Щитовидная железа. Фундаментальные аспекты. Кубарко А.И.. Фундаментальные аспекты щитовиднаяжелезафундаментальные аспекты
 Скачать 21.52 Mb.
|
При участии пероксидазы в фолликулах осуществляется следующий этап - синтез Т и Т из йодированных тирозинов. Две молекулы дийодтирозинов вступают в окислительную реакцию конденсации. Входе этой реакции отщепляется боковая цепочка дегидроаланина от молекулы дийодтирозина, образующей наружное кольцо. При этом образуется тетрайодтиронин - Т. Если конденсируются МИТ и ДИТ, образуется трийодтиронин - Т, если же конденсируются ДИТ и МИТ образуется, по-видимому, рТ 3 Существуют две точки зрения по динамике реакции конденсации. Одна из них постулирует, что йодтирозины конденсируются в йодтиронины будучи присоединенными к тиреоглобулину (внутримолекулярное соединение. Другая постулирует, что молекула дийодтирозина, которая образует наружное кольцо, сначала отщепляется от тиреоглобулина и затем вступает в реакцию конденсации (межмолекулярное соединение). При нормальной функции щитовидной железы у взрослого человека процентное распределение йодированных соединений составляет МИТ - 23%; ДИТ - 33%; Т - 35%; Т - 7% и рТ 3 - следовые количества. Некоторые наследственные формы зоба характеризуются тем, что в щитовидной железе образуется нормальное количество дийод- и монойодитирозинов, но образование Т и Т при этом снижено. Причинами такого дефицита тиреоидных гормонов является нарушение реакции конденсации тирозинов в тиронины. Это могло бы быть связано с генетическими дефектами структуры фермента тиреопероксидазы, но тогда, поскольку этот же фермент обеспечивает йодирование тирозильных остатков тиреоглобулина, должны были бы быть нарушены процессы образования йодтирозинов. Поэтому нарушение образования Т и Т при нормальном уровне образования дийод- и монойодтирозинов скорее может быть связано с генетическими дефектами структуры самого тиреоглобулина. Действительно, при некоторых врожденных формах зобного гипотиреоидизма были обнаружены генетические дефекты синтеза тиреоглобулина, которые в свою очередь нарушали синтез Т 4 Нарушение структуры тиреоглобулина может также вести к ухудшению его йодирования и увеличению числа йодированных тирозильных остатков на молекулу белка. При этом уменьшается пропорция предшественников Т и Т - ДИТ и МИТ и как результат - снижение синтеза тиреоидных гормонов Продукция и транспорт тиреоидных гормонов 37 Рис. 2.5. Схема механизма внутримолекулярной реакции конденсации, приводящей к образованию тироксина. Показан й тирозильный остаток тиреоглобулина, служащий одним из главных «гормоногенных» участков and Ingbar's The Thyroid, Поскольку реакции конденсации йодированных тирозильных остатков катализируются тиреопероксидазой, то ингибиторы активности этого фермента - пропилтиоурацил, метимазол и карбимазол при их введении в организм, например при гипертиреоидизме, блокируют синтез тиреоидных гормонов Продукция и транспорт тиреоидных гормонов На степень йодирования тиреоглобулина влияет также поглощение йода тироцитами. При дефиците йода может уменьшаться степень йодирования тиреоглобулина, особенно если к тому же имеется нарушение структуры гена, кодирующего синтез этого белка. Депонирование и секреция тиреоидных гормонов Йодированный тиреоглобулин вместе с присоединенными к нему Т 4 и Т накапливается в фолликуле в виде коллоида. Когда функция щитовидной железы активируется, посредством мембранных микроворсинок (псевдоподий, тироциты пиноцитируют и эндоцитируют фолликулярный коллоид внутрь клетки. Коллоидные капли по микротрубочкам движутся в направлении основания тироцита, а навстречу им движутся лизосомы, которые при встрече сливаются с коллоидными каплями. Лизосомальные ферменты (протеазы, эндопептидазы, гликозидгидролазы, фосфатазы, синтезированные ранее в шероховатом эндоплазматическом ретикулуме тироцитов, гидролизуют тиреоглобулин и высвобождают из него Т и Т, ДИТ и МИТ, фрагменты пептидов и аминокислоты. Рис. 2.6. Схематическое представление процессов образования и секреции тиреоидных гормонов Продукция и транспорт тиреоидных гормонов 39 Высвободившиеся гормоны диффундируют через базальную мембрану тироцита и поступают в кровеносные капилляры (рис. Механизм выхода тиреоидных гормонов из щитовидной железы в кровь точно неизвестен, но известно, что он стимулируется ТТГ через активацию мембраносвязанного фермента аденилатциклазы. Протеолиз тиреоглобулина ингибируется избытком йодида и литием, при использовании соединений последнего для лечения некоторых заболеваний. Нет данных о том, что фрагменты тиреоглобулина могут реутилизироваться для его синтеза. Полагают, что высокий молекулярный вес, высокая значимость нормальной структуры этого белка для его функции налагает особые требования к синтезу, хранению и освобождению тиреоглобулина. Эти процессы легче контролировать при его синтезе из аминокислот, несмотря на высокие энергозатраты. Остатки МИТ и ДИТ, не вступившие ранее в реакцию конденсации, под действием фермента дейодиназы дейодируются с выделением свободного йода в цитоплазму тироцита. Дейодиназа не действует на йодтиронины. Этот фермент обнаружен в митохондриях и микросомах тироцитов и является НАДФН зависимым флавопротеином. В отличие от дейодиназ периферических тканей, этот фермент не дейодирует Т и Т 3 . Количество высвобождаемого из йодтирозинов йода, идущего на реутилизацию, почтив раза превышает количество йода поставляемого для синтеза гормонов щитовидной железы "йодным насосом". Тиреоглобулины, содержащие меньшее количество йода, более легко гидролизуются в сравнении с высокойодированными тиреоглобулинами. Эта особенность гидролиза может лежать в основе приспособительной реакции более быстрого повторного использования йода в случаях, когда его поступление в организм ограничено и степень йодирования тиреоглобулина понижена. При врожденном отсутствии фермента дейодиназы в щитовидной железе, йодтирозины обнаруживаются в моче, а в организме могут иметь место симптомы йодного дефицита. В норме очень небольшое количество интактного тиреоглобулина теряется фолликулом во внеклеточную среду. Его появление в крови может иметь место не только при опухолях щитовидной железы, но и при подострых тиреоидитах, гипертиреоидизме, увеличении железы под действием ТТГ. В щитовидной железе содержится также фермент 5'-дейодиназа, которая превращает Т в Т в периферических тканях. Активность этого фермента возрастает при йодном дефиците, что способствует увеличению образования в таких условиях большего количества гормона с более высокой метаболической активностью. Щитовидная железа секретирует в кровь около 80 мкг (103 нмоль) Т 4 , 4 мкг (7 нмоль) Т и 2 мкг (3,5 нмоль) рТ 3 вдень Продукция и транспорт тиреоидных гормонов Рис. 2.7. Схематическое представление секреторного цикла в тироцитах. А - в невозбужденной щитовидной железе Б - в начальной стадии острого возбуждения В - образование и отделение апикальных выпячиваний, ослабление и прекращение фагоцитоза интралюминального коллоида Г - Продукция и транспорт тиреоидных гормонов 41 в периоде затухающего возбуждения. Обозначения 1 - межклеточная щель 2 - шероховатый эндоплазматический ретикулум; 3 - пластинчатый комплекс (Гольджи); 4 - формирование секреторных пузырьков (содержащих нейодированный тиреоглобулин) и их движение к апикальному краю тироцита; 5 - замыкающая пластинка (zonula occludens); 6 - микроворсинки; 7 - интрафолликулярный (интралюминальный) коллоид 8 - экзоцитоз синтезированного тиреоглобулина; 9 - поглощение йодида и секреция его в просвет фолликула 10 - эндоцитоз и смещение пиноцитированных пузырьков в базальную часть тироцита; 11 - митохондрии 12 - лизосомы 13 - ядро 14 - десмосомы; 15 - базальная клеточная мембрана (плазмолемма) и ее складки (увеличиваются и усложняются вовремя повышения функциональной активности тироцитов); 16 - секреция реабсорбированных продуктов в межклеточное пространство и ток крови - поглощение тироцитом исходных субстратов синтеза 18 - псевдоподия, захватывающая фрагмент интралюминального коллоида (в основании псевдоподии находятся сократительные микротубулы); 19 - капли внутриклеточного коллоида, смещающиеся из апикальной части тироцита в его базальную часть 20 - слияние капли внутриклеточного коллоида с лизосомой 21 - межклеточные интедигитации; 22 - апикальное выпячивание цитоплазмы 23 - отшнуровывание выпячивания 24 - сократительные микротубулы выпячивания. Рис. 2.8. Обобщающая схема главных этапов биосинтеза и высвобождения тиреоидных гормонов. Отмечены также наиболее важные ингибиторы отдельных этапов. (Werner and Ingbar's The Thyroid, 1996). PTU - пропилтиоурацил, MMI - метимазол, EOI - йодид, связанный с белком - дийодтирозин, MIT - монойодтирозин. Продукция и транспорт тиреоидных гормонов Взаимопревращения и транспорт тиреоидных гормонов Из 80 мкг образованного в щитовидной железе Т только около мкг, выполнив свою физиологическую роль подвергаются разрушению, а из 63 мкг непосредственно в тканях образуются Т (27 мкг) и рТ 3 (мкг, что показано на рис. Образование Т и рТ 3 осуществляется при участии ферментов дейодиназ. Выделено и идентифицировано несколько типов дейодиназ, играющих ключевую роль в образовании Т и рТ 3 Дейодиназа I типа ( 5 ' - Д I ) - это селеноцистеинсодержащий фермент белковой природы, дейодирующий главным образом наружное кольцо Т (5'-дейодирование) и превращающий при этом Т в 3,5,3'- трийодтиронин. Дейодиназа II типа (Д) - дейодирует главным образом внутреннее кольцо Т (5'-дейодирование) и превращает Т в 3,3',5'- трийодтиронин. Определяет уровень метаболически инертного рТ 3 Кроме того этот фермент может дейодировать Т и поддерживать внутриклеточный уровень Т в центральной нервной системе и других тканях. Дейодиназа III типа (Д) - дейодирует внутреннее бензольное кольцо тиреоидных гормонов, что является ключевым путем их Продукция и транспорт тиреоидных гормонов 43 метаболизма и инактивации метаболитов. От нее зависит скорость разрушения тиреоидных гормонов и их инактивации (более подробно о дейодиназных путях метаболизма тиреоидных гормонов см. главу Хотя тиреоидные гормоны экскретируются тироцитами щитовидной железы в кровь в свободном состоянии, но Т и Т вступают во взаимодействие с различными белками плазмы крови и связавшись сними транспортируются к тканям. В норме содержание в плазме крови Т 4 составляет около 8 мкг/л (103 нмоль/л), а Т около 0,15 мкг/л (2,3 нмоль/л). Из этого общего количества только около 0,04% Т и 0,4% Т 3 находятся в крови в свободном, несвязанном с белками состоянии. Согласно теории действия свободных гормонов, тиреоидные гормоны проявляют свои физиологические эффекты, лишь находясь в свободном состоянии и действуя на клетки через специфические гормон-связывающие рецепторы. Сами транспортные белки не имеют существенного значения для активности гормонов. Потребность тканей в гормонах различна и зависит от многих факторов. Транспортным белкам плазмы крови, которые обладают способностью связывать гормоны щитовидной железы, может быть приписано выполнение нескольких функций, обеспечивающих оптимальные условия для реализации физиологических эффектов тиреоидных гормонов. К этим функциям относятся- резервная или депонирующая которая заключается в том, что наряду с накоплением и хранением гормонов щитовидной железой в ее коллоиде, тироксинсвязывающие белки создают внежелезистое депо этих гормонов. То, что тиреоидные гормоны в кровеносном русле находятся в составе комплексов белок-гормон имеет решающее значение в предотвращении постоянного быстрого выведения их из организма через почки, как низкомолекулярных соединений- буферная которая проявляется тем, что связывая гормоны, белки защищают ткани от избыточного, неконтролируемого поступления в них гормонов. Ткани самостоятельно в соответствии со своими функциональными потребностями захватывают гормон из общего возобновляемого депо- гормон-освобождающая функция обеспечивает за счет быстрой диссоциации комплекса белок-гормон выделение из него количества свободных гормонов, соответствующего потребностям клеток и тканей, а затем восстановление пула свободных гормонов. Гормон-белковое взаимодействие носит обратимый характер. Особое значение для поддержания гомеостаза тиреоидных гормонов в организме имеет резервная или депонирующая функция белков, которая обеспечивает возможность постоянной доставки гормонов ко всем тканям в зависимости от их потребности. Резервная функция может быть охарактеризована величиной отношения общей концентрации Т (100 нМ) к средней концентрации свободного Т (30 пМ) в сыворотке крови. Нетрудно подсчитать, что она равна 3300. По влиянию на величину этого отношения можно установить какой из Продукция и транспорт тиреоидных гормонов тироксинсвязывающих белков имеет наибольшее значение в качестве депо Т 4 Тироксинсвязывающие транспортные белки плазмы крови Представлены тироксинсвязывающим глобулином (ТСГл), тироксинсвязывающим преальбумином (ТСПА), альбумином, семейством апопротеинов, среди которых наибольшее значение имеет АпоА-1, и группой иммуноглобулинов, среди которых наиболее важен. Основные сведения об этих белках приведены в табл. 2.2 и Табл. 2.2. Важнейшие белки, связывающие и транспортирующие тиреоидные гормоны в плазме крови человека. Название транспортного белка ТСГл ТСПА Альбумин АпоА-1 АпоА-II AnoA-IV АпоВ-100 АпоС-I АпоС-II АпоС-II АпоЕ IgЕ IgG IgM Концентрация в плазме мг/л 15 250 42.000 1.500 350 18 1.000 50 40 130 45 2.100 12.500 1.250 Мr, кДa 54 53 66 28 17,5 46 550 6,6 8,8 8,8 34 160 150 950 K • 10 -5 , для Т 100.000 700 5* 750 10 10 25 10 10 10 10 14 20 для Т 5.000 100 1* 7 — — — — — — — — — 70 * Равновесные параметры для первого центра связывания. Жирным шрифтом выделены транспортные белки, на долю которых приходится более 99% связанных тиреоидных гормонов. Табл. 2.3. Характеристики концентрации и распределения гормонов в тироксинсвязывающих белках в плазме крови. концентрация в плазме крови связанный Т, связанный Т, % ТСГл 15 мг/л 0,28 мкмоль/л 68 80 ТСПА 250 мг/л 3,6 мкмоль/л 11 Альбумин мг/л 640 мкмоль/л 20 11 ТСГл в норме является минорным компонентом сыворотки крови и представляет собой гликопротеин с молекулярной массой 54 кДа, содержащий от 15 до 21% углеводных остатков по массе. Апопротеиновая часть молекулы состоит из 395 аминокислотных Продукция и транспорт тиреоидных гормонов 45 остатков (44180 Да от общей массы) и по своей аминокислотной последовательности близка к тем, которые имеют место у белков семейства сериновых антипротеаз: α 1 -антихимотрипсина (гомологии, α 1 -антитрипсина (53% гомологии) и антитромбина III (однако, ТСГл не обладает антипротеазными свойствами. В структуре ТСГл установлено 6 потенциальных мест гликозилирования в положениях 16, 79, 145, 175, 233 и 391, четыре из которых содержат олигосахаридные цепи, присоединенные N-гликозидными связями к остаткам аспарагина. В нормальных условиях в составе молекулы может быть 10 остатков сиаловой кислоты. Олигосахаридные цепи и остатки сиаловых кислот определяют микрогетерогенность пула ТСГл в крови ив значительной степени влияют на период полуэлиминации белка. Так, например, установлено, что ТСГл, лишенный в своей структуре сиаловых кислот, имеет очень высокую скорость клиренса за счет быстрого поглощения гепатоцитами, поверхностные рецепторы которых способны связывать многие асиалогликопротеины. При гиперэстрогенемии, вызванной беременностью или гормональной терапией, содержание остатков сиаловой кислоты в молекуле ТСГл возрастает, что уменьшает скорость его метаболического клиренса на и ведет к повышению уровня ТСГл и общего уровня тиреоидных гормонов в сыворотке крови. Ген, кодирующий синтез ТСГл, представлен единственной копией из приблизительно 8 тыс пар оснований и располагается в средней части длинного плеча Х-хромосомы между полосами 11q и Кодирующая область гена состоит из 1245 пар оснований, представленных 4 экзонами, й экзон является нетранскрибируемым. Установленные на сегодня последовательности нуклеотидов гена ТСГл содержат участки, чувствительные к действию тиреоидных гормонов и эстрогенов, что может быть интерпретировано как наличие прямого регуляторного механизма, индуцирующего синтез транспортного белка. Третичная структура ТСГл организована в форме двух близких по пространственной организации доменов, содержащих примерно одинаковое число спиралей и структур (см. рис. Каждая молекула этого белка имеет одно место для связывания Т 3 или Т. Взаимодействие ТСГл с обоими тиреоидными гормонами является обратимым, а период полужизни комплексов ТСГл-Т 4 составляет 39 си ТСГл-Т 3 - 4 с. ТСГл синтезируется в печени, его концентрация в сыворотке крови в норме составляет 15-30 мг/л или нмоль/л. Время полужизни в циркуляторном русле составляет 5 дней. Повышение уровня ТСГл в крови наблюдается при ряде заболеваний печени (например, при остром вирусном гепатите, хроническом активном гепатите, первичном циррозе, гепатоклеточной карциноме. Так как в состав молекулы тироксинсвязывающего глобулина входят остатки углеводов, то он быстро захватывается из кровотока рецепторами на поверхности гепатоцитов, поэтому при заболеваниях печени скорость его разрушения может уменьшаться из Продукция и транспорт тиреоидных гормонов за уменьшения скорости захвата из крови, ион может накапливаться в кровотоке. Уровень ТСГл изменяется при гипо- и гипертиреозе почти вдвое возрастает при беременности, при этом в составе ТСГл нарастает содержание его фракции ТСГл-1 с 1% док концу беременности. Рис. 2.10. Модель пространственной организации тироксинсвязывающего глобулина, созданная на основе анализа кристаллической структуры его гомолога - α 1 -антитрипсина. Структуры обозначены А, В и С1-3. Не исключено, что ТСГл или, возможно, ТСГл-1 могут выполнять функцию переноса Т через плаценту на ранних этапах эмбриогенеза пока собственные гормоны плода еще не вырабатываются или их недостаточно. ТСГл связывает 67-70% Т циркулирующего в крови и около 80% Т. Будучи полностью насыщенным ТСГл может транспортировать около 20 мкг Т в 100 мл крови. Врожденная, сцепленная с Х-хромосомой, недостаточность ТСГл, встречается с частотой 1 народившихся. Врожденное повышение ТСГл встречается редко и сопровождается повышенными концентрациями общих Т и Т, нормальными уровнями свободных гормонов и ТТГ. Салицилаты, фенитон, фенилбутазон, диазепам, фуросемид могут связываться с ТСГл и ингибировать связывание с ним Т и Т 3 Способностью связываться с ТСГл обладают свободные жирные кислоты. Поэтому, гепарин, активирующий липопротеин липазу, под действием которой высвобождаются свободные жирные кислоты, повышает уровень свободных тиреоидных гормонов. Андрогенные стероиды и глюкокортикоиды понижают уровень ТСГл. Отличительной особенностью ТСГл является то, что он не только транспортирует тиреоидные гормоны в сыворотке крови, но и может выполнять функцию переносчика гормона через клеточную мембрану. В Продукция и транспорт тиреоидных гормонов |