甲状腺激素对肝脂代谢调节及相关非经典通路的研究进展

王孟丹，刘小娜(综述)，魏立民(审校)

(1.河北医科大学研究生学院，石家庄 050017; 2.河北省人民医院内分泌一科，石家庄 050051)



甲状腺激素对肝脂代谢调节及相关非经典通路的研究进展

王孟丹1△，刘小娜1△(综述)，魏立民2※(审校)

(1.河北医科大学研究生学院，石家庄 050017; 2.河北省人民医院内分泌一科，石家庄 050051)

摘要：早期，人们认为甲状腺激素仅通过核受体改变靶器官基因的转录活性发挥生物学效应，此途径为经典通路的作用机制。近年来发现独立于经典通路与其他信号传递相关的非经典通路，非经典途径的机制及其相关性被广泛的研究，越来越多的实验证实甲状腺激素非经典途径在促血管生成、抗细胞调亡、促进细胞增殖及促进缺氧诱导因子1α表达方面发挥了重要的作用。

关键词：甲状腺激素；脂代谢；肝脏

甲状腺激素是人体内最重要的激素之一，甲状腺激素靶细胞分布极为广泛，甲状腺功能的改变常常会伴有血糖、血脂、血压等一系列生理变化，而肝脏是甲状腺激素调节脂代谢的主要靶器官，甲状腺激素通过直接或间接方式刺激肝内脂质的合成和降解，维持血脂的平衡。 非经典通路的机制中，第二信使的调节和特殊蛋白的活化促进甲状腺激素调节脂质代谢平衡。现着重阐述关于脂质代谢调节的信号通路和通路中受甲状腺激素调节的部分。

1甲状腺激素对脂质代谢的影响

1.1甲状腺激素对胆固醇代谢的影响甲状腺激素参与生物体内多种生理过程，尤其在脂质代谢和能量平衡化方面发挥重要的生理作用，而肝脏是其维持脂代谢平衡的主要场所[1]。生理水平的甲状腺激素是维持胆固醇水平满足机体需要的关键激素，甲状腺素对胆固醇有双重调节作用。一方面，可上调胆固醇合成代谢的限速酶羟甲基戊二酸辅酶A 还原酶的转录活性，从而促进胆固醇的合成；另一方面，上调低密度脂蛋白(low density lipoprotein，LDL)受体增加肝细胞摄取胆固醇，降低血中胆固醇的水平，另外，甲状腺激素还可刺激胆固醇7α羟化酶(CYP7A1)基因的表达，增强胆固醇向胆汁酸转化，降低肝脏和体液中胆固醇的浓度。在甲状腺功能减退(甲减)患者中，低水平的甲状腺激素使胆固醇清除及向胆汁酸转化减少导致胆固醇水平升高[2]。

1.2甲状腺激素对三酰甘油的影响甲状腺激素可直接刺激肝内脂肪酸合成途径相关酶的表达，如乙酰辅酶A羧化酶和脂肪酸合成酶，促进肝脏脂肪酸的合成和甘油酯化成三酰甘油。Cachefo等[3]的研究显示，甲状腺功能亢进(甲亢)患者肝脏中脂肪生成是甲状腺功能正常者的3倍。同时，超生理水平的甲状腺激素能增加腺甘酸环化酶的作用，从而增加组织对儿茶酚胺、生长激素等脂肪动员激素的反应，进而促进脂肪分解以及增强骨骼肌中脂蛋白脂肪酶的活性，导致血清中三酰甘油的清除率增加、体内三酰甘油水平降低。

亚临床甲减即表现为单一的血清中促甲状腺素水平增加而总三碘甲状原氨酸(triiodothyronine，T3)-总四碘甲状原氨酸、游离T3、游离四碘甲状原氨酸正常，常伴随着脂质代谢异常，如胆固醇水平升高和脂蛋白异常，这些异常在给予左旋甲状腺素治疗后可以纠正[4]。亚临床甲减时脂质代谢异常的机制仍不清楚，有研究者提出促甲状腺素可直接作用于肝脏引起高胆固醇血症而不依赖于甲状腺激素的改变[5]。

2甲状腺激素效应的相关通路

多数文献报道都是关于甲状腺激素效应的经典通路，此通路为甲状腺激素与组织中的甲状腺激素受体(thyroid hormone receptor，TR)结合，作为转录因子，识别某段特异的DNA序列，并与之结合而调控靶基因的转录。例如，主要负责胆固醇从循环中清除的LDL受体，在甲状腺激素的作用下，肝细胞中LDL受体基因的信使RNA(mRNA)的表达增强，增加胆固醇的摄取[6]。

TR之间可形成同二聚体或者与视黄醇受体(retinoid X receptor，RXR)、肝脏X受体(liver X receptor，LXR)等其他核受体结合形成异二聚体，Oetting和Yen[1]报道异二聚体在T3介导靶基因转录激活方面较TR/TR同二聚体作用更强。TR除了与这些核受体结合形成二聚体外，还与这些核受体竞争性结合辅助因子或阻遏因子共同调节基因的表达。在脂质代谢方面，Hashimoto等[7]证明TRβ突变的大鼠肝脏细胞在甲状腺素刺激下TR-RXR异二聚体形成减少，导致RXR与LXR结合，增加LXR受体活性，进而增强LXR的降胆固醇效应。

脂肪滴的自噬是参与甲状腺素诱导的脂肪酸氧化的另一条重要的途径。Sinha等[8]的研究表明，T3可使离体肝细胞内脂滴的自噬活动增强，这种效应发生在T3刺激肝脏脂肪酶和氧化酶生成之前。在脂肪滴自噬受损的动物中，甲状腺激素对脂肪酸氧化的效应消失。另外，蛋白质翻译后的修饰(例如蛋白质的磷酸化)可增强或减弱该蛋白质的活性，TR、RXR和其他共激活物是磷酸化作用的靶效应分子，TR可在胞质和核内被磷酸化，磷酸化后的TR与RXR形成异二聚体，导致降解程度下降，从而增加转录活性[9]。

3甲状腺激素对脂质代谢平衡调节的非经典通路

近年来的研究发现，甲状腺激素可引起迅速生理反应，并且不受基因转录和翻译相关抑制剂的影响，提示存在非经典核受体作用途径。在鸡胚肝细胞的培养基中给予蛋白激酶抑制剂可消除T3诱导脂肪生成相关酶脂肪酸合成酶(fatty acid synthase，FAS)、乙酰辅酶A羧化酶(acetyl-CoA carboxylase，ACC)的表达和活性，为甲状腺激素非经典通路调节肝脏脂质代谢进一步提供了证据[10]。

3.1甲状腺激素对磷酸酰肌醇激酶(phosphatidylinositol 3-kinase PI3K)的影响PI3K是一种胞内磷酸肌醇激酶，是由1个催化亚基p110和1个调节亚基p58构成的异源性二聚体，目前已经发现3种PI3K同工酶，其中能被细胞表面受体所激活的Ⅰ型PI3K研究较为广泛，其通过两种方式被激活，一种是与具有磷酸化酪氨酸残基的生长因子受体或链接蛋白结合被激活；另一种是Ras和催化亚基p100直接结合导致PI3K的活化。活化的PI3K与细胞内信号蛋白Akt和磷酸肌醇依赖性激酶1(phosophoinoositide-depentdent protein kinase，PDK1)结合，致细胞内蛋白磷酸化[11]。甲亢患者以及T3干预试验中发现肝内脂肪生成增加，在早期，这一效应归因于T3诱导肝内脂肪酸合成酶mRNA表达的增加，然而，由于PI3K和ERK1/2抑制剂可减弱T3对脂肪酸合成酶mRNA的诱导效应，因此，Radenne等[12]认为PI3K通路中的蛋白磷酸化反应参与了甲状腺激素在转录水平调节脂肪酸合成酶的表达。

与T3调节脂肪酸合成酶的表达相似，Hashimoto等[7]研究发现类固醇反应元件结合蛋白1c(steriod response element binding protein-1c，SREBP-1c)的启动子区有TR反应元件(TR response element，TRE)，SREBP-1c激活一系列的基因的表达，包括脂肪酸合酶和乙酰辅酶A羧化酶，调节肝脏脂质的合成。另外，在不同的细胞株中，胞质内非结合状态的TRβ与PI3K的调节细胞亚单位p58结合，当THs进入细胞质中与TRβ结合，可促使TRβ1与PI3K解离，非结合的PI3K催化Akt磷酸化，进而调节SREBP-1c的表达[13]。人类肝癌细胞株(HepG)中T3诱导SREBP-1的表达可被Akt或ERK抑制剂减弱。识别细胞膜受体的琼脂结合T3可促进ERK的活化，而非琼脂结合的T3并不能激活Akt，表明T3可与膜表面受体整合素αvβ3结合激活ERK[14]。因此，甲状腺素调节SREBP-1的表达通过两条独立的非经典的途径，一是T3通过整合素αvβ3受体激活丝裂原激活的蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)/细胞外信号调节激酶(extracellular signal-regulated kinase，ERK)通路，二是通过TR-PI3K复合物的解离激活PI3K/AKt通路。鉴于AKt和ERK的激活在调节SREBP-1的表达中的作用，这些酶的激活有助于增强T3诱导脂肪生成酶的表达。

PI3K-MAPK是参与胰岛素信号通路的经典途径之一，胰岛素通过这条途径激活肝细胞脂质的合成。胰岛素和T3在合用时较两者单用时诱导脂肪酸合酶mRNA表达和促进脂肪酸合成酶活性的增加更明显，表明甲状腺激素与胰岛素信号在脂质合成代谢方面存在协同效应[15]。

此外，有证据表明PI3K/Akt的激活也可能参与了T3对脂质的氧化诱导。PI3K/Akt的激活可以调节肉碱软脂酰转移酶(carnitine palmitoyl transferase 1，CPT1)的表达，该酶是造血干细胞和骨骼肌细胞中脂肪氧化的关键酶。在造血细胞中，Deberardinis等[16]报道T3诱导Akt活化下调CPT1的表达，而在骨骼肌中，De Lange等[17]报道T3诱导Akt活化上调CPT1的表达，调节脂肪的氧化。Akt的活化对CPT1表达影响的不一致性可能是由于细胞表型的特殊反应。而在肝细胞中，Akt对CPT1和对其他氧化酶类的表达效应仍需进一步研究。尽管现有的证据很少，PI3K信号可能是甲状腺激素调节肝脂质代谢的潜在通路。

3.2甲状腺激素对腺苷环化酶-环腺苷酸(cyclic adenosine monophosphate，cAMP)-蛋白激酶A(protein kinase A，PKA)通路的影响当存在配体时，膜表面的G蛋白偶联受体鸟苷三磷酸替换鸟苷二磷酸，导致腺苷环化酶的活性增加，随后cAMP水平增加，cAMP通过cAMP依赖PKA促使靶蛋白磷酸化。Shin等[18]证实甲状腺激素增加小鼠肝脏Ⅰ型PKA的活性，随后的研究发现T4可促进其他类型细胞内PKA的磷酸化，PKA的活化触发MAPK通路的激活，使TRβ1磷酸化，TRβ1与沉默阻遏因子分离，增加TR的转录活性。

在动物模型中，PKA活性增高，可延缓高脂饮食诱导下脂肪肝的形成。在人类肝细胞中，胰高血糖素或cAMP激活PKA的活性，使肝核因子4α磷酸化，失去与CYP7A1启动子区域结合的亲和力，最后抑制CYP7A1的转录[19]。另外，Dong 等[20]研究表明PKA使肝脏SREBP-1的特定区域磷酸化，抑制这一蛋白反式激活作用，导致人类和啮齿类肝脏SREBP介导的脂肪生成受到抑制。T3增强SREBP-1的表达而PKA抑制SREBP-1的表达，因此PKA作为甲状腺激素活性的介导者是存在争议的。同样在鸡胚肝细胞中也可观察到cAMP水平升高抑制T3诱导SREBP-1的表达，表明T3作用的净效应依赖于细胞核内存一系列因子的变化，从而引起PKA活化的程度[21]。

3.3甲状腺素对P3IK，DAG-钙和PKC通路的影响当G蛋白偶联受体激活时，其构象改变激活Gq蛋白以及磷脂酶C，促进3，4二磷酸磷脂酰肌醇(phosphatidylinol 3,4-bisphosphate，PIP2)分解成三磷酸肌醇(inositol triphosphate，IP3)和二酰甘油(diacylglycerol，DAG)，IP3促进内质网释放钙，增强DAG诱导PKC的激活。钙调节生物进程的重要性已被证实120年之久，胞质中钙离子周期性波动峰是可兴奋组织和不可兴奋组织中细胞外信号向整个细胞传导的信号机制[22]。

钙离子可通过直接作用于细胞内蛋白质,如线粒体内脱氢酶或者间接作用于钙结合蛋白(如钙调蛋白)，从而改变蛋白质的功能，此外，钙还可影响转录因子的表达。

钙离子是第一个被发现受甲状腺激素调节的第二信使，例如，甲状腺切除的大鼠在给予T3后肝线粒体内钙离子增加，Segal和Ingbar[23]也报道了大鼠胸腺细胞在给予T3后细胞内的自由钙明显增加。另外，禁食大鼠的肝脏细胞在T3孵育下表现为胞质内钙离子增多，同时伴随着氧化呼吸作用和糖异生作用增强。这一效应在细胞外T3减少时消失，表明了T3的活性依赖细胞外的钙离子。之前的研究表明，甲状腺素水平与心肌细胞中兰尼碱受体mRNA的水平呈正相关，兰尼碱受体主要与肌质网钙释放有关，可控制肌细胞的收缩。Husain等[24]研究表明，肝脏中存在兰尼碱受体并可调节细胞内钙离子的浓度，但仍需进一步探究甲状腺激素对肝脏中兰尼碱受体的调节作用。Yamauchi等[25]使用荧光技术证明了给予T3几秒后即可增加细胞内钙离子水平，这对T3诱导的脂肪酸氧化增加至关重要。T3干预HeLa细胞后促进胞质中钙离子快速的增加，激活钙调素依赖蛋白激酶的激酶(Ca2+/calmodulin-dependent protein kinase kinase，CaMKKβ)，CaMKKβ反过来激活AMPK，AMPK进而导致乙酰辅酶A脱羧酶活性下降，脂肪合成受到抑制。此外，乙酰辅酶A脱羧酶活性降低，使体内丙二酰辅酶A合成减少，激活CPT1相应地促进了长链脂酰辅酶A从胞质进入线粒体进行氧化。Yamauchi等[25]实验表明T3对AMPK的活化和乙酰辅酶A羧化酶表达的影响在钙螯合剂存在时减弱，使T3诱导的脂肪酸氧化作用消失。由于T3对脂肪酸氧化的效应依赖于细胞内钙离子的增加，钙离子可作为第二信使在T3对脂质代谢的快速反应方面发挥作用。

4结语

甲状腺激素对脂质代谢的净效应主要是依赖与核受体结合后调节脂肪生成相关酶和脂肪降解相关酶转录活性的经典机制实现的。尽管生理学效应仍不清楚，但是，非经典信号通路同样参与甲状腺激素代谢调节效应受到广泛的关注。非经典通路中T3影响的第二信使和信号蛋白，包括钙离子、PI3K、Akt和AMPK，这些蛋白的终效应是调节肝脂质代谢，这些通路不仅引起细胞内快速反应，同时还可增加转录因子的表达并参与了甲状腺素脂质代谢调节的经典通路。因此，甲状腺素效应非经典的通路不是独立存在的，而可能是作为辅助通路与经典通路共同参与甲状腺素调节脂代谢。

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The Study Progress of Non-classic Thyroid Hormone Signaling Pathways Involved in Hepatic Lipid MetabolismWANGMeng-dan1,LIUXiao-na1，WEILi-min2.(1.GraduateSchoolofHebeiMedicalUniversity，Shijiazhuang050017; 2.DepartmentofEndorcrinology,HebeiGeneralHospitial,Shijiazhuang050051,China)

Abstract：Originally,it′s thought that thyroid hormone plays its biological effect only through changing the gene transcription activity by nuclear receptor of the target organs,which is the classic pathway mechanism.In recent years,other effects independent from this classic pathway and related to other signaling pathways have been discovered,and this mechanism and its relevance have been intensively described,more and more experiments demonstrate that thyroid hormones of non-classical pathway plays important roles in promoting angiogenesis,antipoptosis,promoting cell proliferation and promoting hypoxia-inducible factor 1α expression.

Key words：Thyroid hormone; Lipid metabolism; Liver

收稿日期:2014-11-29修回日期:2015-03-30编辑：薛惠文

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.20.013

中图分类号：R58

文献标识码：A

文章编号：1006-2084(2015)20-3680-04