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- Grundlagen
IGF-1 (Insulin-like Growth Factor mozillabd.science 1) ist ein peptidisches Hormon, das vor allem in Leber und Muskelgewebe synthetisiert wird. Es bindet an den IGF-1-Rezeptor (IGF-1R) und aktiviert intrazelluläre Signalwege, die Zellwachstum, -teilung und Überleben fördern.
Synthese & Regulation
Der größte Stimulus für die Leberproduktion von IGF-1 ist das Wachstumshormon (GH). Zusätzlich modulieren Nährstoffstatus, Glukosekonzentration, Insulin sowie bestimmte Zytokine und MikroRNAs die IGF-1-Expression.
Biologische Wirkungen
- Stimulation der Zellproliferation in Knochen, Muskel, Herz und Gehirn.
- Erhöhung der Proteinsynthese (anaboler Effekt).
- Schutz vor Apoptose durch Akt/PI3K-Signalweg.
- Modulation des Glukosestoffwechsels (insulinähnliche Wirkung).
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- Klinische Bedeutung
- Diagnostik
- Therapie
- Forschung & Zukunft
- Personalisierte Medizin: Genetische Varianten im IGF-1-Genom beeinflussen Risiko von Krebs und metabolischen Krankheiten.
- Klinische Fallbeispiele
- Zusammenfassung
- Wachstum: IGF-1 ist entscheidend für das embryonale Wachstum und das postnatale Knochenwachstum. Mutationen im IGF-1-Gen führen zu Wachstumsdepressionen, während Überexpression zu einer beschleunigten Entwicklung führt.
- Muskelregeneration: Es fördert die Proliferation von Myoblasten und die Differenzierung zu Muskelfasern. Bei Sportlern kann eine Erhöhung des IGF-1-Spiegels die Muskelmasse steigern.
- Knochenmetabolismus: Osteoblasten reagieren auf IGF-1, was zur Knochenbildung beiträgt. Ein Mangel kann osteoporotische Zustände begünstigen.
- Herz-Kreislauf-System: IGF-1 wirkt kardioprotektiv, indem es die Myokardzellüberleben fördert und die Reparatur nach Ischämie unterstützt.
- Neuroprotektion: Im Gehirn schützt IGF-1 Neuronen vor Apoptose und unterstützt die Synaptogenese.
- Überproduktion: Bei akromegalie führt ein erhöhtes GH-IGF-1-System zu Überwachstum von Knochen, Knorpel und Weichteilen. Tumore wie Osteosarkome können IGF-1 als Wachstumsfaktor nutzen.
- Unterproduktion: In GH-Mangelpatienten ist der IGF-1-Spiegel niedrig, was zu Wachstumsverzögerungen führt. Therapie mit exogenem IGF-1 kann das Wachstum fördern.
- Metabolische Syndrome: Chronisch erhöhte IGF-1-Aktivität wurde mit einer erhöhten Insulinresistenz in Verbindung gebracht. Gleichzeitig hat IGF-1 insulinähnliche Effekte und kann Glukoseaufnahme verbessern, was die Beziehung komplex macht.
- GH-Mangel: Subkutane GH-Injektionen erhöhen den IGF-1-Spiegel und normalisieren das Wachstum.
- Krankheitsbedingte Wachstumsdepression (z. B. chronische Nierenkrankheit, Mukoviszidose) kann mit exogenem IGF-1 behandelt werden.
- Rehabilitation: In der Sportmedizin wird IGF-1 zur Förderung der Muskelregeneration eingesetzt; jedoch ist die Zulassung und Kontrolle gesetzlich streng.
| Erkrankung | IGF-1-Status | Pathophysiologie | Therapeutisches Vorgehen |
|---|---|---|---|
| GH-Schild | Deutlich erhöht | Überproduktion von GH → verstärkte Leberproduktion | GH-Blockade (Somatostatin-Analogien), IGF-1-Antikörper |
| Wachstumshormon-Defizienz | Niedrig | Reduzierte Leber-IGF-1-Synthese | Recombinant-GH-Therapie, ggf. direkte IGF-1-Supplementierung |
| Knochenerkrankungen (Osteoporose) | Variabel | Alternde Knochenmasse → reduzierter anaboler Effekt | IGF-1-Stimulanzien (z.B. PTH-Analogien) |
| Metabolisches Syndrom | Oft erhöht, aber resistent | Insulinresistenz ↔ „IGF-1-Resistenz" | Lifestyle-Interventionen, Metformin, GLP-1-Agonisten |
| Kardiovaskuläre Erkrankungen | Niedrig/hoch je nach Kontext | Schutzmechanismen vs. proinflammatorische Effekte | IGF-1-Therapien bei Myokardinfarkt (studienbedingt) |
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- Referenzwerte sind alters- und geschlechtsabhängig.
- Bei erhöhtem GH kann IGF-1 als indirekter Marker zur Beurteilung der GH-Secretion verwendet werden.
IGF-1-Binding-Proteine (IGFBPs)
- IGFBP-3 ist der wichtigste Carrier; sein Verhältnis zu IGF-1 gibt Hinweise auf Bioverfügbarkeit.
- Bestimmung von IGFBP-4, -5 und -7 kann bei bestimmten Tumoren hilfreich sein.
Zusätzliche Tests
- GH-Stimulationstests (GHRH-Test) bei Verdacht auf GH-Schild oder Defizienz.
- Leberfunktionstests (ALT, AST), Nierenfunktion (CrCl), Vitamin-D-Status.
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| Indikation | Therapeutische Option | Hinweise |
|---|---|---|
| GH-Schild | Somatostatin-Analogien (Octreotide, Lanreotide) | IGF-1-R-Blockade ist sekundär; monitoren Sie IGF-1 regelmäßig. |
| GH-Defizienz | Recombinant GH (Somatropin) oder IGF-1 (Nutropin) bei schwerer Defizienz | Dosierung an IGF-1-Spiegel anpassen, Nebenwirkungen: Ödeme, Gelenkschmerzen. |
| Knochenschwund | PTH-Analogien (Teriparatid), Calcitriol | IGF-1-Stimulanzien können ergänzend wirken; prüfen Sie Knochenmineraldichte. |
| Metabolische Syndrome | Lifestyle-Modifikationen, Metformin, GLP-1-Agonisten | Direkte IGF-1-Therapie nicht standardmäßig; investigativ in Studien. |
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IGF-1-Mimetika für neurodegenerative Erkrankungen (Alzheimer, Parkinson).
| Patient | Befund | Therapie |
|---|---|---|
| 45 Jahre, männlich, Akromegalie | Serum-IGF-1: 850 ng/ml (normal: 100–300) | Octreotide 50 µg SC zweimal täglich; IGF-1 reduziert auf 250 ng/ml nach 3 Monaten |
| 32 Jahre, weiblich, GH-Defizienz | Serum-IGF-1: 15 ng/ml (normal: 30–70) | Recombinant GH 0.4 mg/kg/Tag; IGF-1 steigt auf 35 ng/ml in 6 Wochen |
| 60 Jahre, männlich, Osteopenie | Serum-IGF-1: 120 ng/ml (normal: 90–140) | Teriparatid 20 µg/Tag; DEXA zeigt Zunahme um 4 % in 12 Monaten |
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Der insulinähnliche Wachstumsfaktor 1 (IGF-1) ist ein zelluläres Signalprotein, das eine zentrale Rolle bei der Steuerung von Zellwachstum, -teilung und Differenzierung spielt. Er gehört zur Familie der Insulin- und IGF-Liganden und wird hauptsächlich in der Leber als Reaktion auf Wachstumshormon (GH) produziert, kann aber auch an anderen Orten wie Muskeln, Knochen und dem zentralen Nervensystem synthetisiert werden.
Definition
IGF-1 ist ein 70-Dalton großes Protein, das aus einer 113-Aminosäure-Kette besteht. Es wird im Blut als komplexierte Form mit IGF-Binding-Proteinen (IGFBPs) transportiert, die seine Verfügbarkeit und biologische Aktivität regulieren. Die freie, nicht gebundene Form ist biologisch aktiv und bindet an den IGF-1-Rezeptor (IGF-1R), was eine Reihe von intrazellulären Signalwegen aktiviert.
Biosynthese und Regulation
Die Synthese von IGF-1 wird stark durch das Wachstumshormon gesteuert. GH bindet an seine Rezeptoren auf Hepatozyten, aktiviert die JAK/STAT-Signaltransduktion und führt zur Transkription des IGF-1-Gens. Zusätzlich regulieren Ernährung, körperliche Aktivität, Stress und Hormone wie Cortisol sowie lokale Faktoren die Produktion von IGF-1 in Geweben. IGFBPs, insbesondere IGFBP-3, halten einen Großteil des IGF-1 im Blut und schützen ihn vor Degradation.
Rezeptorbindung und Signaltransduktion
Der IGF-1R ist ein Heterodimer aus zwei alpha- und zwei beta-Untereinheiten, das bei Bindung von IGF-1 autophosphoryliert wird. Dies aktiviert die tyrosin-Kinase-Aktivität des Rezeptors und setzt eine Kaskade von Signalen frei: der MAPK/ERK-Weg fördert Zellproliferation, während der PI3K/Akt-Weg über den Akt (PKB) Zellüberleben, Wachstum und Glukosemetabolismus steuert. IGF-1 kann auch die AMP-aktivierte Proteinkinase (AMPK) modulieren, was Auswirkungen auf Energiestoffwechsel und Autophagie hat.
Physiologische Funktionen
Der Serum-IGF-1 wird mittels ELISA oder radioimmunoassay gemessen. Da der Spiegel stark von Alter, Geschlecht, Ernährung und GH-Spiegel abhängt, werden Referenzbereiche nach Altersgruppen differenziert. Bei Verdacht auf GH-Sekretionsstörungen wird IGF-1 als stabiler Marker verwendet, weil GH-Waagen oft schwankend sind.
Therapeutische Nutzung
Übermäßige Exposition kann zu Hyperinsulinämie, Diabetes oder sogar Tumorwachstum führen. Langfristige Studien sind notwendig, um das Risiko von Krebs bei chronischem IGF-1-Boost zu klären.
Aktuelle Forschung
Neurodegenerative Erkrankungen wie Alzheimer werden mit IGF-1-Therapien untersucht, da es neuroprotektive Effekte zeigt. In der Onkologie wird die Hemmung des IGF-1R als potenzielles Antikrebsziel evaluiert. Zudem erforscht man den Zusammenhang zwischen IGF-1 und Langlebigkeit, wobei niedrigere Spiegel in einigen Studien mit längerer Lebensdauer assoziiert sind.
Zusammenfassung
IGF-1 ist ein multifunktionales Protein, das durch das Wachstumshormon reguliert wird und wesentliche Rollen im Wachstum, Stoffwechsel, Muskel- und Knochenentwicklung sowie der Zellüberleben spielt. Seine genaue Steuerung ist entscheidend für normale Entwicklung und Gesundheit; Dysregulationen können zu Wachstumsstörungen, metabolischen Erkrankungen oder Tumorwachstum führen. Die therapeutische Manipulation von IGF-1 bietet Chancen in Endokrinologie, Sportmedizin und Neurowissenschaften, erfordert jedoch sorgfältige Risikoabwägung.
