甲状腺激素作用机制纵向10年-ppt课件.ppt

1、甲状腺激素作用机制纵向十年：新突破，新亮点1甲状腺激素作用机制纵向十年：新突破，新亮点2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Douglas Forrest阐述了三个方向的发展甲状腺激素受体基因突变甲状腺激素受体基因突变及调节因子及调节因子？摄取摄取TH的膜转运体的膜转运体激素代谢：脱碘酶激素代谢：脱碘酶TR=甲状腺激素受体; TH=甲状腺激素3100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散发性克汀病(W.Osler，1897)治疗前治疗后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34甲状腺激素：维持

2、正常生长发育和生理功能的“必需品”Q1：甲状腺激素如何引起不同细胞反应？Bianco AC, et al. Eur Thyroid J. 2012 Jul; 1(2) 8898.健康个体：甲状腺激素合成、释放及主要生理作用健康个体：甲状腺激素合成、释放及主要生理作用4生长代谢神经认知T3靶细胞发育Q2：缺陷反应导致怎样的疾病结果？5甲状腺激素作用机制的里程碑Bjrn Vennstrm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1.基础研究/人类疾病研究：“双向道”2.技术进步推动科学进步Bjrn

3、 Vennstrm教授于1984年首年首次克隆次克隆c-erbA 基基因因基因模型 小鼠 非洲爪蟾 斑马鱼人类疾病Bjrn Vennstrm教授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5前一个10年(1020年前)对甲状腺激素作用机制的认识 甲状腺激素受体甲状腺激素受体(TR)：T3调节转录因子调节转录因子6靶细胞转录调节7近10年对甲状腺激素作用机制的认识 甲状腺激素受体甲状腺激素受体(TR)：T3调调节转录因子节转录因子 激素代谢：脱碘酶激素代谢：脱碘酶 摄取甲状腺激素的膜转运体摄取甲状腺激素的膜转运体7靶细胞转录调节共激活子

4、共抑制子8甲状腺激素作用机制纵向十年：新突破，新亮点8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Douglas Forrest阐述了三个方向的发展甲状腺激素受体基因突变甲状腺激素受体基因突变及调节因子及调节因子摄取摄取TH的膜转运体的膜转运体激素代谢：脱碘酶激素代谢：脱碘酶TR=甲状腺激素受体; TH=甲状腺激素？9甲状腺激素受体基因的命名已批准的命名已批准的命名已批准的命名已批准的命名既往命名既往命名别名别名染色体染色体THRAthyroid hormone receptor, alphaTHRA1, THRA2, ERBA1NR1A1, EAR-7.1/EAR-7.2

5、, AR7, THRA3, ERBA17q21.1THRB thyroid hormone receptor, 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、视觉心动过缓产热缺陷肠道/骨缺陷脑突触缺陷“焦虑样”行为TR1TR241004614759389%0100%DNA结合域T3结合域发散N-末端基因基因基因表达的基因表达的TR受体受体一些小鼠疾病表型一些小鼠疾病表型人类疾病人类疾病THR BTHR ATR1

6、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？10TR=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(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Bochukova E,et al. N Engl J Med. 2012;366:243-9.Van mullem,A, et al. TheoVisser lab.2012. 1112甲状腺激素受体基因(THRA)突变：病例1Bochukova E,et al. N Engl J Med. 2012;366:243-9

7、.6岁杂合子女性+/E403XA. 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12ABCDE13甲状腺激素受体基因(THRA)突变：病例2Van mullem,A, et al. Theo Visser lab.2012. 杂合子女性杂合子女性+/F397fs406X 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（IQ 90）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136岁时开始岁

8、时开始L-T4治疗治疗6岁时临床表现岁时临床表现身高生长速度L-T4治疗生长激素治疗14常染色体区域疾病：THR A突变是如何影响结果的？410403406DNA结合域T3结合域野生型TR1E403X无义,停止F397fs406X移码/停止T3结合缺陷结合缺陷Van mullem,A, et al n engl j med.2012;366(15):1451-3 与野生型TR1相比，突变型F397fs406X对T3刺激无反应Luc：Ren比例比例野生型TR1 和突变型F397fs406X的功能分析显示：T3可刺激野生型TR1，但对突变型F397fs406X无作用突变型F397fs406X对野生

9、型TR1有较强的显性负效应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TR依赖性启动子调控Luc： Ren比例低说明对T3刺激反应低WT=野生型14THR=甲状腺激素受体基因15转录协同因子：参与修饰甲状腺激素受体活性Inna Astapova, et al. Biochim Biophys Acta.2013 July ; 1830(7): 38763881TR正常正常TR突变突变：突变型TR1或TR1TR：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

10、基酶3减弱抑制？ 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？HDAC3HDAC3甲状腺激素受体突变时HDAC脱乙酰酶CBP乙酰基转移酶抑制活化 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，激活转录正常情况下T3浓度浓度1516TR如何调控基因组中的靶基因？还需更多研究来揭示16染色质纤维30nm纤维组蛋白连接器DNA核小体核心组蛋白尾部串珠样结构TR调节细胞反应的靶基因是什么如同大海捞针？如

11、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Ayers S, et al, 2014 webb labRamadoss P, et al. 2014 hollenberg labChatonnet F,et al. 2013 flamant labGrontved L,et al. 2014 cheng hager labs目前一些学者在全基因组内分析TR的所有结合位点TR=甲状腺激素受体甲状腺激素作用机制纵向十年：新突破，新亮点17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Douglas Forrest阐述了三个方向的发展甲状腺激素受

12、体基因突变甲状腺激素受体基因突变及调节因子及调节因子摄取摄取TH的膜转运体的膜转运体激素代谢：脱碘酶激素代谢：脱碘酶TR=甲状腺激素受体; TH=甲状腺激素？18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T3,三碘甲状腺原氨酸T4,甲状腺氨酸3型脱碘酶型脱碘酶“失活失活”作用作用3型脱碘酶型脱碘酶“失活失活”作用作用2型脱碘酶型脱碘酶“激活激活”作用作用反T3(rT3)T2,3,3-二碘甲状腺原氨酸182型脱碘酶的作用：活化甲状腺激素J. H. Duncan Bassetta,et al. Proc Natl Acad Sci U S A. 2010 A

13、pr 20;107(16):7604-9.n2型脱碘酶缺陷小鼠：有脆骨症、型脱碘酶缺陷小鼠：有脆骨症、断裂倾向断裂倾向n2型脱碘酶在成骨细胞中的作用型脱碘酶在成骨细胞中的作用 保持合适的骨矿化化保持合适的骨矿化化 防止甲减防止甲减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股骨中间股骨中间直径直径骨折骨折皮质厚度皮质厚度位移（mm)负荷（N）屈服负荷屈服负荷骨折负荷最大负荷塑性变形后骨折脆性骨折野生型D2KO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负荷位移曲

14、线三点弯曲试验后股骨骨折成像19D2KO=2型脱碘酶基因敲除小鼠3型脱碘酶的作用：灭活甲状腺激素Arturo Hernandez,et al. J. Clin. Invest. 2006;116:476484对甲状腺轴的正常发育和功能非常对甲状腺轴的正常发育和功能非常关键关键可能通过降低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维持胎儿及婴儿期正常的TH水水平平在新生儿期，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

15、鼠表现出了畸形的甲状腺状态和生理机能 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/T4低D3KO野生型缺陷小鼠表现出多种组织缺陷结论：结论：3型脱碘酶的重要性型脱碘酶的重要性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203型脱碘酶的作用：促进鼠的成肌细胞再生21定向干细胞卫星干细胞成肌细胞分化中的成肌细胞肌管静

16、止激活增殖分化融合3型脱碘酶3型脱碘酶基因突变：过量的T3干细胞丢失/凋亡Dentice M 2012，20142、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小鼠胚胎E18TR在未成熟耳蜗中表达Ng,L,et al.Endocrinology.2009:150(4):1952-1980结论： 3 3型脱碘酶对听力有保护保护作用 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发育年龄fmol T2/h.mg蛋白质102fmol 碘化物/h.mg蛋白质1023 3型脱碘酶基因敲除会导致耳聋耳聋2 2型脱碘酶基因敲除会导致耳聋耳聋E13=胚胎期13天; P1=出生后1天

17、胚胎胚胎期耳蜗中3 3型脱碘酶活性高出生出生后耳蜗中2 2型脱碘酶活性高232、3型脱碘酶相互转化控制不同组织的发育23E10P0P10P20胎儿孕期出生出生后发育断奶听力视觉产热作用2型脱碘酶3型脱碘酶2型脱碘酶3型脱碘酶2型脱碘酶3型脱碘酶适应寒冷限制T3增高T3耳蜗视网膜棕色脂肪组织鼠Hall et al.Endocrinology 151: 45734582, 2010E10=胚胎期10天; P10=出生后10天甲状腺激素作用机制纵向十年：新突破，新亮点24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Douglas Forrest阐述了三个方向的发展甲状腺激素受体基

18、因突变甲状腺激素受体基因突变及调节因子及调节因子摄取摄取TH的膜转运体的膜转运体激素代谢：脱碘酶激素代谢：脱碘酶TR=甲状腺激素受体; TH=甲状腺激素？25甲状腺激素的膜转运体病变人体疾病人体疾病小鼠基因敲除小鼠基因敲除MCT8单羧酸转运蛋白8是是MCT10单羧酸转运蛋白10不确定是OATP1C1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25Theo J. Visser.2010人类甲状腺激素转运体MCT8突变所致疾病Schwartz C,et al. 2005,Stevenson 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

19、病 (Allan-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岁疾病表现26272014Mayerl: 探索Mct8/Oatp1c1双基因敲除小鼠脑中甲状腺激素的转运情况27Mayerl S,et al.The Journal of Clinical Investigation Volume 124 Number 5 May 2014Mct8/Oatp1c1：为分别编码Mct8/Oatp1c1跨膜转运蛋白的基因（转运甲状腺激素） 背景：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

20、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：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。2014Mayerl: 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28Mayerl S,et al.The Journal of Clinical Investigation Volume 124 Number 5 May 2014Mct8 和Oatp1c1 双基

21、因敲除小鼠脑中T4摄取量接摄取量接近消失近消失注射后时间（小时）脑血液%注射的剂量/g%注射的剂量/g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, and Aldh1a1表达下调（主要受T3调节）提示脑中T3摄取摄取量接近消失量接近消失给野生型、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292014Lpez-Espndola:MCT8缺陷患者的脑组织是什么病理表现？29 背景：背景：已知人类Mct8突变会引起性染色体相关的严重

22、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：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：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2014Lpez-Espndola: MCT8缺陷导致脑发育迟缓Daniela Lpez-Espndola,et al. J Clin Endocrinol Metab, December 2014, 99(12):E2799E2804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，

23、尽管在出生时正常，但病变从胎儿期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MCT8缺陷11岁男童对照10岁女童对照女性胎儿- 30周MCT8缺陷男性胎儿- 30周小脑蚓部(髓磷脂碱性蛋白染色): 髓鞘形成减少髓鞘形成减少小脑(小清蛋白染色): 神经分化极差神经分化极差小结：T3如何刺激多种细胞的反应？TR1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TR1和TR2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TR1视网膜中由NRL 和

24、TR2共同调控光感受器的分化NRL(neural retina leucine zipper factor)=视网膜神经亮氨酸锌指TR1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Ng et al,2015Mittag et al,2013Huang et al,2015Fauquier et al,2014Ng et al,2011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TR1的初始靶细胞TR2 : 视锥细胞 光感受器TR1 : 前下丘脑温度敏感神经元TR1：浦肯野细胞TR1 ：耳蜗TR1：肾上腺皮质小鼠独特小鼠独特TR亚型介导的细胞特异性功能亚型介导的细胞特异性功能总结：未来发展方向细胞增殖、分化早期胚胎 组织功能 再生 存活/死亡 疾病 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) 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3233谢谢关注！33