~0,79

3,13 1,23 1,99 2,04

1,134

£g5-4>i t

2,27-4,32 ) 1,62-2,51

1,19-1,28 1,49-2,66 1,77-2,33 0,92-1,18 ]

l ~D p

1,74 0184

0,80 20,79 0,65 9,68 <0,65

31.35 17,05 n.s.

!,05"

0,52-2.1l "

2,07* !,10-3,95 <0,05

* Media deEe medie. Cdcolate in base ai valori singoli (senza tener conto dei ]irniti fiduciali), risuha rispettivamente pari a 1,39 ± 1,24 U / r o t p r i m a e a 2,50 - 1,39 U / m l d o p o la dieta, con differenza statisficamente sempre significativa (p < 0,05) 5 - Cornportamento della Sin, d e I ! ' H G H e del_FIRI in soggetfi obesi sattoposti a dieta fo,_ternente ipocalorica.

Tabelda

soma~otropinico ~ nui]o. In tale situazione sembra pertanto evidenziarsi un difetto del sistema induttore della Sm (a livel!o del fegato?), mentre testa da precisare la normatit~ biologica delI'HGH circolante ,7. Per parte nostra, abbiamo avuto occasione di rilevare una dissociazione di questo tipo in un campione di neonati. /~ noto che nei neonati si riscontra una somatotropinemia elevata, seppure con ample oscitiazioni. I1 nostro gruppo ~' ~s ha confermato, dapprima su un gruppo ristretto di cad 45 e quindi su ua complesso di 91 neonati 4:, un livetto medio di HGH pari a 36,50+26~10 ng/ml con u~.a differenza statisficamente non significadva tra i due sessi, Su 16 neonari ~ stato condotto in parallelo uno studio del comportamento delta Sm e delI'HGH su campione di sangue pretevato dal cordone ombelicale. Come si pu6 rilevare da!1a tab. 6, in questi soggetti si ~ constataro, accanto ad una somatotropinemia media di 41,17--24,26 ng/m!, un livello di Sm pari a 0,59~0,,13 U/ml. QuesCuhimo valore ~ risultato nettamente abbassato, con una differenza statisticamente significativa rispetto a que!lo rilevabile in soggetti normali ( 1 , t 6 1 0 , 2 8 U/ml) 4~, In un gruppo pi{~ ristretto di casi (6 soggetti) ~ stato dosam in paraltelo il comportamento della. Sm netla madre e nel rispe~tivo neonato. Come si pu~ osservare dal!a ~ab. 7, esisre una sicu_ra differenza tra i! tivello di Sm riscontra~o no! circolo sistemico della madre (nei timiti del!a norma) e quello presente nel sangue del cordone ombelicale (costantemente basso in ogni singoto cam e come valore medio). Siffatto comportamento sembra esciudere la possibilith di un trasporto transplaceneare madre-feto della Sin. Disagevo[e appare l'interpretazione deI comportamento dei due paramecri (HGH, Sin) net neonato; per quanto riguarda I'HGH, ~ fad!e escludere 63

LE SOIVIATOMEDINE.

Ilome

sesso

M F F F F F M tv F M M M M M M M

B.A.

G.N. P.A. M.O. M.A. D,A. M.I. R.U. S.A. G.A. P.I. T,O. L.D. M,A. F.A. C.A.

svilnpp, (settimane)

SIGNII=ICATO

E PROSPETTIVE

peso

(kg)

%

41 34 39 38 33 40 40 42 39 38 37 41 38 39 34 39

3,500 2,370 3,85O 3,100 2,600 3,800 3,150 3,250 2,930 2,900 3,300 3,350

92,22 112,85 120,31 103,33 136,83 115,15 92,42

4,250 2,200 3,450

91,15 96,96 122,22! 93,50 1!6,66 132,81 104,76 107,81!

38,25 2,62

3,219 0,540

108,00 I5,27

Sm (U/m1)

limiti fiduciali

29,50 18,50 34,50 90,00 33,50 82,50 49,0O 66,25 33,40 25,20 14,00 35,00 71,50 76,50 44,00

0,53 0,64 0,45 0,44 0,78 1,84 0,21 0,67 0,82 1,07 0,84 0,37 0,22 0,20 0,18 0,25

0,31-0,92 0,42-0,96 0,34-0,60 0,34-0,57 0,62-0,98 1,07-3,17 0,14-0,31 0,53-0,88 0,65-1,04 0,82-1,40 0,61-1,15 0,30-0,46 0,14-0,37 0,12-0,33 0,10-0,31 0,17-0,28

41,17 24,26

0,59 0,43

15,35

85,52

3,500

I-tGH (ng/ml)

i 5~ SD

i

Tabella 6 - galori di HGH e Sm (con limiri ~duciali al 95%) osservati in 16 neonan.

possibilit'a di reazioni crociate tra H G H e somatotropina corioNca (HCS o & pertanto evidente che l'elevato livello di H G H nel plasma neonatale rispecchia un normale aumento delI'ormone drcolante.

H u m a t a Choriomic S o m a t o m a T v r a o t r o p i t ~ ) ~.o.~o, ~. ! =

madri

neonati

nolT~e

Utr~

t'~iti fiducialt

g,O,

0,73

0,6t-0,87

0,22

M.A.

0,80

0,67-0,97

0,20

0,12-0,33

F.A.

0,84

0,69-1,02

0,18

0,10-0,31

C.A.

0,79

0,62-1,00

0,25

0,17-0,38

limiti fiduciali 0,14-0,37

M.A,

1,18

1,04-1,35

0,78

0,62-0,98

T.O.

0,99

0,98-1,01

0,37

0,30-0,46

0,89 0,17

SD p

0,33 0,23 < 0,01

Vatori di Sm (con iimii fiduciali al 95,%) osservati in 6 neonati e nelie rispettive madri. TabeIIa 7

64

-

G. G I O R D A N O

Sorprende, perahro, il riscontro negli stessi sogge~ti di un basso tivdto di Sin: si realizza cosi un aspetto dissociate tra il comportan~.en~o delt'HGH e quello della Sin. Mancano netla letteratura dati che si riferiscano alia concentrazione plasmatica di Sm nel neonate, mentre, per quanto riguarda il lattante, sono stati riscontrati valori ugualmente bassi e sovrappombi]i ai nostri ~. Secondo A~-MQVIST e Ru~,T 2, la Sm testa ancora bassa i~q soggetti di 4 anni [0,59__ 0,0.~ U/rnl (SEM)] e si normatizzerebbe in bambini di 8 anni [ i , 2 0 ! 0 , 1 5 U/ml (SEM)]. Se si tiene conto che nello stesso lasso di tempo la somatotroph~emia si abbassa sine a va!ori considerad normali per i'adutto ~0, ~.5, appare interessante ritevare il comport.amento incrociato di questi due parametri durante la prima eta della vita. tn via ipotetica, siffatta dissociazione indica probabilmente ehe !a normalizzazione del ]ivetlo bas~fle di G H nel corse dei primi anni di vita ~ conseguente ad un progresslvo riaggiustamento secretorio correlate con la maturazione dei meccanismi che regoiano i processi biosintetici e disrnissivi dell'ormone e del lento adeguamento degli stessi al!e esigenze < dell'accrescimento. Sotto questo punto di vista, ~ opportune ricordare che, sebbene siano da tempo note le azioni promoventi la crescita delI'HGH durante t'infanzia, la precisa et~ nella quale inizia la GIt-dipendenza dell'accrescimento testa aurora da stabiiire ~ D'ahro canto, il basso live!lo di Sm potrebbe riflettere una transitoria, insm~ciente sintesi di questo fat~ore per una fisiologica carenza dei meceanismi biosintetici a livello del!a(e) sede(i) di produzione. In ahemativa, ~'errebbe nuovamente in discussione la suggestiva ipotesi de1 necessario intervento di fattori tuttora non nod, ma comunque diversi dalI'HGH, Lmplicati nei processi di induzione deila Sin. k_ltre ipotesi suggestive possono essere formulate, ad esempio, nell'ambite di un supposto controllo reciproco tra H G H e Sin; la dissociazione tra questi due parametri durante la prima e la seconda infanzia pocrebbe espr~mere la conseguenza di un insuiq~ciente controllo a/eed-b~zck negative c h e l a Sin, bassa per intrinseche carenze biosintetiche, svoIgerebbe nei confronti della secrezione somatotropi~ca. Un ahro esempio di dissociazione, caratterizzato da valori normali od devati di H G H e bassi di Sin, ~ state constatato in bambini maLqutriti ~9. ,~z e in bambini affetti da K~.oashiorkor o da marasma. In questo case appare suggestive invocare i! ruolo del fattere inibitore 9:. In effetri, mesco!ando plasma di bambi~ in marasma con pIasma standard si riesce a dimostrare la riduzione deil'attivit~ somatomedinica espressa isolatamente da quest'ultimo : : 2 Si potrebbe in questo case pensare che una iniblzione deI1a Sm pessa fornire una ideate protezione in periodo di carenza di dimenti; i'elevata secrezione di HGI-I avrebbe il soio scope di favorite la rnob~zzazione delle riserve lipidiche e Fatdvazione de!!a gIuconeogenesi, mentre verrebbe soppresso i! concomitante dispendio ~ energia dei processi di accrescimento, in sis fatta evenienza sicuramente antieconomici. IrO~ne, una nostra recente esperienza ha permesso di constatare che in pazienti cirrotici, tutti con grave compremissione delta funzione epatica, [l 65

LE SOMATOMEDINE. SIGNIFICATO E PROSPETT[VE

+

Sm

acromegatia gigantiamo

obesit& dopo digiuno

obesitY.

normafl

catch-up growth

neonati nanismo tipo Laron malnutrizione kwashiorkor anoressia nervosa (?) cirrosi epatica nefropatie

ipasomie GH-dipendent[

-

Fig. 2 -

-

HGH

-l-

Comportamentiparalleli e dissociad delt'ormone somatotropo e deiIa somatomedina

rlell~l_lorilo.

tivello somatomedinico era invariabitmente molto basso 4a. Questi risulmti sembrano in accordo con la sostenuta origine epatica de!la Sin. Poichd hello stato di insu~cienza epadca i livelli di t I G H risuhano pi~ o meno decisamente aumentad, sia in condizioni basal che neI caso di tests dinamici di stimolo 8, ~, appare evidente anche in q~lesto caso ta realizzazione di una dissociazione HGH-Sm, che ripropone nuovamente la possibiiit~ di un retrocontrollo esercitato dalla Sm sz~lta secrezione di H G H . In conclusione, a mano a mano chela casistica si an'iplia,accanto ai logi.ci comportamenti paralleli d d O H e della Sin, basati su] concetto mttora valido cbe veda nelI'ormone della cresdta t'induttore principde della sintesi delI'attJvit~ sol_fatante, emergono situazioni caratterizzate da aspetti dissociativi det comportamento della secrezione somatotropinica e somatomedinica che rendono suggestiva i'ipotesi eli turbe pluricentriche di queste due sectezioni e/o l'esistenza di una patologia intrinseca de1 sistema Sm-induttore.

66

G. GIOROANO

Sotto questo profilo acquistano signi~cato i recenti reperti che documontana variazioni in difetto e in eccesso di Sm in b a m b i n i con normati Iivelli somatotropinici ed affetti da iposomie cosdtuzionali o dismorfiche (con malformazioni congenite maggiori o minori) o p p u r e a d d i r i t t u r a da gigantismo cerebrate e, per contro, valori s o r p r e n d e n t e m e n t e e l e v a d di Sm negli acondropIasdci ,~s I n p a r t i c d a r e si annoverano alcuni aspetti dissociativi, d i a g r a m m a t i nella fig. 2, i quaIi, unitamenre agli spunti emersi dagli studl sulte caratteristicI~e biochinziche e funzionati di questo <~p e p t i d e pleiotipico >>~*, rendono it probIema detla Jnduzione e de1 ruolo della Sm molto p i h complesso di q u a n t a fosse apparso in un p r i m o m o m e n t a . Si tratta di una ternatica aperta ad ulteriori ricerche, t h e non mane!noran,no di offrire sviluppi interessanti, BIBLIOGRAFIA 1) ALI~OI~DF. P., BELLA!a "[. T., Bu~G~:R H. G., LovET'r N.: A SimpIified Assay for Somatomedin - J. Endocr. 54, 365, 1972. 2) AL~IQVIST S.: Studies on Sulfation Factor (SF) Activity of Human Serum. Effect of Human Growth Hormone on SF Levels in Pituitary. Dwart%m - Aura endocr. (Kbh.) 35, 381, 1960. 3) A=MeVtS~ S.: S~udies of Sutfation Factor (SF) Activity of Human Serum. Evaluation of an Improved Method for ~he in Vitro Bioassay of SF and the Effect of Glutamine and Human Growth Hormone in the Sys~_em - Acta endoer. (Kbh.) 36, 31, t961. 4) AL~QW:S'r S., FALKHEDENT.: Studies on Snlfation Factor (SF) Activity of Human Sen:re. Rate of Decrease of Serum SF after Hypophyseemmy - Acra endocr. (Kbh.) 37, 315, 1961. 5) ALXQ~=STS, Ru~,~. t.: Studies on Sa!fation Factor (SF) Acdvity of Human Serum. The Variation of SF with Age - Acta endocr. (Kbh.) 36, 566, 1961. 6) BAU~A~ G., Cain J. P., DINCMA,XN J. F.: Gigantism with Hypopituitadsm Amer. reed. J. 53, 805, !972. 7) Beck J. C., Go?mA A., I-L
67

LE SOMATOMED[NE.

SIGNIIVlCATO

E PROSPETTIVE

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68

G. Gi O R D A N O

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LE SOMATOMEDINE. SIGNIFICATO E PROSPETTIVE

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LE S O M A T O M E D I N E .

SIGNIFICATO E P R O S P E T T I V E

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D~ze~to~'e Ca~edra di Endocrinologia IstYulo Scien~ifico di Medicqna Interna Vide ~enedetto X V n. 6, Genova - Italia

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