Os factores de crescimento semelhantes aos da insulina (IGFs) são um grupo de reguladores de proliferação celular multifuncional. Desempenham um papel importante na diferenciação e proliferação de células e no crescimento e desenvolvimento de indivíduos. Apresenta-se aqui uma visão geral dos IGFs e da sua relação com o crescimento e o desenvolvimento. História dos IGF Em 1957, Salmon e Daughaday, no decurso da sua investigação sobre a hormona de crescimento (GH), descobriram pela primeira vez que o soro de ratos dado GH da glândula pituitária podia estimular a infiltração de S em cartilagens cultivadas in vitro, mas a adição directa de GH ao meio de cultura não teve qualquer efeito, pelo que concluíram que o próprio GH não podia estimular o crescimento das cartilagens directamente, mas sim através de um “factor de sulfatação”. Pensa-se que o próprio GH não estimula directamente o crescimento das cartilagens, mas actua através de um “factor de sulfatação”, que ficou conhecido como um regulador de crescimento. Em 1963 Froesh et al. descobriram que apenas uma pequena proporção do efeito insulínico do soro sobre as células musculares e adiposas era inibida pelo anti-soro à insulina, deixando a actividade insulínica não supressiva solúvel em etanol acidificado, e denominada NSILAS (actividade insulínica não supressiva). Em 1972 Pieron e Temin purificaram um factor do soro bovino que estimulava a divisão celular e chamaram-lhe “actividade estimulante da proliferação”. Após a conclusão destas três experiências, descobriu-se que as três substâncias acima referidas tinham uma actividade irreprimível semelhante à insulina e um efeito estimulante do crescimento. Com o desenvolvimento da tecnologia de biologia molecular, duas formas de NSILA (I e II) foram purificadas em 1978 e verificou-se que as suas estruturas eram semelhantes ao insulinogénio e foram designadas factores de crescimento semelhantes à insulina I e II (IGF I e II) respectivamente para enfatizar a sua homologia com estrutura de insulina. Foi também confirmado que o “factor de sulfatação” e a “actividade estimulante da proliferação” são membros da mesma família de proteínas-polipéptidos que o IGF. A família IGFs consiste em dois polipéptidos moleculares baixos (IGF-Ⅰ e IGF-Ⅱ), dois receptores específicos e seis proteínas de ligação. IGF-II é uma proteína de cadeia única fracamente ácida de 67 aminoácidos com um peso molecular de 7471 Da e é estável a 0,1% SDS. Os dois são mais de 70% homólogos e são aproximadamente 50% semelhantes em estrutura e função ao insulinogénio humano. A função biológica dos IGFs é alcançada através da ligação a receptores específicos da superfície das células-alvo. Foram identificados dois receptores IGF com estruturas completamente diferentes: o receptor IGF-I e o receptor IGF-II (isto é, receptor de manose-6 fosfato) são também conhecidos como receptores tipo I e tipo II, respectivamente. O primeiro é estruturalmente semelhante ao receptor de insulina (Ir) e consiste em duas subunidades, α e β, formando uma glicoproteína tetramérica α2β2. A subunidade α é o site de ligação ligand e a subunidade β tem actividade intrínseca de tirosina quinase sem actividade de tirosinase. Os IGFs e a insulina (Insulin, Ins) têm a seguinte ordem de afinidade para receptores IGF: para Ir: Ins>IGF-Ⅰ>IGF-Ⅱ; para receptor IGF-Ⅰ: IGF-Ⅰ>IGF-Ⅱ>Ins; para receptor IGF-Ⅱ: IGF-Ⅱ>IGF-Ⅰ, enquanto que o Ins não tem reactividade cruzada com eles. Ao contrário de outros factores de crescimento, os IGFs estão ligados a proteínas específicas de ligação (BPs) no soro, fluido extracelular e culturas celulares como complexos inactivos. Até à data, seis IGFBP, 1, 2, 3, 4, 5 e 6, foram identificados e as suas estruturas características formam uma família de proteínas secretoras relacionadas, todas elas com baixos peptídeos moleculares e 50% estruturalmente semelhantes. Têm uma grande afinidade tanto para os IGFs como não ligam a insulina. O IGFBP3 é o mais abundante em sangue e fluidos tecidulares, e mais de 80% dos IGF circulantes ligam-se ao IGFBP3 para formar um complexo trimérico de 150 kDa (uma subunidade de ácido instável, uma subunidade de ligação e peptídeo de IGF). O IGFBP tem a capacidade de prolongar a meia-vida do IGF a níveis circulantes e de estabilizar as concentrações de soro de IGF. Em condições normais, a afinidade do IGF pela sua proteína de ligação é maior ou aproximadamente igual à do seu receptor, e a baixa expressão do receptor de alta afinidade resulta num equilíbrio entre uma pequena quantidade de IGF livre e uma grande quantidade de complexos de IGF/IGFBP. Pensa-se actualmente que pelo menos três mecanismos estão envolvidos na activação do IGF: (1) movimento paralelo. Em circunstâncias especiais como durante o crescimento e desenvolvimento ou quando o organismo é danificado, os receptores de alta afinidade são expressos em grandes números, competindo por IGF e separando-o da proteína de ligação; (2) modificação química de IGF ou IGFBP, como a fosforilação, que reduz a afinidade de ambos e dissocia o complexo; e (3) hidrólise da proteína de ligação por enzimas específicas para IGFBP aquosa, libertando os IGF livres. IGFs e IGF de crescimento e desenvolvimento -I e IGF-II têm estruturas semelhantes e actividades in vitro, mas os seus efeitos biológicos in vivo não são idênticos. as funções biológicas dos IGF não se limitam à estimulação mitótica, induzem também a diferenciação ou promovem a expressão de funções de diferenciação. Os seus efeitos biológicos precisos dependem do estado de desenvolvimento celular e da presença de outras hormonas ou factores de crescimento. Em particular, os efeitos e níveis de IGF-Ⅰ e IGF-Ⅱ variam consideravelmente de um tecido para outro e de uma fase de crescimento para outra. A IGF-Ⅰ depende do GH e pode promover a proliferação de muitos tipos de células in vitro e promover a síntese de proteínas e DNA. Muitas células tecidulares do corpo são capazes de secreção autócrina e parácrina de IGF-Ⅰ. Em contraste, IGF-II é conhecido como o principal factor de crescimento pré-natal e é expresso numa vasta gama de tecidos e órgãos sem necessidade de regulação hormonal de crescimento. Foi demonstrado que durante a gestação precoce, a invasão das células trofoblasto no endométrio é estritamente controlada pelo microambiente; a regulação da progesterona do endométrio, a metafase precoce e precoce e o desenvolvimento das vilosidades coriónicas, e a promoção da implantação embrionária são todos mediados por IGFs, que actuam aumentando a adesão da matriz extracelular, estimulando a invasão e migração das células trofoblasto, e promovendo a implantação embrionária precoce. Além disso, as experiências in vitro de Kniss descobriram que os IGFs promovem o transporte de glucose e aminoácidos através do mecónio gestacional precoce e do cório de forma dose-dependente, sugerindo que antes do ciclo fetal ser estabelecido, o embrião absorve nutrientes principalmente do ambiente circundante, possivelmente através da acção dos IGFs. Além disso, numerosos estudos demonstraram que os níveis de mRNA do IGF-II são muito mais elevados do que o mRNA do IGF-Ⅰ durante o desenvolvimento embrionário e são expressos a um nível mais elevado em todos os tecidos do embrião, com tendência para diminuir à medida que o grau de diferenciação aumenta. Em contraste, a expressão do mRNA IGF-I é influenciada por uma variedade de factores, e aumenta mais após o nascimento no fígado, coração e rim do que antes do nascimento; enquanto que diminui significativamente após o nascimento no músculo, estômago e testículo em comparação com antes do nascimento; apenas no cérebro e pulmão o IGF-ⅠmRNA mostra uma mudança em forma de onda. Estudos da clínica mostram que as concentrações de IGF-Ⅰ na circulação materna do sangue aumentam gradualmente durante a gravidez; IGF-Ⅰ no feto é detectável por volta das 15 semanas de gestação. Os níveis de IGF-Ⅰ e IGFBP1 na artéria umbilical e na veia umbilical foram semelhantes, sem diferença significativa entre eles, sugerindo que a IGF-Ⅰ é secretada independentemente na mãe e no feto, e que a IGF-Ⅰ não pode passar pela placenta. Alguns estudiosos testaram a concentração de IGF-Ⅰ no sangue do cordão umbilical, e os resultados mostraram que a IGF-Ⅰ no sangue do cordão umbilical de fetos com atraso de crescimento intra-uterino é cerca de 40% mais baixa do que a de fetos com idade gestacional adequada, enquanto que a IGF-Ⅰ de fetos mais velhos do que a idade gestacional é 8%-10% mais alta do que a de fetos com idade gestacional adequada. A IGFBP1 é significativamente mais alta em bebés prematuros e bebés mais novos do que a idade gestacional e está negativamente correlacionada com o peso à nascença. Foi também relatado que o nível sérico de IGF-Ⅰ está positivamente correlacionado com o peso e comprimento do recém-nascido, enquanto IGF-Ⅱ, o principal factor de crescimento antes do nascimento, não está significativamente correlacionado com o comprimento e peso do recém-nascido, e diminui rapidamente após o nascimento. Os resultados mostraram uma correlação positiva com a idade gestacional. Em conclusão, o mecanismo do efeito dos IGFs sobre o feto não é bem compreendido, mas o seu papel no crescimento e desenvolvimento fetal é geralmente reconhecido. Estudos genéticos também apoiam este ponto de vista. Os ratos mutantes que codificam os genes IGF-Ⅰ e IGF-Ⅱ mostraram inibição do crescimento a partir de 10,5 dias de gestação, e os ratos mutantes recém-nascidos nasceram com apenas 30% do peso normal das espécies selvagens. Foi também relatado que os ratos com deficiência de IGF-Ⅰ e IGF-Ⅱ ou os animais com deficiência de IGF-ⅡR e IGF-ⅠR não só mostram um nanismo mais severo, com apenas 45% do peso corporal dos ratos selvagens, como também estes ratos têm uma regeneração muscular marcadamente pobre, uma contagem reduzida de fibroblastos no músculo esquelético e uma fraca regeneração severa da pele. Morrem frequentemente à nascença devido a insuficiência respiratória. Em conclusão, a expressão de cada receptor de IGF e IGF é essencial para o crescimento embrionário e fetal normal, e foi demonstrado que, na ausência de um, o outro raramente é upregulado. Daughaday em 1988 mostrou que as concentrações de IGF-Ⅰ e IGF-Ⅱ no plasma humano após o nascimento estavam inversamente correlacionadas, possivelmente por (1) competição entre os dois para IGF-BP3; (2) ambos inibindo a secreção de GH, que regula positivamente IGF-Ⅰ; e IGF-Ⅱ inibindo indirectamente a secreção de IGF-I, actuando sobre o GH. É concebível que seja a regulação mútua de IGF-Ⅰ e IGF-Ⅱ que equilibra a resposta do organismo. O processo de IGF-Ⅰ muda com o crescimento e desenvolvimento é regulado pelo GH e outros factores de crescimento, e os tecidos com níveis de expressão aumentados de IGF-Ⅰ após o nascimento estão também associados ao GH, enquanto os tecidos com níveis de expressão diminuídos estão associados a factores específicos. O eixo IGF-Ⅰ-GH tem sido amplamente estudado, tendo sido recentemente sugerido que o GH estimula a secreção de IGF-Ⅰ pelo fígado, que por sua vez inibe o GH. o complexo de IGF em circulação e proteínas de ligação constitui o principal reservatório de IGF-Ⅰ em circulação, e os seus níveis em circulação são regulados pelo GH. No passado, a teoria do mediador somático sugeria que a maior parte do papel do GH no crescimento linear do corpo era mediado pela circulação de IGF-Ⅰ, mas recentemente descobriu-se que o GH pode estimular a produção local de IGF-Ⅰ no fígado de roedores e outros tecidos, ou seja, o papel autocrino ou parácrino de IGF-Ⅰ é importante para o crescimento normal. Alguns investigadores analisaram a desnutrição pediátrica devido à ingestão inadequada de calorias e proteínas e realizaram estudos de biologia molecular utilizando experiências com animais. Os resultados mostraram que a chave para a paragem do crescimento induzida pela desnutrição e baixa estatura em crianças é a redução de IGF-Ⅰ ao nível da transcrição genética, a diminuição do nível de IGF-Ⅰ mRAN nos hepatócitos, a redução do nível plasmático de IGF-Ⅰ e a taxa de depuração excessiva. O mecanismo de acção pode ser o efeito regulador do GH na expressão do gene IGF-Ⅰ. Por conseguinte, a IGF-Ⅰ está intimamente relacionada com o crescimento e desenvolvimento das crianças. Além disso, Urderwood et al. relataram em 1996 que os IGFs eram utilizados para tratar pacientes com baixa estatura sensíveis ao GH, incluindo aqueles com síndrome de Laron e deficiência de GH, que não tinham receptores de GH e não respondiam ao GH. Isto deve-se à reduzida inibição do feedback de GH pelo IGF-Ⅰ. Estes doentes têm níveis baixos de IGF-Ⅰ e crescimento lento, mas níveis elevados de GH circulantes, devido à reduzida inibição do feedback de GH por IGF-Ⅰ. Num caso de Laron’s boy tratado com GH, não houve melhoria na taxa de crescimento, mas após 2 anos de tratamento com IGF-Ⅰ, ele cresceu a uma taxa de 10cm/ano. Além disso, novas investigações demonstraram que o GH em si não é directamente necessário para o crescimento e que todo o desenvolvimento em altura descrito como sendo causado pelo GH é de facto feito por IGF-Ⅰ. O estudo dos IGFs é hoje um tema quente no campo da biologia celular e está a receber cada vez mais atenção. Os IGFs estão estreitamente relacionados com a iniciação embrionária humana ao crescimento e desenvolvimento individual. No entanto, os efeitos dos IGF em muitos sistemas e tecidos são ainda apenas o resultado de experiências in vitro e em animais, pelo que muito mais trabalho sobre os IGF tem de ser feito. FGI e terapia rhGH Nos últimos anos, a monitorização atempada dos FGI tornou-se cada vez mais importante no tratamento da deficiência da hormona de crescimento (GHD), do nanismo idiopático (ISS), pequena para a idade gestacional (SGA, conhecida como retardamento do crescimento intra-uterino antes do nascimento) e da verdadeira puberdade precoce (CPP) com hormona de crescimento humano recombinante (rhGH). Os IGFs são não só um indicador importante para o controlo de segurança, mas também uma base importante para o ajustamento atempado da dose de rhGH. Nos últimos anos, vários estudos demonstraram que o controlo regular dos FGI e o ajustamento atempado das doses de rhGH têm um efeito elevado ao longo da vida e uma maior segurança do que as doses fixas tradicionais.