Щитовидная железа. Фундаментальные аспекты. Кубарко А.И.. Фундаментальные аспекты щитовиднаяжелезафундаментальные аспекты
 Скачать 21.52 Mb.
|
|
Рис. 2.14. Аминокислотная последовательность кальцитонина человека Продукция и транспорт тиреоидных гормонов Присутствие кальцитонина обнаружено методами радиоиммунного анализа в спинномозговой жидкости, гипофизе, вилочковой железе, легких, желчном пузыре, печении ряде других тканей. Физиологическое значение внетиреоидных источников продукции кальцитонина остается на сегодня неясным. Структурная характеристика Структурная организация кальцитонина человека была установлена на основании анализа экстрактов медуллярных карцином щитовидной железы - кальцитонин-секретирующей опухоли, происходящей из парафолликулярных клеток (С-клеток). В последнее время охарактеризованы кальцитонины 12 видов животных и проведен сравнительно-эволюционный анализ структуры молекулы. Оказалось, что общим является наличие одинаковых аминокислотных остатков в положениях 1-7, включая дисульфидную связь между остатками цистеина, остатка глицина в 28 положении и пролинамида на карбоксильном конце молекулы. Эти высоко консервативные последовательности являются критическими для проявления биологической активности соответствующих пептидов. Наибольшие различия наблюдаются в последовательности аминокислотных остатков внутренней части молекулы (с 10 по 27). При этом показано, что преобладание основных аминокислот повышает биологическую активность пептида и/или продолжительность действия. Так, установлено, что кальцитонин млекопитающих обладает наименьшей гормональной активностью (например, кальцитонин ультимобранхиальных желез лосося более чем враз превосходит кальцитонин человека по своему влиянию на снижение уровня сывороточного кальцитонина), что свидетельствует о некотором снижении физиологической роли биорегулятора в эволюционном ряду (см. рис. 2.15). Интересно также отметить большую продолжительность периода полуэлиминации гормонов других позвоночных при их введении млекопитающим, что послужило основой для создания фармакологических препаратов кальцитонина с пролонгированным действием. Биосинтез Синтез кальцитонина и родственного ему пептида детерминирован двумя генами — α и β, которые располагаются в й хромосоме рядом с генами глобина и парат-гормона. Ген состоит из 6 экзонов, разделенных интронными вставками (рис. 2.16) и экспрессирован в С- клетках щитовидной железы. В результате различного сплайсинга экзонных последовательностей образуются две альтернативные мРНК. мРНК кальцитонина включает экзоны 1-5, а мРНК CGRP - экзоны 1-3, и 6. Трансляция первой из них приводит к синтезу предшественника кальцитонина (про-кальцитонина), который состоит из аминокислотного остатка, вторая мРНК служит для синтеза 128- аминокислотного полипептида, являющегося предшественником так называемого пептида, генетически связанного с кальцитонином» (calcitonin gene-related peptide, CGRP). Синтез CGRP кодируется также Продукция и транспорт тиреоидных гормонов 57 β-геном, не содержащим экзона кальцитонина (поэтому некоторые авторы обозначают гены α- и β- как кальцитонин/CGRP-1 и соответственно. мРНК про-кальцитонина синтезируется преимущественно в С-клетках щитовидной железы, тогда как CGRP - преимущественно в биполярных нейронах сенсорных ганглиев мозга. Рис. 2.15. Аминокислотные последовательности кальцитонинов животных различных видов. Рис. 2.16. Схематическое представление экспрессии кальцитонин/CGRP гена. Продукция и транспорт тиреоидных гормонов Прогормоны затем подвергаются ограниченному протеолизу, который приводит к освобождению активных форм. Главный биологический эффект, приписываемый CGRP, заключается в опосредовании сосудистых нервных регуляторных влияний (показано его выделение из окончаний сосудодвигательных нервов с последующим развитием вазодилятации), хотя не исключается его функция как центрального нейромедиатора и возможное взаимодействие с рецептором кальцитонина. Физиологические эффекты Кальцитонин вызывает угнетение функциональной активности клеточных популяций остеокластов и остеоцитов и, следовательно, ингибирует резорбцию костной ткани. Этот компонент антигиперкальциемического действия опосредован прямым влиянием кальцитонина на остеолитическую активность, развивается в течение нескольких минут с момента стимуляции и является независимым от саморегуляторных механизмов костной ткани и функции почек, тонкого кишечника (и влияния парат-гормона (наличие рецепторов парат- гормона характерно для остеобластов). В случаях нарушения сравнительной стабильности костного матрикса (повышение мобильности) действие кальцитонина может привести к развитию гипокальциемии и гипофосфатемии. При системном введении кальцитонин угнетает перистальтику кишечника и секрецию гастрина в желудке, однако, стимулирует кишечную секрецию. В почках кальцитонин усиливает экскрецию фосфатов, ионов кальция и натрия, угнетает активность 1α-гидроксилазы, что уменьшает синтез кальцитриола (биологически активной формы витамина Наличие рецепторов кальцитонина в центральной нервной системе позволяет предположить нейромедиаторную роль этого пептида, однако, эта возможность требует подтверждения. Фармакологические исследования кальцитонина показали его противовоспалительные свойства, способность ускорять заживление переломов и рана также антигипертензивные и урикозурические эффекты. Использование кальцитонина как лекарственного средства является физиологически обоснованным при состояниях, которые сопровождаются усилением остеокластической резорбции костной ткани и вызванной этим гиперкальциемией. В этой связи кальцитонин успешно используется при болезни Педжета (деформирующем остеите, остеопорозе и синдроме гиперкальциемии. Ввиду гетерогенности сывороточного пула, для стандартизации активности препаратов кальцитонина используется биологическое тестирование препараты на крысах. Активность измеряется в международных единицах. Эффект однократной дозы продолжается 6-10 часов. Препарат используется как аэрозоль для интраназального введения) в дозе 200 ME и парентеральных формах (Calcimar, Продукция и транспорт тиреоидных гормонов, Calcitonin-Salmonine) в дозах 100 ив мл раствора для подкожных или внутримышечных инъекций. Секреция Биосинтез и секреция кальцитонина регулируется сывороточной концентрацией кальция. При возрастании уровня кальция в крови прямо пропорционально увеличивается продукция кальцитонина и наоборот. При низкой сывороточной концентрации ионов кальция содержание кальцитонина находится на предельно низком или не определяемом уровне (рис. 2.17). В норме содержание циркулирующего кальцитонина составляет около 10 пг/мл. Период полуэлиминации составляет около мин, метаболический клиренс порядка 8-9 мл/кг•мин. В системном кровотоке кальцитонин может быть представлен множественными формами - как свободный мономер (М 3.600 Да) или в олигомерной форме (М 6.000). Не исключены, однако, ошибки определения, вызванные перекрестным реагированием с биосинтетическими предшественниками. Рис. 2.17. Взаимоотношение между концентрациями кальцитонина и парат-гормона в крови как функция сывороточного уровня кальция GD et al., Polypeptide hormones and calcium metabolism. Annals of Internal Medicine 1969; 70: Секреция кальцитонина может быть вызвана действием различных биорегуляторов, включая катехоламины, глюкагон, гастрин и холецистокинин, хотя физиологическое значение ответной реакции на эти стимулы не определено. В клинической практике для оценки секреции кальцитонина обычно используют провокационный тест с введением кальция глюконата или пентагастрина. Этот же тест используется как скрининговый при диагностике синдрома множественных эндокринных неоплазий II типа. Следует предполагать роль кальция как первичного регулятора продукции кальцитонина, в том числе при использовании гастроинтестинальных пептидов из семейства гастрина- Продукция и транспорт тиреоидных гормонов холецистокинина, так как последние, в свою очередь, повышают абсорбцию ионов кальция в кишечнике. Окончательно роль кальцитонина в регуляции кальциевого гомеостаза все жене ясна. Так, пациенты, перенесшие тотальную тиреоидэктомию, у которых уровень сывороточного кальцитонина находится ниже пределов детекции, характеризуются нормальными показателями обмена кальция и состояния костной системы. Наоборот, высокие концентрации кальцитонина (враз выше нормы) обнаруживаются в плазме крови и моче у пациентов с медуллярной карциномой щитовидной железы безответных изменений со стороны костной системы. Вероятно, в последнем случаев основе утраты чувствительности к действию кальцитонина лежит продукция аутоантител к пептиду и десенситизация рецепторов. Рецептор кальцитонина Рецептор кальцитонина был клонирован в 1992 году. Оказалось, что он относится к семейству 7-TMS (содержит 7 трансмембранных сегментов) рецепторов, однако, при этом не обнаруживает гомологии с другими представителями классических семейств рецепторов. Слабое структурное подобие выявляется при сопоставлении со структурами секретина и парат-гормона/парат-гормон-связанного белка, (рис. Связывание лиганда сопровождается активацией аденилатциклазной системы, фосфоинозитольного и Са ++ -зависимого внутриклеточных сигнальных путей. Рис. 2.18. Сравнение аминокислотных последовательностей рецепторов кальцитонина, парат-гормона и парат-гормон-связанного белка (ПГ/СБ). Затемненными областями отмечены наиболее консервативные последовательности. (Lin HY. Et al., Expression cloning of an adenylate cyclase- coupled calcitonin receptor. Science 254: 1022-1024, 1991) ГЛАВА 3. РЕГУЛЯЦИЯ ФУНКЦИИ ЩИТОВИДНОЙ ЖЕЛЕЗЫ Для более глубокого понимания особенностей регуляции гормональной функции щитовидной железы проведем сравнение с аналогичными механизмами регуляции функции других периферических эндокринных желез, например клеток островков Лангерганса поджелудочной железы. Известно, что для активации выделения ими инсулина наиболее существенным является изменение уровня глюкозы как важнейшего показателя регуляции углеводного обмена в организме. Уровень глюкозы в крови является в системе регуляции углеводного обмена конечным полезным результатом действия ряда гормонов, среди которых центральная роль принадлежит инсулину. Что же является конечным полезным результатом для действия гормонов щитовидной железы Трудно назвать этот результат однозначно и, вероятно, их существует несколько. С одной стороны, среди конечных полезных результатов действия тиреоидных гормонов важное место принадлежит изменению уровня базального метаболизма, связанного с температурой тела. Однако, остается неизвестным, что является более существенным для изменения функциональной активности тиреоидной системы - изменение самой температуры тела или афферентного притока от терморецепторов, когда температура тела еще может оставаться неизменной? С другой стороны, конечным полезным результатом действия тиреоидных гормонов может быть изменение уровня энергетических субстратов в организме, например, при голодании или переедании. Это изменение влияет на превращение Т в рТ 3 или Т. Неясно, однако, изменение содержания какого энергетического субстрата имеет главенствующее значение для изменения функциональной активности железы приуменьшении общего количества питательных веществ? Приведенными примерами далеко не исчерпывается перечень возможных конечных приспособительных эффектов, развивающихся в результате действия тиреоидных гормонов. Проблема регуляция функции щитовидной железы может рассматриваться в нескольких взаимосвязанных аспектах ив частности, в общем аспекте регуляции функции периферических эндокринных желез. Щитовидная железа, подобно другим железам внутренней секреции, является эффекторным органом в классической системе регуляции гипоталамус - передняя доля гипофиза - эндокринная (в данном случае - щитовидная) железа. В этой системе непосредственными главным регулятором функции щитовидной железы является тиреотропный гормон (ТТГ), секретируемый клетками передней доли гипофиза. Секреция ТТГ регулируется тиротропин- рилизинг гормоном (ТРГ). образующимся в гипоталамусе. Синтез и секреция ТТГ гипофизом и ТРГ гипоталамусом ингибируются по каналу Регуляция функции щитовидной железы обратной связи при возрастании в сыворотке крови уровней свободных гормонов Т и Т 4 Известно, что особенность регуляции функции щитовидной железы, по сравнению с другими железами, состоит в том, что синтез гормонов в ней зависит от экзогенного поступления йода, который является структурной частью гормонов. Эти механизмы регуляции образования гормонов самой железой (механизмы саморегуляции) имеют в своей основе прежде всего приспособление ее функции к условиям, когда поступление йода в организм может колебаться в широких пределах от недостаточного количества для образования гормонов, до уровня, многократно превышающего биологическую потребность. Отличительной особенностью регуляции функции щитовидной железы является и то, что образование гормонов в самой железе, скорость их метаболизма, действие гормонов в периферических тканях находятся под локальным контролем тканевых ферментов - дейодиназ различных типов, и других путей метаболизма и выведения гормонов и их метаболитов из организма. Функция щитовидной железы может также находиться под контролем вегетативной нервной системы, гормонов других эндокринных желез, многих факторов роста, а также аутоантител к рецепторам тиротропина. Регулирующее действие на ткань щитовидной железы ряда митотически активных факторов представлено на рис. Рис. 3.1. Пути воздействия митотически активных веществ на ткань щитовидной железы (Dumont et al., 1992). Регуляция функции щитовидной железы (фактор роста фибробластов) и IGF (инсулиноподобный фактор роста) индуцируют пролиферацию тироцитов посредством активации рецептора, связанного с протеин-тирозин-киназой и следующего за этим ускорения скорости фосфорилирования ряда белков и протекания синтетических процессов в клетке. Аналогичный механизм лежит в основе действия эпидермального фактора роста (EGF). Тиреотропный гормон) вызывает увеличение скорости пролиферации фолликулярных клеток щитовидной железы путем взаимодействия с соответствующим рецептором клеточной мембраны, активации аденилатциклазы, протеинкиназы Аи фосфорилирования клеточных белков. Это приводит к ускорению синтеза внутриклеточных белков и активации процессов синтеза ДНК (DNA). Действие ацетилхолина и ряда других веществ, включая ТТГ, реализуется через активацию фосфоинозитольного пути (PI cascade). События клеточного цикла, а также переход из одной его фазы в другую, регулируются действием протоонкогенов (c-fos, c-myc, cyclin и др.). Экспериментальные данные, отраженные на схеме, свидетельствуют о том, что отдельные звенья механизма, который приводит к повышению синтетической и митотической активности тироцитов, могут быть запущены действием различных биорегуляторов, а также антителами к рецепторам клеточной поверхности тироцитов. 3.1 Гипоталамо-гипофизарно-тиреоидная ось Тиротропин-рилизинг гормон (ТРГ) по своей химической природе представляет собой трипептид - пироглутамил-гистидил-пролинамид (рис. Рис. 3.2. Химическая структура тиротропин-рилизинг гормона (ТРГ). Метаболическая элиминация ТРГ осуществляется путем гидролиза пептидной связи (1) под действием мембраносвязанного фермента пироглутамил-аминопетидазы ив участке (2) под действием ТРГ- деамидазы. Предшественником ТРГ в центральной нервной системе является проТРГ, который превращается в активный гормон под действием эндопептидаз в результате ограниченного протеолиза. Синтезируется ТРГ на рибосомах клеток супраоптического и суправентрикулярного ядер гипоталамуса из макромолекулы предшественника, которая содержит небольшой участок с аминокислотной последовательностью Регуляция функции щитовидной железы глутамин-гистидин-пролин-глицин. После трансляции глутаминовая кислота подвергается циклизации и терминальный глицин замещается аминогруппой. Схематическое изображение последовательности путей метаболизма ТРГ представлено на рис. Рис. 3.3. Метаболизм ТРГ в центральной нервной системе. Ген, кодирующий синтез предшественника ТРГ, расположен в й хромосоме. Этот же ген кодирует синтез некоторых других нейропептидов. ТРГ накапливается в нервных терминалях срединного возвышения, а также клетках верхних двух третей его стебля, задних ядрах и переднем отделе гипофиза и поступает к клеткам-мишеням (тиротрофам) через портальную вену гипофиза. Около 70% общего количества ТРГ, содержащегося в мозге, образуется во внегипоталамических областях центральной нервной системы и содержится, в частности, в нервных терминалях моторных ядер ствола мозга и спинного мозга, в таламусе ив коре мозга. ТРГ содержится во внегипоталамических структурах мозга плода и мозжечка, где он обнаруживается на ой неделе гестации. Часто ТРГ сосуществует в одних и тех же нервных терминалях с серотонином и субстанцией Р. Функции ТРГ, образующегося во внегипоталамических областях мозга точно не определены, но известно, что он оказывает прямое и непрямое модулирующее влияние на эффекты нейромедиаторов норадреналина, дофамина, ацетилхолина и серотонина. При введении Регуляция функции щитовидной железы 65 в системный кровоток ТРГ оказывает антидепрессивное действие, вызывает некоторую эйфорию. Его действие по ряду признаков противоположно действию опиоидных пептидов ив мозге ТРГ взаимодействует с системой эндорфинов. ТРГ стимулирует (в дозах более 500 мкг) секрецию пролактина, что может иметь место при его повышенном содержании у людей с первичным гипотиреоидизмом. ТРГ может влиять также на секрецию аргинин-вазопрессина. ТРГ и его метаболиты обнаружены также в желудочно-кишечном тракте, островках Лангерганса поджелудочной железы, плаценте, сердце, простате, яичках и яичниках. В раннем неонатальном периоде его содержание в поджелудочной железе выше, чем в гипоталамусе, нос возрастом содержание ТРГ в гипоталамусе и мозге увеличивается, а в поджелудочной железе и желудочно-кишечном тракте уменьшается. Предполагается, что поскольку действие ТРГ, как правило, противоположно действию соматостатина и известно, что соматостатин регулирует секрецию гормонов поджелудочной железы, то ТРГ может также участвовать в регуляции эндокринной функции поджелудочной железы как антагонист соматостатина. Обнаружение, подобно другим пептидам, ТРГ в ЦНС, ЖКТ, поджелудочной железе предполагает, что клетки, синтезирующие ТРГ в периферических тканях, является частью диффузной эндокринной системы организма. Синтез мРНК этого гормона в периферических тканях не ингибируется действием Т 3 Роль ТРГ в этих тканях остается пока неясной. Регуляция образования и секреции ТРГ осуществляется воздействием многих биологически активных веществ и гормонов щитовидной железы. Торможение секреции ТРГ достигается под действием соматостатина, при повышении уровня тиреоидных гормонов. Ингибирующее влияние глюкокортикоидов осуществляется в оси гипоталамус-гипофиз-щитовидная железа путем подавления ими образования ТРГ в суправентрикулярных ядрах гипоталамуса в результате прямого тормозящего действия на нейросекреторные клетки, синтезирующие ТРГ. Полагают, что наблюдаемое при действии холода повышение в крови уровня тиротропина является результатом влияния на тиротрофы ТРГ, секреция которого усиливается через холодовую активацию α- адренергических структур. Подтверждением этому является возможность предупреждения роста уровня ТТГ введением α- адреноблокаторов до холодового воздействия. Содержание в гипоталамусе ТРГ истощается после удаления щитовидной железы у крыс и восстанавливается после ее трансплантации. Влияние гормонов щитовидной железы на секрецию ТРГ не отмечается после гипофизэктомии ив нормальных условиях эффективное воздействие тиреоидных гормонов достигается не только за счет длинной петли обратной связи (щитовидная железа - гипоталамус тиреоидные гормоны - ТРГ), но и короткой петли обратной связи (ТТГ - ТРГ). Эти взаимодействия схематически представлены на рис. 3.4. Регуляция функции щитовидной железы |