Twinkle:Tokyo Women`s Medical University

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遺伝子操作により作製したホルモンの臨床応用：特
に成長ホルモン（GH）について
肥塚, 直美; 高野, 加寿恵; 鎮目, 和夫
東京女子医科大学雑誌, 58(6):557-562, 1988
http://hdl.handle.net/10470/6622
Twinkle:Tokyo Women's Medical University - Information & Knowledge Database.
http://ir.twmu.ac.jp/dspace/
93
〔書割樺62第齢断言〕
シンポジウム
遺伝子操作の基礎と臨床
遺伝子操作により作製したホルモンの臨床応用
一特に成長ホルモン（GH）について一
東京女子医科大学第二内科学教室（主任：鎮目和夫教授）
ヒヅカ
ナオミ
タカノカズエ
シズメ
カズオ
肥塚直美・高野加寿恵・鎮目和夫
（受付昭和63年1月18日）
Clinic皐l Application of Biosynthetic Human Growth Hormone
Naomi HIZUKA， Kazue TAKANO and Kazuo SHIZUME
Department of Medicine II（Director：Prof． Kazuo SHIZUME）
Tokyo Women’s Medical College．
Human growth hormone（hGH）， which is synthesized in the anterior lobe of the pituitary， is a
protein consisting of 191 amino acids with a molecular weight of 22，000． The peptide has been used for
the treatment of pituitary dwarfs． As growth hormone is species specific， pituitary glands from human
cadavers had been the only source of hGH． The scarcity of the pituitary extracted hGH limited the use
of treatment of pituitary dwarfs and the amount of research on other potential clinical uses． By
recombinant DNA technology， biological active hGH has been synthesized． With the availability of
large quantities of the biosynthetic hGH， the pituitary dwarfs have been treated by the biosynthetic
hGH at a sufficient dose． Furthermore， the other clinical uses of the biosynthetic hGH including other
short stature， bone fracture， skin burn， and liver regeneration have been investigated．
緒
言
最近の遺伝子工学の進歩により種々の生理活性
1．hGHの化学構造と生合成
hGHは191個のアミノ酸よりなる分子量22，000
物質が大量に作製され臨床に使用されるように
の単鎖のペプチドである（図1）．hGHの遺伝子は
なってきた．抽出材料に限りがあり大量に作製さ
第17染色体の長腕に局在するが1），この遺伝子は
れず，化学合成が容易でない生理活性物質にとっ
5．つのcoding sequence（exon）と4つのinter−
ては，遺伝子工学での大量の作製法の確立は臨床
vening sequence（intron，介在配列）とからなっ
医学にとっては大きな進歩をもたらした．遺伝子
ている2）（図2）．hGHの生合成の過程を図2に示
操作により作製されているホルモンにはソマトス
すがhGHの遺伝子は191個のアミノ酸のみなら
タチン，インスリン，成長ホルモン（GH），セロ
いるのは，ヒトインスリンとヒト成長ホルモン
ずそのN末端に26個のシグナルペプタイドを
コードしている．このhGHの遺伝子がhGHの
mRNAの前駆体に転写され，転写されたintron
（hGH）である．本稿ではhGHの化学構造と生合
の部位が切り取られ（splicingされて）， hGHの
成について簡単に述べ，遺伝子工学で作製された
mRNAとなる．そして217個のアミノ酸（191十
26＝217）よりなるpre hGHが合成され，その後
プロセッシングをうけN末端の26個のアミノ酸
トニソ等があるが，現在，’臨床使用が認められて
hGHについて現状と将来への展望について述べ
る．
一557一
94
図1 ヒト成長ホルモン（hGH）のアミノ酸配列
ECQ RI
Eco RI
国で下垂体から抽出されたhGH（古い精製法）で
3，↓
↓ 5’
治療をうけていた症例からクロイツフェルドーヤ
hGH gene
b㎞E畑
コブ病（C−J病）が発生したと報告された3）．これ
ｫ・一・…Qn
はC−」病の原因は下垂体中に混在したC−J病のプ
hGH mRNA
（lmmature＞
↓・・1・…g
リオンによる可能性があるとされ，遺伝子工学手
hGH mRNA
（Mature）
Pre−hGH
hGH
法により作製されたhGHがより安全であるとい
NH課」＿＿H
うことで，その供給が待たれていた．
1）］M【ethionyl hGH
1↓
NH2
まずはじめに遺伝子工学により作製された
191COOH
hGHはN末端にメチオニンが1つ多くついた
図2 hGH生合成過程
hGH（methionyl hGH， m−hGH）であった．
作製法
される．
hGHの作製は，まずヒト下垂体よりhGHの
mRNAを抽出し，それから逆転写酵素により
2．遺伝子工学によるhGHの作製と下垂体性小
cDNAを作製し，それを大腸菌のプラスミッドに
人症への臨床応用
入れてhGHをつくる試みが行われた．しかしこ
がとれて191個のアミノ酸よりなるhGHが合成
のcDNAは前述したように26個のシグナルペプ
タイドを含むpre−hGHをコードしている為に大
GHは下垂体性小人症の治療薬として使用され
てきたが，GHは種族特異性がありヒトにはヒト
抽出されていた．したがって，下垂体の供給量の
腸菌はpre−hGHをつくる．下垂体細胞にはpre−
hGHから26個のシグナルペプタイドを切り取る
不足から下垂体小人症も十分に治療できない状態
酵素があるので，pre−hGHはプロセッシングをう
であったので，hGHの遺伝子工学による大量生産
けhGHとして分泌される．しかし，大腸菌ではこ
が望まれていた．その後，遺伝子工学によるhGH
の酵素がないためにpre−hGHのまま菌体内にと
の治験が世界各国で行おれている最中に米国，英
どまる．したがって，この方法では生物学的に有
のGHしか有効でなく従来は屍体の下垂体から
一558一
95
効なhGHを作製することはできなかった．
hGHと差を認めず‘）∼7），さらにヒトにおける安全
そこで，Goeddelら4）はpre−hGHのcDNA鎖の
性が確認されたので8）9），下垂体性小人症への治験
うちhGHの23と24番目のアミノ酸に相当すると
ころを切り取る制限酵素があるところがら，
が行われた．我が国でも1982年より1985年にかけ
24∼191番目のアミノ酸のcDNAを作り，一方
より，S−1， S−II， S−IIIと3回の治験が62名の下垂
hGHの1∼24番目のアミノ酸に相当するDNA
体性小人症に対して行われた10）．各治験時の身長
を化学的に合成し両者を結合させてhGHの1
促進効果を表1に示すが，m−hGH治療による身
∼191に相当するDNA鎖を作製し，これを大腸菌
長促進効果は著しく，この効果は従来の下垂体か
のプラスミッドに入れ，hGHの作製に成功した
（図3）．しかしこのDNAをプラスミヅドに入れ
進効果に匹敵するものであった．
て時期を異にしてm−hGHの精製の純度の程度に
て大腸菌にhGHを作らせるためには，このhGH
ら抽出したhGH（p−hGH）によりみられた身長促
のDNA鎖の前に読み始めのcodonとしてAUG
しかし，p・hGHと異なることはm・hGH治療中
には抗hGH抗体の出現率が高いことであった．
（メチオニンをコード）を入れなけれぽならず，こ
図4に抗体出現率を示すが，精製技術の向上によ
の方法で作製したhGHはN末端にメチオニン
り抗体出現率は低下したが，より純化したSJII
のついた192個のアミノ酸よりなるものであり，
でも1年間の治療により約72％の症例に抗体の出
m−hGHと呼ばれている．
現を認めた．すなわち，p・hGH治療による抗体出
臨床応用
m−hGHは基礎的検討で下垂体から抽出した
現率は5∼15％であるのでm−hGH治療により高
頻度にhGH抗体が出現したことになる．しかし
1例を除いた全例では抗体出現により身長促進効
果が抑制されることはなく，また，副作用も認め
ヒト’1マ垂イ本
られなかった．
φ
mRNA．
（）
↓逆転写酵素
−261cDNA 一26
191
合成DNA
1
24
肺暇酵素
−26 1 2324
■画
効果が認められたので我が国では1986年4月より
／91
齪］［一
大腸菌の
↓
＼／
プラスミド
1 24
Pre＿hGH
↓
m−hGH（商品名：ソマトノルム）が下垂体性小人
症に対しての健康保険での使用が許可され，他の
下垂体より抽出したhGH製品同様に使用されて
191
（：）
季興，
このようにm−hGHは抗hGH抗体産生率が高
いものの，安全で，C−J病の心配もなく，成長促進
いる．
一一蹴昌・
図3 遺伝子工学によるhGHの作製法（文献（3）よ
り改変）
100
Somatonorrn I
Somatonorm II
：署8・
表1 我が国におけるm・hGHの治験の成績
開始年月
S−1
S−H
1982年
1983年
P0月
P2月
@11月
S−III
1984年
ﾇ例数
P0人
P5人
@37人
? 間
Rヵ月』
Uヵ月
U∼12ヵ月
1、。
／▲／
萎・・
A
1・・
0
身長の伸び（cm／年間）
024681012
Months of m−hGH treatment
治療前
3．7±0．7
3．4±0．8
3．4±0．9
治療中
8．7±1，7
8．1±1．0
8．1±1．9
220
30→7
3∼4
ECP（ng／V）
為一A一▲
／
III
Somatonorm
▲ノ▲■■■rヘー▲
図4 我が国の下垂体性小人症に対するm−hGH
（Somatonorm）治験時の抗hGH抗体の出現率（文
献（10）より引用）
一559一
96
2）Recombinant methionine free hGH（r・
のr・hGHがhGH製剤として広く使用されると
hGH）
期待されている．
しかしm−hGHによる抗hGH抗体の高頻度の
出現にはN末端の過剰メチオニンが関与してい
る可能性が考えられ，authentic hG｝1の遺伝子工
OContro1
学での作製が望まれた．技術の開発により
△Somatrem
●Oxandrolone
▲Combination
11
authenticな191個のアミノ酸よりなるhGH（r−
ネ
hGH）の作製が可能となり11）12），下垂体性小人症
葱’o
に治験が行われた13＞｝15）．我が国で4製品のr−hGH
量9
症＼垂一一
・十
全／r鼻＼奔
粟、
により7．7∼9．2cm／年と明らかな身長促進効果が
・十
＊
書，
ついての成績を表2に示す．1年間のr・hGH治療
全
茎・
；
0
このようにr−hGHは抗体産生率も低くGJ病
盾?r−hGH
ABC
@
4
6
9
イド単独，Somatrem；m−hGH単独， Combina−
tion；Somatrem十〇xandrolone
Positive
16
7．7±1，8
1（6．3％）
＊：p〈0．05（V．S．治療前），†：p〈0．05（V．S．
P5
X．2±1．6
O2（12，5％）
P6
Control）
W，2±1．5
A
／5
40
読．
㍉o
35
き
霧5
30
墨
須
18
24
6
12
を25
18
ゴ
σ 20
TIME
窪
B
ユ5
璽
山 15
一
遍
三10
10
巴
雲5
5
望
0
12
Control；未治療， Oxandrolone；蛋白同化ステロ
一
0
一
と蛋白同化ステロイド剤治療の効果（文献（17）よ
Anti−hGH antibody
icm／year）
全
・十
り引用）
表2 我が国におけるr−hGHの治験の成績
Growth rate
＊十
図5 ターナー症候群の身長増加に及ぼすhGH治療
使用が許可されている．我が国でも，近い将来こ
No．
2
Time（months）
の心配もなく，現在すでに米国，ヨーロッパでは
Preparation
全
＊
認められた．抗hGH抗体出現率は0∼12．5％と
p−hGHと同程度であった．
・十
＊
ど 8
について実施されたが，治験の完了した3製品に
・十
18 24 6 12ユ2
丁工ME
0
18
24
6
T工ME
図6 低身長者の24時間血中GH分泌動態
Al下垂体性小人症， B；GHND， C；いわゆる正常低身長者，■；睡眠中を示す．
一560一
97
3）その他
3．将来hGH治療の適応となることが期待さ
hGH治療の対象となるその他の小人症として
は生物活性の少ないGHが分泌されている症例
れる疾患
hGH製剤の治療適応疾患は現在のところ下垂
体性小人症だけである．しかし遺伝子工学により
（growth hormone dependent growth failure）21＞
hGHが大量に作製されるようになった現在，他の
があげられる．また，腎不全小児の低身長につい
小人症等に対してもhGH治療の有用性が検討さ
て少数例であるが米国でhGHの治験が行われ身
れている．
長促進効果が認められたと報告されている22）．さ
1）ターナー症候群
らに将来にはここにあげた以外の小人症も治療さ
性染色体異常疾患であるターナー症候群は種々
れると思われる．
さらにhGHは小人症の治療以外にも骨折，創
の身体的特徴を伴うが，低身長はその1つである．
本症の低身長に対しては蛋白同化ステロイド剤，
傷の治癒促進への検討，また肝の再生に及ぼす効
少量のエストロゲンが使用されてきたが，最近で
果23）についても検討が行われ，その有用性が期待
はhGHの治療も行われている16）17）．図5に米国で
されている．
の治験の成績を示したがhGH治療では未治療例
結
語
以上，遺伝子工学により作製されたhGHによ
に比べ明らかに身長促進効果が認められている．
この効果は蛋白同化ホルモン剤単独と同程度であ
る我が国での下垂体性小人症の治療の現況につい
るが両者の併用により更に著しい身長促進効果が
て述べた．さらに，遺伝子工学により大量にhGH
認められている17）．我々の成績でも本症の中には
を作製でき使用されるようになると，薬不足は解
hGH治療が有効な症例があり，将来hGH治療適
消され，また将来hGH治療の適応疾患となり得
応疾患に加えられるものと思われる．
る疾患も多くなると考えられる．
文
2）Growth hormone neurosecretory
献
1）George DI、， Phillips JA III， Franke U et al：
dysfunction（GHND）
The genes for growth hormone and chorionic
GH分泌刺激試験に対してはGHが正常増加
反応を示す低身長者の中には生理的GH分泌が
somatomammotropin are the long arm of
human chromosome 17 in region q21−qter．
Human Genet 57：138−141，1981
低下している一群（GHND）が存在し18）19），これ
らの症例は下垂体性小人症と同様にhGH治療が
有効であると報告されている．我々もGH分泌刺
激試験に対してはGHが正常増加反応を示す低
身長者において24時間にわたり20分毎の血中GH
2）DeNote FM， Moore DD， Goodman HM：
Human growth hormone DNA sequence and
mRNA structures：Possible alternation splic・
ing． Nucleic Acids Res 9：3719−3730，1981
3）Norrby E：Pituitary growth hormone and
Creutzfeld−Jacob disease． Acta Paediatr Scnad
分泌動態を検討し（図6），24時間にわたる血中
（Suppl）325：116−124， 1986
GH濃度が低いGHNDに該当する症例に対して
hGH治療を6ヵ月間に行った．これら症例では
4）Goeddel DV， Heyreker HL， Hozumi T et aL
Direct expression in E． coli of a DNAsequence
coding for human growth hormone． Nature
hGH治療により明らかな身長促進効果が認めら
281 ：544−548， 1979
れた．しかし，本症の診断には24時間にわたる血
5）0｝son KC， Fenno J，1、in N et al： Purified
中GH濃度の測定が必要であり，この検査は日常
human growth hormone from E． coli is biologi−
cal active， Nature 293：408−411，1981
診療上実用的ではない．我々は24時間尿中GH測
定が24時間血中GH濃度を反映することを認め
6）Rosenfeld RG， Aggarwal BB， Hintz RL et al：
Recombinant DNA−derived methionyl human
ており20＞，今後は本症を有効かつ簡便にスクリー
growth hormone is similar in membrane bind・
ニングする上で尿中GH測定が広く行われると
ing properties to human pituitary growth hor・
mone． Biochem Biophys Res Commun 106：
考えられる．
202−209， 1982
一561一
98
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