甲状腺激素作用机制纵向十年：新突破，新亮点甲状腺激素作用机制纵向十年：新突破，新亮点美国国立卫生研究院消化系与肾脏疾病学会内分泌学和受体生物
学实验室DouglasForrest阐述了三个方向的发展甲状腺激素受体基因突变及调节因子？激素代谢：脱碘酶摄取TH的膜转运体TR
=甲状腺激素受体;TH=甲状腺激素100多年前的克汀病病例报道：给予甲状腺激素后改善生长发育散发性克汀病(W.Osler，189
7)4岁克汀病男性患者应用甲状腺提取物治疗前后身体发育神经发育认知、学习代谢功能体内平衡治疗后治疗前甲状腺激素：维持正常生长发育和
生理功能的“必需品”健康个体：甲状腺激素合成、释放及主要生理作用Q1：甲状腺激素如何引起不同细胞反应？T3靶细胞Q2：缺陷反应导致
怎样的疾病结果？发育神经认知代谢生长BiancoAC,etal.EurThyroidJ.2012Jul;1(2)
88–98.甲状腺激素作用机制的里程碑1984年成功克隆c-erbA基因，1986年在Nature上发表阐述该基因编码高亲和力
甲状腺激素受体1.基础研究/人类疾病研究：“双向道”基因模型小鼠非洲爪蟾斑马鱼Bj?rnVennstr?m教授于1984年首次克
隆c-erbA基因人类疾病Bj?rnVennstr?m教授Bj?rnVennstr?m教授简介：瑞典分子生物学家，卡罗林斯卡
研究所发育生物学和分子生物学教授，瑞典皇家科学院成员，2001-2006年担任诺贝尔生理学或医学委员会主席2.技术进步推动科学进步
前一个10年(10～20年前)对甲状腺激素作用机制的认识靶细胞甲状腺激素受体(TR)：T3调节转录因子转录调节近10年对甲状腺激素
作用机制的认识靶细胞甲状腺激素受体(TR)：T3调节转录因子激素代谢：脱碘酶摄取甲状腺激素的膜转运体转录调节共激活子共抑制子甲状腺
激素作用机制纵向十年：新突破，新亮点？美国国立卫生研究院消化系与肾脏疾病学会内分泌学和受体生物学实验室DouglasForres
t阐述了三个方向的发展甲状腺激素受体基因突变及调节因子激素代谢：脱碘酶摄取TH的膜转运体TR=甲状腺激素受体;TH=甲状腺激素甲
状腺激素受体基因的命名已批准的命名已批准的命名既往命名别名染色体THRAthyroidhormonereceptor,alp
haTHRA1,THRA2,ERBA1NR1A1,EAR-7.1/EAR-7.2,AR7,THRA3,ERBA17q2
1.1THRBthyroidhormonereceptor,betaERBA2,PRTHERBA-BETA,THR1,
GRTH,NR1A2,THRB2,THRB13p24.2甲状腺激素受体：不同亚型调节组织特异性的生理功能基因基因表达的TR
受体一些小鼠疾病表型人类疾病发散N-末端DNA结合域T3结合域甲状腺激素抵抗综合征甲状腺肿垂体-甲状腺轴过度活化心动过速神经学症状
甲状腺肿垂体-甲状腺轴过度活化肝脏反应缺陷感觉缺陷：听觉、视觉TRβ1461THRB0100%TRβ247509389%心动过缓
产热缺陷肠道/骨缺陷脑突触缺陷“焦虑样”行为？THRATRα1410TR=甲状腺激素受体;THR=甲状腺激素受体基因甲状腺激素
受体基因α(THRA)突变所致的临床特征血清T4和T3临界改变(T4低水平趋势，rT3低水平)生长迟缓智力迟缓运动迟缓便秘甲减样特
征BochukovaE,etal.NEnglJMed.2012;366:243-9.Vanmullem,A,et
al.TheoVisserlab.2012.甲状腺激素受体基因α(THRA)突变：病例16岁杂合子女性+/E403XBA.
相对巨颅畸形，骨骼发育不平衡B.身高发育迟缓（红色线）C.头骨现多处骨缝D.股骨骺发育不全且易碎E.显著肠道扩张ACDEBoc
hukovaE,etal.NEnglJMed.2012;366:243-9.甲状腺激素受体基因α(THRA)突变：病
例26岁时临床表现杂合子女性+/F397fs406X骨龄延迟；IGF-1在正常值低限；血胆固醇高；临床甲减；皮肤干燥；反射迟缓；反
应迟钝；困倦生长激素治疗L-T4治疗获得初始追赶生长，仍低于标准，8.5岁起始生长激素干预对生长无影响患者11岁时骨龄为9岁，身高
低于正常儿童，且有轻度认知障碍（IQ90）6岁时开始L-T4治疗身高生长速度L-T4治疗Vanmullem,A,etal.
TheoVisserlab.2012.常染色体区域疾病：THRA突变是如何影响结果的？与野生型TRα1相比，突变型F39
7fs406X对T3刺激无反应DNA结合域T3结合域Luc：虫荧光素酶，表达由TR依赖性启动子调控Ren：海肾荧光素酶，表达由非T
R依赖性启动子调控Luc：Ren比例低说明对T3刺激反应低野生型TRα1410E403X无义,停止403Luc：Ren比例F39
7fs406X移码/停止WT=野生型406T3结合缺陷野生型TRα1和突变型F397fs406X的功能分析显示：T3可刺激野生型
TRα1，但对突变型F397fs406X无作用突变型F397fs406X对野生型TRα1有较强的显性负效应THR=甲状腺激素受体基
因Vanmullem,A,etalnengljmed.2012;366(15):1451-3转录协同因子：参与修饰
甲状腺激素受体活性正常情况下HDAC脱乙酰酶CBP乙酰基转移酶T3缺乏时，TR-RXR二聚体结合共抑制子，抑制转录T3浓度升高时，
与TR结合，使TR构象改变，释放共抑制子并与共激活子结合，激活转录TR正常抑制活化T3浓度甲状腺激素受体突变时HDAC3HDAC3
突变型TR与RXR形成二聚体，与共抑制子结合，不易与T3结合，抑制转录另外一种可能：突变的NCoR(核CoR，突变部位在与TR结合
区域)，未能结合TR，减弱抑制？TR突变：突变型TRα1或TRβ1减弱抑制？TR：甲状腺激素受体；TRm：突变甲状腺激素受体；
RXR：维甲酸X受体；CoA：共激活子；CoR：共抑制子；T3：三碘甲状腺原氨酸；HDAC3：组蛋白脱乙酰基酶3InnaAsta
pova,etal.BiochimBiophysActa.2013July;1830(7):3876–3881T
R如何调控基因组中的靶基因？还需更多研究来揭示TR调节细胞反应的靶基因是什么染色质纤维目前一些学者在全基因组内分析TR的所有结合位
点组蛋白连接器如同大海捞针？每个细胞中的TR水平很低由32亿碱基对构成的DNA包绕在染色质中30nm纤维AyersS,eta
l,2014webblabRamadossP,etal.2014hollenberglabChatonnetF
,etal.2013flamantlabGrontvedL,etal.2014chenghagerlabs
串珠样结构TR=甲状腺激素受体核小体DNA核心组蛋白尾部甲状腺激素作用机制纵向十年：新突破，新亮点美国国立卫生研究院消化系与肾脏疾
病学会内分泌学和受体生物学实验室DouglasForrest阐述了三个方向的发展甲状腺激素受体基因突变及调节因子？激素代谢：脱碘
酶摄取TH的膜转运体TR=甲状腺激素受体;TH=甲状腺激素脱碘酶的作用：可放大或去除靶组织的甲状腺激素可调节循环中的激素水平从而
解除组织反应T4,甲状腺氨酸T3,三碘甲状腺原氨酸2型脱碘酶“激活”作用3型脱碘酶“失活”作用3型脱碘酶“失活”作用T2,3,3’
-二碘甲状腺原氨酸反T3(rT3)2型脱碘酶的作用：活化甲状腺激素三点弯曲试验后股骨骨折成像负荷位移曲线2型脱碘酶基因敲除小鼠模型
:探索2型脱碘酶的生理作用脆性骨折2型脱碘酶缺陷小鼠：有脆骨症、断裂倾向2型脱碘酶在成骨细胞中的作用保持合适的骨矿化化防止甲减最大
负荷屈服负荷塑性变形后骨折负荷（N）骨折股骨中间直径骨折负荷屈服负荷皮质厚度野生型D2KO位移（mm)箭头所指为骨折位置，直径和皮
质厚度D2KO小鼠股骨达最大荷载后突然骨折野生型股骨达最大荷载后呈不扩散的微骨折，微骨折有利于通过弹性形变分散受力，避免骨折时的大
范围损伤D2KO=2型脱碘酶基因敲除小鼠J.H.DuncanBassetta,etal.http://www.ncbi.n
lm.nih.gov/pubmed/?term=Bassett,J+2010+2+deiodinaseProcNatlAca
dSciUSA.2010Apr20;107(16):7604-9.3型脱碘酶的作用：灭活甲状腺激素3型脱碘酶基因敲除
小鼠模型探索3型脱碘酶的生理作用缺陷小鼠表现出多种组织缺陷结论：3型脱碘酶的重要性D3KO野生型对甲状腺轴的正常发育和功能非常关键
——可能通过降低T3水平以保障甲状腺轴调节点的正常发育维持胎儿及婴儿期正常的TH水平——在新生儿期，3型脱碘酶活性的快速降低可使下
丘脑更加准确的追踪血清TH水平并适当的调节TRH表达～20%体积更小～30%新生死亡率耳聋色盲(全色盲)脑部甲状腺毒症,运动缺陷胰
岛损失、葡萄糖耐受不良S肺炎感染的清除力受损肌肉再生障碍性腺功能减退(雄性)小甲状腺新生鼠:T3过量/T4非常低成年鼠:T3低/T
4低为描述3型脱碘酶的生理关联性，对小鼠胚胎干细胞的3型脱碘酶的基因编码进行阻断，产生D3KO鼠(3型脱碘酶缺陷小鼠)，D3KO鼠
表现出了畸形的甲状腺状态和生理机能D3KO鼠=3型脱碘酶缺陷小鼠（敲除3型脱碘酶基因）；TH=甲状腺激素；TRH=促甲状腺激素释放
激素ArturoHernandez,etal.J.Clin.Invest.2006;116:476–4843型脱碘酶的
作用：促进鼠的成肌细胞再生干细胞丢失/凋亡3型脱碘酶3型脱碘酶基因突变：过量的T3静止激活增殖融合分化分化中的成肌细胞成肌细胞肌管
卫星干细胞定向干细胞DenticeM2012，20142、3型脱碘酶相互转化调节听觉系统组织对甲状腺激素的发育反应胚胎期耳蜗中
3型脱碘酶活性高TRβ在未成熟耳蜗中表达3型脱碘酶基因敲除会导致耳聋结论：3型脱碘酶对听力有保护作用听觉系统组织可通过2、3型脱碘
酶自动调节对甲状腺激素的发育反应fmolT2/h.mg蛋白质×102出生后耳蜗中2型脱碘酶活性高2型脱碘酶基因敲除会导致耳聋fm
ol碘化物/h.mg蛋白质×102小鼠胚胎E18发育年龄E13=胚胎期13天;P1=出生后1天Ng,L,etal.Endoc
rinology.2009:150(4):1952-19802、3型脱碘酶相互转化控制不同组织的发育胎儿出生后发育孕期出生断奶鼠P
0E10P10P20耳蜗听力2型脱碘酶3型脱碘酶视觉视网膜2型脱碘酶3型脱碘酶适应寒冷产热作用棕色脂肪组织2型脱碘酶3型脱碘酶E1
0=胚胎期10天;P10=出生后10天限制T3增高T3Halletal.Endocrinology151:4573–45
82,2010甲状腺激素作用机制纵向十年：新突破，新亮点美国国立卫生研究院消化系与肾脏疾病学会内分泌学和受体生物学实验室Doug
lasForrest阐述了三个方向的发展甲状腺激素受体基因突变及调节因子激素代谢：脱碘酶？摄取TH的膜转运体TR=甲状腺激素受体
;TH=甲状腺激素甲状腺激素的膜转运体病变人体疾病小鼠基因敲除MCT8单羧酸转运蛋白8是是MCT10单羧酸转运蛋白10不确定是O
ATP1C1有机阴离子转运体1c1不确定是LAT1L型氨基酸转运体1不确定是其他TheoJ.Visser.2010人类甲状腺激
素转运体MCT8突变所致疾病疾病表现MCT8/SLC16A2：T4和T3膜转运，X染色体相关的甲状腺激素和神经系统异常疾病(Al
lan-Herndon-Dudley综合症)认知障碍、张力减退、痉挛、言语障碍高T3,低T4,正常TSH28岁39岁Schwart
zC,etal.2005,Stevenson2014Mayerl:探索Mct8/Oatp1c1双基因敲除小鼠脑中甲状腺激素
的转运情况背景：既往研究已证实MCT8是T3、T4的跨膜转运蛋白，Mct8突变可导致AHDS（伴严重的精神运动发育迟缓和甲功异常
），然而Mct8基因敲除小鼠并未表现出神经发育受损现象且T4仍然能够进入脑中(甲状腺激素含量仅下降一半)。目的和方法：本研究拟以野
生型、Mct8基因敲除、Oatp1c1基因敲除、Mct8/Oatp1c1双基因敲除小鼠为实验，观察上述四组小鼠脑中对甲状腺激素的摄
取情况。Mct8/Oatp1c1：为分别编码Mct8/Oatp1c1跨膜转运蛋白的基因（转运甲状腺激素）MayerlS,eta
l.TheJournalofClinicalInvestigationVolume124Number5May
20142014Mayerl:证实MCT8和OATP1C1为小鼠脑中转运甲状腺激素的主要跨膜转运蛋白脑血液%注射的剂量/g%注射
的剂量/g给野生型、Oatp1c1基因敲除、Mct8基因敲除、Mct8和Oatp1c1双基因敲除小鼠注射125I标记的T4
，观察125I标记的T4在脑中的摄取量Mct8和Oatp1c1双基因敲除小鼠脑中T4摄取量接近消失注射后时间（小时）注射后
时间（小时）Mct8和Oatp1c1缺陷后中枢神经系统的T3靶基因表达情况：Hr,RC3,andAldh1a1表达下调
（主要受T3调节）提示脑中T3摄取量接近消失MayerlS,etal.TheJournalofClinicalInve
stigationVolume124Number5May20142014López-Espíndola:MCT8缺陷
患者的脑组织是什么病理表现？背景：已知人类Mct8突变会引起性染色体相关的严重精神运动发育障碍、神经功能受损和甲状腺激素水平异常的
综合征。目的：分析MCT8缺陷患者的脑组织，定义MCT8缺陷综合征的神经病理。方法：取30周男性胎儿、11岁男童的脑组织作为对照，
30周和28周男性和女性胎儿、10岁女童和12岁男童脑组织作为疾病组，经相关染色后分析两组的神经病理2014López-Espín
dola:MCT8缺陷导致脑发育迟缓小脑蚓部(髓磷脂碱性蛋白染色):髓鞘形成减少研究结论：MCT8缺陷导致的脑损伤是弥散性的，
无局灶性病变证据，尽管在出生时正常，但病变从胎儿期即开始；髓鞘形成减少的缺陷持续到11岁；研究结果与脑发育期因靶神经细胞的甲状腺激
素转运受损导致的脑发育障碍理念相一致对照女性胎儿-30周MCT8缺陷男性胎儿-30周小脑(小清蛋白染色):神经分化极差对照1
0岁女童MCT8缺陷11岁男童DanielaLópez-Espíndola,etal.JClinEndocrinolM
etab,December2014,99(12):E2799–E2804小结：T3如何刺激多种细胞的反应？小鼠独特TR亚型介
导的细胞特异性功能TRβ1：耳蜗TRβ1：肾上腺皮质TRα1：浦肯野细胞TRβ2:视锥细胞光感受器TRα1:前下丘脑温
度敏感神经元视网膜中由NRL和TRβ2共同调控光感受器的分化NRL(neuralretinaleucinezipperf
actor)=视网膜神经亮氨酸锌指TRα1点突变的杂合体小鼠：配体亲和力降低10倍，自主神经系统缺陷使其对应激、活动或周围温度变化
无法产生准确的心血管反应小鼠出生后小脑发育阶段，浦肯野细胞和本格曼胶质细胞是TRα1的初始靶细胞TRβ1和TRβ2在耳蜗的发育过程
中发挥重要作用成年鼠听力的维持需要TRβ1TRβ1可部分转移小鼠肾上腺内带细胞区的分化和阻碍雄性特异性的退化Ngetal,20
11Mittagetal,2013Fauquieretal,2014Ngetal,2015Huangetal,20
15总结：未来发展方向评估人体细胞数量—37万亿细胞上百种细胞类型——(神经元、神经胶质、内皮细胞、脂肪细胞等)组织功能再生存活/
死亡疾病早期胚胎细胞增殖、分化几乎所有细胞表达某种程度的TR，但T3对大多数细胞的作用是未知的谢谢关注！ToJ.Hilton
Fagge,in1871,belongsthecreditofdistinguishingsporadicfro
mendemiccretinismandassigningtoitthenamesporadiccretini
sm.JacobiwasthefirstinAmericatopresentasporadiccaseto
hiscolleagues.TownsendandLloyd,respectively,published"AC
aseofCongenitalCretinism"and"SporadicCretinism"beforeOsle
r''scomprehensivemonographonthissubjectappearedin1893.In
1897Oslerhadcollected60casesinAmerica.Bullard,Booker,Ro
tch,Fruitnight,Northrup,Petersonand,mostconspicuously,Kopl
ikhaveaugmentedtheliteraturewithaspecialreferencetothe
incidenceofthisdiseaseininfancyandchildhood.图2Thepatient
hadclinicallydeterminedhypothyroidism,withdryskin,slowten
donreflexes,slowreactions,anddrowsiness.Treatmentwithlevot
hyroxineresultedininitialcatch-upgrowthanddecreasesinserum
levelsofthyrotropinandcholesterol.At8.5yearsofage,herh
eightremained2SDbelownormal.Therapywithgrowthhormonewass
tartedandhadlittleeffectongrowth(Fig.1B).图2Thepatienth
adclinicallydeterminedhypothyroidism,withdryskin,slowtendo
nreflexes,slowreactions,anddrowsiness.Treatmentwithlevothy
roxineresultedininitialcatch-upgrowthanddecreasesinseruml
evelsofthyrotropinandcholesterol.At8.5yearsofage,herhei
ghtremained2SDbelownormal.Therapywithgrowthhormonewassta
rtedandhadlittleeffectongrowth(Fig.1B).InPanelD,functi
onaltestsofwild-type(WT)TRα1andtheF397fs406Xmutantshow
thatthelatterdoesnotrespondtoactivationbyT3.Whencotrans
fectedatequalamounts,themutantexertsastrongdominant-nega
tiveeffectoverthewildtype.Theexpressionoffireflylucifera
se(Luc)isunderthecontrolofanuclear-receptor(TR)–dependen
tpromoter,andtheexpressionofrenillaluciferase(Ren)isunde
rthecontrolofaTR-independentpromoter.Fireflyluciferaseac
tivitywasnormalizedtorenillaluciferaseactivitytoadjustfo
rtransfectionefficiency(forfurtherdetails,seetheSupplement
aryAppendix).TheanalysisofcellscotransfectedwithaTRdepend
entpromoter–reporterconstructshowedmarkedT3stimulationofwil
d-typeTRα1,butnoeffectonthemutantreceptorcouldbedetecte
d(Fig.1D).使用双萤光素酶报告基因技术Highlights：Availablemousemodelsallowu
nderstandingofspecificfunctionofCoRsinNRsignaling.?CoRsm
ediaterepressionofpositivetargetsbyTRintheabsenceofT3.
?CoRsplayaroleinestablishingasetpointofHPTaxis.?CoRs
attenuatetranscriptionalactivityofNRsinthepresenceoflig
ands.?CoRmightbenewdrugtargetsforendocrineandmetabolic
disorders.backgroundtermednuclearcorepressors(CoRs)andnamed
NCoR(nuclearreceptorcorepressor,NCoR1)andSMRT(silencingme
diatorofretinoidandthyroidhormonereceptors,NCoR2).Bothpr
oteins(Figure1)shareapproximately50%aminoacididentityand
similarstructuraldomains.TheN-terminalportionofbothNCoRa
ndSMRTmediatestranscriptionalrepressionbyrecruitingamulti
proteincomplexthroughthreeseparaterepressiondomains。BothNC
oRandSMRThaveexonsthatencode3separatereceptorinteractin
gdomains(RIDs)thatcontainacoreisoleucinerichmotifthati
sessentialforNR-bindingNCoRandSMRTrecruitNRsthroughC-ter
minalRIDs，BothNCoRandSMRThave3RIDsthatcanbeexpresseda
lternativelyinatissuespecificmanner,andthedifferencesin
theRIDaminoacidsequencesdictatethepreferenceforspecific
NRs。Furthermore,theCoRsexerttheirrepressiveactionsbyrecr
uitingHDAC3andaspecificN-terminalsequencepresentinbothN
CoRandSMRTtermedthedeacetylaseactivationdomain(DAD)isab
solutelyrequiredfortherecruitmentandactivationofHDAC3NCoR
andSMRTKnockoutModelsNCoR?/?SMRT?/?amutantNCoRmissing
itstwomostN-terminalRIDdomainstermedRID3andRID2(Figure
1)[22].ThismutantNCoR(NCoRΔID)isunabletointeractwithce
rtainNRs,andinparticular,TRisoforms,ThismutantNCoR(NCoRΔ
ID)isunabletointeractwithcertainNRs,thyroidhormonerecept
ors(TR)possessedthecapabilitytosilencetranscriptionoftar
getgenesintheabsenceofthyroidhormone(TH)[1,2].Thisact
ionoftheTRsisconsistentwiththedetrimentalclinicaleffect
sofhypothyroidism.3型脱碘酶：通过Dio3编码的甲状腺激素失活酶，在不成熟耳蜗表达。小鼠胚胎耳蜗均浆显示3型
脱碘酶活性水平显著，从出生后开始降低直到成年期达到最低2型脱碘酶：在听力发病前，增强甲状腺激素的血清水平，提高T3水平和活化型甲状
腺激素，2型脱碘酶活性峰值在3型脱碘酶之后，在出生后P8达到峰值EmbryonicdayPostnataldayDevelopmentalexpressionoftype3and2deiodinasesincochlea.A,Type3activitywaspresentinmousecochlearhomogenatesatembryonicandneonatalstages.Type2activitypeakedpostnatallywhentype3activitywasindecline.Note:scaleonx-axisdiffersbeforeandafterbirth(verticaldashedline).http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2659284/StronglydiminisheduptakeofT4intothebrainintheabsenceofMCT8andOATP1C1.(A)Forinvivotransportstudies,adultanimals(n=3pergenotypeandtimepoint)wereinjectedi.p.with1.2μCi[125I]T4.StronglydiminisheduptakeofT4intothebrainintheabsenceofMCT8andOATP1C1.(A)Forinvivotransportstudies,adultanimals(n=3pergenotypeandtimepoint)wereinjectedi.p.with1.2μCi[125I]T4. |
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