线粒体甲状腺激素受体基因P28及P43与甲状腺疾病的相关研究进展

张 虎，刘贵峰，邵国安

近年来甲状腺疾病发病率逐年升高，研究发现4.0%～8.0%的成年人触诊时可发现有甲状腺结节(thyroid nodule，TN)，而甲状腺癌的发病率为11.9/10万(男、女分别为4.7%、13.8%)[1-4]。亚洲女性甲状腺乳头状癌的发病率为10.96/10万，远高于黑色人种的4.90/10万[5]，甲状腺癌发病率从1973年到2006年增加了2.6%，而甲状腺乳头癌的发病率增加了3.6%[6]，并且甲状腺良性肿瘤转变成恶性肿瘤的可能性要高于正常组织。目前对于甲状腺癌发生机制的研究主要集中在细胞核内DNA变化，近年来，作为哺乳动物细胞中惟一存在的核外遗传物质的线粒体在肿瘤发生中的作用正日益受到重视。目前，已有大量文献报道线粒体结构功能的异常，如线粒体生物氧化功能的改变、激活介导的细胞凋亡途径异常、DNA突变和缺失等均与肿瘤的发生、发展密切相关。本文主要从基因角度针对甲状腺良恶性疾病组织中线粒体甲状腺激素受体(mitochondrial thyroid hormone receptor，mt-TR)P28及P43的研究进展做一综述，以期为甲状腺癌的治疗提供新的靶点和作用途径。

1　甲状腺线粒体

1981年Anderson等[7]首次在《Nature》杂志上发表了关于人类线粒体DNA(mtDNA)基因组的全核苷酸序列、结构及功能。甲状腺合成、储存和分泌甲状腺激素，甲状腺激素对基础代谢、细胞分化和生长等多种生理过程具有调节作用。而线粒体的数量和蛋白质种类的表达都是由于甲状腺激素参与并调控的[8]。

2　P28及P43

线粒体内存在mt-TR，它包括P28和P43。斯璐等[9]研究发现，甲状腺激素通过mt-TR对线粒体具有直接调节作用，P28存在于线粒体内膜上，在甲状腺激素作用下可直接激活线粒体的有氧呼吸，P43是近年发现的线粒体三碘甲状腺原氨酸(T3)受体，存在于线粒体基质中，线粒体过氧化物酶增殖体激活受体(mt-PPAR)和线粒体维甲酸X受体(mt-RXR)作为辅助蛋白可分别与P43形成异二聚体，与线粒体T3反应元件(mitochondrial thyroid hormone receptor responsive element，mt-TRE)结合，参与甲状腺激素对线粒体的基因转录和线粒体生成等多种调节。

2.1P28甲状腺激素对线粒体激活作用有两种：慢作用和快作用。快作用主要与二碘甲状腺原氨酸(T2)介导的细胞色素C氧化酶变构激活呼吸链有关，即通过核外机制完成；而慢作用主要通过核内机制来完成[10]。有研究发现，在线粒体内膜上发现了能与T3特异结合的P28(分子量为28 ku)，它在甲状腺激素作用下可直接激活线粒体的有氧呼吸。P28与T3核受体TRα1相比分子链较短[11]，由于P28是从mRNA链上第442个核苷酸开始翻译的，因此与TRα1相比，P28缺少A/B区和DNA结合域，故其只能在T3介导下才能被输入线粒体。目前对于P28的功能尚未完全阐明，可能作为T3受体与线粒体载体蛋白-腺嘌呤核苷酸翻译酶(ANT)、线粒体内膜的呼吸链酶成分和解偶联蛋白(UCP)一起参与了甲状腺激素对线粒体有氧呼吸的快激活作用[12]。

2.2P43近年来研究发现P43也是线粒体T3受体，主要存在于线粒体基质中。mt-PPAR和mt-RXR分别与P43形成异二聚体，与mt-TRE结合，参与甲状腺激素对线粒体的生成和基因转录等多种功能的调控。Casas等[13]通过凝胶转移实验证实P43能与mtDNA中4个mt-TRE有效结合，包括线粒体D环的DR2序列、DR0序列、位于编码16S rRNA基因的反向回文IP7序列及RSV-TRE样序列；但是P43单体并不能与mtDNA结合。近期发现线粒体内存在两种P43辅助蛋白，即mt-PPAR和mt-RXR，P43发挥作用是通过他们分别与P43形成异二聚体来实现的。mt-PPAR存在于所有组织(除脑组织)的线粒体基质中[14]，分子量为45 ku，由于无其相应的配体结合域，不能激活线粒体功能，但mt-PPAR可与P43形成异二聚体，并与mt-PPAR中的DR2序列结合，较P43单体可明显增强线粒体的功能。维甲酸X受体α(RXRα)相关蛋白mt-RXR位于线粒体基质中[15]，存在于心、肝、肾、脾等。mt-RXR在线粒体中与P43形成异二聚体，和DR0序列、反向回文IP7和RSV-THE样序列相结合，参与P43激活线粒体的基因转录和线粒体生成。P43在T3存在下可迅速激活线粒体RNA多聚酶，进而激活线粒体基因转录，线粒体相应蛋白合成增加，促进线粒体生成。另外，P43可激活细胞色素C氧化酶活性，增加线粒体膜电位，使呼吸链功能加强，参与调节呼吸链功能；此外，P43还可通过增加线粒体相应蛋白的合成增强呼吸链功能。另外，Rochard等[16]研究发现P43的过度表达可激活肌细胞的分化，而氯霉素可通过减少线粒体蛋白合成，抑制其分化。P43作为哺乳动物氨酰-tRNA合成酶的辅助因子，参与蛋白质的翻译过程。P43是氨酰-tRNA合成酶(ARS)复合物的非催化亚基，P43位于ARS的中心部位，是ARS的骨架蛋白，在复合物的结构体系中有着重要的作用[17]。P43几乎在所有细胞中都表达，P43 mRNA和蛋白质主要集中在上皮细胞中。在动脉粥样硬化病变的细胞和发生炎症反应部位，P43的表达量较高[18]。P43的NH2-末端结构域结合精氨酰tRNA合成酶；其COOH-末端含有tRNA结合基序，运送tRNA到结合的精氨酰tRNA合成酶上。研究表明，P43是具有多重生物学功能的蛋白质，在细胞中协助tRNA运输，在蛋白质翻译过程中也起重要作用。Chocron等[19]研究发现mt-TR(P43)调节线粒体转录和线粒体生物合成，在一定程度上调节骨骼肌中的甲状腺激素，影响肌肉运动和代谢的肌纤维。Shalak等[20]报道，由于细胞凋亡、缺氧等相关刺激，P43可水解为内皮单核细胞激活多肽Ⅱ。周力强等[21]研究发现，重组人P43能抑制人肺腺癌A-549裸鼠移植瘤的生长，其作用机制可能跟抑制血管内皮生长因子引起的血管内皮细胞中血管内皮细胞生长因子受体2(VEGFR2)活化及信号转导而影响血管生成有关。目前，对P43抑制肿瘤血管生成的机制还不清楚，P43具有抗血管生成和细胞因子的双重功能。因此，P43有望成为一种新的血管生成抑制剂类药物，具有广阔的应用前景。

3　细胞凋亡

细胞凋亡又称细胞程序性死亡(programmed cell death，PCD)，是在一定的生理或病理条件下，多种酶参与的由基因调控的主动的、高度有序的死亡过程。目前已知有3条细胞凋亡信号通路：线粒体通路、死亡受体通路和内质网通路，其中线粒体通路是凋亡的最主要途径。Sachs等[22]在爪蟾变态性研究中发现，甲状腺激素受体在诱导细胞凋亡和促进细胞增生方面起着重要作用。Saelim等[23]研究报道线粒体在T3介导的甲状腺激素受体可抑制细胞凋亡。许多因素包括死亡受体介导的信号、抗癌药物等，可以使线粒体的功能损伤，进而诱导细胞凋亡[24]。也有研究表明线粒体在多种肿瘤细胞凋亡过程中起着重要的作用，与肿瘤细胞的表现型关系密切[25]。

细胞表面的死亡受体〔Fas、肿瘤坏死因子α(TNF-α)、肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体(TRAIL)〕与其相应的配体结合后，传导信号至细胞内，激活caspase-8，并进一步激活caspase-3及其下游分子caspase-4、caspase-7、caspase-9、caspase-10，导致细胞凋亡[26]。多种因素可以激活内源性通路导致线粒体外膜穿孔，细胞色素C释放，激活caspase-9和下游的caspase-3[27-28]。Caspase-3是细胞凋亡内外通路的交叉点和凋亡的执行者，caspase-3的激活最终导致细胞的死亡[29]。大量的临床研究和实验研究表明甲状腺肿存在凋亡异常，主要集中在Fas通路、凋亡调节蛋白Bcl-2的研究。Tamura等[30]研究证实在Fas参与甲状腺肿、Graves病等发病过程，而Bc1-2在毒性甲状腺肿、药物诱导的甲状腺肿模型上表达显著增加，且其表达量伴随着甲状腺肿的消退而减少。

4　小结

目前已有大量文献报道线粒体结构功能的异常与肿瘤的发生、发展密切相关，如线粒体生物氧化功能的改变、激活介导的细胞凋亡途径异常、DNA突变和缺失等[31-32]。Gredilla[33]研究认为线粒体在细胞凋亡过程中起着中心控制作用，mtDNA的破坏在细胞老化过程中有重要的作用。关于线粒体在细胞凋亡发生过程中作用的分子机制研究尚待进一步深入探索。Rego等[34]研究表明mtDNA多态性可以作为骨性关节炎的生物学标志，对其诊断、预后有帮助。也有研究发现线粒体和线粒体信号转录在败血症患者中对淋巴细胞的凋亡扮演重要的作用[35]；线粒体分裂蛋白1(fission 1 homologue，Fis1)可以通过线粒体传递细胞凋亡信号来作用于内质网[36]；另有研究发现线粒体内衔接蛋白p66Shc在细胞凋亡过程中起着代谢调节剂的作用[37]。随着对甲状腺疾病线粒体中P28与P43基因的深入研究，将为肿瘤治疗提供新的思路和策略，同时也为新药物的开发研制提供新的靶点。

1武彦昭，熊晨，施惠晶，等.分化型甲状腺癌转移淋巴结的MRI诊断及转移趋势研究[J].中国全科医学，2009，12(9)：1666.

2Tae HJ，Lim DJ，Baek KH，et al.Diagnostic value of ultrasonography to distinguish between benign and malignant lesions in the management of thyroid nodules[J].Thyroid，2007，17(5)：461-466.

3郭莲，罗涌，徐伟，等.曲安奈德局部注射治疗自身免疫性甲状腺疾病临床研究[J].中国全科医学，2011，14(3)：963.

4Sassolas G，Hafdi-Nejjari Z，Schott AM，et al.Geographical correlation between incidence of benign disease and that of cancer of the thyroid among the population of the Rhne-Alpes Région of France[J].Eur J Endocrinol，2010，162(1)：127-135.

5Aschebrook-Kilfoy B，Ward MH，Sabra MM，et al.Thyroid cancer incidence patterns in the United States by histologic type，1992-2006[J].Thyroid，2011，21(2)：125-134.

6Cramer JD，Fu P，Harth KC，et al.Analysis of the rising incidence of thyroid cancer using the surveillance，epidemiology and end results national cancer data registry[J].Surgery，2010，148(6)：1147-1152.

7Anderson S，Bankier AT，Barrell BG，et al.Sequence and organization of the human mitochondrial genome[J].Nature，1981，290(5806)：457-465.

8Meehan J，Kennedy JM.Influence of thyroid hormone on the tissue-specific expression of cytochrome c oxidase isoforms during cardiac development[J].Biochem J，1997，327(Pt 1)：155-160.

9斯璐，朱本章.线粒体甲状腺激素受体[J].国外医学内分泌学分册，2003，23(6)：406-407.

10Enriquez JA，Fernandez-Silva P，Garrido-Perez N，et al.Direct regulation of mitochondrial RNA synthesis by thyroid hormone[J].Mol Cell Biol，1999，19(1)：657-670.

11Wagner Rl，Huber BR，Shiau AK，et al.Hormone selectivity in thyroid hormone receptors[J].Mol Endocrinol，2001，15(3)：398-410.

12Lombardi A，Silvestri E，Moreno M，et al.Skeletal muscle mitochondrial free-fatty -acid content and membrane potential sensitivity in different thyroid states：involvement of uncoupling protein-3 and adenine nucleotide translocase[J].FEBS Lett，2002，532(1/2)：12-16.

13Casas F，Rochard P，Rodier A，et al.A variant form of the nuclear triiodothyronine receptor c-ErbAalpha1 plays a direct role in regulation of mitochondrial RNA synthesis[J].Mol Cell Biol，1999，19(12)：7913-7924.

14Casas F，Domenjoud L，Rochard P，et al.A 45 kDa protein related to PPARgamma2，induced by peroxisome proliferators，is located in the mitochondrial matrix[J].FEBS Lett，2000，478(1/2)：4-8.

15Casas F，Daury L，Grandemage S，et al.Endocrine regulation of mitochondrial activity：involvement of truncated RXRalpha and c-Erb Aalpha1 proteins[J].FASEB J，2003，17(3)：426-436.

16Rochard P，Rodier A，Casas F，et al.Mitochondrial activity is involved in the regulation of myoblast differentiation through myogenin expression and activity of myogenic factors[J].J Biol Chem，2000，275(4)：2733-2744.

17Lee SW，Cho BH，Park SG，et al.Aminoacyl-tRNA synthetase complexes：beyond translation[J].Cell Sci，2004，117(17)：3725-3734.

18Schluesener HJ，Seid K，Zhao Y，et al.Localization of endothelial-monocyte-activating polypeptideⅡ(EMAPⅡ)，a novel proinflammatory cytokine，to lesions of experimental autoimmune encephalomyelitis，neuritis and uveitis：expression by monocytes and activated microglial cells[J].Glia，1997，20(4)，365-372.

19Chocron ES，Sayre NL，Holstein D，et al.The trifunctional protein mediates thyroid hormone receptor-dependent stimulation of mitochondria metabolism[J].Mol Endocrinol，2012，26(7)：1117-1128.

20Shalak V，Kaminska M，Mitnacht R，et al.The EMAPII cytokine is released from the mammalian multisynthetase complex after cleavage of its p43/proEMAPII component[J].J Biol Chem，2001，276(26)：23769-23776.

21周力强，孙立，林森森，等.重组人p43 蛋白抗血管生成活性及其机制[J].中国药科大学学报，2011，42(5)：467-472.

22Sachs LM，Damjanovski S，Jones PL，et al.Dual functions of thyroid hormone receptors during Xenopus development[J].Comp Biochem Physiol B Biochem Mol Biol，2000，126(2)：199-211.

23Saelim N，Holstein D，Choron E，et al.Inhibition of apoptotic potency by ligand stimulated thyroid hormone receptors located in mitochondria[J].Apoptosis，2007，12(10)：1781-1794.

24Heath-Engel HM，Shore GC.Mitoehondrial membrane dynamics，cristae remedelling and apoptosis[J].Biochim Biophys Acts，2006，(13)：570-576.

25Liang BC，Grootveld M.The importance of mitochondria in the tumourigenic phenotype：gliomas as the paradigm(review)[J].Int J Mol Med，2011，27(2)：159-171.

26Sehulze-Osthoff K，Ferrari D，Los M，et al.Apoptosis signaling by death receptors[J].Eur J Biochem，1998，254(3)：439-459.

27Harmand PO，Duval R，Delage C，et al.Ursolic acid induces apoptosis through mitochondrial intrinsic pathway andcapase-3 activation in M4Beu melanoma cells[J].Int J Cancer，2005，114(1)：1l-11.

28Putcha GV，Harris CA，Moulder KL,et al.Intrinsic and extrinsic pathway signaling during neuronal apoptosis：lessons from the analysis of mutant mice[J].J Cell Biol，2002，157(3)：441-453.

29PorterAG，Janicke RU.Emerging roles of caspase-3 in apoptosis[J].Cell Death Differ，1999，6(2)：99-104.

30Tamura M，Kimura H，Koji T，et al.Role of apoptosis of thyrocytes in a rat model of goiter.A possible involvement of Fas system[J].Endocrinolo，1998，139(8)：3646-3653.

31Modica-Napolitano JS，Kulawiec M，Singh KK.Mitochondria and human cancer[J].Curt Mol Med，2007，7(1)：121-131.

32戴亚丽，张帆，叶静，等.促甲状腺激素受体基因启动子区甲基化与乳头状甲状腺癌的关系研究[J].中国全科医学，2009，12(12)：2194.

33Gredilla R.DNA damage and base excision repair in mitochondria and their role in aging[J].J Aging Res，2010，2011：257093.

34Rego I，Ruiz-Romer C.The role of mitochondria in osteoarthritis[J].Nat Rev Rheumatol，2011，7(3)：161-169.

35Li L，Ma T，Hu WQ，et al.Study on mechanisms of mitochondria in lymphocyte apoptosis of sepsis[J].Zhonghua Wai Ke Za Zhi，2010，48(16)：1243-1246.

36Iwasawa R，Mahul-Mellier AL，Datler C，et al.Fis1 and Bap31 bridge the mitochondria-ER interface to establish a platform for apoptosis induction[J].EMBO J，2011，30(3)：556-568.

37Ulivieri C.Cell death：insights into the ultrastructure of mitochondria[J].Tissur Cell，2010，42(6)：339-347.