生长激素前世今生：临床需求决定研发方向
*仅供医学专业人士阅读参考
生长激素缺乏症（GHD）是由于腺垂体合成和分泌的生长激素部分或完全缺乏，或由于生长激素分子结构异常等所致的生长发育障碍性疾病，发生率约为0/10万-25/10万2 [1]。
生长激素是一种内源性激素，基本功能是促进生长，同时也是体内多种物质代谢的重要调节因子，缺乏生长激素会导致患者生长速度减慢，身高低于同年龄儿童，且多数会出现青春期发育延迟[1]。有研究显示，生长激素缺乏症引起身材矮小的儿童也存在一些心理影响，患者自信心、社交能力及与异性接触方面等均较健康人群更差，就业、受教育水平均会受到影响，可以说，生长激素缺乏症会从多个方面严重影响患者的生长发育和身心健康[2]。
目前，体外补充生长激素是生长激素缺乏症患儿唯一的治疗方式，从1958 年的人垂体提取生长激素，到今天利用基因工程技术合成，基因重组人生长激素已经广泛用于生长激素缺乏症的对因治疗中。
重组人生长激素发展史
20世纪80年代末期，研究人员首次合成了重组人生长激素，它逐渐成为治疗各种生长激素缺乏症及其并发症的首选药物[3]。目前，基因重组人生长激素替代治疗被广泛应用于生长激素缺乏症患儿[1]，随着基因工程不断发展成熟，重组人生长激素的制备工艺、给药方式和临床需求的驱使，推动生长激素从短效日制剂向长效周制剂逐步发展。本文将从不同生长激素的制剂原理出发，对生长激素在儿童GHD治疗中的研究进展进行阐述，以期加深临床医师对该领域的理解。
短效日制剂
生长激素是一种蛋白质，极易失活、稳定性较差、难以成药，温度和pH是影响其稳定性最主要的物理因素。随着基因重组技术的发展，生长激素已可被人工合成作为药品在临床应用，目前短效日制剂生长激素可以分为粉剂和水剂两个剂型。研究显示，患者使用短效水剂生长激素15个月时的身高增长速度为9.4 cm/年，使用短效粉剂时为9.3 cm/年，临床中也观察到患者使用短效水剂和短效粉剂的治疗效果没有显著性差别，且安全性相似[4]。但从药物稳定性和使用便利性角度看，两种剂型则各有优势。
从药物使用便利性的角度看，短效粉剂用药步骤繁琐，在每次注射之前需抽取抑菌水注入冻干粉容器中重新配制。这意味着患者或家属需要经过一定的训练才能保证每日1次给药的持续治疗，因此限制了该药的广泛使用。同时，配制的过程也难以确保理想的无菌操作，可能增加感染风险。生长激素短效水剂相比较短效粉剂而言，注射过程减少了配制、复溶环节，生长激素水剂注射前无需再溶解，提高了患者使用的便利性。
但从药物稳定性的角度看，相比水剂，粉剂由于经过冻干过程，蛋白更加稳定。国内上市的主要生长激素说明书*显示，粉剂保质期为24个月，通常可以常温保存7天，但水剂保质期只有18个月，而且通常不能常温保存。另外在一项针对我国已上市生长激素的研究显示，生长激素水剂临近效期时，蛋白质降解总有关物质增加5倍，但生长激素粉剂在临近效期时，总有关物质仅增加了1.5倍，远低于水剂。该研究证明，生长激素粉剂具有良好的药物稳定性，生长激素水剂更易产生有关物质[5]。
GHD临床治疗现状不容乐观
短效日制剂难以满足需求
目前我国GHD患者的治疗依从性不佳，存在严重的漏针情况。漏针是一个普遍存在的问题，国内的行业调研显示，国内短效生长激素漏针率可达到22%[6]，这与短效制剂频繁注射带来的不便和痛苦有一定关系。患者生活节奏改变，如家长出差、外出旅行等同样会导致漏针。
患者的依从性对治疗效果起着至关重要的作用[7]，生长激素治疗依从性差的儿童生长速度明显低于依从性好的儿童，一项回顾性队列研究显示，依从性好的患儿在1年内的身高变化比依从性差的患者额外增加1.8cm[8]。另一项多中心研究显示，GHD儿童每增加10%的依从性，身高增长速度增加1.1cm/年[9]。
此外患儿整体治疗时间较短，也造成了GHD 患儿治疗没有达到预期效果。指南推荐，为了改善成年终身高，生长激素的治疗时间应至少维持1年以上[10]，但有行业报告显示，国内患儿治疗时间仅为9个月左右，其中因素之一是：短效制剂在治疗GHD时，患儿需要长期且频繁地注射给药[11-12]，影响生活质量。以及对疼痛和针头的恐惧，都会导致患儿畏惧治疗，无法达到指南推荐治疗时长，进一步降低治疗效果。
综上，未满足的临床需求推动了重组人生长激素长效周制剂的研制。
从临床需求出发
长效周制剂生长激素
理想的长效生长激素设计，不仅能减少注射次数，提高患者治疗依从性，还需保证生长激素的安全/耐受性、有效性和低免疫原性等，从而进一步提高临床获益。长效生长激素主要有两种，一种是非天然作用的生长激素，即通过改变生长激素分子结构发挥疗效，二是天然作用生长激素，将未修饰的生长激素与延时技术结合，注射入体内后，以预先设定的速率释放未经修饰生长激素。
1 非天然作用长效生长激素
▌1.1 非共价白蛋白结合生长激素
通过酰化作用在生长激素分子上结合一个脂肪酸侧链，将小分子结合白蛋白以非共价方式附着在重组人生长激素上，构建成一种生长激素衍生物，此类长效生长激素属于非共价白蛋白结合生长激素。这种生长激素衍生物因增加了对血清蛋白的亲和力而延长了药物在体内分布的时间，使循环中游离药物浓度降低并降低药物的清除率，从而延长半衰期[13]。然而，此类修饰生长激素后的衍生物可能会在给药后不久后就达到最高浓度，导致体内生长激素活性超过生理水平[14]，可能存在一定安全性风险。
▌1.2 融合蛋白生长激素
在生长激素的氨基端通过基因融合技术将蛋白质或蛋白片段（如白蛋白、免疫球蛋白片段、人绒毛膜促性腺激素C端多肽等）与生长激素结合，形成融合蛋白生长激素。例如somatrogon（MOD-4023），是一种羧基末端肽修饰的长效生长激素，即是通过将三个羧基末端肽序列与生长激素的编码序列融合起来而产生的。此类长效生长激素可显著降低与生长激素受体结合的亲和力，从而降低药物清除率并延长半衰期[15-16]。但融合蛋白生长激素技术无法避免存在一定的免疫原性[17]，其次也可能因增加了药物分子量而降低组织渗透率。早前有一种融合蛋白类长效生长激素，NNCl126-0083，由于在给药剂量水平内未达到有效的IGF-1曲线，目前研发已终止。
▌1.3 永久性聚乙二醇化生长激素
永久性聚乙二醇化长效生长激素是通过将支链聚乙二醇分子与生长激素的氨基结合而制成的，此类长效生长激素可增加药物蛋白质稳定性，减少非特异性吸收和抗原性，从而降低药物肾脏清除率及延长半衰期[18]。聚乙二醇化修饰长效生长激素可能因增加了药物分子量而影响药物在体内的分布，也可能在注射时引起局部脂肪萎缩等不良反应，同时聚乙二醇化生长激素在降低清除率的同时也可能降低了生长激素对其受体的亲和力而使生长激素活性降低[19]。这些问题或可能是导致PHA-794428和NNC126-0083等聚乙二醇化修饰的长效生长激素产品最终没有获批上市的原因。
国内研发的聚乙二醇化生长激素的III期试验结果显示，聚乙二醇化生长激素组的身高生长速率非劣效于短效生长激素[19]。该药已于2014年在中国获批用于治疗儿童GHD（美国食品药品监督管理局及欧洲药品管理局尚未获批）。但随后国内也有其他单中心研究发现，在接受聚乙二醇化生长激素治疗的GHD患儿（37例）中发生局部脂肪萎缩的患者比例约有16.2%[20]。提示聚乙二醇化生长激素的临床应用仍需进一步持续监测安全性结果。
2 天然作用的长效生长激素类
▌2.1 微球制剂
微球缓释剂是最早应用的长效生长激素延时技术类型，通过使用聚乳酸-羟基乙酸聚合物、聚乳酸或透明质酸钠等材料制备成粒径为1~300μm的球状微粒，将未修饰的生长激素进行包裹而制成长效生长激素，这种方式可实现持续一个月的药物缓慢释放[21]。但在后续临床应用中发现，此类长效生长激素会带来一些注射部位的不良反应（如注射部位产生硬结、红斑）。其主要原因可能是由于微球的容量有限，为了达到治疗剂量可能需要足够大的微球体积或增加用药剂量/频率，因此增加了不良事件风险，且无法使用细针注射[22]。目前该类药物仅在韩国销售和使用。
▌2.2 TransCon技术-暂时连接技术
TransCon意指“暂时连接（transient conjugation）”，是一种用于新药开发的创新技术平台。“TransCon暂时连接”生长激素主要包括3个部分：未经修饰的原型药物（22KD生长激素分子）、保护原型药物的惰性载体以及一种可将二者暂时连接的连接体。与永久性聚乙二醇化生长激素不同，“TransCon暂时连接”生长激素经皮下注射进入血液循环后，在体内生理酸碱度和温度下体连接结构可与生长激素分子自动解离，以可控方式在一周内缓慢释放未经修饰的活性生长激素，抵达靶器官与受体结合后激活一系列信号传导进而发挥治疗作用，而惰性载体分子和连接体可经肾脏清除[14]。
“TransCon暂时连接”生长激素被认为具有更强的药效。该药所含未经修饰的生长激素与人体自身分泌的天然生长激素具有完全一致的分子量和氨基酸构成，因此具有双重作用，不仅可到达骨板靶组织，通过直接结合细胞表面特定受体作用于骨板组织，直接促进骨骼生长[23]。另一方面，可通过IGF-1介导而发挥刺激软骨细胞分化和增殖、刺激肝脏葡萄糖输出和脂解等间接作用。
安全性方面，从原型药物角度来看，理论上暂时连接生长激素中的生长激素未经修饰，与天然生长激素具有相同的生物学作用，因此其安全性与天然生长激素也更接近。
目前唯一一款采用“暂时连接”技术的长效生长激素是隆培促生长素，在一项评估隆培促生长素疗效的III期试验heiGHt研究结果显示，治疗52周时，隆培促生长素组GHD患儿年身高生长速率非劣且优效于对照组每日1次注射的重组人生长激素（P=0.009）且安全性相当[24]。目前，隆培促生长素是唯一经临床研究证实优效于日制剂的长效生长激素，并先后获得美国食品药品监督管理局和欧洲药品管理局批准上市，用于治疗儿童GHD，隆培促生长素中国III期研究（NCT04326374）也已完成并有望进入中国市场。
总结与展望
总体来看，相较于短效日制剂生长激素，长效周制剂生长激素能显著减少患儿注射频率，改善了儿童患者治疗依从性和生活质量。基于此，长效生长激素已开启了生长激素治疗的新时代。天然作用的长效生长激素因兼具更强效、安全和便捷等特点，在GHD治疗领域具有广阔的前景。未来也期待能有更多长效生长激素药物在中国上市，使更多GHD患儿获得及时、有效和安全的治疗。
*关于粉剂生长激素保质期本文主要参考的说明书有赛增、安苏萌、海之元和珍怡。
专家简介
支涤静
副主任医师，博士，复旦大学附属儿科医院内分泌遗传代谢科。致力于儿科内分泌的临床、科研及教学工作。
曾于2001年至2002年在英国牛津大学附属John Radcliffe 医院进修小儿内分泌专业；2008年在瑞典卡洛琳斯卡医学院进行了为期半年的糖尿病研究。
曾获得2008年欧洲糖尿病研究协会Albert Renold奖学金。
在国际SCI和国内权威及核心杂志发表十数篇论文。多次在国际内分泌年会中作大会发言。
擅长：身材矮小，青少年青春发育异常，儿童糖尿病，儿童肥胖、小儿甲状腺疾病，肾上腺疾病等内分泌疾病的诊治。
参考文献：
1.王卫平等.儿科学（第九版）.人民卫生出版社.
2.陈凌华,赵慧,张素珍,张沥文,林洁.矮小症儿童主观生活质量和社会适应能力的研究[J].中国儿童保健杂志,2016,24(12):1271-1273.
3.李瑶,巨晓洁,汪伟,等. 重组人生长激素给药系统的研究进展[J]. 化工进展,2021,40(6):3401-3410.
4.Romer T, Peter F, Saenger P, et al. Efficacy and safety of a new ready-to-use recombinant human growth hormone solution[J]. J Endocrinol Invest. 2007;30(7):578-89.
5.李晶,程速远,张慧,等. 近效期重组人生长激素两种注射剂型的有关物质研究[J]. 中国新药杂志,2014,23(18):2127-2131,2143.
6.中国儿童生长激素使用情况研究.安永智库.
7.Mohseni S, Heydari Z, Qorbani M, Radfar M. Adherence to growth hormone therapy in children and its potential barriers. J Pediatr Endocrinol Metab. 2018;31(1):13-20.
8.Loftus J, Miller BS, Parzynski CS,et al. Association of Daily Growth Hormone Injection Adherence and Height Among Children With Growth Hormone Deficiency[J]. Endocr Pract. 2022 ;28(6):565-571.
9.de Arriba Muñoz A, Muñiz VC, Saez JJA, et al. Impact of adherence on growth response during the first 2 years of growth hormone treatment. Endocrine. 2021 May;72(2):513-523.
10.中华医学会儿科学分会内分泌遗传代谢学组,《中华儿科杂志》编辑委员会,梁雁. 基因重组人生长激素儿科临床规范应用的建议[J]. 中华儿科杂志,2013,51(6):426-432.
11.Tanner JM, Whitehouse R, Hughes P, Vince F. Effect of humangrowth hormone treatment for 1 to 7 years on growth of 100children, with growth hormone deficiency, low birthweight,inherited smallness, Turner’s syndrome, and other complaints.Arch Dis Child 1971;46:745–82.
12.Verhelst J, Abs R, Vandeweghe M, Mockel J, Legros J-J, et al. Twoyears of replacement therapy in adults with growth hormonedeficiency. Clin Endocrinol (Oxf) 1997;47:485–94.
13.Rasmussen MH, Janukonyté J, Klose M, et al. Reversible Albumin-Binding GH Possesses a Potential Once-Weekly Treatment Profile in Adult Growth Hormone Deficiency. The Journal of clinical endocrinology and metabolism, 2016, 101: 988-998.
14.Sprogøe K, Mortensen E, Karpf DB, et al. The rationale and design of TransCon Growth Hormone for the treatment of growth hormone deficiency. Endocr Connect, 2017, 6: R171-r181.
15.Miller BS, Velazquez E, Yuen KCJ. Long-Acting Growth Hormone Preparations - Current Status and Future Considerations. J Clin Endocrinol Metab, 2020, 105: e2121-2133.
16.Hershkovitz O, Bar-Ilan A, Guy R, et al. In Vitro and in Vivo Characterization of MOD-4023, a Long-Acting Carboxy-Terminal Peptide (CTP)-Modified Human Growth Hormone. Mol Pharm, 2016, 13: 631-639.
17.Cohen-Barak O, Barkay H, Rasamoelisolo M, et al. Assessment of the Pharmacokinetics, Pharmacodynamics, and Safety of Single Doses of TV-1106, a Long-Acting Growth Hormone, in Healthy Japanese and Caucasian Subjects. Clinical pharmacology in drug development, 2017, 6: 331-342.
18.Luo X, Hou L, Liang L, et al. Long-acting PEGylated recombinant human growth hormone (Jintrolong) for children with growth hormone deficiency: phase II and phase III multicenter, randomized studies. Eur J Endocrinol, 2017, 177: 195-205.
19.Clark R, Olson K, Fuh G, et al. Long-acting growth hormones produced by conjugation with polyethylene glycol. J Biol Chem, 1996, 271: 21969-21977.
20.何肖华, 马华梅, 李燕虹, et al. 长效生长激素治疗青春期前生长激素缺乏症的疗效分析. 中山大学学报(医学科学版), 2020, 41: 981-990.
21.Silverman BL, Blethen SL, Reiter EO, et al. A long-acting human growth hormone (Nutropin Depot): efficacy and safety following two years of treatment in children with growth hormone deficiency. J Pediatr Endocrinol Metab, 2002, 15 Suppl 2: 715-722.
22.Cawley P, Wilkinson I, Ross RJ. Developing long-acting growth hormone formulations. Clin Endocrinol (Oxf), 2013, 79: 305-309.
23.Kaplan SA, Cohen P. The somatomedin hypothesis 2007: 50 years later. J Clin Endocrinol Metab. 2007 Dec;92(12):4529-35.
24.Thornton PS, Maniatis AK, Aghajanova E, et al. Weekly Lonapegsomatropin in Treatment-Naïve Children With Growth Hormone Deficiency: The Phase 3 heiGHt Trial. J Clin Endocrinol Metab, 2021, 106: 3184-3195.
- End -
医学界力求其发表内容在审核通过时的准确可靠，但并不对已发表内容的适时性，以及所引用资料（如有）的准确性和完整性等作出任何承诺和保证，亦不承担因该些内容已过时、所引用资料可能的不准确或不完整等情况引起的任何责任。请相关各方在采用或者以此作为决策依据时另行核查。
征 稿
医学界儿科频道欢迎您的投稿！
https://titan.yishengzhan.cn/#/public_contribution
请按征稿界面填写真实信息
优质稿件，稿费从优
