Gebruiker:Effeietsanders/klad

Met medewerking van Dr. G. Martens – VUB November 2006

1. Somatotroop Circuit

3.1 Fysiologie van de groei

3.1.1 Foetale groei en the genetic conflict hypothesis Foetale groei volgt totaal andere regels dan postnatale groei. Heel wat genen die tussenkomen in celdeling, apoptose en groei van de foetus vroeg in de dracht vertonen imprinting, d.w.z. worden tot expressie gebracht vanuit het allel van slechts één van de ouders. Een algemene regel hierbij lijkt te zijn dat genen die de groei stimuleren tot expressie komen vanuit het vaderlijke allel, en genen die de groei beperken enkel tot expressie komen vanuit het maternele allel. Dit vormt de basis van de “genetic conflict theory”, waarbij een voordurende stellingoorlog gaande is tussen de belangen van de vader, die zijn nageslacht een maximaal groeipotentieel wil meegeven om zoveel mogelijk nutriënten en bouwstenen te onttrekken aan de moeder. De moeder moet zichzelf beschermen tegen deze vorm van parasitisme, om haar later reproductiepotentieel op peil te houden, en dodelijke complicaties bij bevalling van een te zwaar kind te beperken; om die reden zullen moederlijke genen de groei eerder binnen redelijke grenzen houden – het principe van “maternal constraint”.

Het strijdtoneel tussen de ouderlijke genen situeert zich in de placenta, waar de nutriënt toevoer naar de foetus wordt geregeld, en in de foetus zelf, door regeling van de metabole vraag naar nutriënten en bouwstenen. Globaal gezien zal de foetale groei in grootste mate afhangen van een goede placentaire functie (goede doorbloeding en aanvoer nutriënten), meer dan van het genotype van de foetus. Dit laatste werd aangetoond door identieke foetussen te laten implanteren in moeders met genetische verschillen in placentaire functie; een hogere capaciteit van de placenta geeft finaal een hoger geboortegewicht.

De mate waarin het maximaal genetisch groeipotentieel van de moeder / foetus (= moeder + vader) combinatie wordt gerealiseerd is sterk afhankelijk van omgevingsfactoren te situeren bij de moeder, b.v. ondervoeding, tekort aan vitamine en spore-elementen, roken,

1 Met medewerking van Dr. G. Martens – VUB November 2006

enz (1-3). De correlatie tussen geboortegewicht en volwassen lengte is zwak (r=0.3), terwijl die correlatie op 2-jarige leeftijd wel sterk te noemen is (r=0.7) (2). De basis van een gezond leven wordt ten delen gelegd in utero: het is inmiddels duidelijk dat intra- uteriene groeivertraging het risico doet toenemen op arteriële hypertensie, obesitas- diabetes-dyslipidemie, infertiliteit en vroegtijdige adrenarche (Giudice L, J Clin Invest 2002). Het risico op deze lange-termijn gevolgen staat niet in functie van het absoluut geboortegewicht, maar wel in functie van de mate waarin een foetus zijn - ongekend, nog niet meetbaar - maximaal genetisch-bepaald groeipotentieel realiseert.

De groei van de foetus in het eerste trimester (tot 16 weken gestatie) vertoont relatief weinig variatie; na deze periode is de variabiliteit aanzienlijk. De vroeg foetale groei (1ste trimester, en begin 2de trimester) wordt in belangrijke mate geregeld door IGF-2. IGF-2 regelt de foetale groei op 2 niveaus (supply-demand model) (Constancia M. et al., Nature 2002; Constancia M. et al. PNAS 2005; reviewed in Reik W. et al. J. Physiol 2006):

1. Op niveau van de placenta, waar IGF-2 de toevoer van nutriënten en bouwstenen naar de foetus regelt; dit gebeurt via IGF-2 regeling van passieve placentaire permeabiliteit en expressie van actieve/gefaciliteerde transportsystemen. De rol van intra-placentair IGF-2 kon specifiek worden onderzocht doordat het IGF-2 gen een placenta-specifieke promotor heeft; gerichte inactivatie van de placentaire IGF-2 promotor zorgt voor een situatie met normaal intra-foetaal IGF-2, maar lager placentair IGF-2; hierdoor krijgen we een kleinere placenta, minder transfer van nutriënten van moeder naar foetus en finaal een groeivertraging.
2. In de foetus zelf, waar IGF-2 de foetale vraag naar bouwstenen regelt; zo heeft men aangetoond dat foetaal IGF-2 zelf de expressie van diverse transporters in de placenta kan regelen; de foetus kan dus zelf de ontwikkeling en functionele capaciteit van de placenta opdrijven.

IGF-2 stimuleert in utero groei door binding en activatie van de IGF-1 en insuline receptoren, met activatie van diverse subcellulaire signaal systemen (bv. PI3K/PKB-Akt) via docking eiwitten als de IRSs (insulin-receptor substrate). Er bestaat ook een IGF-2 –

2 Met medewerking van Dr. G. Martens – VUB November 2006

specifieke receptor (de IGF2R of mannose-6-phosphate receptor) die, vreemd genoeg geen intracellulaire signaal systemen heeft – en dus niet echt functioneel is voor signaling. Aangenomen wordt dat deze receptor vooral de interstitiële IGF-2 concentraties onder controle houdt en na binding van IGF-2 kan internaliseren en zo IGF-2 naar de lysosomen kan brengen voor afbraak. IGF2R (IGF2-receptor) knockout muizen vertonen een lethale vorm van foetale overgroei, geassocieerd aan stijging circulerend IGF2 (6).

• Zowel in muis als in mens, verloopt de expressie van IGF-2, zowel in placenta (eigen promotor) als globaal in de foetale weefsels, vanaf het vaderlijke allel (imprinting). In de muis, maar niet bij de mens, vertoont het Igf2r gen (IGF2 receptor) net het omgekeerde, en enkel expressie van het maternele allel; zo beschermt de moeder zichzelf tegen al te massieve IGF2-gemedieerde groei door expressie van ‘IGF2-inactiverend, en dus groeibeperkend IGF2R gen (7)(5). Verlies van dit Igf2-imprinting- mechanisme leidt tot verdubbeling van de IGF-2 spiegels en stimulatie van groei door lage-affiniteitsinteractie van IGF-2 met, opnieuw, de IGF-1 receptor. Dit laatste treedt op in het Beckwith-Wiedemann syndroom (zie later).
• Het belang van IGF2 in de foetale groei wordt geïllustreerd door diverse knockout modellen: IGF-2 knockout muizen vertonen een 40% reductie in geboortegewicht (4). IGF2R (IGF2-receptor) knockout muizen vertonen een lethale vorm van foetale overgroei (160%), die al vroeg in de zwangerschap manifest wordt (6); de overgroei bij de IGF2R knockouts wordt gecorrigeerd door simultane knockout van de IGF1-receptor, hetgeen bewijst dat IGF2 zijn groei-effecten medieert via IGF1 receptor.

Andere voorbeelden van groei-bevorderende genen met unieke expressie van het vaderlijke allel zijn Peg1 (groei placentaire bloedvaten), Peg3 (groei placenta spongiotrofoblast) en insuline (Reik W, J Physiol 2006). Interessant ook is dat dergelijke groei-regulerende imprinting mechanismen enkel aanwezig zijn bij (zoog)dieren die

3 Met medewerking van Dr. G. Martens – VUB November 2006

placentair-gemedieerde dracht vertonen; men vindt deze imprinting niet terug bij bv. het vogelbekdier (eier-leggend zoogdier), en niet bij vogels.

Foetaal insuline en IGF-1 zijn de belangrijkste effector mechanismen van foetale groei in het tweede (de meest explosieve groeifase) en derde trimester van de zwangerschap (Gluckman P, Pinal C., J Nutr 133, 2003). Fetaal hyperinsulinemie leidt tot macrosomie – mogelijk via een lage-affiniteit interactie van insuline met de IGF-1 receptoren. Omgekeerd zal IGF-1 tekort in utero leiden tot fetale groeivertraging, hetgeen geïllustreerd wordt door het 40% lager geboortegewicht in de IGF-I knockout muizen. IGF-2 knockout muizen vertonen IUGR, maar zijn verder perfect viabel en vruchtbaar; globale IGF-1 knockout muizen vertonen eveneens groeiachterstand, maar daarnaast ook nog diverse andere defecten (ernstige musculaire dystrofie) waardoor de meerderheid kort na de geboorte sterft.

• Foetaal IGF-1 wordt in hoofdzaak gevormd in de foetale lever, maar wordt ook gevormd in diverse andere organen. De relatieve bijdrage aan foetale groei van systemisch circulerend IGF-1 versus IGF-1 dat locaal paracrien werkt is nog onduidelijk.
• In tegenstelling tot wat we zien postnataal, speelt GH slechts een beperkte rol in de foetale groei (1, 3) en in de foetale IGF-1 productie. De foetale IGF1 productie wordt in hoofdzaak geregeld door foetal insuline, dat zelf gecontroleerd wordt door bloed glucose concentratie van de foetus. Slechts op het einde van de zwangerschap ontstaat een maturatie van de somatotrope as, en worden detecteerbare hoeveelheden GH gevormd door de foetus. Een genetische deficiëntie van GH kan dus leiden tot borelingen met geen of slechts minimale groeivertraging. Guinea pigs hebben unieke postnatale groei: bij deze vertonen ook postnataal een groeipatroon als bij de mens in utero, namelijk volledig onafhankelijk van GH.

4 Met medewerking van Dr. G. Martens – VUB November 2006

• Het foetale IGF-1 systeem wordt geregeld door de maternele nutritie. Ondervoeding bij de moeder glucose en dus insuline in foetus IGF-1 in foetus
• Naar het einde van de zwangerschap toe, begint de placenta een variante vorm van groeihormoon te produceren (placentair GH of GH- v of GH-2); GH-2 secretie is constant, volgens een acromegaal patroon, en vertoont niet de typische schommelingen eigen aan normaal GH. GH-2 werkt voornamelijk in op het vetweefsel van de moeder, waarbij een staat van relatieve insuline resistentie ontstaat (lipolyse), en waarbij in de moeder weinig bijkomend IGF-1 wordt gevormd; dit zou de flux van glucose naar de foetus bevorderen terwijl de moeder zelf substraat haalt uit lipolyse.

3.1.2 Postnatale groei

De postnatale groei wordt bepaald door een complexe interactie van genotype (polygenetisch), hormonen en omgevingsfactoren – in bijzonder algemene gezondheid en voeding. Bij afwezigheid van ziekte is er een correlatie tussen finale lichaamslengte en gemiddelde lengte van de ouders. Malnutritie (kwashiorkor, marasmus of deprivatie van micro-nutrienten) verstoort de groei. Hierin blijkt protein-rijke voeding in het bijzonder bevorderlijk (2)

De belangrijkste effector van postnatale groei is de somatotrope as: GH-IGF1 signalisatie. IGF-2 heeft geen duidelijke, directe functie voor de postnatale groei. Naast deze somatotrope as, kunnen andere hormonen een directe werking uitoefenen (sex hormonen, insuline, schildklierhormonen, en lokaal gevormde mediatoren).

De postnatale groei verloopt in duidelijke groeifasen: - 0 → 2 jaar: zeer snelle groei, invloed door factoren in utero, voeding - 0→ 9 (vr) of 11 (m) jaar: tragere, constante groei – voornaamste invloed GH-IGF1

5 Met medewerking van Dr. G. Martens – VUB November 2006

- 9→12 (vr) of 11→14 (m) jaar: pubertale piek, GH-IGF1 versterkt door sex hormonen

Andere signaling systemen werden ook geimpliceerd in foetale groei. Zo bijvoorbeeld fibroblast growth factor receptor 3 (FGFR3): overactiviteit van FGFR3 werd geassocieerd met verlenging van botlengte.

3.2 De werking van de GH-IGF-1 somatotrope as in het postpartum

3.2.1 De somatotrope pacemaker

De basis voor de ontdekking van de GH-secretie cascade werd gevormd door de observatie van Reichlin in 1960 dat chirurgische destructie van de ventromediale hypothalamus de groei van ratten afremt. Dit leidde progressief tot de ontrafeling van de complexe neuro-hormonale controle van GH secretie (8). Somatotrophin, of groeihormoon (GH) secretie door de somatotrofe cellen van de anterieure hypofyse wordt geregeld door GH-releasing hormoon (GHRH, stimuleert) en somatostatin (SS, remt). Bovenop een erg lage – enkel meetbaar via extreem gevoelige chemiluminescentie methode – basale secretie, ontwikkelt zich een pulsatiele secretie (1000 x zo hoog als basale), met pieken om de 2 uur. Het is de pulsatiele – eerder dan basale – GH secretie die positief correleert met de plasma levels van het eigenlijk, actieve groeihormoon, IGF-1. Waarschijnlijk onstaan de GH-pulsen door een intrinsieke ritmiciteit van de somatotrofe cellen waarbij het endogeen ritme wordt beïnvloed door GHRH en SS. Er bestaan sex- gerelateerde verschillen in deze GH-pacemaker, waardoor vrouwelijke dieren typisch hogere serum GH concentraties vertonen en over 24-uur ongeveer 3 maal zoveel GH secreteren. De reden zou zijn dat mannen hogere expressie levels vertonen van de GH secretie-remmer SS.

6 Met medewerking van Dr. G. Martens – VUB November 2006

De pulsatiele GH secretie is aanwezig van bij de geboorte – zowel overdag als ’s nachts. Naarmate het kind ouder wordt neemt de GH puls frekwentie wat af – mogelijk door rijping van het IGF-1 feedback systeem. Bij de puberteit onstaat er dan weer een forse acceleratie van de GH pulsen en stijging (5-voudig) van de totale GH secretie – en deze acceleratie valt samen met de groeispurt (dus vroeger bij de meisjes dan bij de jongens). De acceleratie ontstaat waarschijnlijk mede door directe effecten van oestrogenen op de pacemaker – ook bij de jongens, waar estrogenen worden gevormd door aromatisatie van testosteron. Na de puberteit, lijkt de GH secretie progressief af te nemen met de leeftijd – en wordt het patroon ook steeds minder regelmatig. Therapie met GH werd voorgesteld als heilige graal in de strijd tegen veroudering – met wildgroei van “rejuvenation clinics” als gevolg. De progressieve vermindering van GH pulsen en secretie met toenemende leeftijd wordt echter niet door alle studies bevestigd – en talrijke verstorende variabelen zoals kwaliteit van de slaap, sportieve activiteit en BMI bemoeilijken de analyse. Zeker is dat GH secretie toeneemt tijdens de slaap – en dan voornamelijk de diepe (fase 3-4 – de slow wave sleep SWS) slaap, en niet de fase1/2/REM slaap. Veel slapen doet de kinderen groeien…

3.2.2 Factoren die de GH secretie moduleren

(1) Growth Hormone Releasing Hormone (GHRH) stimuleert de biosynthese (transcriptie) en vrijstelling van GH, en de proliferatie van somatotrofen. GHRH is een deel van een groeiende familie van ‘brain-gut peptides’ met werking zowel in het enterisch als centraal zenuwstelsel; andere voorbeelden zijn GLP-1, VIP, GIP, PACAP. De secretie van GHRH wordt geremd door IGF-1 en SS. Ter hoogte van de somatotrofe cel zorgt GHRH voor activatie van G-coupled GHRH receptor, en verhoging van cAMP levels. Dit stimuleert enerzijds acuurt de GH secretie, maar zorgt ook voor een fenotypische inductie, via cAMP-afhankelijke transcriptiefactoren die het gen Pit-1 activeren. Dit Pit-1 is een hypofyse-specifieke transcriptie factor die zorgt voor verhoogde expressie van GH, PRL, TSH en GHRH receptor zelf. Disruptie van de GHRH receptor

7 Met medewerking van Dr. G. Martens – VUB November 2006

zorgt voor deficiëntie van GH en dwerggroei van de muis. De stimulerende werking van GHRH op GH secretie wordt gepotentieerd door oestrogenen en geremd door SS. Jaren vooraleer het endogene GHRH werd geïsoleerd, waren reeds synthetische peptiden beschreven met uiterst krachtige GH-releasing effecten (bv. hexarelin en GHRP-6), de GH-releasing peptides (GHRP). Inmiddels zijn ook niet-peptide varianten gesynthetiseerd. Vreemd genoeg lijken deze, voor de kliniek uiterst interessante moleculen, niet te werken via de GHRH receptor – al bestaat er wel een synergie tussen GHRH en de synthetische peptiden – maar via een eigen klasse van receptoren. Hoewel de GHRP receptoren zijn beschreven, kennen we hun endogene liganden nog niet. Deze GH- releasing peptides zorgen echter zeker voor een verhoogde GH secretie, en geassocieerde stijging van serum IGF-1 in het menselijke lichaam. Interessant is ook dat deze effecten robuster en minder aan diverse feedbacks onderhevig zijn dan de GH-secretie geinduceerd door GHRH zelf. Hun potentiële klinische toepassingen zijn enorm: rejuvenatie (tegengaan van de verminderde GH secretie in oudere mensen), catabole status bij critical illness (waar vetvoorraden gepreserveerd blijven maar proteïne-massa wordt afgebroken – en GH en IGF-1 concentraties verlaagd zijn) en – natuurlijk – hun toepassing bij GH deficientie in kinderen. Vreemd genoeg werken deze GHRP’s enkel wanneer de hypofysiare steel (de ‘pituitary stalk’ – connectie tussen hypothalamus en hypofyse) intact is. Op deze wijze kunnen ze ook gebruikt worden om na pediatrisch trauma/hersentumor de integriteit van deze anatomische connectie te testen.

(2) Somatostatin (Guillemin R., 1973) is een quasi universele inhibitor van endocriene secretie: bijna in alle weefsels waar SS-producerende D-cellen worden aangetroffen, onderdrukt SS het locaal gevormde hormone (insuline, glucagon, gastrine) – suggestief voor een rol van SS als paracriene regulator. Thv de hypofyse zorgt SS voor onderdrukking van GH maar ook PRL, TSH en TRH secretie. SS secretie wordt o.a. gestimuleerd door IGF-1, GH en mogelijk ook door GHRH. De biosynthese van SS wordt dan weer gestimuleerd door testosteron – reden waarom mannen hogere expressie hebben van hypothalaam SS en zo lagere GH serum levels dan vrouwen.

8 Met medewerking van Dr. G. Martens – VUB November 2006

(3) Corticoïden zijn essentieel in de differentiatie van GH-secreterende somatotrofen. Korte/ éénmalige bloostelling aan corticoïden (cortisol) zorgt voor verhoogde biosynthese en vrijstelling van GH – dit laatste mogelijk door verhoogde gevoeligheid van de cellen voor GHRH en verminderde gevoeligheid voor SS. Chronische blootstelling echter heeft het omgekeerde effect: het remt niet alleen de differentiatie en functie van de somatotrofen, maar verhoogt de inhibitorische SS-tonus. Dit onstaat o.a. in het catabool syndroom van ‘critical illness’ – waar de aanhoudende cortisol secretie dus zorgt voor proteolyse (spierafbraak) en gedaalde serum IGF-1 spiegels naast de verminderde GH spiegels .

(4) Ook adequate werking van de schildklier wordt ‘gevoeld’ door de somatotrofen, en zowel reductie in T3 (hypothyroidie) als overmaat T3 (hyperthyroidie) zorgt voor verminderde GH-vrijstelling – en proportioneel gedaalde IGF-1. Bij ernstige hypothyroidie valt de lineaire groei nagenoeg stil, mogelijk omdat de somatotrofen refractair worden aan GHRH. Behandeling van hypothyroidie met exogeen hormoon normaliseert de pulsatiele GH secretie.

(5) Bij de mens (maar niet bij de rat) stimuleert hypoglycemie en vasten de GH secretie. Dit vormt de basis voor een diagnostische test: verhoogde GH vrijstelling na insuline-geïnduceerde hypoglycemie. De waarde van de test is echter gering gezien zijn beperkte reproduceerbaarheid en potentieel risico bij uitvoering. De verhoogde GH vrijstelling bij laag glucose is mogelijk een adaptatie: GH heeft lipolytische werking en maakt zo metabole energie vrij. De somatotrope cellen kunnen eigenlijk worden beschouwd als een complexe integrator van neurogene (afkomstig van de hersenen), hormonale en nutritioneel/metabole signalen.

9 Met medewerking van Dr. G. Martens – VUB November 2006

Tabel 1: Factoren die de GH secretie beïnvloeden in primaten Factor Stijging Daling Neurogeen diepe slaap (fase3/4) REM slaap stress alfa2-adrenerge stimulus alfa1-adrenerge stimulus dopamine agonist beta-adrenerge antagonist beta-adrenerge agonist 5-HT agonist 5-HT antagonist muscarine-cholinerg agonist muscarine-cholinerg antagonist GABA agonist gamma-hydroxybutyrate Metabool hypoglycemie hyperglycemie vasten daling NEFA stijging NEFA aminozuren insulin-dep. diabetes obesitas lever cirrhose anorexia nervosa nierfalen Hormonaal GHRH somatostatin GHRP

3.2.3 Feedback controle van GH secretie.

In tegenstelling tot bv. TRH en FSH/LH heeft GH geen specifieke target-klier die een feedback loop kan tot stand brengen. De observatie dat hypofysair GH secretie onderdrukt wordt bij ectopische GH-secreterende tumoren illustreert dat GH (in)direct een negatieve feedback uitoefent op zijn eigen secretie. Er bestaat een korte feedback loop waarbij GH zijn eigen secretie remt via stimulatie van de SS secretie. Daarnaast, en fysiologisch mogelijk nog belangrijker, bestaat er een dubbele lange feedback loop via IGF-1 – de eigenlijke effector van GH. IGF-1 remt de GH secretie remt op .2 niveaus: (1) in de anterieure hypofyse remt IGF-1 de GH transcriptie en maakt de somatotrofen minder GHRH responsief; (2) in de hypothalamus stimuleert het SS, en remt GHRH vrijstelling. (2, 8)

3.2.4 Effector systeem: IGF-1 is het échte groeihormoon

10 Met medewerking van Dr. G. Martens – VUB November 2006

Pionier observaties van Salmon en Daughaday (1957) toonden aan dat GH geen dircecte invloed uitoefent op de epifysaire schijven maar werkt via een circulerende factor. Dit leidde tot de ontdekking van de somatomedines, of IGFs, en de formulering van de “somatomedin hypothesis”.

IGF-1 (somatomedine C) wordt nagenoeg overal in het lichaam aangemaakt, maar de belangrijkste productieplaats van het circulerende IGF-1 is de lever. In het bijzonder blijkt de lever IGF-1 het meest responsief aan circulerend GH, en kent de lever zelf geen expressie van IGF-1R – hetgeen suggereert dat het locaal gevormde IGF1 integraal bestemd is voor de export (6), waarbij de lever fungeert als endocrien orgaan. Dit vormt de basis van de klassieke “somatomedin hypothesis” waarbij een endocriene as bestaat van hypothalamus (GHrH, long feedback loop) hypofyse (GH, short feedback loop) lever (IGF-1 productie) endocrien effect van hepatisch gevormd IGF-1 in de diverse target weefsels. In deze theorie bleef de rol van locaal in de weefsels g evormd IGF-1 (paracrien/autocrien) onduidelijk; en wist men niet goed welke productiesite van IGF-1 het meest bijdroeg aan de postnatale groei: lever (endocrien) of locaal (paracrien- autocrien).

Weefsel-specifieke knockout (Cre-Lox technologie, onder controle van albumine- promotor) van het IGF1 gen in de lever leidt tot 75% reductie van totale serum IGF-1 levels, echter met normale fractie vrij niet-gebonden IGF-1. Reductie van totaal circulerend IGF-1 resulteerde in een stijging van GH concentratie – door wegvallen van negatieve feedback thv hypofyse/hypothalamus. Verrassend genoeg was dit fenotype niet geassocieerd aan vertraagde postnatale groei (6), terwijl de postnatale groei wel duidelijk geremd is bij globale IGF-1 knockout (d.w.z. in lever en alle andere weefsels)! Deze intrigerende observatie benadrukt het belang van de vrije IGF-1 fractie in circulatie, en suggereert ook dat locaal (extra-hepatisch) gevormd IGF-1 belangrijker is dan het circulerend, hepatisch-gevormd IGF-1. De klassieke “somatomedin hypothesis “ moet dus worden geherinterpreteerd, en mogelijk vervangen door een “modified somatomedin hypothesis”, waarbij GH zijn belangrijkste effect uitoefent, niet via hepatisch gevormd IGF-1, maar via locaal, in situ gevormd IGF-1; Zeker is dat de totale circulerende IGF-1

11 Met medewerking van Dr. G. Martens – VUB November 2006

levels essentieel zijn voor tot het tot stand brengen van de feedback controle van GH secretie. Daarnaast vormt circulerend IGF-1 onder normale omstandigheden een goede diagnostische tool voor GH status.

IGF-1 vertoont 60% homologie met IGF-2 en insuline. Daar waar de circulerende concentratie van insuline – het gevaarlijkste hormoon in het menselijke lichaam – in de picomolair range ligt en zeer acuut wordt gereguleerd (door getitreerde secretie en korte halfwaardetijd), ligt de serum concentratie van IGF-1 en –2 in de nanomolair range, is de halfwaardetijd langer en de concentraties stabieler (geen pulserend patroon als bij GH). Dit maakt meting van IGF-1 levels een meer nauwkeurige diagnostische test bij kinderen met GH deficiëntie dan meting van GH zelf. De bioactieve, vrije concentratie van IGF-1 (<1% van totale concentratie) en –2 wordt op complexe en weefsel-specifieke wijze gecontroleerd door een familie van IGF-binding proteins (IGFBPs, met > 95% van circulerende IGF gebonden door IGFBP3). De IGFBP kunnen soms een hogere activiteit voor IGF hebben dan de IGF receptoren waardoor ze de IGF effecten kunnen blokkeren. Daarnaast controleren ze transfer van IGF tussen intra-en extravasculaire ruimte, en verhinderen ze dat de hoge circulerende IGF pool een te sterk interageert met de insuline receptoren.

Zowel IGF-1 als –2 spelen een belangrijke rol in fetale groei, maar na de geboorte valt de rol van IGF-2 op groei grotendeels weg. IGF-2 serum concentraties zijn 4-maal hoger dan die van IGF-1 maar de rol van IGF-2 postnataal blijft nog onduidelijk. De rol van locaal gevormde IGF-1 is nog grotendeels onbegrepen. De controle over de locale IGF-1 productie is weefsel-specifiek; zo wordt de IGF-1 productie in bot gestimuleerd door PTH, GH en sex hormonen, maar in de gonaden enkel sex hormonen van betekenis zijn. De rol van het circulerend IGF-1 wordt steeds duidelijker. Ondanks de belangrijke rol in groei, is leven zonder IGF-1 mogelijk – minstens 1 menselijke casus werd beschreven van totale IGF-1 deficientie, resulterend in intrauteriene groeivertraging en mentale retardatie.

12 Met medewerking van Dr. G. Martens – VUB November 2006

De serum concentraties van IGF-1 volgen grotendeels die van GH: laag bij de geboorte, gestage toename naar puberteit toe waar een piek onstaat, en vervolgens progressieve daling na 3de decade. Serum IGF-1 concentraties worden ook geregeld door metabole factoren. Starvatie zorgt voor een complete functionele GH resistentie: ondanks de stimulatie van GH secretie (zie boven), worden IGF-1 levels sterk onderdrukt. Dit vinden we bijvoorbeeld bij kwashiorkor en marasmus.

De effecten van IGF-1 zijn divers: - proliferatie van precursoren - inhibitie van apoptose van postmitotische cellen, bv in het centraal zenuwstelsel. IGF- 1 knockout muizen vertonen zo verminderde hersenmassa, neuronale apoptose en verstoorde - bijdrage in weefsel herstel na trauma - complexe neuroendocriene signaling (negatieve feedback op GH, stimulatie PRL, stimulatie gonadotropin synthese zodat groei en puberteit mooi gecoördineerd verlopen) - metabole effecten:

1. insuline-achtig (ongeveer 6% van de intrinsieke insuline activiteit)
2. paracrine regulator van adipogenese
3. anabool: stimuleert proteine-biosynthese

Opmerking: pathologische gevolgen van overmatig IGF-1 secretie: - bij massieve overproductie door mesemchymale tumoren kan een hypoglycemie onstaan (zie later) – via insulin-like effect - gestegen IGF-1 levels bij diabetes mellitus dragen bij de tot de proliferatie van bloedvaten in de retina → retinopathie - bijdrage aan polycystic ovaries syndrome - cancerogeen effect van zelfs milde verhoging van IGF-1, zeker als geassocieerd aan daling IGFBP3 (colon, borst, prostaat kanker)

13 Met medewerking van Dr. G. Martens – VUB November 2006

3.4 Andere Effectoren van groei

3.4.1 Hormonaal

(1) Gondale steroiden werken via de somatotrofe as en ook direct. Androgenen en oestrogenen oefenen hun belangrijkste werking uit tijdens de puberteit – grotendeels via hun stimulerende werking op de GH-IGF-1 somatotrope as (zie boven). Daarnaast oefenen ze zelf ook een directe werking uit op diverse target weefsels (groei en maturatie van bot, kraakbeen en spier en ontwikkeling van gonaden en de secundaire geslachtskenmerken). Oestrogenen stimuleren groei in lage concentraties, maar kunnen remmend werken bij hoge concentraties. Ze zijn belangrijk voor de maturatie van de GH-pacemaker. Oestrogenen zorgen ook voor een sluiting van de epifysaire groeischijven bij zowel man als vrouw.

(2) Insuline is zelf ook een groeifactor. Insuline stimuleer celdeling en proteinebiosynthese. Insuline oefent zijn proliferatieve werking uit via lage-affiniteits interactie met de IGF receptoren, maar ook direct via zijn eigen receptor. Dit draagt bij tot de macrosomie van kinderen van diabetische moeders.

(3) Thyroied hormonen Zoals reeds gesteld, is een adequate T3 productie noodzakelijk voor goede werking van de somatotrope GH-IGF-1 as. Thyroid hormoon speelt een rol bij de ontwikkeling van het centraal zenuwstelsel zowel pre-als postnataal. Deficiënte T3 synthese door genetisch defect van de foetus leidt zo tot verstoorde ontwikkeling. T3 kan niet door placenta – dus hormoon van de moeder kan niet korrigeren.

14 Met medewerking van Dr. G. Martens – VUB November 2006

(4) Lokaal geproduceerde groeifactoren IGF-1 (somatomedine C), Nerve Growth Factor, Epithelial Growth Factor, Fibroblast Growth Factor, Platelet Dervid Growth Factor, bone morphogenic proteins, … – valt buiten bestek van deze cursus

(5) Groeihormoon zelf Sommige IGF-1 knockout strains kennen een hoge mortaliteit kort na de geboorte, andere strains overleven als dwergmuizen – de redenen voor deze verschillen zijn onduidelijk. IGF-1 knockout muizen die overleven vertonen een vorm van Laron syndroom, met GH- resistente dwerggroei. IGF-1 is ondetecteerbaar laag, en door wegvallen negatieve feedback, krijgen we een sterke (tot 5x) stijging van circulerende GH levels. Ondanks globale dwerggroei in deze dieren zien we, onder invloed van GH, een vergroting (groei, met verhoogde DNA synthese) van enkele orgaansystemen: hersenen, lever, nier en hart. Een analoog beeld wordt gezien bij proefdieren met GH-producerende tumoren, die een algemene visceromegalie ontwikkelen, met verhoogd groei van liver, nier, milt, hart en bijnieren. Deze experimenten tonen dus aan dat GH op bepaalde organen (lever +++) direct, en onafhankelijk van IGF-1, een groeistimulerend effect kan uitoefenen ( Liu J, LeRoith D, Endocrinology 2006).

15 Met medewerking van Dr. G. Martens – VUB November 2006

3.4.2 Genetische factoren

a. Syndromen met een gewijzigd aantal chromosomen te onderzoeken via een KARYOTYPE bepaling : - geslachtschromosomen : * 45 X 0 = kleine gestalte verlies X = karakteristiek Turner syndroom mosaïcisme : groeiachterstand vaak eerste teken * 47XXY = grote gestalte (Klinefelter) - andere chromosomen : meestal bestaan er zulke ernstige abnormaliteiten dat de groeisymptomen op de achtergrond geraken, en dat de diagnose niet gesteld wordt op basis van de groei-achterstand (BWS syndroom, SOTOS, ; een trisomie geeft soms reeds een groei-achterstand van de foetus; de meeste trisomiëen (uitgezonderd 21) leiden tot een vlugge dood.

b. Variëteit aan genetisch bepaalde stoornissen verschillende genen beïnvloeden de skeletgroei : - een mutatie t.h.v. een bepaalde locus kan een belangrijk defect van het celmetabolisme veroorzaken, waardoor meestal disproporties ontstaan in de groei. - het uiteinde van de normale curve bevat constitutioneel kleine mensen, familiaal gebonden; lichaamsproporties en hormoongehaltes zijn normaal; deze mensen zijn klein bij geboorte. - ras gebonden : pigmee : vertoont normale hormoongehaltes dieren : honden, paarden : vaak gevolg van inteelt

16 Met medewerking van Dr. G. Martens – VUB November 2006

3.5 Diagnostische evaluatie van de groeiparameters

3.5.1 Objectiveren en beschrijven van de groeiafwijking

a. Grootte en gewicht Er bestaan tabellen met de gemiddelde grootte en gewichtswaarden naargelang leeftijd en geslacht; het is vooral belangrijk de snelheid van stijging te bepalen; percentielen worden aangegeven teneinde de grootte van afwijking t.o.v. het gemiddelde aan te duiden (nomogram); afwijkingen van > 3 SD vereisen snelle diagnostische exploratie Naast meting van de absolute gestalte en gewicht, is zeker bij kinderen de opvolging van de groeisnelheid van groot belang Systeemaandoeningen, malnutritie veroorzaken meestal even grote vermindering van gewicht en gestalte, terwijl hormonale stoornissen groei-as zich vooral uiten t.h.v. de gestalte. Traditioneel spreekt men van “intra-uterine growth retardation” (IUGR), bij geboortegewicht < 2500 g; meer en meer wordt deze term vervangen door het concept van “ small for gestational age” (SGA), waarbij duur van de dracht in rekening wordt gebracht. Een prematuur kan zo IUGR vertonen, maar niet small for gestational age zijn; in dat geval is de groei in utero in wezen normaal verlopen. Daarnaast is het ook belangrijk na te gaan of de groeivertraging symmetrisch of asymmetrisch is opgetreden. Ook wordt duidelijk dat een baby ondanks een geboortegewicht en -lengte die in de normale range vallen toch een onderliggende groeivertraging kan hebben: in feite is een groeivertraging aanwezig wanneer de foetus zijn optimaal groeipotentieel niet heeft kunnen realizeren, door intra-uteriene beperkingen. Een baby die onder optimale maternele condities bv 3,8 kg had kunnen wegen, maar bij geboorte ‘slechts’ 3,2 kg weegt, kan negatieve lange termijn gevolgen ondervinden die ook te zien zijn bij de klassieke IUGR.

b. Botleeftijd

17 Met medewerking van Dr. G. Martens – VUB November 2006

- Objectieve index der rijping: vast te stellen door op radiografieën van de verschillende kraakbeenderen de verbening vast te stellen en de resultaten te vergelijken met tabellen die dan de botleeftijd zullen aangeven; het is hier aangeraden het onderzoek niet altijd te beperken tot hand en pols, vermits er vaak een grote variatie kan bestaan tussen het tijdstip van verkalking van verschillende epifysen.

- Hormonale regulatie: Deficiëntie groeihormoon of schildklierhormonen verlaagt de botleeftijd; overmaat androgenen versnelt de botleeftijd en dit meer dan de groeileeftijd; overmaat glucocorticoïden kan matige vertraging geven in de botrijping.

c. Skelet verhoudingen: dysmorfie of niet? Ratio B/L met L = afstand tussen symphisis pubis en grond bij rechtstaand kind B = gestalte - L varieert met leeftijd : vb. geboorte = 1.7 (relatief korte beentjes) vanaf 10 jaar = 1.0 ratio's geven aan of gestalte harmonisch is of niet Relatief korte benen en lange romp suggereert langbestaande hypothyroidie of chondrodystrofie.

Daarnaast is ook de hoogte/gewicht ratio van groot belang. Een klein kind dat een relatief lager gewicht heeft dan statistisch op basis van zijn lengte, heeft mogelijk een systeemaandoening. En kort kind met relatief overgewicht suggereert endocriene stoornis (hypothyroidie, GH deficientie of Cushing syndroom).

d. Rijping gelaatsexpressie subjectief teken maar klinisch gemakkelijk vast te stellen :

18 Met medewerking van Dr. G. Martens – VUB November 2006

w.o. - groei neusbrug klein kind - verlengen neus en kaak jongeling

e. Tanden Abnormaliteiten in vorming tandbotten - te zien op radiografieën - is belangrijker vast te stellen dan het ogenblik der eruptie der tanden, vermits deze laatste ook afhangt van de groei der alveolus; een vertraging in de eruptie der tanden is karakteristiek voor hypothyroïdie en hypofyse insufficiëntie, maar kan ook constitutioneel optreden.

f. Mentale ontwikkeling Bepaald door psychometrische testen waarbij een IQ wordt bepaald.

g. Geslachtsrijping Hormonale regulatie : - vooral gonadotrofines en geslachtshormonen - een deficiëntie aan groeihormoon en schildklierhormonen kan de start der puberteit vertragen.

3.5.2 Klinisch-biologische metingen groeistoornissen (ELISA)

Groeihormoon De bepaling van serum GH is belangrijk in kinderen met groeiretardatie (vooral na provocatieve stimuli), in hypofysaire insufficiëntie en in acromegalie (vooral na inhiberende stimuli); hierbij is eenmalige bepaling niet zinvol, wel 24-uur secretie…

19 Met medewerking van Dr. G. Martens – VUB November 2006

IGF-1 IGF-I heeft een paracriene functie (mitogene en metabole acties bij de plaats van synthese), maar verschijnt ook in de circulatie waar het vooral gebonden is aan IGF- binding proteïne 3 (IGFBP-3) en in mindere mate aan andere IGFBP’s. Minder dan 5% van plasma IGF-I komt voor onder ongebonden vorm. IGF-I wordt gebruikt als diagnostische indicator voor GH deficiëntie en monitoring van de therapie. Plasma IGF-I concentraties zijn laag (naar leeftijd- en geslachtsnorm) in GH deficiëntie, malnutritie, in de Laron dwerg (= GH-receptor deficiëntie) en in geval van hypothyroïdie. Toch is er een overlap: een aantal kinderen met GH-deficiëntie hebben normale en een aantal gezonde kinderen hebben lage waarden voor IGF-I. Abnormaal hoge IGF-I waarden kunnen worden gebruikt in de diagnose en monitoring van acromegalie (= GH-producerende hypofysetumor).

Igf BP3 Insuline-like growth factoren zijn in serum en andere biologische vochten voornamelijk gebonden aan IGFBP’s. IGFBP-3 is het voornaamste van deze IGF binding proteïnen in serum met een molaire concentratie ongeveer gelijk aan die van totaal IGF (IGF-I + IGF- II). Zoals IGF-I is IGFBP-3 groeihormoon afhankelijk. IGFBP-3 concentratie is laag in geval van: - GH deficiëntie - GH receptor deficiëntie (zelfs in aanwezigheid van verhoogde concentraties GH: Laron syndroom, anti-GH antilichamen) - Leveraandoening - Malnutritie.

TSH Thyroid-stimulating hormoon is een glycoproteïne bestaande uit 2 sub-eenheden: de beta keten draagt de TSH-specifieke immunologische en biologische informatie; de alfa keten

20 Met medewerking van Dr. G. Martens – VUB November 2006

heeft een identieke aminozuurketen als de alfa keten van LH, FSH en hCG. TSH wordt gevormd in de anterieure hypofyse en de secretie vertoont een circadiaan ritme. De vrijstelling van TSH door de hypofyse is het centraal regelmechanisme voor de biologische actie van schildklierhormoon: TSH stimuleert de verschillende stadia van schildklierhormoon synthese en vrijstelling en heeft ook proliferatieve effecten op de schildklier. De TSH secretie gebeurt onder invloed van TRH in antwoord op lage concentraties circulerende schildklierhormonen. De bepaling van TSH dient als initiële test in de diagnose van schildklierafwijkingen. Zelfs een kleine verandering in de concentratie van de vrije schildklierhormonen veroorzaakt een belangrijke verandering in de TSH concentratie in de tegengestelde richting. Hierdoor is het serum TSH een zeer gevoelige parameter voor de schildklierfunctie. Serum TSH wordt ook gebruikt voor de detectie van hypo- of hyperthyroïdie te wijten aan een centrale stoornis in TSH vrijstelling.

FT4 Thyroxine (T4) is voor het grootste deel gebonden aan transporteiwitten (TBG, prealbumine en albumine), slechts een fractie (0.03%) komt voor onder vrije vorm. Enkel dit vrije T4 is biologisch actief. Vrij T4 is onafhankelijk van veranderingen in de concentratie of affiniteit van de bindingseiwitten. Vrij T4 wordt aangevraagd (samen met TSH) indien een functionele schildklierstoornis wordt vermoed of voor de monitoring van de behandeling met schildklierhormoon of thyrosuppressieve therapie.

FT3 Triiodothyronine (T3) is voor het grootste deel gebonden aan transporteiwitten (TBG, prealbumine en albumine); slechts 0.3% komt voor onder vrije vorm. Deze vrije fractie is het biologisch actief schildklierhormoon. FT3 is klassiek in sterkere mate verhoogd dan FT4 in de ziekte van Graves en in toxische adenomen. In T3 thyreotoxicose is enkel FT3 verhoogd. FT4 daarentegen is klassiek sterker verhoogd dan FT3 in toxische multinodulaire goiter en in excessieve T4 therapie. FT3 bepaling kan nuttig zijn om deze vormen van hyperthyroidie te onderscheiden. FT3 wordt ook gebruikt voor de monitoring van

21 Met medewerking van Dr. G. Martens – VUB November 2006

patiënten onder antithyroid therapie die gebaseerd is op verminderde productie van T3 en verminderde conversie van T4 in T3.

22 Met medewerking van Dr. G. Martens – VUB November 2006

3.6 Verminderde Groei

3.6.1 Verminderde intra-uteriene groei

Evidente oorzaken: omgevingsfactoren (roken, alcohol, voeding), vasculaire aandoeningen van de moeder (hypertensie, pre-ecclampsie), verstoorde placentaire doorbloeding, en daarnaast ook nog ernstige chromosomale afwijkingen van de fetus. Hoewel diverse muismodellen beschreven zijn die het primordiale belang van de fetale IGF-1 en –2 aantonen in de fetale groei, zijn slechts occasioneel hiervan mutaties beschreven bij de mens. Wel is het mogelijk dat in het geval van idiopathische intratuteriene groeiachterstand, een multifactorieel defect van de IGF signaling in de foetus aanwezig is – en een dergelijk defect kan ook epi-genetisch worden veroorzaakt door de nutritionele status van de moeder.

3.6.2 Verminderde groei postnataal

3.6.2.1 Secundaire verstoring van de somatotrope as door systeemaandoening

De eerste vraag bij het vaststellen van een te kleine gestalte, is of het een vertraging van de normale groeicurve betreft, of een niet-pathologische kleine gestalte op genetische basis. De belangrijkste, en meest frequente oorzaak van groeiachterstand is malnutritie en algemene verminderde gezondheidstoestand of systeemziekten (chronische aandoening, recidiverende infecties, nierinsufficiëntie, leverlijden …). Zoals reeds aangestipt zal ook hypothyroidie een verstoring van de GH-IGF-1 signalisatie veroorzaken. Een algemeen onderzoek van voedingstoestand en breed opgezet klinisch onderzoek is dus steeds op zijn plaats.

3.6.2.2 Mutatie van essentiële genen betrokken in bot ontwikkeling en morfogenese.

23 Met medewerking van Dr. G. Martens – VUB November 2006

Het mooiste voorbeeld hiervan vormt het syndroom van Turner. Verlies van (deel van het ) X chromosoom resulteert in een fenotype met korte gestalte, diverse malformaties (o.a.webbed neck en micrognathia), gonadale dysfunctie en verhoogde kans op foetale dood. De waarschijnlijke oorzaak voor deze groeistoornissen is de afwezigheid (deletie) in Turner patiënten van het X-linked SHOX gen (short stature homeobox)(9). Dit gen codeert voor een nucleaire transcriptiefactor met heel specifieke foetale expressie in het ontwikkelende skelet en de faryngeale bogen (10). En net die organen zijn aangetast bij Turner syndroom. Stoornis in de ontwikkeling van faryngeale bogen veroorzaakt webbed neck (brede, platte nek), micrognathia en misvorming van middeloor – allen terug te vinden bij Turner syndroom. Het Turner fenotype werd deels gereproduceerd in de muis met knockout van de SHOX-homoloog, SHOX2. Intussen werden reeds bijkomende mutaties van SHOX beschreven bij diverse vormen van idiopathische groeivertraging (11), bij een ander syndroom met Turner-achtige misvorming, het Leri-Weill syndroom en ook bij Klinefelter syndroom (versnelde groei). Vermoed wordt dat interindividuele variaties in SHOX expressie een belangrijke determinant zouden kunnen zijn om de grote verschillen in normale lichaamlengte tussen mensen te verklaren. Deze studies vormen een mooi voorbeeld om de kracht van moleculair-biologische studies in de evolutie van de moderne geneeskunde te illustreren.

3.6.2.3 Intrinsieke stoornis van de somatotrope as

Daarnaast bestaan er minder frequente, maar conceptueel interessante stoornissen in de somatotrope as: GH- IGF-1 signalisatie. Diverse mutanten zijn beschreven bij de mens, die gereproduceerd worden in diverse muis knockout modellen.

(1) Deficiëntie van groeihormoon zelf (de hypofysaire dwerg).

1. CONGENITAAL: - congenitale geïsoleerde GH deficiëntie (IGHD) Hier gaat het vooral om een geïsoleerde groeihormoon deficiëntie (vertegenwoordigt 8% der oorzaken van groei-

24 Met medewerking van Dr. G. Martens – VUB November 2006

achterstand). De oorzaak kan liggen in mutaties in de GH gen cluster zelf, maar ook in de GHRH receptor cluster (12) - Daarnaast bestaan ook nog aangeboren, multiple pituitary hormone deficiency (MPHD, gecombineerde hypofysaire afwijkingen . In de Snell dwarf mice, vinden we een gecombineerde deficiëntie van GH, prolactine (PRL) en TSH veroorzaakt door mutatie van Pit-1, een hypofyse-specifieke transcriptiefactor die essentieel is voor de differentiatie van somatotrofe, lactotrofe en thyrotrofe cellen. De meest frequente vorm van MPHD echter (50%) komt door inteelt in vrij frekwente mate voor op Kroatische eiland Krk. Deze deficiëntie omvat naast GH, PRL, TSH ook LH en FSH en wordt veroorzaakt door mutatie in het menselijke PROP-1 (prophet of pit-1) gen. Mutatie van de PROP-1 transcriptiefactor veroorzaakt een gelijkaardige aandoening in muizen: de spontane PROP-1 mutant, de Ames dwarf mice. Interessnt is dat PROP-1 defect na een fase van hypofysaire hyperplasie uiteindelijk resulteert in een markant hypoplasie. Met toenemende leeftijd wordt ook een ACTH deficiëntie verworven, zowel in muis- modellen als in de mens (13, 14). PROP-1 wordt uitsluitend tot expressie gebracht in utero, dwz voor de differentiatie van de de hypofysaire endocriene cellen. Aanhoudend hoge expressie (muismodellen) kan resulteren in de-differentiatie van de hypofysaire cellen en hypofysaire adenomen (15).

Gewicht en grootte bij geboorte zijn normaal (!), maar het groeiritme is vertraagd vanaf de eerste maanden postnataal; de botleeftijd is vertraagd; er is truncal obesity; de puberteit ontstaat spontaan maar is meestal verlaat; vermits groeihormoon een perifere resistentie voor insuline veroorzaakt, kan een groeihormoon deficiëntie zich uiten door een hypoglycemie nuchter.

1. VERWORVEN a. Tumoren of letsels ter hoogte van hypothalamus of hypofyse kunnen een totale of partiële hypofyse insufficiëntie veroorzaken. Een verminderde GH en Gonadotrofine secretie treedt meestal op voor er een stoornis in TSH of ACTH secretie te merken is. De aanwezigheid van diabetes insipidus, doet een hypothalaam letsels vermoeden.

25 Met medewerking van Dr. G. Martens – VUB November 2006

→ gonadotrofines : niet vast te stellen vóór puberteit → ACTH deficiëntie met afwezige respons op metyrapone, en met verlaagde 17-OH corticoïden in urine → TSH deficiëntie waardoor secundaire hypothyroïdie mogelijk; dit is op zichzelf voldoende om een groeiachterstand te veroorzaken, → Dus hier gezichtsveld, RX schedel en onderzoek assen uitvoeren.

b. Moeder deprivatie syndroom = psycho-sociaal deprivatie syndroom Emotionele factoren storen de GH secretie via ß-adrenerge mechanismen of via somatostatine; de respons herstelt bij verbeterde psycho-sociale omstandigheden; toch steeds malnutritie uitsluiten. Ook emotionele symptomen en gedragsstoornissen. Hp-insufficiëntie nakijken: andere assen gestoord ? vaak ook ACTH.

(2) Stoornis van de GH receptor (Laron syndroom (16))

Deze vorm van dwerggroei werd beschreven in 1966 in de mensen met kleine gestalte (110-140 cm) en extreem hoge serum GH concentraties. Dit syndroom wordt veroorzaakt door GH-resistentie door deficit van de GH receptoren. Hierdoor kan GH de IGF-1 productie niet stimuleren, zodat die daalt. Door de daling van IGF-1 valt de negatieve feedback thv anterieure hypofyse en hypothalamus weg (daling SS, stijging GHRH) waardoor de hypofyse aanhoudend wordt gestimuleerd tot GH secretie → resulteert in zeer hoge GH waarden. De feedback van GH op de eigen transcriptie kan het wegvallen van de IGF-1 feedback dus niet compenseren. Therapie met exogeen GH of GHRP is bij dit syndroom dus niet zinvol. Diagnostisch gezien vinden we bij deze dwergen normale GH responsiviteit, maar lage basale IGF-1 levels die niet responsief zijn op GH. Laron dwergen vertonen, net zoals de hypofysaire dwergen, een sneller verouderende, gerimpelde huid en een schriel stemmetje – maar hebben wel normale levensverwachting. Deze neuroendocriene stoornissen worden gereproduceerd in de Laron muis, een globale

26 Met medewerking van Dr. G. Martens – VUB November 2006

knockout van de GH receptor. Een ander model is het sex-linked dwarf chicken, met mutatie van GH receptor op het Z-chromosoom. Hoewel guinea pigs een functionele GH receptor hebben – die de metabole effecten van GH signaliseert -, is deze receptor refractair (resistent) aan wat betreft stijging van IGF-1. Dit kan betekenen dat guinea pigs eigenlijk een soort Laron-dwergen zijn, of alternatief, dat zij unieke signaal systemen hebben ontwikkeld om ook postnataal de prenatale groeisystemen te gebruiken (17). Er zijn ook partiële GH resistenties beschreven, die kunnen bijdragen aan idiopathische groeivertraging bij kinderen (17).

(3) Primaire IGF-1 deficiëntie

Een mutatie in de IGF-1 receptor is lethaal in utero. Een mutatie van de IGF-1 gen promotor, resulterend in extreem lage of onmeetbare IGF-1 levels, echter, resulteert in dwerggroei.

(4) Secundaire deficiëntie van IGF-1

Treedt natuurlijk op bij GH deficientie en Laron syndrome (GH receptor resistentie). Treedt ook op - minder uitgesproken - bij alle aandoeningen die de somatotrope as verzwakken (daling GH), b.v. ouderdom en bij primaire aandoeningen van IGF-1 producerende organen, in de eerste plaats de lever (levercirrhose). Vanzelfsprekend zal een secundaire daling van IGF-1 bij volgroeide mensen met levercirrhose geen verandering van gestalte veroorzaken, maar wel een algemene vermindering van weefselregeneratie.

(5) IGF-1 resistentie

→ Diagnostische uitwerking van gestoorde GH-IGF1 signaling Factoren

27 Met medewerking van Dr. G. Martens – VUB November 2006

1. Plasma GH overdag zijn zeer laag. Door uiterst gevoelige chemiluminescentie technieken kunnen zel wel gemeten worden (research). Echter, gezien de lage basale waarde en het belang van de GH level- oscillaties, is een éénmalige meting biologisch weinig zinvol. Een daling in basaal GH is technisch niet detecteerbaar door routine analyse. Verschillende waarden over 24 uur zouden moeten worden genomen om rekening te houden met de pulsen. Om deze redenen is directe meting van GH NIET zinvol bij de diagnostische uitwerking.
2. Meting van IGF-1 en IGFBP3 zijn dé aangewezen testen in eerste lijn (radio-immunoassay). Door hun lange halfwaardetijd kan deze meting at random ergens op de dag worden uitgevoerd, en de patiënt dient niet nuchter te zijn.
3. Thyroxine/TSH behoort ook tot de standaard test – dit om hypothyroidie uit te sluiten.
4. Bij borderline laag IGF1 en IGFBP3 kan de diagnose worden bevestigd door stimulatie testen. De gouden standaard was vroeger de insuline test, maar de voorkeur gaat tegenwoordig uit naar de clonidine test (zie onder). Let wel: geslachtshormonen zijn nodig om de uitgelokte stijging in GH te realiseren. Voor de puberteit of bij hypogonadisme is dus en priming met geslachtshormoon nodig vooraleer stimulatietest GH uit te voeren.

1. CLONIDINE TEST: verdient voorkeur - Clonidine verhoogt de GHRH secretie en zorgt zo voor een gestegen GH secretie Na meting van basale GH wordt oraal clonidine toegediend, en vervolgens na 30 en 150 min de GH concentratie gemeten. Een waarde > 10 µg/dl is normaal.

1. INSULINE TEST: wordt vervangen door test 1 Principe is dat hypoglycemie de GH secretie stimuleert. Potentieel gevaarlijk gezien kans op ernstige hypoglycemie – GH zorgt immers voor insuline resistentie. - basale waarde GH en glucose

28 Met medewerking van Dr. G. Martens – VUB November 2006

- IV injectie (0.1 U/kg) - waardes op min 20, 30, 45, 60, 90 : volgen glycemie en GH.

29 Met medewerking van Dr. G. Martens – VUB November 2006

3.7 Verhoogde Groei

3.7.1 verhoogde intra-uteriene groei (macrosomie)`

3.7.1.1 hyperinsulinemie in utero (frequent) De frekwentste oorzaak is hyperinsulinemie in utero, waarbij het kind verder normaal gevormd is – zonder macrocephalie of dysmorfe gelaatstrekken. Daarnaast komen ook nog diverse, zeldzame syndromen voor waarbij de hyperinsulinemie kan geassocieerd zijn aan dysmorfie – bv. Beckwith-Wiedemann (BWS) syndroom, Simpson-Golabi-Behmel (S-G-B) syndroom (ntk), Perlman syndroom (ntk) - of syndromen waarbij geen hyperinsulinemie aanwezig maar wel diverse, en complexe malformaties waarvan de fysiopathalogie veelal onduidelijk is (Weaver syndroom, Marshall-Smith, …) (1).

Hyperinsulinemie in utero wordt veroorzaakt door

1. maternale hyperglycemie door diabetes bij de moeder – resulterend in hyperplasie van de foetale pancreatische beta cellen, verhoogd insuline en macrosomie - via lage- affiniteits interactie van insuline met IGF-1 receptoren – en, gevaarlijk, hypoglycemie bij de geboorte.
2. Persistent hyperinsulinaemic hypoglycemia of infancy (PHHI): een groep van syndromen,allen gekenmerkt door een verhoogde insuline secretie in utero waarbij de oorzaak in het genotype van de foetus te vinden is. Kan gepaard gaan met verhoogd aantal fetale beta cellen (nesidioblastose – focale of diffuse eilandjes hyperplasie), of door een normaal aantal over-actieve beta cellen – bv. door een mutatie waarbij de beta cellen overgevoelig worden voor glucose (mutaties die leiden tot activering van het intermediaire metabolisme van de beta cel) en dus relatief te veel insuline secreteren.

3.7.1.2 Beckwith-Wiedeman syndrome (BWS) en genetic imprinting (zeldzaam)

30 Met medewerking van Dr. G. Martens – VUB November 2006

BWS is een klinisch heterogeen syndroom bestaande uit een combinatie van somatische overgroei, gecombineerd met verhoogde kans op pediatrische tumoren. Mogelijke symptomen: - macrosomie (prenataal gigantisme) - postnataal gigantisme - macroglossie - embryonale tumoren en diverse malformaties (Wilms’ nefroblastoma, hepatoblastoma) - neonatale hypoglycemie door nesidioblastose

De mutaties bij BWS situeren zich typisch in één welbepaalde chromosomale regio (11p15), die diverse genen bevat die imprinting vertonen, met als belangrijkste IGF2. Meestal betreft het spontane mutaties die leiden tot loss of imprinting (LOI); LOI van het IGF2 gen zorgt ervoor dat in utero niet enkel het vaderlijke IGF2 gen tot expressie komt, maar ook het normaliter-geïnactiveerde moederlijke allel; hierdoor onstaat een verdubbeling van de fetale IGF2 levels en overmatige groei in utero. Deze hyper- proliferatieve situatie is daarnaast ook geassocieerd met vorming van tumoren, zoals het nefroblastoma (Wilms’ tumor) en rhabdomyosarcoma (Weksberg R. et al. Human Molecular Genetics 2003).

In de kantlijn: de klinische heterogeniteit van BWS komt doordat de 11p15 regio ook nog andere groei-regulerende genen bevat. Mutaties in de telomerische 11p15 regio, met daarin o.a. IGF2, is typisch geassocieerd met Wilms’s nefroblastoma; mutaties in een andere regio, waarin o.a. de essentiële cell-cyclus inhibitor p57/CDKN1C gelegen is, is dan weer meer geassocieerd met rhabdomyosarcoma (Lapunzina P. et al, Am J Med Genet 2005).

31 Met medewerking van Dr. G. Martens – VUB November 2006

3.7.2 verhoogde groei postnataal

→ Niet dysmorfisch → met normale groeisnelheid:

• familiaal of constitutief
• oestrogeen deficiëntie of deficit
• hypogonadisme
• obesitas

→ met verhoogde groeisnelheid:

• vervroegde puberteit
• hyperthyroidie
• hypofysair gigantisme

→ dysmorfische groei: → disproportioneel lange ledematen:

• Marfan syndroom
• Klinefelter syndroom
• Homocystinurie → met normale proporties: zeldzame syndromen (Soto’s, S-G-B, BWS), ntk

Het meest voorkomende geval is de constitutieve, familiale vorm van grote gestalte: 2 SD groter dan het gemiddelde van de populatie (1.91 meter voor mannen, 1.76 meter voor vrouwen). De oorzaak is polygenetisch, en geassocieerd met verhoogde 24-uurs GH secretie en verhoogde IGF-1 levels. Dit is een afwijking met positieve maatschappelijke waardering, want er bestaat een positieve correlatie tussen lichaamslengte en graad van scholing en tewerkstellingsmogelijkheden. Extreem lange lengte houdt een hoger risico in voor kyphose en scoliose – en voornamelijk door meisjes kan extreem lange lengte sociaal als problematisch ervaren worden. Om die reden kan, desgewenst, een behandeling gestart worden om de groei af te remmen. Dit gebeurt door toediening van suprafysiologische

32 Met medewerking van Dr. G. Martens – VUB November 2006

dosissen geslachtshormonen: oestrogeen (ethinylestradiol) voor de meisjes, testosteron voor de jongens. Oestrogeen zorgt voor versnelde epifysiale fusie met sluiten van de groeiplaten in bot. Testosteron zal bij suprafysiologische dosissen worden gearomatiseerd tot oestrogeen en zo hetzelfde effect bekomen. Starten voor bot-leeftijd van 11 en 13 jaar bij respectievelijk meisjes en jongens. De bijwerkingen (acne, gewichtstoename, onderdrukking hypothalamo-hypofysaire as) zijn tijdelijk en reversibel en een reductie op uiteindelijke lengte van 10 cm kan bereikt worden.

Volgens dezelfde redenering is het begrijpelijk dat een verminderde oestrogeen- signalisatie (resistentie, deficiëntie, hypogonadisme) ook resulteert in vertraagde sluiting van de groeischijven. Sporadische gevallen van oestrogeen receptor mutatie werden beschreven – het belang van deze aandoening is eerder academisch daar ze de rol van oestrogenen in bot mineralisatie en groei illustreren. Lange gold het dogma dat oestrogeen enkel een groei-regulerende rol had bij meisjes; dit veranderde bij de beschrijving van een mannelijke patiënt met een null-mutatie van de ER (estrogen alpha receptor) (Smith EP et al. NEJM 1994), en van mannen met mutatie in het aromatase enzym dat testosteron converteert in oestrogeen (Morishima A et al. J Clin Endocrinol Metab 2005); in beide gevallen waren deze mannen/jongens gekenmerkt door een erg lange, fijne gestalte met eunuchoïde proporties, en daarnaast ook een verminderde botmineralisatie. Toediening van oestrogenen in het geval van de aromatase mutanten was in staat de aanhoudende groei te stoppen, met sluiting van de epifysaire groeischijf, en snelle remineralisatie van het bot.

Obesitas bij kinderen zorgt voor grotere gestalte tijdens de kindertijd – maar resulteert finaal niet in gestegen volwassen gestalte. Het mechanisme is niet geheel duidelijk, maar impliceert mogelijk een combinatie van (a) overmaat aan plasma insuline (insuline resistentie), (b) gestegen IGF-1 concentraties ondanks onderdrukte GH spiegels;

Een belangrijk teken is geaccelereerde groei. Hyperthyroidie en vervroegde puberteit zijn evidente oorzaken en zijn snel duidelijk uit het klinisch beeld of labo analyse; leiden echter niet tot vergrote finale gestalte.

33 Met medewerking van Dr. G. Martens – VUB November 2006

Gevaarlijker – maar gelukking erg zeldzaam -is hypofysair gigantisme (pituitary gigantism) door een excessieve secretie van GH. Een excessieve secretie van GH zal zorgen voor versnelde lineaire groei van bot – zolang de epifysaire groeischijven NIET gesloten zijn; na de sluiting van de groeischijven resulteert overmatige GH secretie niet in gigantisme maar wel in disproportionele groei, nl acromegalie. De prevalentie van acromegalie/gigantisme is slechts 50/106, en hiervan vertoont slechts 3% echte reuzengroei. Het record staat op naam van de Robert Wadlow, de “Alton Giant”, met 2.72 meter (Behrens and Barr, Endocrinology, 1932). De oorzaak is meestal een solitair GH- secreterend hypofysair adenoom (somatotroop adenoom) – hoewel ook gevallen beschreven zijn met ectopische GH secretie in pancreatische tumoren, en associaties met andere endocriene neoplasie (MEN1).

In het geval van dysmorfische groei, met abnormaal geproportioneerde, lange ledematen, denk aan Klinefelter syndroom (frekwent!) of Marfan syndroom.

Klinefelter syndroom (1/1000 mannelijke geboorten) ontstaat door non-disjunctie van de sex chromosomen bij 1 van de ouders, resulterend in een mannelijk genotype (steeds minimaal 1 Y-chromosoom aanwezig) met verhoogd aantal X chromosomen (meestal 47XXY, maar ook 48XXXY, 48XXYY en 49XXXXY – naarmate meer X chromosomen, wordt de aandoening erger en onstaat ook mentale retardatie). In mannelijke germ cells is inactivatie van het X chromosoom noodzakelijk voor normale spermatogenese – en dit loopt fout bij Klinefelter. Waarschijnlijk mede hierdoor, en door nog onduidelijke mechanismen, ontstaat primair hypogonadisme, met testiculaire fibrose. Het mechanisme van de verlengde beengroei (lange dunne ledematen) is nog onduidelijk en is niet zomaar te verklaren door een gebrek aan androgenen. Mogelijke ligt een (partiële) verklaring in de verhoogde expressie van het SHOX (short stature homeobox-containing gene) gen. Dit SHOX gen codeert mogelijk voor een antagonist van de oestrogeen-effecten op de epifysaire groeiplaat – en remt dus de fusie en botmaturatie. Een tekort aan SHOX resulteert zo in kleine gestalte (Turner-syndroom achtig), een verhoogde expressie in Klinefelter-achtige groeistoornis.

34 Met medewerking van Dr. G. Martens – VUB November 2006

Marfan syndroom is een stuk zeldzamer (1/10.000). en van totaal andere etiologie. De ziekte wordt veroorzaakt door een mutatie in fibrillin-1, een component van de elastische matrix. De manifestatie is variabel – lange gestalte, arachnodactylie, abnormale laxiteit – ‘de slangenmens’. Een onbehandelde patiënt met homocystinurie (zie hoofdstuk ‘metabole ziekten’) zal een vergelijkbaar beeld ontwikkelen (mechanisme onduidelijk) – echter, door systematische screening naar deze aandoening komt dit niet meer voor.

3.7.3 Diagnostische uitwerking van postnatale overgroei:

(1) 24 uurs secretie van GH (2) NMR van de hypothalamo-hypofysaire regio (3) vervolledig bilan met TSH, IGF-1 (en IGFBP-3) (4) eventueel: GH-suppressie test: orale glucose bolus onderdrukt normaliter GH secretie – hoewel tot 30% van normale mensen van grote gestalte deze onderdrukking ook niet tonen (5) TRH-suppressie test

Referenties

1. Ambler, G (2002) Best Pract Res Clin Endocrinol Metab 16, 519-546

1. Raymond L. Hintz Harrison's Principles of Internal Medicine, 14th Edition, 1998 1999-2002

1. Randhawa, R, Cohen, P (2005) Mol Genet Metab

1. DeChiara, TM, Efstratiadis, A, Robertson, EJ (1990) Nature 345, 78-80

1. DeChiara, TM, Robertson, EJ, Efstratiadis, A (1991) Cell 64, 849-859

1. Butler, AA, LeRoith, D (2001) Endocrinology 142, 1685-1688

1. Kalscheuer, VM, Mariman, EC, Schepens, MT, Rehder, H, Ropers, HH (1993) Nat Genet 5,

35 Met medewerking van Dr. G. Martens – VUB November 2006

74-78

1. Muller, EE, Locatelli, V, Cocchi, D (1999) Physiol Rev 79, 511-607

1. Blaschke, RJ, Rappold, GA (2000) Trends Endocrinol Metab 11, 227-230

1. Rao, E, Blaschke, RJ, Marchini, A, Niesler, B, Burnett, M, Rappold, GA (2001) Hum Mol Genet 10, 3083-3091

1. Rappold, GA, Fukami, M, Niesler, B, Schiller, S, Zumkeller, W, Bettendorf, M, Heinrich, U, Vlachopapadoupoulou, E, Reinehr, T, Onigata, K, Ogata, T (2002) J Clin Endocrinol Metab 87, 1402-1406

1. Mullis, P, Patel, M, Brickell, PM, Brook, CG (1990) J Clin Endocrinol Metab 70, 187-191

1. Ward, RD, Raetzman, LT, Suh, H, Stone, BM, Nasonkin, IO, Camper, SA (2005) Mol Endocrinol 19, 698-710

1. Bottner, A, Keller, E, Kratzsch, J, Stobbe, H, Weigel, JF, Keller, A, Hirsch, W, Kiess, W, Blum, WF, Pfaffle, RW (2004) J Clin Endocrinol Metab 89, 5256-5265

1. Cushman, LJ, Watkins-Chow, DE, Brinkmeier, ML, Raetzman, LT, Radak, AL, Lloyd, RV, Camper, SA (2001) Hum Mol Genet 10, 1141-1153

1. Laron, Z (2004) J Clin Endocrinol Metab 89, 1031-1044

1. Hull, KL, Harvey, S (1999) J Endocrinol 163, 165-172