線粒體甲狀腺激素受體基因P28及P43與甲狀腺疾病的相關(guān)研究進展

張 虎，劉貴峰，邵國安

近年來甲狀腺疾病發(fā)病率逐年升高，研究發(fā)現(xiàn)4.0%～8.0%的成年人觸診時可發(fā)現(xiàn)有甲狀腺結(jié)節(jié)(thyroid nodule，TN)，而甲狀腺癌的發(fā)病率為11.9/10萬(男、女分別為4.7%、13.8%)[1-4]。亞洲女性甲狀腺乳頭狀癌的發(fā)病率為10.96/10萬，遠高于黑色人種的4.90/10萬[5]，甲狀腺癌發(fā)病率從1973年到2006年增加了2.6%，而甲狀腺乳頭癌的發(fā)病率增加了3.6%[6]，并且甲狀腺良性腫瘤轉(zhuǎn)變成惡性腫瘤的可能性要高于正常組織。目前對于甲狀腺癌發(fā)生機制的研究主要集中在細胞核內(nèi)DNA變化，近年來，作為哺乳動物細胞中惟一存在的核外遺傳物質(zhì)的線粒體在腫瘤發(fā)生中的作用正日益受到重視。目前，已有大量文獻報道線粒體結(jié)構(gòu)功能的異常，如線粒體生物氧化功能的改變、激活介導(dǎo)的細胞凋亡途徑異常、DNA突變和缺失等均與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)。本文主要從基因角度針對甲狀腺良惡性疾病組織中線粒體甲狀腺激素受體(mitochondrial thyroid hormone receptor，mt-TR)P28及P43的研究進展做一綜述，以期為甲狀腺癌的治療提供新的靶點和作用途徑。

1　甲狀腺線粒體

1981年Anderson等[7]首次在《Nature》雜志上發(fā)表了關(guān)于人類線粒體DNA(mtDNA)基因組的全核苷酸序列、結(jié)構(gòu)及功能。甲狀腺合成、儲存和分泌甲狀腺激素，甲狀腺激素對基礎(chǔ)代謝、細胞分化和生長等多種生理過程具有調(diào)節(jié)作用。而線粒體的數(shù)量和蛋白質(zhì)種類的表達都是由于甲狀腺激素參與并調(diào)控的[8]。

2　P28及P43

線粒體內(nèi)存在mt-TR，它包括P28和P43。斯璐等[9]研究發(fā)現(xiàn)，甲狀腺激素通過mt-TR對線粒體具有直接調(diào)節(jié)作用，P28存在于線粒體內(nèi)膜上，在甲狀腺激素作用下可直接激活線粒體的有氧呼吸，P43是近年發(fā)現(xiàn)的線粒體三碘甲狀腺原氨酸(T3)受體，存在于線粒體基質(zhì)中，線粒體過氧化物酶增殖體激活受體(mt-PPAR)和線粒體維甲酸X受體(mt-RXR)作為輔助蛋白可分別與P43形成異二聚體，與線粒體T3反應(yīng)元件(mitochondrial thyroid hormone receptor responsive element，mt-TRE)結(jié)合，參與甲狀腺激素對線粒體的基因轉(zhuǎn)錄和線粒體生成等多種調(diào)節(jié)。

2.1P28甲狀腺激素對線粒體激活作用有兩種：慢作用和快作用?？熳饔弥饕c二碘甲狀腺原氨酸(T2)介導(dǎo)的細胞色素C氧化酶變構(gòu)激活呼吸鏈有關(guān)，即通過核外機制完成；而慢作用主要通過核內(nèi)機制來完成[10]。有研究發(fā)現(xiàn)，在線粒體內(nèi)膜上發(fā)現(xiàn)了能與T3特異結(jié)合的P28(分子量為28 ku)，它在甲狀腺激素作用下可直接激活線粒體的有氧呼吸。P28與T3核受體TRα1相比分子鏈較短[11]，由于P28是從mRNA鏈上第442個核苷酸開始翻譯的，因此與TRα1相比，P28缺少A/B區(qū)和DNA結(jié)合域，故其只能在T3介導(dǎo)下才能被輸入線粒體。目前對于P28的功能尚未完全闡明，可能作為T3受體與線粒體載體蛋白-腺嘌呤核苷酸翻譯酶(ANT)、線粒體內(nèi)膜的呼吸鏈酶成分和解偶聯(lián)蛋白(UCP)一起參與了甲狀腺激素對線粒體有氧呼吸的快激活作用[12]。

2.2P43近年來研究發(fā)現(xiàn)P43也是線粒體T3受體，主要存在于線粒體基質(zhì)中。mt-PPAR和mt-RXR分別與P43形成異二聚體，與mt-TRE結(jié)合，參與甲狀腺激素對線粒體的生成和基因轉(zhuǎn)錄等多種功能的調(diào)控。Casas等[13]通過凝膠轉(zhuǎn)移實驗證實P43能與mtDNA中4個mt-TRE有效結(jié)合，包括線粒體D環(huán)的DR2序列、DR0序列、位于編碼16S rRNA基因的反向回文IP7序列及RSV-TRE樣序列；但是P43單體并不能與mtDNA結(jié)合。近期發(fā)現(xiàn)線粒體內(nèi)存在兩種P43輔助蛋白，即mt-PPAR和mt-RXR，P43發(fā)揮作用是通過他們分別與P43形成異二聚體來實現(xiàn)的。mt-PPAR存在于所有組織(除腦組織)的線粒體基質(zhì)中[14]，分子量為45 ku，由于無其相應(yīng)的配體結(jié)合域，不能激活線粒體功能，但mt-PPAR可與P43形成異二聚體，并與mt-PPAR中的DR2序列結(jié)合，較P43單體可明顯增強線粒體的功能。維甲酸X受體α(RXRα)相關(guān)蛋白mt-RXR位于線粒體基質(zhì)中[15]，存在于心、肝、腎、脾等。mt-RXR在線粒體中與P43形成異二聚體，和DR0序列、反向回文IP7和RSV-THE樣序列相結(jié)合，參與P43激活線粒體的基因轉(zhuǎn)錄和線粒體生成。P43在T3存在下可迅速激活線粒體RNA多聚酶，進而激活線粒體基因轉(zhuǎn)錄，線粒體相應(yīng)蛋白合成增加，促進線粒體生成。另外，P43可激活細胞色素C氧化酶活性，增加線粒體膜電位，使呼吸鏈功能加強，參與調(diào)節(jié)呼吸鏈功能；此外，P43還可通過增加線粒體相應(yīng)蛋白的合成增強呼吸鏈功能。另外，Rochard等[16]研究發(fā)現(xiàn)P43的過度表達可激活肌細胞的分化，而氯霉素可通過減少線粒體蛋白合成，抑制其分化。P43作為哺乳動物氨酰-tRNA合成酶的輔助因子，參與蛋白質(zhì)的翻譯過程。P43是氨酰-tRNA合成酶(ARS)復(fù)合物的非催化亞基，P43位于ARS的中心部位，是ARS的骨架蛋白，在復(fù)合物的結(jié)構(gòu)體系中有著重要的作用[17]。P43幾乎在所有細胞中都表達，P43 mRNA和蛋白質(zhì)主要集中在上皮細胞中。在動脈粥樣硬化病變的細胞和發(fā)生炎癥反應(yīng)部位，P43的表達量較高[18]。P43的NH2-末端結(jié)構(gòu)域結(jié)合精氨酰tRNA合成酶；其COOH-末端含有tRNA結(jié)合基序，運送tRNA到結(jié)合的精氨酰tRNA合成酶上。研究表明，P43是具有多重生物學(xué)功能的蛋白質(zhì)，在細胞中協(xié)助tRNA運輸，在蛋白質(zhì)翻譯過程中也起重要作用。Chocron等[19]研究發(fā)現(xiàn)mt-TR(P43)調(diào)節(jié)線粒體轉(zhuǎn)錄和線粒體生物合成，在一定程度上調(diào)節(jié)骨骼肌中的甲狀腺激素，影響肌肉運動和代謝的肌纖維。Shalak等[20]報道，由于細胞凋亡、缺氧等相關(guān)刺激，P43可水解為內(nèi)皮單核細胞激活多肽Ⅱ。周力強等[21]研究發(fā)現(xiàn)，重組人P43能抑制人肺腺癌A-549裸鼠移植瘤的生長，其作用機制可能跟抑制血管內(nèi)皮生長因子引起的血管內(nèi)皮細胞中血管內(nèi)皮細胞生長因子受體2(VEGFR2)活化及信號轉(zhuǎn)導(dǎo)而影響血管生成有關(guān)。目前，對P43抑制腫瘤血管生成的機制還不清楚，P43具有抗血管生成和細胞因子的雙重功能。因此，P43有望成為一種新的血管生成抑制劑類藥物，具有廣闊的應(yīng)用前景。

3　細胞凋亡

細胞凋亡又稱細胞程序性死亡(programmed cell death，PCD)，是在一定的生理或病理條件下，多種酶參與的由基因調(diào)控的主動的、高度有序的死亡過程。目前已知有3條細胞凋亡信號通路：線粒體通路、死亡受體通路和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)通路，其中線粒體通路是凋亡的最主要途徑。Sachs等[22]在爪蟾變態(tài)性研究中發(fā)現(xiàn)，甲狀腺激素受體在誘導(dǎo)細胞凋亡和促進細胞增生方面起著重要作用。Saelim等[23]研究報道線粒體在T3介導(dǎo)的甲狀腺激素受體可抑制細胞凋亡。許多因素包括死亡受體介導(dǎo)的信號、抗癌藥物等，可以使線粒體的功能損傷，進而誘導(dǎo)細胞凋亡[24]。也有研究表明線粒體在多種腫瘤細胞凋亡過程中起著重要的作用，與腫瘤細胞的表現(xiàn)型關(guān)系密切[25]。

細胞表面的死亡受體〔Fas、腫瘤壞死因子α(TNF-α)、腫瘤壞死因子相關(guān)凋亡誘導(dǎo)配體(TRAIL)〕與其相應(yīng)的配體結(jié)合后，傳導(dǎo)信號至細胞內(nèi)，激活caspase-8，并進一步激活caspase-3及其下游分子caspase-4、caspase-7、caspase-9、caspase-10，導(dǎo)致細胞凋亡[26]。多種因素可以激活內(nèi)源性通路導(dǎo)致線粒體外膜穿孔，細胞色素C釋放，激活caspase-9和下游的caspase-3[27-28]。Caspase-3是細胞凋亡內(nèi)外通路的交叉點和凋亡的執(zhí)行者，caspase-3的激活最終導(dǎo)致細胞的死亡[29]。大量的臨床研究和實驗研究表明甲狀腺腫存在凋亡異常，主要集中在Fas通路、凋亡調(diào)節(jié)蛋白Bcl-2的研究。Tamura等[30]研究證實在Fas參與甲狀腺腫、Graves病等發(fā)病過程，而Bc1-2在毒性甲狀腺腫、藥物誘導(dǎo)的甲狀腺腫模型上表達顯著增加，且其表達量伴隨著甲狀腺腫的消退而減少。

4　小結(jié)

目前已有大量文獻報道線粒體結(jié)構(gòu)功能的異常與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)，如線粒體生物氧化功能的改變、激活介導(dǎo)的細胞凋亡途徑異常、DNA突變和缺失等[31-32]。Gredilla[33]研究認(rèn)為線粒體在細胞凋亡過程中起著中心控制作用，mtDNA的破壞在細胞老化過程中有重要的作用。關(guān)于線粒體在細胞凋亡發(fā)生過程中作用的分子機制研究尚待進一步深入探索。Rego等[34]研究表明mtDNA多態(tài)性可以作為骨性關(guān)節(jié)炎的生物學(xué)標(biāo)志，對其診斷、預(yù)后有幫助。也有研究發(fā)現(xiàn)線粒體和線粒體信號轉(zhuǎn)錄在敗血癥患者中對淋巴細胞的凋亡扮演重要的作用[35]；線粒體分裂蛋白1(fission 1 homologue，F(xiàn)is1)可以通過線粒體傳遞細胞凋亡信號來作用于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)[36]；另有研究發(fā)現(xiàn)線粒體內(nèi)銜接蛋白p66Shc在細胞凋亡過程中起著代謝調(diào)節(jié)劑的作用[37]。隨著對甲狀腺疾病線粒體中P28與P43基因的深入研究，將為腫瘤治療提供新的思路和策略，同時也為新藥物的開發(fā)研制提供新的靶點。

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