Determinanten des relativen Anteils der 20Kilodalton-Isoform des humanen Wachstumshormons im oralen Glukosetoleranztest bei Patienten mit Akromegalie sowie gesunden Kontrollpersonen

Ulmer, Esther (2021): Determinanten des relativen Anteils der 20Kilodalton-Isoform des humanen Wachstumshormons im oralen Glukosetoleranztest bei Patienten mit Akromegalie sowie gesunden Kontrollpersonen. Dissertation, LMU München: Medizinische Fakultät

Abstract

Das Wachstumshormon (GH) besteht aus verschiedenen molekularen Isoformen. Den größten Anteil hat 22kDa-GH (22K; ca. 80-90 % des Gesamt-GH), gefolgt von 20kDa-GH (20K; 5-15 % des Gesamt-GH). Die biologische Signifikanz von 20K ist bisher unklar, jedoch scheint die Wirkung mit der des 22K vergleichbar zu sein. Akromegalie ist durch eine chronische GH-Erhöhung charakterisiert, hervorgerufen durch ein somatotropes Adenom. Die Datenlage bezüglich der unterschiedlichen GH-Isoformen bei Patienten mit Akromegalie ist spärlich, es ist aber mehrfach eine erhöhte 20K/22K-Ratio beschrieben worden. Unser Ziel ist es, die 20K/22K-Ratio in einer größeren Kohorte unbehandelter Patienten mit Akromegalie mit jener von gesunden Kontrollprobanden zu vergleichen. Wir untersuchen den potentiellen Einfluss von Geschlecht, hormonellem Status, Alter, BMI und Tumorgröße auf die 20K/22K-Ratio, sowie die Dynamik der 20K/22K-Ratio während eines oralen Glukosetoleranztests jeweils im Gruppenvergleich. 42 Patienten mit Akromegalie (Akromegaliegruppe = ACR) und 202 gesunde Kontrollprobanden (Kontrollgruppe = CON) wurden in die Studie eingeschlossen. Jeder Proband wurde einer BMI-Gruppe (Gruppe I: BMI ≤ 25 kg/m2; II: BMI 25-30 kg/m²; III: BMI ≥ 30 kg/m²), sowie einer Geschlechtergruppe (Männer < 50, Männer > 50, postmenopausale Frauen, prämenopausale Frauen mit oraler Östrogenzufuhr und prämenopausale Frauen ohne orale Östrogenzufuhr) zugeteilt. Alle Probanden wurden einem oralen Glukosetoleranztest unterzogen. Es wurde zu Beginn sowie 30, 60, 120 und 180 Minuten nach der Zufuhr von 75 g Glukose Blut entnommen. 22K wurde per CLIA-IDS-iSYS (Nachweisgrenze 0,05ng/mL) gemessen. In Proben mit 22K > 0,4 ng/mL wurde 20K durch einen in-house IFMA bestimmt (Nachweisgrenze 0,025 ng/mL). In der Basalmessung war 20K in 100 % (n = 42) und 56,7 % (n = 114) jeweils bei ACR und CON messbar. 60 Minuten nach Glukoseaufnahme war 20K noch in 100 % in ACR (n = 41, eine Probe nicht vorhanden) und in 36,3 % in CON (n = 73) messbar. Es wurde kein Unterschied zwischen 20K/22K-Ratio-Werten von Patienten mit Makroadenomen und solchen mit Mikroadenomen festgestellt. Die mittlere 20K/22K-Ratio war in der Basalmessung in ACR signifikant höher als in CON (ACR: M = 13,61 % (SD = 3,8); CON: 11,31 % (SD = 3,08); p = 0,0002). Auch zum Zeitpunkt 180 war der Unterschied signifikant, zu den übrigen Zeitpunkten nicht. In CON waren Unterschiede der 20K/22K-Ratio je nach Geschlecht bzw. Östrogenzufuhr zu sehen, prämenopausale Frauen ohne orale Östrogenzufuhr hatten signifikant höhere 20K/22K-Ratio-Werte als Männer > 50 (p = 0,0311), postmenopausale Frauen (p < 0,0001) und prämenopausale Frauen mit Östrogeneinnahme (p < 0,0001). Männer < 50 hatten signifikant höhere 20K/22K-Ratio-Werte als postmenopausale Frauen (p = 0,0001) und prämenopausale Frauen mit Östrogeneinnahme (p = 0,0016). Mittelwerte: prämenopausale Frauen (n = 120): 14,73 % (SD = 6,18); Männer < 50 (n = 89): 14,55 % (SD = 7,18); postmenopausale Frauen (n = 66): 11,0 % (SD = 3,77); Männer > 50 (n = 38): 11,73 % (SD = 4,38); prämenopausale Frauen mit Östrogenzufuhr (n = 158): 12,15 % (SD = 5,99). In ACR konnten keine signifikanten Unterschiede der 20K/22K-Ratio in den verschiedenen Geschlechtergruppen beobachtet werden. Das Alter der Probanden in CON korrelierte mittelstark negativ mit der 20K/22K-Ratio (p = 0,0005, r² = 0,1026), in ACR war dies nicht zu beobachten (r² = 0,043, p = 0,5125). In CON bestand außerdem eine schwache negative Korrelation von 20K/22K-Ratio und BMI (Spearman, two-tailed): r2 = 0,083, p = 0,0019. I (n = 78): M = 11,89 % (SD = 2,85); II (n = 26): M = 10,63 % (SD = 3,34) und III (n = 10): 8,48 % (SD = 2,39); I vs III: p = 0,0174. In ACR konnten wir keinen signifikanten Effekt des BMI auf die 20K/22K-Ratio beobachten: Korrelation (Pearson, two-tailed): r2 = 0,0169, p = 0,4563; p > 0,9999 zwischen allen BMI-Gruppen. Für CON erwies sich in der multiplen linearen Regressionsanalyse das Alter als der stärkste Prädiktor der basalen 20K/22K-Ratio, gefolgt vom BMI. Die Geschlechtergruppe zeigte hier keinen signifikanten Einfluss. In einem Modell mit allen drei Einflussfaktoren als unabhängige Variablen ergab sich ein R2 von 0,212. Nach Glukoseaufnahme stieg die 20K/22K-Ratio signifikant in CON. Sie startete bei 11,31 % und stieg auf 13,49 %, 15,01 % und 15,02 % nach jeweils 30, 60 und 120 Minuten. Gegen Ende des Tests fiel sie wieder stark ab und endete bei 180 Minuten wieder auf dem Anfangswert von 11,31 %. Im Gegensatz dazu blieb die 20K/22K-Ratio in ACR nahezu unverändert (zwischen 13,61 % und 14,85 %). Der Vergleich zwischen Zeitpunkt 0‘ und 60‘ war in der Kontrollgruppe signifikant (p < 0,0001). Wir schlagen die weitere Evaluation eines möglichen diagnostischen Vergleichs zwischen basalen 20K/22K-Ratio-Werten während eines oGTT und solchen nach einer Stunde vor. In der gesunden Kontrollgruppe war die 20K/22K-Ratio niedriger bei höherem Alter und BMI. Die 20K/22K-Ratio stieg kurzzeitig nach der Glukoseaufnahme an. Unsere Daten bestätigen, dass die 20K/22K-Ratio bei Patienten mit Akromegalie höher ist als bei gesunden Kontrollpersonen. Außerdem lassen sie vermuten, dass die 20K/22K-Ratio bei Patienten mit Akromegalie, anders als bei gesunden Personen, nicht durch Glukoseaufnahme, Geschlecht, hormonellem Status, Alter oder BMI signifikant beeinflusst wird. Eine exzessive GH-Sekretion durch somatotrope Adenome scheint mit Änderungen in der Regulation der GH-Isoformen-Zusammensetzung assoziiert zu sein.

Abstract

The human Growth Hormone (GH) consists of various molecular isoforms. Most abundant is 22kDa-GH (22K; 80-90% of total GH), followed by 20kDa-GH (20K; 5-15% of total GH). The biological significance of 20K remains unclear, but its effects appear comparable to those of 22K. Acromegaly is characterized by chronic GH excess due to a somatotrope adenoma. Data on GH isoforms in acromegaly are scarce, but an increased 20K/22K-ratio has been described. Our aims were to compare the 20K/22K-ratio in a larger cohort of treatment-naïve patients with acromegaly and healthy controls, to investigate the potential impact of gender, hormonal status, age, BMI and tumor size on the 20K/22K-ratio and to compare the dynamics of the 20K/22K-ratio during oral glucose tolerance test in the groups. 42 treatment-naïve patients with acromegaly (acromegaly group = ACR) and 202 controls (control group = CON) were included in this study. Both patients and controls were assigned into BMI-groups (I: BMI ≤ 25 kg/m2; II: BMI 25-30 kg/m²; III: BMI ≥ 30 kg/m²) as well as gender groups (men < 50, men > 50, postmenopausal women, premenopausal women with oral estrogen intake and premenopausal women without estrogen intake). Serum samples were collected at baseline and 30, 60, 120 and 180 minutes after oral glucose load (75g). 22K was measured in all samples using the 22K-specific CLIA-IDS-iSYS (limit of quantification (LoQ) 0,05ng/mL). In samples with 22K > 0,4 ng/mL 20K was measured using an in-house IFMA (LoQ 0,025 ng/mL). At baseline, 20K was measurable in 100% (n=42) and 56,7% (n=114) of ACR and CON, respectively. 60 minutes following glucose load, 20K was detectable in 100% (n=41, one sample not available) and 36,3% (n=73) of ACR and CON, respectively. There was no difference between macro- and microadenomas. The baseline 20K/22K-ratio was significantly higher in ACR than in CON (ACR: M=13,61%, SD=3,8; CON: 11,31%, SD=3,08; p=0,0002, Mann-Whitney-Test). The 20K/22K-ratio after 180 minutes showed a significant difference as well, the other measurements did not. In CON the 20K/22K-ratio varied with gender group and estrogen intake. Premenopausal women without estrogen intake had significantly higher 20K-/22K-ratios that men > 50 (p = 0,0311), postmenopausal women (p < 0,0001) as well as premenopausal women with estrogen intake (p < 0,0001). Men < 50 showed significantly higher 20K/22K-ratios than postmenopausal women (p = 0,0001) as well as premenopausal women with estrogen intake (p = 0,0016). Means: premenopausal women (n = 120): 14,73 % (SD = 6,18); men < 50 (n = 89): 14,55 % (SD = 7,18); postmenopausal women (n = 66): 11,0 % (SD = 3,77); men > 50 (n = 38): 11,73 % (SD = 4,38); premenopausal women with estrogen intake (n = 158): 12,15 % (SD = 5,99). In ACR there was no significant difference of 20K/22K-ratios between the various gender groups. In CON the 20K/22K-ratio was lower with higher age with medium negative correlation (p = 0,0005, r² = 0,1026), in ACR we could detect no significant correlation (r² = 0,043, p = 0,5125). In CON the 20K/22K-ratio was lower with higher BMI with a weak negative correlation (Spearman, two-tailed): r2 = 0,083, p = 0,0019. I (n = 78): M = 11,89 % (SD = 2,85); II (n = 26): M = 10,63 % (SD = 3,34) and III (n = 10): 8,48 % (SD = 2,39); I vs III: p = 0,0174. In ACR we could not detect a significant impact of BMI on the 20K/22K-ratio: correlation (Pearson, two-tailed): r2 = 0,0169, p = 0,4563 (p > 0,9999 between all BMI-groups). In the multiple linear analysis of regression for CON age showed to be the strongest predicting factor of the basal 20K/22K-ratio, and BMI the second strongest. The gender group only showed an insignificant impact. In the model with all three predicting independent factors R2 was 0,212. Following glucose load, the mean 20K/22K-ratio significantly increased in CON. It started at 11,31%, increased to 13,49%, 15,01% and 15,02% after 30, 60 and 120 minutes respectively, before returning to baseline (11,31%) at 180 minutes. In contrast, the 20K/22K-ratio remained unchanged in ACR (between 13,61 % and 14,85 %). The comparison of time point 0’ and 60’ was significant in CON (p < 0,0001). We propose a further evaluation of this comparison to maybe be able to use it for diagnostical purposes. In CON the 20K/22K-ratio was lower with higher age and BMI and furthermore increased temporarily after glucose load. Our data confirm that the 20K/22K-ratio is higher in patients with acromegaly than in healthy subjects. However, our data suggest, that the 20K/22K-Ratio in patients with acromegaly is, unlike to healthy subjects, not regulated by acute glucose load, gender, hormonal status, age or BMI. Thus, increased GH secretion from somatotrope adenomas seems to be associated with alterations in the regulation of isoform composition.

• Dokumententyp: Dissertationen (Dissertation, LMU München)
• Keywords: Wachstumshormon, Akromegalie, 20kDa-GH, 20K/22K-Ratio, GH
• Themengebiete: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften ; 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 610 Medizin und Gesundheit
• Fakultäten: Medizinische Fakultät
• Sprache der Hochschulschrift: Deutsch
• Datum der mündlichen Prüfung: 23. Dezember 2021
• 1. Bericht­erstatter:in: Schopohl, Jochen