СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О МЕХАНИЗМАХ БИОСИНТЕЗА ТИРЕОИДНЫХ ГОРМОНОВ В ЩИТОВИДНОЙ ЖЕЛЕЗЕ В НОРМЕ И ПРИ НАРУШЕНИИ ЙОДНОЙ ОБЕСПЕЧЕННОСТИ

Краткая характеристика метаболических особенностей клеток щитовидной железы

ЩЖ обладает уникальной структурой и рядом специфических метаболических особенностей, представляющих значительный интерес с точки зрения изучения механизмов свободнорадикальных процессов (рис. 1.1). Клетки ЩЖ, тироциты, являются моделью для исследования регуляторных механизмов АФК и йода, а также их роли в нарушении клеточных функций.

Необходимо отметить следующее:

• 1. Тироциты относятся к немногочисленным клеткам, специфический метаболизм которых предполагает постоянное образование АФК при стимулирующем действии ТТГ
• 2. В клетках ЩЖ возможно образование АФК и йода при физиологических условиях. Этап образования Н,О₂ является лимитирующим в системе реакций биосинтеза тиреоидных гормонов.
• 3. Ключевые этапы биосинтеза тиреоидных гормонов - белки-переносчики йодида (NIS и пендрин), ключевые ферменты синтеза тиреоидных гормонов (Са/НАДФН-оксидоредуктаза, ТПО) - локализованы в клеточной мембране тироцитов.
• 4. Специфическое фолликулярное строение ткани ЩЖ предполагает внеклеточный синтез тиреоидных гормонов в фолликулярном люмене при высоком содержании воды.

Механизмы поглощения йода клетками ЩЖ

Йод - необходимый элемент для синтеза тиреоидных гормонов, функция клеток ЩЖ напрямую зависит от его нормального поступления. Способность фолликулярных клеток ЩЖ аккумулировать йод впервые была обнаружена в 1915 г. [388]. Транспортная система, накапливающая йод в ЩЖ, была охарактеризована в 1960-70-е гг. Транспорт йода в тироциты связан с функционированием Na/K-АТФазы и осуществляется против его электрохимического и концентрационного градиента [99, 258, 656]. Специфический переносчик йодида идентифицирован в 1996 г., когда G. Dai et al. [153] клонировали крысиный Na⁺/I^_ симпортер, используя экспрессию кДНК в ооцитах Xenopus leavis. В том же году был клонирован NIS человека [143].

Рис. 1.1. Схема метаболизма йода в ЩЖ (приводится по: The Sodium/Iodide Symporter (NIS): Characterization, Regulation, and Medical Significance / D. N. Orsolya [et. al.] // Endocrine Reviews. -2003. - Vol. 24, N 1. - P. 48-77)

1.1.1.1. Структурная и функциональная характеристика N1S. Основа NIS крысы - гликопротеин, состоящий из 618 аминокислот, трансмембранный белок, пронизывающий липидный бислой, состоящий предположительно из 13 сегментов и локализованный на базолатеральной мембране тиронитов. НН₂-конец молекулы белка располагается на внешней поверхности цитоплазматической мембраны. СООН-конец находится на противоположной стороне мембраны и содержит большой гидрофильный регион («70 аминокислот), внутри которого расположена цАМФ-зависимая, фосфорилирующаяся протеинкиназой С последовательность. На внешней поверхности расположены три сайта, гликозилированные по аспарагину в позициях 225, 485 и 497. Длина 13 трансмембранных сегментов колеблется от 20 до 28 аминокислотных остатков, исключая трансмембранный сегмент 5, который состоит из 18 остатков [403]. Были получены высокоаффинные антитела к N1S [132, 133], что позволило уточнить места присоединения олигосахаридов, функция которых до сих пор не ясна. Нарушение гликозилирования белка не влияет на его стабильность и функциональную активность, как предполагалось ранее [132, 430]. Несколько аминокислотных остатков в 9-м сегменте, содержащих гидроксильную группу, необходимы для нормального функционирования NIS. Спонтанные мутации, затрагивающие замену треонина на пролин в позиции 354, являются причиной врожденного недостатка транспорта Г у ряда больных гипотиреозом [148, 277]. Подобное нарушение функции является результатом не структурных изменений, вызванных другой аминокислотой [148], а отсутствием гидроксильной группы у [3-углеродного атома. Те же закономерности установлены для серина-353, серина-356 и треонина-357 [430].

[Na*] [C]'^S± [CNa]¹

> [CNa]"

|т~|

[Na*] [I]

. X." [CNa;]', ICNajI]'

. ? [CNa_:]"— - [CNa;!]"

|~m~| (TH)

Рис. 1.2. Схематическая модель транспорта I в клетку посредством NTS: С - переносчик (от англ, carrier) [615]

NIS-трансмембранный белок-переносчик: на внешней стороне мембраны NIS связывает два иона Na⁺ и один I , конформационные изменения молекулы приводят к транспорту связанных ионов внутрь клетки (рис. 1.2). В цитоплазматическом компартменте происходит отделение 2Na⁺ и Г, и переносчик после конформационных изменений перемещает сайт связывания снова на внешнюю поверхность мембраны [615].

Однозначных данных о способности NIS перемещать через базальную мембрану кроме ионов йода другие ионы, которые могут конкурентно ингибировать транспорт йода, нет. Показано, что сродство ионов к NIS изменяется в следующем порядке: С1О₄ >ReO₄ >1 >SCN >С1О₃ >Вг~ [87, 89, 140]. Установлен и другой порядок связывания ионов с NIS: Г>С1О₃ >SCN >Вг [615]. Остается дискуссионным вопрос о способности NIS транспортировать ионы перхлората [89, 140, 615, 655].

NIS, как и многие другие белки активного транспорта, функционирует за счет энергии, запасенной в ионных градиентах, а не путем прямого гидролиза АТФ. Na/K-АТФаза, поддерживая градиент концентрации натрия, косвенным путем контролирует транспорт йода. При ингибировании Na/K-АТФазы оуа-баином (1600 мкмоль/л) снижается поглощение йода тироцитами на 85% [590]. Необходимо отметить, что NIS не является специфичным белком ЩЖ. Йод поглощается клетками слизистой желудка [130], слюнными и молочными железами [571], хороидным сплетением и цилиарным телом глаза [403] и так же, как в ЩЖ, опосредован NIS [571, 622].

1.1.1.2. Регуляция поглощения йода клетками ЩЖ. Основным регулятором функции ЩЖ является ТТГ. Еще до выделения клонированной ДНК NIS предполагалось, что ТТГ стимулирует накопление йода через цАМФ-опосредованное повышение синтеза белка, осуществляющего транспорт йода [413, 227, 625]. Используя высокоаффинные анти-М8-антитела, О. Levy et al. [133] подтвердили в экспериментах на крысах, что экспрессия данного белка in vivo регулируется ТТГ. Отмечена активация синтеза NIS у крыс с повышенным уровнем ТТГ после введения пропилтиоурацила и при недостаточном поступления йода с кормом. Напротив, экспрессия NIS была снижена у гипофизэктомированных крыс, однако введение ТТГ восстанавливало уровень NTS до нормальных значений. N. Uyttersprot et al. [402] показали, что экспрессия мРНК NIS значительно стимулируется при введении пропилтиоурацила.

ТТГ стимулирует также активность Na/K-АТФазы [546]. После воздействия ТТГ (10 мЕд/мл) в течение 6 часов в 2 раза увеличивалось содержание мРНК, кодирующей а-1 субъединицу этого белка [231].

Кроме ТТГ, на активность NIS оказывает влияние промежуточный продукт синтеза тиреоидных гормонов - ТГ, который подавляет экспрессию гена N1S на транскрипционном уровне, что свидетельствует о существовании отрицательной регуляции функции ЩЖ ТГ, направленной па подавление действия ТТГ [237].

Важным фактором регуляции поглощения Г в ЩЖ (т. е. активности NIS) является сам йод. В исследованиях in vivo показано, что избыточная концентрация Г ингибирует экспрессию мРНК ТПО и NIS в ЩЖ собак [402]. Полученные данные объясняют подавление функции ЩЖ при избытке йода как на уровне поглощения Г, так и на уровне его органификации. Похожие данные получили Р. Н. Eng et al. [223], измерившие уровень мРНК NIS и самого белка у крыс при однократном и хроническом поступлении высоких доз йода. Было показано, что снижение транспорта йода наблюдалось уже после эффекта Вольфа-Чайкова, при восстановлении функции ЩЖ посредством снижения экспрессии NIS. Механизм ингибирующего действия йода пока не раскрыт, но предполагают его проявление на уровне транскрипции [223].

Кроме перечисленных основных регуляторных факторов, на транспорт йода оказывает влияние и ряд других веществ. Хорионический гонадотропин человека стимулирует захват йодидов и активность аденилатциклазы в культуре тироцитов [285]. Внеклеточный аденозин увеличивает экспрессию гена NTS в культуре клеток. Различные продукты экзогенного и эндогенного происхождения ингибируют поступление йода в тироциты. Эстрадиол стимулирует рост клеток ЩЖ, но блокирует ТТГ-индуцируемую экспрессию N1S, что позволяет предположить возможное его влияние иа половое распределение зоба, поскольку известно, что зоб чаще возникает у женщин, чем у мужчин [241]. Цитокины также угнетают поглощение йода. Показано, что ИЛ-ф и ИЛ-6 снижают ТТГ-стимулируемую экспрессию мРНК NIS в культуре клеток ЩЖ. Однако ИЛ-6 не влияет на функциональную активность NIS, тогда как ИЛ-ф снижает поглощение йода [514]. Факторы некроза опухолей а и ИЛ-1а снижают уровень мРНК NIS на 70 и 40% соответственно, а его функциональную активность - на 20% [484]. Подавление экспрессии гена NIS и его функциональной активности свидетельствует, что цитокины могут ослаблять поглощение йода при некоторых формах тиреоидитов [484]. Транспорт йода ингибируют также и p-блокаторы: пропранолол, метопролол, атенолол. Показано, что №⁺-зависимое поглощение ¹²⁵1 ингибируется галлюциногенным лекарственным препаратом хармалином и 3-амино-1-метил-5Н-пиридо-(4,3-Ь)-индолацетатом.

1.1.1.3. Транспорт йода в фолликулярное пространство. Поскольку синтез тиреоидных гормонов осуществляется в фолликулярном пространстве, функциональной необходимостью тироцитов является транспортировка йода через апикальную мембрану в коллоид. Показано существование апикальных каналов йода, отвечающих за выход йодид-ионов в коллоид. Эти каналы регулируются ТТГ [330, 635] и имеют высокую проницаемость и специфичность для ионов йода с Кт 70 мкмоль [457, 589]. Кроме этих каналов был обнаружен переносчик йода - трансмембранный белок пендрин, локализованный в апикальной мембране тироцитов, с молекулярной массой около 86 кДа [68]. Он транспортирует йод в фолликулярное пространство [233, 299], его активность не регулируется действием ТТГ и, в отличие от основных белков, участвующих в синтезе тиреоидных гормонов (ТПО, ТГ, NIS и рецепторы к ТТГ), он стимулируется коллоидным ТГ [449]. Предполагают, что эти две транспортные системы дополняют друг друга, однако точная роль и вклад каждой из них окончательно не выяснены [448, 449].

В 1997 г. был клонирован пендрин, состоящий из 780 аминокислот, последовательность которых была высоко гомологична сульфат-транспортерам [447]. Установленной функцией данного белка является котранспорт ионов йода и хлора из цитоплазмы в фолликулярный люмен. Исследования пендри-на пока немногочисленны. Установлено, что йодид не оказывает влияния на экспрессию мРНК пендрина, и лишь низкая концентрация ТГ существенно повышает его экспрессию [449]. Однако A. Yoshida и соавт. [448] показано, что пендрин функционирует скорее как ионный канал, нежели транспортер, активно транспортируя йодид в люмен лишь при высокой его концентрации в цитоплазме (выше 1 ммоль/л).

Не исключено, что физиологическая значимость активации пендрина высокой цитоплазматичекой концентрацией йодида заключается в предотвращении внутриклеточного йодирования белков посредством снижения концентрации субстрата. Установлено, что ТПО в клетках ЩЖ преимущественно локализована в эндоплазматическом ретикулуме, пренуклеарной мембране [624], и лишь небольшой процент фермента расположен на апикальной мембране тироцитов [289].