甲状腺激素的代谢与分泌调节

(一)甲状腺激素代谢

1.甲状腺激素的化学结构 甲状腺分泌的激素包括甲状腺素(thyroxine,T4)和三碘甲状腺原氨酸(3,5,3′-triiodothyronine,T3),它们均为含碘的氨基酸衍生物。T4的5′位脱碘转变为T3。

2.甲状腺激素的合成 在甲状腺滤泡上皮细胞内合成,其过程包括三个步骤:甲状腺对碘的摄取、碘的活化及甲状腺球蛋白(thyroglobulin,Tg)的碘化。

(1)甲状腺对碘的摄取:碘是合成甲状腺激素必需的元素,甲状腺是体内吸收和浓缩碘能力最强的器官。通过甲状腺上皮细胞膜上的“碘泵”主动摄取血浆中的碘,正常甲状腺中的碘为血浆中的数10倍,占人体含碘量的70%~80%。甲状腺吸聚碘的能力(摄碘率)可用于诊断和治疗甲状腺疾病。

(2)碘的活化:食物中的碘在吸收之前,由消化道还原为离子碘(I-),入血后被甲状腺上皮细胞摄取,经过氧化氢酶和过氧化物酶的作用,I-转变成“活性碘”。

I-+H 2 O2→活性碘

(3)甲状腺球蛋白的碘化:甲状腺球蛋白是存在于甲状腺滤泡上皮细胞内的1种糖蛋白,每分子约含120个酪氨酸残基,其中20%可被碘化。“活性碘”与酪氨酸残基结合生成一碘酪氨酸(MIT)残基和二碘酪氨酸(DIT)残基。这些碘化的酪氨酸进一步缩合生成T 4和T 3。在甲状腺球蛋白分子中,两个DIT去掉一分子丙氨酸,相连接生成T 4,一分子MIT和一分子DIT相连接生成T 3(图13-2)。只有甲状腺球蛋白分子结构完整,才能合成T 4和T 3,含有T 4和T 3的甲状腺球蛋白经分泌进入滤泡腔内储存。

3.甲状腺激素的分泌、运输与降解

(1)分泌:在垂体分泌的促甲状腺激素刺激下,经过一系列变化,T3、T 4由甲状腺上皮细胞合成、分泌,并释放入血液。同时释放的MIT和DIT脱碘,再用于甲状腺激素的合成。

(2)运输:血液中98%的甲状腺激素为T 4,T 3仅2%,但T 3的生理活性比T 4大很多,且正常甲状腺激素总活性的2/3由T3体现,T 3主要来源于周围组织中T 4脱碘后生成。血液中99%以上的T3、T 4与血浆蛋白可逆性结合,其中与甲状腺素结合球蛋白(thyroxine-binding globulin,TBG)的结合率分别为90%和70%,少量的与前清蛋白、清蛋白结合。只有0.4%的T3和0.04%的T 4游离,进入靶细胞后发挥生物学作用。与蛋白结合的部分对游离的T3、T 4起稳定、调节作用。由于游离T3为游离T4的10倍,故T 3比T4的作用迅速而强大。

(3)降解:甲状腺激素的分解代谢包括脱碘、脱氨基或羧基、结合反应等,其中以脱碘反应为主,并受肝、肾及其他组织中特异性脱碘酶的催化。T 4在5′位脱碘生成T 3,后者再脱碘则失去生物活性。T 4的5位脱碘生成反T 3(reverse triiodothyronine,r T 3),基本无生理活性,但在甲状腺疾病和许多非甲状腺疾病时有意义。

图13-2　甲状腺激素的合成

甲状腺激素在肝内与葡糖醛酸结合形成葡糖醛酸苷,经胆汁排入肠腔,或在周围组织经脱氨、脱羧、氧化等产生无生理活性的代谢产物排出体外。

(二)甲状腺激素分泌调节

甲状腺激素的合成与分泌主要受下丘脑-垂体-甲状腺轴的调节,也受血浆TBG的影响。

1.下丘脑-垂体-甲状腺轴之间的调节　甲状腺激素的分泌直接受腺垂体分泌的促甲状腺激素(thyroid stimulating hormone,TSH)的调节。TSH作用于甲状腺细胞膜上的受体,激活腺苷酸活化酶,使甲状腺激素分泌增加,并通过促进细胞摄碘及甲状腺球蛋白的碘化,增加甲状腺激素的合成。TSH还可促进甲状腺核酸及蛋白质合成,使腺体增大。TSH的分泌受下丘脑分泌的促甲状腺激素释放激素(thyrotropin releasing hormone,TRH)的控制。甲状腺激素的负反馈作用可通过抑制TRH的分泌使TSH分泌减少,进而抑制甲状腺激素的分泌。血液中游离T 3、T 4水平的波动,负反馈引起下丘脑释放TRH和垂体释放TSH的增加或减少,对维持下丘脑-垂体-甲状腺轴动态平衡具有重要的生理意义。

2.血浆TBG的影响 血浆TBG正常而T 4、T 3异常,可导致游离T 4、T 3的增加或减少,引起疾病的发生。但血浆TBG变化,也可导致甲状腺激素结合形式动态平衡的变化,从而引起甲状腺分泌功能异常。

(三)甲状腺激素的生理功能

甲状腺激素对机体的生理作用广泛而强烈,主要是促进组织细胞的生长、发育及分化,增加基础代谢率。

1.生长发育 甲状腺激素对胎儿的神经系统,尤其是脑组织和骨骼系统的发育具有重要作用,还可维持成人中枢神经系统的兴奋性。

2.物质代谢 促进糖、蛋白质和脂肪三大营养物质的氧化分解,增大耗氧量和产热效应,提高机体的基础代谢率。甲状腺激素对糖、蛋白质和脂肪的作用复杂。甲状腺激素的增多或减少都会引起疾病的发生。

3.其他作用 甲状腺激素可产生类似肾上腺素β受体激动样心血管作用,加快心率,提高心肌收缩力,增加心肌耗氧,扩张外周血管等。