DR. EDWIN B. ASTWOOD était un visionnaire de l’endocrinologie moderne. Le mémoire biographique de Roy Greep et Monte Greer se termine ainsi : « En plus de ses contributions spécifiques à la recherche, le Dr Edwin B. Astwood a réussi à un point que peu de gens ont atteint en couvrant le large domaine entre les sciences naturelles et la médecine clinique. » Pour moi, c’est la plus haute vocation en endocrinologie.

La fin des années 1960 et le début des années 1970 ont été marqués par les incroyables réalisations de deux groupes, ceux des docteurs Andrew Schally et Roger Guillemin, qui ont isolé, caractérisé et séquencé les hormones régulatrices hypothalamiques. La première hormone régulatrice hypothalamique à être séquencée était la TRH (un tripeptide), la deuxième était l’hormone de libération de la gonadotrophine (un décapeptide), et la troisième était la somatostatine avec 14 acides aminés. L’existence de la GHRH avait été suggérée au début des années 1960 par certaines expériences classiques de Reichlin (1) ; il avait effectué des lésions de l’hypothalamus et démontré que la teneur en GH de l’hypophyse diminuait. Sur la base de ces données, il a suggéré qu’il devait y avoir une GHRH dans l’hypothalamus.

J’ai fait ma formation médicale à Londres, en Angleterre, avec ma formation en endocrinologie sous la direction du professeur G. Michael Besser. L’une des conférences les plus agréables auxquelles nous assistions régulièrement était la présentation de cas cliniques à la Royal Society of Medicine. Je garde en mémoire le fait qu’à chaque fois qu’un patient atteint d’acromégalie était présenté, le professeur Peter Sonksen demandait si le patient présentait ou non des signes de tumeur carcinoïde. La perception dans l’assistance était « Pourquoi cet homme pose-t-il toujours cette question ? » car de tels cas n’existent probablement pas ou, si c’est le cas, très rarement !

En 1977, j’ai quitté l’hôpital St Bartholomew (Londres, Angleterre) pour l’université de Virginie. Mon principal intérêt à cette époque était les tumeurs hypophysaires sécrétant du PRL et leur traitement médical.

En octobre 1980, une patiente de 21 ans m’a été adressée par le Dr Ann Johanson. Cette patiente avait une aménorrhée et une galactorrhée alors qu’elle prenait un contraceptif oral pour le remplacement des stéroïdes gonadiques. Elle avait une agénésie gonadique due au syndrome de Turner.

Son évaluation a révélé une fosse hypophysaire élargie à la radiographie du crâne, une masse hypophysaire avec une modeste extension suprasellaire à la tomodensitométrie, et un taux sérique élevé de PRL de 68 μg/L. Sa GH sérique élevée de 95 μg/L n’a pas été supprimée par le glucose oral, a augmenté avec la TRH et a été supprimée par une perfusion de dopamine. Son taux sérique de facteur de croissance analogue à l’insuline (IGF)-I était élevé à 11 U/mL (normal, 0,41-2,2 U/mL).

Sur la base de ces résultats, le diagnostic d’acromégalie était clair. Il est intéressant de noter que la taille du patient était de 5’3″, ce qui est très grand pour un patient atteint du syndrome de Turner. À cet égard, il est heureux que des sérums aient été conservés pendant les 7 années précédentes. Ses concentrations sériques de GH ont été élevées pendant toute cette période (tableau 1).

La patiente a été orientée vers une chirurgie transsphénoïdale, qui a été effectuée le 15 janvier 1981. Sept semaines après l’opération, on a constaté qu’elle souffrait toujours d’acromégalie ; le taux de GH sérique était de 52 μg/L, et l’IGF-I était toujours élevé à 7,7 U/mL.

Dans le cadre d’une collaboration continue, les spécimens de pathologie hypophysaire avaient été envoyés au Dr Kalman Kovacs (Hôpital St. Michael, Toronto, Canada). Quelque temps plus tard, le Dr Kovacs m’a appelé pour me communiquer les résultats de son examen des tissus. Son rapport indiquait que ce patient présentait une hyperplasie somatotrope et non une tumeur hypophysaire. Les raisons qui ont conduit à ce diagnostic sont les suivantes : 1) le motif réticulinique était préservé (il est détruit dans les tumeurs) (Fig. 1) ; 2) les somatotrophes prédominaient, bien que des thyrotrophes, des gonadotrophes et des corticotrophes soient intercalés ; et 3) la microscopie électronique des somatotrophes a révélé un réticulum endoplasmique et un appareil de Golgi bien développés, ce qui suggère une synthèse hormonale active (Fig. 2). Comme les somatotrophes étaient densément emballés avec des granules sécrétoires, cela m’a suggéré que cela reflétait l’inhibition de la libération d’hormones due à la rétroaction de la GH sécrétée, vraisemblablement en augmentant la sécrétion de somatostatine (et/ou d’IGF-I).

Selon l’histologie de l’hypophyse, il était clair que l’hypophyse était stimulée par un facteur extrinsèque. Il était peu probable que cela soit dû à une mutation du récepteur de la GHRH ou à une activation constitutive de la protéine G couplée au récepteur de la GHRH, car cela se produirait probablement dans une seule cellule, entraînant le développement d’une tumeur et la rupture du schéma réticulinique. Il était donc beaucoup plus probable que l’hypophyse soit stimulée par un facteur extrinsèque, soit la GHRH provenant de l’hypothalamus ou de la périphérie. Deuxièmement, l’acromégalie persistante rendait impérative la recherche de la cause de l’acromégalie de ce patient. A cette époque, un article de Frohman et al. (2) rapportait la purification partielle et la caractérisation d’un peptide ayant une activité de libération de GH à partir de tumeurs extrapipulaires de patients acromégales.

Une tomodensitométrie abdominale mettait en évidence une tumeur de 5 cm de diamètre dans la queue du pancréas. Le 26 août 1981, la tumeur a été enlevée. Elle était bien encapsulée et l’histologie a révélé qu’il s’agissait d’une tumeur des cellules des îlots pancréatiques. Cependant, la tumeur n’était pas une tumeur à cellules β ou α. Elle était fortement positive pour l’énolase spécifique des neurones, et sur les immunomarquages était négative pour la GH, l’insuline, le glucagon, la calcitonine et l’ACTH, avec une coloration équivoque pour la somatostatine.

La tumeur ne contenait pas de GH par immunocytochimie. Dans les 2 premières heures suivant l’ablation de la tumeur, on a observé une chute rapide des taux sériques de GH de 70 μg/L à 3 μg/L (figure 3) (3). La patiente a maintenant été suivie pendant 18 ans et reste guérie de son acromégalie.

La question suivante était de savoir quoi faire avec la tumeur pancréatique. A cette époque, j’avais la chance d’avoir comme collègue à l’université de Virginie le regretté docteur Michael Cronin. Michael est venu dans la salle d’opération avec moi pour aider à mettre en œuvre notre stratégie soigneusement élaborée pour traiter la tumeur. La moitié de la tumeur a été découpée en dés et immédiatement placée dans l’azote liquide, et l’autre moitié a été préparée pour la culture de tissus. Cette dernière a été envoyée à plusieurs groupes experts dans l’établissement de lignées cellulaires stables. Michael Cronin a pu démontrer que le milieu qui baignait cette tumeur contenait une activité GHRH et stimulait l’adénylate cyclase (4). La tumeur a été initialement fournie au Dr Wylie Vale du Salk Institute (La Jolla, CA), qui en a ensuite donné une partie au Dr Guillemin. Les deux groupes ont découvert indépendamment qu’elle contenait une forte activité de la GHRH et ont pu isoler la GHRH de la tumeur, la caractériser et la séquencer (5-8). Le GHRH de cette tumeur était un peptide de 40 acides aminés, qui présente une homologie avec les membres de la famille des peptides glucagon/secrétine/VIP.

J’ai choisi l’endocrinologie comme spécialité parce que mes mentors m’ont fait comprendre l’importance de l’application de la physiologie à la compréhension de la physiopathologie et de la thérapie des patients atteints de maladies endocriniennes.

Chaque patient que l’on voit est une expérience de la nature. J’ai eu beaucoup de chance qu’on me réfère ce patient qui nous a permis, à moi et à mes collègues, de fournir la tumeur à deux groupes de premier plan qui ont ensuite pu isoler, caractériser et séquencer la GHRH tant recherchée. En fait, la GHRH a été l’une des premières hormones hypothalamiques recherchées, mais il y avait eu de nombreux faux départs.

Il y avait plusieurs raisons pour lesquelles il était possible en 1982 de réussir à caractériser et à séquencer la GHRH. Tout d’abord, les méthodes d’évaluation de l’activité des extraits de tumeurs avaient été affinées et étaient beaucoup plus sensibles. Deuxièmement, les méthodes de microséquençage s’étaient considérablement améliorées au cours des dix années précédentes. Mais la troisième raison, et probablement la plus importante, était que cette tumeur contenait de fortes concentrations de GHRH et très peu de somatostatine. La somatostatine inhibe la libération de la GH dans le test biologique, sa présence a donc brouillé le suivi de la purification de la GHRH. L’extrait de cette tumeur a grandement simplifié le processus (parce qu’il contenait de fortes concentrations de GHRH et peu de somatostatine), par rapport aux tentatives précédentes utilisant des centaines de milliers d’hypothalamis d’animaux qui étaient riches en somatostatine et contenaient de très faibles concentrations de GHRH. Il s’agit du premier exemple d’une seule tumeur humaine utilisée pour identifier et isoler une hormone. La protéine liée à la PTH a été isolée avec une technique similaire en utilisant une lignée cellulaire de tumeur humaine.

En tant que cliniciens, nous avons tous la responsabilité d’identifier les expériences de la nature et de saisir les opportunités de poser des questions auxquelles il serait très difficile de répondre d’une autre manière. Les expériences de la nature sont souvent uniques, et certainement les 15 ou 20 patients qui ont précédé celui-ci ont fourni des indices qu’une tumeur d’un patient avec une sécrétion ectopique de GHRH pourrait répondre à la question de la nature et de la structure de la GHRH. En fait, le groupe du Dr Guillemin a eu connaissance par la suite d’une autre tumeur provenant du Dr Geneviève Sassolas (Centre de Médecine Nucléaire, Hôpital Cardiologique, Lyon, France), et comme ils disposaient de plus de tissus de cette tumeur, ils l’ont étudiée de manière plus agressive que celle de Charlottesville. Cependant, c’est la tumeur originale de Charlottesville qui a suggéré qu’une telle tumeur pourrait offrir la clé de la quête de la GHRH.

L’étude ultérieure de la physiologie de la GHRH et de son potentiel thérapeutique en tant que traitement de la déficience en GH chez les enfants a été au centre des travaux de notre groupe au cours des 17 dernières années (9, 10). Au départ, nous avons administré la GHRH à des volontaires normaux et avons démontré son efficacité et sa spécificité pour augmenter les concentrations sériques de GH (11). Nous avons ensuite déterminé la réponse de la GH à une injection aiguë de GHRH chez des enfants présentant un déficit idiopathique en GH (Fig. 4). De nombreux enfants ont présenté une augmentation très importante de la GH, alors que chez certains, l’augmentation était faible ou nulle (12) ; la réponse à la GHRH était plus importante que celle à l’arginine et à la l-dopa. Sur la base de ces résultats, nous avons proposé que de nombreux enfants présentant un déficit idiopathique en GH souffrent en réalité d’un déficit en GHRH.

Un essai multicentrique de traitement par GHRH a alors été lancé. Cela semblait particulièrement approprié car la GH utilisée pour traiter le déficit en GH était dérivée de cadavres et avait été impliquée dans la transmission de la maladie de Jacob Creutzfeld. Au total, 24 enfants ont été traités ; chez 10 d’entre eux, une pompe a été utilisée pour administrer un bolus de GHRH sc toutes les 3 h. Cette voie d’administration et cette dose ont été choisies pour imiter la physiologie normale d’environ une impulsion de GH toutes les 3 h chez les enfants en croissance. En outre, 10 enfants ont été traités avec la pompe toutes les 3 heures pendant la nuit seulement, et 4 enfants ont reçu deux injections sc. quotidiennes de GHRH. Les vitesses de croissance des enfants avant et après 6 mois de traitement sont indiquées sur la figure 5 (13).

Sur la base des résultats de cette étude, Serono Laboratories, Inc. a lancé une étude multicentrique de 12 mois avec la GHRH(1-29)-NH2 administrée sc une fois par jour (14). Les enfants dont la croissance était la plus lente ont connu la plus forte augmentation de la vitesse de croissance (Fig. 6). Ceci suggère que la GHRH peut restaurer la sécrétion physiologique de GH. La GHRH est approuvée par la Food and Drug Administration pour un usage diagnostique, ainsi que pour le traitement de la déficience en GH chez les enfants. La GHRH est sûre et accélère efficacement la vitesse de croissance chez la majorité des patients déficients en GH.

Au moment où la GHRH a été synthétisée, on s’est beaucoup intéressé à la régulation à la baisse de la réponse des gonadotrophines à l’hormone de libération des gonadotrophines. Nous avons été intrigués par une observation chez un autre patient présentant une sécrétion ectopique de GHRH à partir d’une tumeur carcinoïde métastatique qui a donné lieu à une acromégalie. Malgré la persistance de taux élevés de GHRH sur une période de 24 heures, le modèle de libération de GH était toujours pulsatile, ce qui indique que d’autres facteurs sont probablement impliqués dans la régulation du modèle pulsatile de sécrétion de GH (15). Il a été suggéré que cela pourrait être dû au retrait de la somatostatine. Ainsi, la sécrétion ectopique de GHRH démontre sans équivoque qu’un agoniste de GHRH à longue durée d’action peut augmenter la sécrétion pulsatile de GH. Des études de perfusion continue de GHRH par voie intraveineuse chez des sujets normaux démontrent le même phénomène, et il est donc clair qu’une préparation de dépôt de GHRH peut être un agent thérapeutique utile.

Notre groupe (16) et Mayo (17) ont cloné le récepteur de la GHRH. Il est intéressant de noter que le récepteur de la GHRH est un membre de la classe B des récepteurs couplés aux protéines G, qui comprend les récepteurs de la famille des peptides glucagon/secrétine, ainsi que la CRH, la calcitonine et l’hormone parathyroïdienne. Leur structure est totalement différente de celle des récepteurs plus grands de la rhodopsine (famille A). Cependant, il y a également sept domaines transmembranaires dans cette famille de récepteurs.

Le rôle critique du GHRH est démontré par la souris lit nain qui a une mutation ponctuelle dans le récepteur du GHRH (18, 19). Wajnrajch et al. (20) ont décrit une mutation non-sens (Glu 72stop) dans le récepteur humain de la GHRH, provoquant un retard de croissance et une déficience en GH chez deux enfants du même parent indien musulman. Maheshwari et al. (21) ont décrit une famille de la vallée de Sindh au Pakistan présentant la même mutation. Les membres de cette famille sont de très petite taille. Une autre mutation du récepteur a été décrite dans une grande famille brésilienne qui comprend plus de 110 individus atteints d’une déficience sévère en GH et d’une extrême petite taille (22). Ces expériences de la nature démontrent qu’un défaut du récepteur de la GHRH entrave la croissance normale et souligne l’importance vitale de la GHRH.

Une caricature du récepteur de la GHRH est présentée à la figure 7 (10). L’acide aspartique en position 60 du codon de départ est le site de la mutation de la souris allumée. Le Western blotting utilisant un antisérum du récepteur de la GHRH C-terminal qui a été élevé à un peptide basé sur la séquence du récepteur de la GHRH humaine a été utilisé pour étudier les membranes de cellules HEK293 transfectées avec de l’ADN complémentaire pour le récepteur de la GHRH. Les études indiquent que le récepteur de la souris allumée est traduit en protéine et qu’il est effectivement présent dans la membrane des cellules hypophysaires de la souris allumée. Nous avons proposé que cette mutation entraîne une modification de la structure tertiaire du récepteur, ce qui empêche la liaison (23). En utilisant des sondes de photoaffinité, nos preuves suggèrent que d’autres sites sont à proximité de la GHRH liée, indiquant que plusieurs sites d’interaction sont probablement nécessaires pour la transduction du signal. La disponibilité du récepteur recombinant rend possible la recherche d’agonistes non peptidiques de la GHRH.

En conclusion, les connaissances glanées à partir de l’observation attentive d’un seul patient atteint d’acromégalie ont conduit à l’isolement, la caractérisation et la synthèse de la GHRH. Des études complémentaires ont conduit à l’introduction du traitement par la GHRH de la déficience en GH. Par la suite, nous avons réussi, avec d’autres, à cloner le récepteur de la GHRH. Des études sur la GHRH ont confirmé qu’elle est essentielle à la synthèse de la GH et à une croissance normale. Cette position est maintenant validée par les observations selon lesquelles les mutations du récepteur de la GHRH, qui entraînent son inactivation, conduisent à une déficience profonde en GH et à une petite taille sévère et complètent le cercle de notre compréhension de la régulation de la GH par la GHRH.

Reconnaissances

Je remercie mes nombreux collègues qui ont apporté des contributions importantes à ce travail, ainsi que Mme Suzan Pezzoli pour son aide dans la préparation de ce manuscrit.

Ce travail a été soutenu en partie par les subventions NIH HD-13197, DK-32632, et DK-45350 (à M.O.T.) et la subvention RR-00847 (au Centre général de recherche clinique et au laboratoire CDMAS de l’Université de Virginie.