線粒體甲狀腺激素受體基因P28及P43與甲狀腺疾病的相關研究進展

張 虎，劉貴峰，邵國安

近年來甲狀腺疾病發病率逐年升高，研究發現4.0%～8.0%的成年人觸診時可發現有甲狀腺結節(thyroid nodule，TN)，而甲狀腺癌的發病率為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]，甲狀腺癌發病率從1973年到2006年增加了2.6%，而甲狀腺乳頭癌的發病率增加了3.6%[6]，并且甲狀腺良性腫瘤轉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生機制的研究主要集中在細胞核內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的線粒體在腫瘤發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構功能的異常，如線粒體生物氧化功能的改變、激活介導的細胞凋亡途徑異常、DNA突變和缺失等均與腫瘤的發生、發展密切相關。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》雜志上發表了關于人類線粒體DNA(mtDNA)基因組的全核苷酸序列、結構及功能。甲狀腺合成、儲存和分泌甲狀腺激素，甲狀腺激素對基礎代謝、細胞分化和生長等多種生理過程具有調節作用。而線粒體的數量和蛋白質種類的表達都是由于甲狀腺激素參與并調控的[8]。

2　P28及P43

線粒體內存在mt-TR，它包括P28和P43。斯璐等[9]研究發現，甲狀腺激素通過mt-TR對線粒體具有直接調節作用，P28存在于線粒體內膜上，在甲狀腺激素作用下可直接激活線粒體的有氧呼吸，P43是近年發現的線粒體三碘甲狀腺原氨酸(T3)受體，存在于線粒體基質中，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反應元件(mitochondrial thyroid hormone receptor responsive element，mt-TRE)結合，參與甲狀腺激素對線粒體的基因轉錄和線粒體生成等多種調節。

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。快作用主要與二碘甲狀腺原氨酸(T2)介導的細胞色素C氧化酶變構激活呼吸鏈有關，即通過核外機制完成；而慢作用主要通過核內機制來完成[10]。有研究發現，在線粒體內膜上發現了能與T3特異結合的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區和DNA結合域，故其只能在T3介導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)、線粒體內膜的呼吸鏈酶成分和解偶聯蛋白(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近年來研究發現P43也是線粒體T3受體，主要存在于線粒體基質中。mt-PPAR和mt-RXR分別與P43形成異二聚體，與mt-TRE結合，參與甲狀腺激素對線粒體的生成和基因轉錄等多種功能的調控。Casas等[13]通過凝膠轉移實驗證實P43能與mtDNA中4個mt-TRE有效結合，包括線粒體D環的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結合。近期發現線粒體內存在兩種P43輔助蛋白，即mt-PPAR和mt-RXR，P43發揮作用是通過他們分別與P43形成異二聚體來實現的。mt-PPAR存在于所有組織(除腦組織)的線粒體基質中[14]，分子量為45 ku，由于無其相應的配體結合域，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)相關蛋白mt-RXR位于線粒體基質中[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樣序列相結合，參與P43激活線粒體的基因轉錄和線粒體生成。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錄，線粒體相應蛋白合成增加，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，參與調節呼吸鏈功能；此外，P43還可通過增加線粒體相應蛋白的合成增強呼吸鏈功能。另外，Rochard等[16]研究發現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，參與蛋白質的翻譯過程。P43是氨酰-tRNA合成酶(ARS)復合物的非催化亞基，P43位于ARS的中心部位，是ARS的骨架蛋白，在復合物的結構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和蛋白質主要集中在上皮細胞中。在動脈粥樣硬化病變的細胞和發生炎癥反應部位，P43的表達量較高[18]。P43的NH2-末端結構域結合精氨酰tRNA合成酶；其COOH-末端含有tRNA結合基序，運送tRNA到結合的精氨酰tRNA合成酶上。研究表明，P43是具有多重生物學功能的蛋白質，在細胞中協助tRNA運輸，在蛋白質翻譯過程中也起重要作用。Chocron等[19]研究發現mt-TR(P43)調節線粒體轉錄和線粒體生物合成，在一定程度上調節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、缺氧等相關刺激，P43可水解為內皮單核細胞激活多肽Ⅱ。周力強等[21]研究發現，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皮生長因子引起的血管內皮細胞中血管內皮細胞生長因子受體2(VEGFR2)活化及信號轉導而影響血管生成有關。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、死亡受體通路和內質網通路，其中線粒體通路是凋亡的最主要途徑。Sachs等[22]在爪蟾變態性研究中發現，甲狀腺激素受體在誘導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的信號、抗癌藥物等，可以使線粒體的功能損傷，進而誘導細胞凋亡[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，與腫瘤細胞的表現型關系密切[25]。

細胞表面的死亡受體〔Fas、腫瘤壞死因子α(TNF-α)、腫瘤壞死因子相關凋亡誘導配體(TRAIL)〕與其相應的配體結合后，傳導信號至細胞內，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，導致細胞凋亡[26]。多種因素可以激活內源性通路導致線粒體外膜穿孔，細胞色素C釋放，激活caspase-9和下游的caspase-3[27-28]。Caspase-3是細胞凋亡內外通路的交叉點和凋亡的執行者，caspase-3的激活最終導致細胞的死亡[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、凋亡調節蛋白Bcl-2的研究。Tamura等[30]研究證實在Fas參與甲狀腺腫、Graves病等發病過程，而Bc1-2在毒性甲狀腺腫、藥物誘導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

目前已有大量文獻報道線粒體結構功能的異常與腫瘤的發生、發展密切相關，如線粒體生物氧化功能的改變、激活介導的細胞凋亡途徑異常、DNA突變和缺失等[31-32]。Gredilla[33]研究認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。關于線粒體在細胞凋亡發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多態性可以作為骨性關節炎的生物學標志，對其診斷、預后有幫助。也有研究發現線粒體和線粒體信號轉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，Fis1)可以通過線粒體傳遞細胞凋亡信號來作用于內質網[36]；另有研究發現線粒體內銜接蛋白p66Shc在細胞凋亡過程中起著代謝調節劑的作用[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研制提供新的靶點。

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