孙莹 姜雅秋

中国医科大学附属第一医院内分泌与代谢病科，中国医科大学内分泌研究所，辽宁省内分泌疾病重点实验室，沈阳 110001

脱碘酶是含硒蛋白酶，包括一型脱碘酶(D1)、二型脱碘酶(D2)和三型脱碘酶(D3)，它们在甲状腺激素代谢过程中起重要调节作用。甲状腺激素的生物活性主要是由D2来调控的，D2的外环脱碘作用主要是通过泛素化来完成，泛素化是蛋白质的一种降解途径。D2泛素化与甲状腺激素的敏感性有关。因此，其对甲状腺功能减退症的治疗效果也有一定的影响。D2基因多态性也参与甲状腺激素的转换和代谢，可能会影响甲状腺激素水平。因此，D2在甲状腺疾病中扮演着重要的角色，现就D2泛素化特点、基因多态性及其与甲状腺疾病的研究进展予以综述。

1 泛素-蛋白酶体通路

泛素-蛋白酶体系统(UPS)是真核细胞中短寿命蛋白质的主要降解途径。UPS在细胞进程包括细胞周期进展、基因表达、蛋白质抑制等方面调节蛋白质的表达。泛素化过程消耗ATP，能高效、高选择的降解蛋白质。泛素化过程通常需要3种泛素化酶的协同作用: 泛素激活酶(E1)、泛素耦联酶(E2)和泛素连接酶(E3)[1-2]。

2 D2及其UPS

D2是碘甲状腺素脱碘酶家族中的一员，为含硒蛋白酶。D2催化外环碘的脱碘作用，使T4转化为活性更强的T3，影响局部T3的可用性[3-4]。D2催化的T3产生发生在细胞内，可增加甲状腺激素信号，而D2活性降低或影响D2基因表达会影响机体甲状腺功能。D2的表达受不同的发育状态、代谢或环境[如hedgehog途径、肾上腺素能和G蛋白耦联胆汁酸受体1(TGR5)激活的cAMP途径]、黄酮醇等异种生物分子和内质网应激的调控，这些信号通过真核生物翻译起始因子2α(EIF2α)介导起作用。啮齿类动物适应性产热的主要部位是棕色脂肪组织，棕色脂肪组织产热需要解耦联蛋白1(UCP1)的表达，UCP1受T3的调节，D2活性对于T4到T3的局部转化是必不可少的。研究发现，D2基因敲除小鼠体温过低，必须依靠颤抖来维持体温[4]。

D2主要分布于中枢神经系统，其在正中隆起-弓状核区的活性最高。下丘脑D2主要在伸长细胞中表达。脑组织中的T4在D2催化下转化为活性更强的T3。研究表明，脑内超过75%的T3是由D2介导的T4外环脱碘作用转化而来[4]。D2缺乏时，尽管循环中T3水平正常，但下丘脑中T3含量减少[5]。因此，在下丘脑中发挥作用的T3部分是从局部T4通过脱碘转化而来的。

泛素化和UPS对于体内蛋白质稳态至关重要。除了溶酶体途径外，细胞也通过泛素化标记并被蛋白酶体吸收来处理不需要的蛋白质。泛素化是可逆的、循环的、多种酶参与的过程，该过程为3种酶介导的级联反应：通过E1激活泛素分子，该过程为ATP依赖反应；活化的泛素转移到E2；通过含E2和(或)E3的复合物将目标蛋白内的赖氨酸残基多聚泛素化。

D2泛素化具有组织特异性，用L-T4治疗的甲状腺切除大鼠T4向T3的转化率更高，全身组织依赖D2的T3产生减少，但是下丘脑T4向T3的转化受影响最小[6]。特异性敲除星形胶质细胞WSB-1，观察到与其他组织相比，下丘脑D2泛素化效率更低[7-8]。

3 D2泛素化过程相关酶

泛素化过程的底物通过靶蛋白与E3家族相互作用。人类基因组编码超过600种不同的E3，负责从原核生物到真核生物的大量底物的泛素化。大部分存在于内质网膜上，介导胞质或膜结合底物的泛素化[9]。

D2的泛素化使得D2的二聚体结构发生构象变化而失活。近年来研究发现，D2泛素化的过程即形成K48-连接的泛素链，涉及两种E3：WSB-1(WD repeat and SOCS box-containing protein 1, WSB-1)和TEB-4[membrane associated ring finger(C3HC4) 6，MARCH 6或TEB-4][10]。泛素化的D2在p97-ATPase的介导下逆向转运到胞质中，送入蛋白酶体中被降解[11]。同时该过程还有两种去泛素化酶的参与：泛素特异蛋白酶(USP)20和USP33。

4 D2与下丘脑-垂体-甲状腺轴

促甲状腺激素释放激素(TRH)由下丘脑室旁核神经元产生，调节垂体促甲状腺激素(TSH)细胞的经常性活动。存储于下丘脑的TRH经垂体门脉系统作用于TSH细胞，一是促进TSH释放，二是激活靶基因促进TSH合成。TSH分泌增加可促进甲状腺激素的合成和分泌，使循环血液中甲状腺激素水平升高，形成一个负反馈，抑制TRH和TSH的分泌[12]。由于T4的活性很低，D2在调节这个循环中扮演着重要的角色，它促进血浆T4转化为具有生物活性的T3，并使垂体TSH正常表达[9]。抗心律失常药物胺碘酮对甲状腺功能有重要影响，主要表现在使TSH水平升高，用胺碘酮处理D2基因敲除小鼠(D2KO)，只有野生型(WT)对照组的血浆TSH水平出现了预期约2倍的升高，说明D2在这一机制中发挥了关键的作用。胺碘酮对D2信号通路的破坏可能会干扰T4信号的转导，使T3产生减少，减弱TSH的反馈机制。研究还发现，胺碘酮治疗的患者和实验动物血清T4和TSH水平往往会短暂升高，持续数月，T4通过垂体和下丘脑抑制D2活性，在负反馈环中发挥作用，分别减少TSH和TRH的产生，这种表型类似于D2KO小鼠。因此，胺碘酮所致TSH水平升高依赖于D2的功能，很可能源于D2在垂体水平受到的抑制[9]。D2在调节TRH的作用中也扮演着相似的角色。研究表明，D2诱导产生的T3通过旁分泌机制负反馈调节室旁核TRH神经元。

5 D2的泛素化修饰与甲状腺疾病

临床研究表明，5%～10%用L-T4治疗的甲状腺功能减退症患者血清TSH水平正常但仍有持续的症状[13]。患者用L-T4治疗后，血清T4/T3的比值相对更高，这一比例的长期升高对甲状腺激素信号转导和机体健康是否有影响还是未知。基于这种残余甲状腺功能减退症状的分子基础的缺乏，研究者构建了甲状腺功能减退症大鼠模型，分别给予L-T4、L-T3和L-T4+L-T3干预，检测不同组织D2泛素化差异及甲状腺激素信号转导水平，研究发现，单纯的L-T4治疗导致血清T3水平相对降低和T4/T3比值相对升高，在垂体和其余的脑组织中，大部分T3主要是由T4通过D2脱碘作用产生。该通路受D2泛素化程度限制，由于T4可降低D2活性，对棕色脂肪组织、下丘脑、垂体、小脑、皮质、海马等表达D2的组织的研究显示，不同组织D2的泛素化程度存在差异，下丘脑D2的活性受T4的影响最小[6]。通过构建星形胶质细胞泛素化连接酶WSB-1基因敲除小鼠发现，在大脑皮层和海马，WSB-1介导T4诱导的D2失活，在小脑WSB-1不介导T4诱导的D2失活，而在下丘脑，T4对D2的调节作用是最小的。D2在调节局部T3的含量中起重要作用。D2半衰期取决于T4的水平[14]。当有T4存在时，其半衰期大约20 min，当T4缺乏时，其半衰期被延长到几小时。当血清T4水平较低或碘缺乏或甲状腺功能减退时，D2在细胞中积累会增加T4向T3的转化。相反，由于T4能够使D2失活，所以当T4水平升高时，甲状腺激素信号转导可能会减弱。即在有D2表达的组织中，用L-T4治疗的患者血清T4/T3比值升高会减弱甲状腺激素的信号转导。

D2在正常甲状腺中表达，可能是甲状腺滤泡细胞分化的标志物。既往的研究已经证实，D2在甲状腺乳头状癌中呈低表达。早期研究表明，甲状腺中的D2来源于滤泡而不是滤泡旁C细胞，研究发现，D2在甲状腺髓样癌(MCT)中高表达，MCT是一种起源于C细胞的肿瘤。该研究选取12例MCT患者术后髓样癌组织，在12例样本中均检测到D2转录本，D2活性与正常滤泡组织中相似。对人MCT细胞系TT细胞的进一步研究表明，D2的表达受甲状腺激素的调节而下降，在MCT髓样癌组织样本中也发现甲状腺激素受体α1和β亚基，提示D2在肿瘤组织局部使T4转化为T3并发挥作用[15]。

本课题组大型流行病学调查结果显示，人群中TSH水平随着碘摄入量增加而上升[16]。基于这一结果所做的基础研究显示，D2泛素化在慢性碘过量所致的TSH水平升高中起重要作用，慢性碘过量大鼠垂体D2泛素化增强，D2活性下降[17]。

另外，D2单核苷酸多态性Thr92Ala(rs225014)参与甲状腺激素的转换和代谢，可能影响甲状腺激素水平。研究发现，不是所有患者接受L-T4治疗都具有将T4转化为T3的能力[18]。Torlontano等[13]研究表明，191例分化型甲状腺癌患者接受甲状腺全切及放射性碘治疗，D2的Thr92Ala多态性与L-T4的剂量有关。纯合子Ala/Ala携带者需要L-T4的水平比非携带者高20%左右。然而，Heemstra等[19]的研究没有证实这些结果，D2的Thr92Ala多态性与L-T4剂量无关。也没有观察到4种D2基因多态性 (rs225011、rs7140952、rs225012、rs2839858)与患者L-T4剂量有关[20]。

综上所述，D2控制着细胞特异性甲状腺激素的激活，D2泛素化在维持体内甲状腺激素平衡、发育和代谢中起重要作用。D2在下丘脑、垂体及其他组织中作用及其机制仍有待进一步研究。D2基因多态性影响着L-T4治疗甲状腺疾病的效果，其机制需进一步研究。