碘转运体与甲状腺疾病.376.中国普外基础与临床杂志2007年5月第14卷第3期ChinJBasesClinGeneralSurg,V01?14,N0?3,My2007综述【文章编号11007—9424(2007)03—0376—04碘转运体与甲状腺疾病张恒朱精强李志辉【摘要】目的探讨3种碘转运体的表达与甲状腺疾病的关系.方法采用文献回顾的方法对钠碘同向转运体(Na/i—symporter,NIS),pendrin和人类顶膜碘转运体(humanapicaliodidetransporter,hAIT)在各种甲状腺疾病的表达及临床相关性加以综述.结果在正常甲状腺组织中,NIS表达于滤泡细胞基底质膜及侧质膜,pendrin及hAIT表达于滤泡细胞顶膜上.对于NIS的研究表明,在甲状腺癌组织中,NIS表达降低或是定位于胞浆;NIS基因突变是导致先天性甲状腺功能减退症的原因之一.pen&in的表达水平与滤泡功能相关:在Graves病和高功能腺瘤中,pendrin高表达,在甲状腺癌中其表达显着降低;在体外实验中其表达与甲状腺癌细胞系分化程度的相关性各文献报道不一.hAIT蛋白表达在高功能甲状腺组织中与正常组织差异不大,而在低功能甲状腺腺瘤中,其表达仅轻度降低或正常;在甲状腺癌中,其表达显着降低.结论3种碘转运体表达异常与甲状腺疾病密切相关,但是其致病机理尚不完全清楚,引起3种碘转运体表达异常的原因也有待进一步研究.【关键词】甲状腺疾病钠碘同向转运体pendrin人类顶膜碘转运体【中图分类号】R581【文献标识码】A RelationBetweenIodideTransportersandThyroidDiseasesZHANGHeng,ZHUJing—qiang,LIZhi—hui.Depart—mentofGeneralSurgery,WestChinaHospital,SichuanUniversity,Chengdu610041,China [Abstract]ObjectiveToinvestigatetheclinicalsignificanceofthethreeiodidetransportersin thyroiddisea—ses.MethodsLiteraturesabouttheNa/i—symporter(NIS),pendrinandhumanapicaliodidetransporter(hAlT)inrecentyearswerereviewedandtheirexpressionsindifferentthyroiddiseaseswerea lsoanalyzed.Results NISproteinsexpressatthebasolateralmembraneofthyrocytesinnormalthyroidtissue,while pendrinandhAIT proteinsarelimitedtotheapicalmembraneofthyrocyteslininginthefollicularlumen.Intheti ssuesofthyroidcar—cinomas,itwasfoundthattheNISproteinsexpressedinthecytoplasmandtheirexpressionsde creased;Themuta—tionofNISgenemaybeoneofthemaincausesofcongenitalhypothyroidism.Theexpressiono fprendrinproteinmayberelatedtothefunctionoffollicles:itsexpressionlevelincreasedsignificantlybothinGr avesdiseasesandtox—icadenomas,butsignificantlydecreasedindifferentiatedthyroidcarcinoma.However,thec orrelationbetweenthe decreaseandthedegreesofdifferentiationofcarcinomacelllinearestilldisputable.Theexpre ssionofhAITprotein doesnotsignificantlyalteredinhyperfunctioningtissues.Itonlyslightlydecreasedoccasion allyinhypofunctioningadenomas.butitdecreasedsignificantlyinthyroidcarcinomas.ConclusionTheabnormalex pressionsOfthethree iodidetransportersmayberelatedcloselywiththetypeofthyroiddiseases.However,theirpat hogenicmechanisms andthecausesoftheirabnormalexpressionarestillunknown,whichneedtobestudiedfurther.[Keywords]ThyroiddiseaseNa/i—symporterPendrinHumanapicaliodidetransporter碘是甲状腺激素合成必不可少的原料,碘从血液中被转运到甲状腺滤泡中是由数个转运蛋白介导完成,主要有2个步骤:血液中的碘先被转运到甲状腺细胞内,这是甲状腺激素合成的第一步,也是限速步骤;这一主动转运过程是由位于滤泡细胞基底质膜及侧质膜上的转运蛋白钠碘同向转运体(Na/i—symporter,NIS)催化的.接着,细胞内的碘被转运到滤泡胶质中,参与这一转运的主要是位于顶膜上的两个蛋白,分别是pendrin,即pendred综合征基因(pen—dredsyndromegene,PDSG)表达蛋白和人类顶膜碘转运体【作者单位1*四川I大学华西医院普外二科(成都610041)【作者简介】张恒(1981年),女,四JIl省乐山市人,医学在读硕士研究生,主要从事甲状腺疾病的研究. (humanapicaliodidetransporter,hAIT),后者是溶质转运体家族5成员8基因(SIC5A8)的表达蛋白.碘转运机理的异常将导致甲状腺的病理改变,引起甲状腺疾病;这也为许多甲状腺疾病的诊断治疗提供了基础.现就碘转运体与甲状腺疾病的关系综述如下.lNIS1996年,大鼠NIS(rNIS)和人类NIS(hNIS)基因被相继克隆成功[1.].hNIS基因定位在人类第19号染色体的短臂上(19pl2～13.2),含15个外显子和14个内含子,有一个1929个核苷酸序列的开放读码框架.其编码蛋白NIS是含有643个氨基酸的糖蛋白,含13个跨膜片段,N一端位于胞外,C一端在胞内.NIS属于溶质转运体家族(SIC5A5),依赖钠钾ATP酶产生的钠电化学梯度作为驱动转运溶质进入中国普外基础与临床杂志2007年5月第14卷第3期ChinJBasesClinGeneralSurg.V o1.14,No.3,May2007细胞内.NIS蛋白主要表达在甲状腺滤泡细胞基底质膜及侧质膜上,在唾液腺,泪腺,妊娠期和哺乳期的乳腺组织等器官中也有少量表达];但只有在甲状腺中通过促甲状腺激素(TsH)依赖的方式完成摄取碘离子的功能,可使碘离子有机化,并进一步螫合.TSH是NIS的主要调控因子.国外学者通过体外及体内实验证实,TSH主要是在NIS基因的转录水平进行调控;另外,通过TSH在转录后修复水平的调控,可以决定NIS在基底质膜及侧质膜上的正确定位,这对于NIS的活性尤为重要_5].1.1NIS与甲状腺癌与正常甲状腺组织相比,绝大多数甲状腺癌及其转移灶摄碘率降低.研究发现,甲状腺癌及其转移灶碘摄取降低的分子机理主要有2种,一是NIS的表达降低或缺失[6,其次是NIS的错误定位,即细胞内表达增加而基底质膜及侧质膜表达降低口].这表明NIS摄碘功能的维持不仅与表达数量相关,也与表达部位有关.NIS在甲状腺中表达虽然具有相对特异性,但能否将NIS作为甲状腺癌的分子标记物呢?关于NIS表达与甲状腺癌恶性程度相关性的报道较少;Riesco—Eizaguirre等[经研究发现,B-RAF阳性的乳头状癌患者,由于NIS定位及表达的损害,其病理类型倾向于去分化,复发率更高.在探索原发灶与转移灶相关性的研究中,Castro等[.进行了6O例大样本的回顾性研究,通过对分化性甲状腺癌(DTC)原发灶中NIS表达与术后转移灶"I扫描显影一致率的探讨,发现原发灶NIS表达对转移灶"I扫描的预测率为86%若除去术前服用甲状腺素片的患者,该预测值可提高到9O%,这提示DTC原发肿瘤的NIS检测可预测转移灶和复发灶的'I摄取状况,但是该研究对NIS蛋白定位没有进行相关研究. 也有学者研究得出不同结论,在转录水平上,Park等检测了7对原发灶及颈淋巴结转移灶中hNISmRNA的表达,结果显示2例原发灶中hNISmRNA强表达,但其转移灶中无hNISmRNA表达;4例转移灶hNISmRNA表达低于原发灶,1例转移灶中hNISmRNA表达高于原发灶,原发灶与转移灶hNISmRNA表达无确切的一致性,这表明原发灶的hNISmRNA表达水平可能不能预测"'I的治疗效果;但该实验样本量较小,需要大宗样本进一步验证.在临床上,通过诱导甲状腺功能减低导致内源性TSH升高或是服用人重组TSH(hrTSH)可以增加碘摄取,这说明甲状腺癌细胞仍然保持有一定的分化程度以及对激素的反应性,也就可以通过使肿瘤细胞再分化重新诱导NIS表达,增加其摄碘率.维甲酸是目前研究最为广泛的抑癌药物,它能够抑制正常甲状腺组织对"I的摄取及NISmRNA的表达水平而上调DTC细胞NISmRNA水平的表达,从而提高对"I治疗的敏感性.虽然维甲酸可以增加一部分患者的摄碘率,但在临床上的效果并不理想"].另一些药物如曲格列酮,组蛋白脱乙酰基酶抑止剂及脱甲基物也被证明具有增加NIS表达的作用,但仍需要进一步的临床验证.1.2NIS与先天性甲状腺功能减退症(先天性甲减)先天性甲减在新生儿中发生率为1:3000,这种染色体隐性遗传疾病临床表现为不同程度的甲减,甲状腺肿大,摄碘降低或缺如,以及唾液/血浆碘比率降低.若不予治疗,将导致新生儿发育障碍,最终导致呆小症.NIS突变造成的碘转运缺陷是导致先天性甲减主要原因之一.在NIS被成功克隆以后,对引起先天性甲减已明确的突变位点有l1个:G93R,Q267E,C272X,T354P,515X,Y531X,G543E,G395R,V59E,143—323缺失以及439—443缺失.但分子机理研究较为清楚的仅有4种突变:T354P,G395R,Q267E和G543E,其中T354P突变是研究最广泛的.研究[】]发现,位于NIS蛋白第354位点含羟基的苏氨酸(Thr)是NIS功能氨基酸,该位点Thr被脯氨酸(Pro)替代造成碘转运障碍.同样,维持NIS功能需要位于第395位点的一个不含羟基不带电荷的氨基酸残基lI.Q267E突变的机理存在争议, Pohlenz等应用NIS多克隆抗体研究后认为,Q267E突变会导致NIS不能正确定位在基底质膜及侧质膜上,而DeLa Vieja等用同样的方法研究发现,Q267E突变引起碘摄取降低,它不是通过NIS的定位改变,而是通过降低NIS对碘的催化率或转运活力而造成.与上述3种突变不同的是,G543E突变会导致NIS位点的成熟障碍及定位错误[t63.其他N1S位点突变的确切机理还不明确.1.3NIS与自身免疫性甲状腺疾病(autoimmunethyroid disease.AITD)NIS被克隆后,NIS抗体在AITD中的作用成为研究热点.Endo等["]在84%(22/26)的Graves病及11%(3/20)的桥本甲状腺炎患者血清中检测到NIS抗体,而Seissler等l】检测到相应的NIS抗体阳性率仅为5.6%(19/177)和6.9%(15/72),这可能与研究所采用的方法不同有关.但总结以上研究不难看出,虽然在AITD患者血清中可以检测到NIS抗体,但其出现的生物学机理和效应仍然不清;在AITD中,NIS作为一种自身抗体似乎并没有重要的作用.2pendrinpendrin是PDSG编码蛋白.pendred综合征是一种常染色体隐性遗传疾病,临床主要表现为甲状腺肿大及听力障碍.1997年,PDSG被克隆分离,通过Northern杂交,发现PDSG的转录产物表现出高度的组织特异性:主要在人甲状腺组织表达,少量表达于成人和胎儿肾脏[].其编码蛋白pendrin是一种780个氨基酸的高度疏水性跨膜蛋白,具有11或12个跨膜片断[19,20];相对分子质量为86×1O.,而用SDPAGE法检测经糖基化的转录后修饰的该蛋白相对分子质量为(1】O～1】5)×103【.由于pendrin蛋白与其他硫转运因子具有同源性,故以往认为它是一硫酸盐转运子.但Scott等1]对PDSG转染的爪蟾卵母细胞和PDSG重组杆状病毒转染的Sf9细胞的研究证实,pendrin蛋白不是一种硫酸盐转运子,而主要是以一种竞争的方式转运碘/氯.pendrin主要沿人和大鼠甲状腺细胞滤泡腔排列[2,同时也.378.中国普外基础与临床杂志2007年5月第14卷第3期ChinJBasesClinGeneralSurg,V o1.14,No?3,May2007是一种碘的调节转运体,当细胞内碘浓度过低时,仍可保证碘转运至滤泡腔内Ezz].在激素调控的研究方面,Royaux等..用FRTL一5细胞系实验了不同的生长因子和激素对PDSG表达的调控作用,结果发现,作为甲状腺功能的经典调控因子,TSH虽然可以增加NIS表达,但对于PDSG的表达没有作用;而甲状腺球蛋白(thyroglobulin,TG)可以增加pendrin的表达,说明了当甲状腺滤泡中TG储存过少时,细胞内碘增加的机理,一是由于TG降低会上调NIS表达,从而增加了血液中碘的转运,二是由于pendrin表达减少引起流人滤泡腔内的碘减少.在正常甲状腺组织中,pendrin的表达具有异质性,即不同的滤泡上皮细胞染色程度不相同;Royaux等及Bidart等.用免疫组化发现,pendrin在Graves病和高功能腺瘤中的表达更广,更强.Bidart等.采用PCR定量分析及免疫组化发现,PDSG及pendrin在低功能腺瘤中表达同正常甲状腺差异不大,而在DTC中两者表达均显着降低.有学者_24]发现,pendrin与甲状腺癌细胞系的分化程度有关,分化好的癌系(B2CPAP,WRO)其表达水平高于分化差的癌系(FRO,AR0),这似乎说明pendrin的表达水平与滤泡功能相关.与此相反,Porra等采用半定量方法研究pen—drin在高功能腺瘤,低功能腺瘤及甲状腺癌中的表达后提出,虽然pendrin的表达与甲状腺功能有一定的关系,但是关系不显着,同时,在甲状腺乳头状癌中,pendrin的表达也与肿瘤的分级没有关系.既然pendred综合征是由PDSG突变导致的,那么甲状腺癌会不会也是由于PDSG突变引起的呢?Xing等发现>70%的甲状腺乳头状癌和未分化癌都有PDSG的异常甲基化,研究还发现,PDSG的甲基化也发生在甲状腺良性肿瘤及分化较高的WRO细胞系中,而TSH受体甲基化仅发生于甲状腺癌中,因此推测PDSG的甲基化是甲状腺癌发生过程中的早期事件.3hAIT定向摧毁小鼠PDSG会引起严重的内耳功能障碍,而甲状腺功能正常,因此推测在甲状腺滤泡上皮细胞的顶膜上, 可能还存在其他的碘转运系统.Rodriguez等于2002年依据NIS基因序列的同源性,筛查肾脏eDNA文库发现了一种新的基因——sLc5A8,这种基因位于12q23,其编码蛋白含有610个氨基酸,相对分子质量为69×1O.,与NIS有很高的同源性.免疫组化提示该编码蛋白表达于人甲状腺滤泡细胞的顶膜上,将其命名为hAIT_2.在甲状腺外组织,如结肠,hAIT大量表达,具有钠/短链脂肪酸共转运体的作用.在超过5O%的结肠癌中发现了SLC5A8的甲基化,而在SLC5A8缺失的细胞系中重建其表达可以抑制细胞生长,这表明在结肠癌发病机理中,SLC5A8是一种抑癌基因. 到目前为止,hAIT在甲状腺中表达的研究很少.Lac—roix等采用实时动态定量PCR分析及免疫组化比较了大样本(100例)正常甲状腺和良,恶性甲状腺组织,发现在正常的甲状腺组织中,hAIT同NIS及pendrin表达一样,也具有异质性,即在各个细胞中的表达水平不一.hAIT基因转录水平及hAIT蛋白表达在高功能甲状腺组织,如Graves 病及高功能腺瘤中,与正常甲状腺组织差异不大,在低功能甲状腺组织中,两者的表达仅仅轻度降低或正常;而在甲状腺癌中,两者表达均显着降低.Porra等研究了5O例各种类型的甲状腺乳头状癌及52例经典型乳头状癌的hAIT 基因表达,发现hAIT基因表达在经典型乳头状癌中下调了4O倍,9O%经典型乳头状癌存在SIC5A8甲基化,而其余类型的乳头状癌仅有2O%存在SLC5A8甲基化;在同时研究的52例经典型乳头状癌中,发现SIC5A8的低表达与RAF突变密切相关,这似乎提示在甲状腺癌的发病机理中, SLC5A8也是一种抑癌基因,但这种推测有待进一步研究证实.参考文献1DaiG,LevyO,CarrascoN.Cloningandcharacterizationofthe 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