3′-碘甲狀腺原氨酸：保護(hù)心臟和調(diào)節(jié)代謝的新武器

鄭輝 常寶成 葛煥琦

1泰達(dá)國(guó)際心血管病醫(yī)院內(nèi)分泌科，天津300457;2國(guó)家衛(wèi)生健康委員會(huì)激素與發(fā)育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(天津醫(yī)科大學(xué))，天津市代謝性疾病重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津醫(yī)科大學(xué)代謝病醫(yī)院內(nèi)分泌研究所300070

T4是甲狀腺激素的主要形式。在靶組織內(nèi)，T4被脫碘酶脫碘轉(zhuǎn)化為T3。T3在組織內(nèi)通過(guò)其受體調(diào)節(jié)下游蛋白的轉(zhuǎn)錄是一個(gè)緩慢的過(guò)程，需要數(shù)小時(shí)甚至數(shù)天。2004年Scanlan在人和嚙齒類動(dòng)物體內(nèi)發(fā)現(xiàn)一種新的天然甲狀腺激素衍生物，能夠在數(shù)分鐘內(nèi)降低體溫、減慢心率，減少心臟輸出。這一衍生物被稱為3′-碘甲狀腺原氨酸(3′-Iodothyronamine，T1AM)，它是G蛋白耦聯(lián)的微量胺受體(TAAR)1的激動(dòng)劑，刺激產(chǎn)生快速的生理和行為調(diào)節(jié)，有些作用是與T3相對(duì)抗的。近年來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)，T1AM與心血管系統(tǒng)和代謝調(diào)節(jié)密切相關(guān)。目前進(jìn)行的T1AM臨床研究有限，更多的是進(jìn)行動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和體外研究。本文將就T1AM對(duì)心血管保護(hù)和代謝調(diào)節(jié)的最新研究進(jìn)展做一介紹。

1 T1AM的結(jié)構(gòu)與代謝過(guò)程

圖1是T1AM的結(jié)構(gòu)圖。T1AM合成的生物學(xué)過(guò)程還不清楚。由于T1AM與T3結(jié)構(gòu)相似，它可能是由T3脫碘、脫羧生成。Hackenmueller等[1]應(yīng)用13C9-15N-T4[重-T4(H-T4)]技術(shù)測(cè)定肝臟中T1AM，發(fā)現(xiàn)甲狀腺過(guò)氧化物酶抑制劑能夠抑制T1AM的合成。對(duì)于T1AM合成過(guò)程有3種推測(cè)：一是苯酚與單碘酪氨酸的耦聯(lián)，是在T4分泌過(guò)程中產(chǎn)生甲狀腺球蛋白水解的副產(chǎn)物。二是由甲狀腺直接合成并分泌。最后，T1AM可能是甲狀腺產(chǎn)生的其他物質(zhì)的代謝產(chǎn)物或者是特異性產(chǎn)生在甲狀腺內(nèi)的T4代謝產(chǎn)物?？傊琓1AM合成過(guò)程還需要進(jìn)一步的研究。

組織中T1AM的代謝過(guò)程是經(jīng)單胺氧化酶氧化脫氨生成3碘乙酸，再經(jīng)過(guò)脫碘酶脫碘生成乙酸，最后被硫酸鹽和葡糖醛酸鹽進(jìn)行N乙?；王セ?。T1AM及其代謝產(chǎn)物由膽道和腎臟排出。T1AM在體內(nèi)、外迅速被單胺氧化酶代謝產(chǎn)生乙酸。

2 人血清T1AM的測(cè)定

人血清中T1AM的檢測(cè)一度陷入困境。Galli等[2]應(yīng)用高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法定量分析人血清和組織中的T1AM濃度平均為0.219 nmol/L。但該方法不能評(píng)估與蛋白相結(jié)合的T1AM，不能區(qū)分游離和結(jié)合的T1AM。Hoefig等[3]應(yīng)用化學(xué)發(fā)光免疫分析法，測(cè)定人血清中的T1AM濃度為66 nmol/L，但是該方法測(cè)定可能高估T1AM水平，因?yàn)樵谘逯蠺1AM與載脂蛋白B-100結(jié)合；另外也對(duì)T1AM衍生物產(chǎn)生交叉反應(yīng)，比如硫化的T1AM和其他被修飾的T1AM。

3 T1AM的組織分布

在嚙齒類動(dòng)物體內(nèi)包括大腦、心臟、血液以及人類的血液中均能監(jiān)測(cè)到T1AM。應(yīng)用高效液相色譜法測(cè)定，在大鼠組織中的濃度為1～90 pmol/g，在肝臟、大腦和肌肉中的含量最高，血清中的濃度在0.2～0.3 nmol/L，可見(jiàn)組織中的濃度顯著高于血清中的濃度，表明組織特異性的攝取T1AM。在血清中，T1AM有90%與載脂蛋白 B-100結(jié)合[4]。

4 T1AM作用的受體

T1AM結(jié)合的受體是多源性的。大致分為G蛋白耦聯(lián)受體和非G蛋白耦聯(lián)受體。G蛋白耦聯(lián)受體主要包括TAAR、α2A腎上腺素能受體和β2腎上腺素能受體。而非G蛋白耦聯(lián)受體主要包括瞬時(shí)感受電位通道(TRPs)。

TAAR是2001年首先報(bào)道的，共分為9種不同的亞型，在多種器官中廣泛表達(dá)，包括大腦、心臟、肝臟、腎臟、胰腺和脾臟。其中，TAAR1與T1AM的親和力最強(qiáng)。TAAR1與GαS蛋白耦聯(lián)激活腺苷酸環(huán)化酶，增加細(xì)胞內(nèi)cAMP的生成，促進(jìn)內(nèi)向鉀離子通道開(kāi)放。除了TAAR1，T1AM還能作用于TAAR5[5]，抑制三磷酸肌醇形成和絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)信號(hào)通路。

T1AM與α2A腎上腺素能受體結(jié)合能調(diào)節(jié)胰島素的分泌，激活GI/o，減少去甲腎上腺素誘導(dǎo)的MAPK的活性[6]。

T1AM能夠直接作用于HEK293細(xì)胞的β2腎上腺素能受體，濃度依賴性的激活Gs信號(hào)通路[5]。β2腎上腺素能受體阻滯劑timolol能夠阻斷T1AM誘導(dǎo)的Ca2+內(nèi)流。

T1AM還能與非G蛋白耦聯(lián)受體的TRPs作用。TRPs是超家族，包括28個(gè)成員，T1AM主要與TRPM8相結(jié)合作用于Ca2+，進(jìn)而影響體溫[7]。

5 T1AM的生理功能

5.1 T1AM對(duì)心臟的作用 T1AM能夠通過(guò)減少氧化應(yīng)激起到保護(hù)心臟的作用。Ghanian等[8]發(fā)現(xiàn)，高劑量的T1AM(25 mg/kg)能降低小鼠心臟氧化應(yīng)激水平，而在腎臟卻增加氧化應(yīng)激水平。表明了T1AM作用的器官特異性，可能在不同器官中作用于不同的信號(hào)通路。

T1AM能夠改善心肌供血。T1AM作用于蛋白激酶C/KATP信號(hào)通路，可減少分離的大鼠心肌缺血-再灌注模型的梗死面積，起到保護(hù)心肌的作用。

T1AM可調(diào)節(jié)心肌細(xì)胞離子穩(wěn)態(tài)。它能減少內(nèi)質(zhì)網(wǎng)鈣離子釋放，抑制鉀離子電流。尤其是細(xì)胞外流It0和Ik1背景流。20～25 μmol/L的T1AM能夠降低心肌收縮力，但氧氣消耗和葡萄糖攝取沒(méi)有變化。

T1AM呈現(xiàn)劑量依賴性的負(fù)性變力、負(fù)性變時(shí)效應(yīng)。Chiellini等[9]發(fā)現(xiàn)，離體工作的大鼠心臟隨著給與T1AM濃度的增加，心臟輸出量和心率也逐漸下降。la Cour等[10]觀察心力衰竭患者T1AM水平顯著升高，與心臟射血分?jǐn)?shù)呈負(fù)相關(guān)。

最新的研究表明，T1AM 能通過(guò)作用于中樞系統(tǒng)間接引起血管舒張，進(jìn)而影響心血管系統(tǒng)[11]。該研究闡明，雖然在雄性鼠的尾動(dòng)脈和主動(dòng)脈中可能存在T1AM的作用靶點(diǎn)，但肌電圖研究未顯示T1AM對(duì)血管舒張有任何直接作用，提示其作用可能是間接的。然而，腦室內(nèi)應(yīng)用T1AM出現(xiàn)了尾動(dòng)脈的擴(kuò)張和體溫下降，并導(dǎo)致下丘腦神經(jīng)元激活，表明T1AM或其代謝產(chǎn)物通過(guò)下丘腦信號(hào)途徑引起尾部血管擴(kuò)張。

5.2 T1AM對(duì)體重的作用 肥胖是心血管疾病和代謝性疾病的危險(xiǎn)因素。在大鼠研究中，給予T1AM 10 mg/(kg·d)，持續(xù)7 d，凈重下降6%，給予25 mg/(kg·d)，凈重下降14%，但不影響食欲及生活，能使碳水化合物轉(zhuǎn)化為脂肪代謝[12]。

T1AM能直接作用于中樞系統(tǒng)，控制攝食行為。T1AM受體在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中有廣泛的分布。在大腦主要是TAAR，其在單胺能系統(tǒng)的主要神經(jīng)核中含量豐富。腦內(nèi)注射T1AM能顯著改善攝食行為，促進(jìn)食欲，增加攝食量， Manni等[13]發(fā)現(xiàn)T1AM改變食欲呈雙向，低劑量(3.3 nmol/kg)導(dǎo)致厭食，高劑量(51 nmol/kg)導(dǎo)致食欲旺盛，而大劑量(79 nmol/kg)長(zhǎng)時(shí)間(14 d)治療卻減少食物的攝取。Haviland等[12]觀察持續(xù)8 d給予T1AM產(chǎn)生的慢性代謝影響，發(fā)現(xiàn)注射T1AM后脂肪利用增加，治療8 d，體重下降8.2%，而且減重效果持久，在停止治療2周后，體重反彈僅有下降體重的1.8%。而這些慢性的作用可能與基因表達(dá)的調(diào)節(jié)有關(guān)。T1AM改變攝食行為的機(jī)制還不清楚，首先可能與T1AM在體外誘導(dǎo)下丘腦釋放神經(jīng)肽Y有關(guān)。其次，組胺能神經(jīng)元形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，平衡神經(jīng)內(nèi)分泌和下丘腦食物攝取，T1AM可能通過(guò)這種雙重作用對(duì)食欲及攝食行為產(chǎn)生影響。

5.3 T1AM對(duì)代謝的作用

5.3.1 T1AM對(duì)脂代謝的影響 Braulke等[14]在嚙齒類動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，腹腔內(nèi)注射T1AM后的急性代謝反應(yīng)是降低呼吸商，表明代謝途徑由碳水化合物為主轉(zhuǎn)變?yōu)橹|(zhì)氧化為主，引起酮尿和體內(nèi)脂肪含量的顯著下降。同時(shí)，T1AM通過(guò)降低脂代謝關(guān)鍵調(diào)節(jié)基因PTP1B和PLIN2的表達(dá)，減少肝臟膽固醇和甘油三酯的生成，顯著增加代謝產(chǎn)物(糖異生、氨基酸、肌酐)[15]。T1AM能夠使肝臟PTP1B編碼的胰島素信號(hào)通路蛋白表達(dá)下降，使肌肉組織中胰島素受體底物2表達(dá)上調(diào)，使脂肪組織中葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白2表達(dá)增加，并使GYS1(編碼糖原合成酶)的基因下調(diào)，表明代謝從碳水化合物轉(zhuǎn)向脂代謝。

在動(dòng)物模型中，T1AM可迅速改變能量來(lái)源，從碳水化合物轉(zhuǎn)到脂肪氧化，延緩蛋白質(zhì)的降解。T1AM是F(0)/F(1)-ATP酶的非競(jìng)爭(zhēng)抑制劑，體內(nèi)低劑量T1AM作用于F(0)/F(1)-ATP酶的高親和力的結(jié)合位點(diǎn)，占據(jù)F1的天然抑制蛋白IF1結(jié)合位點(diǎn)，促進(jìn)IF1解離，增加ADP刺激的線粒體呼吸，抑制線粒體能量產(chǎn)生[16]。

Assadi-Porter等[17]發(fā)現(xiàn)，T1AM能引起肝臟中Sirt6基因(一個(gè)葡萄糖調(diào)節(jié)基因)的表達(dá)和葡萄糖激酶的表達(dá)，抑制Sirt4基因(該基因抑制脂肪氧化)表達(dá)。T1AM能夠調(diào)節(jié)脂肪組織中350個(gè)基因和肝臟的100余個(gè)基因，這些基因表達(dá)的變化刺激脂肪分解和β氧化，抑制脂肪合成[18]。

5.3.2 T1AM對(duì)糖代謝的影響 一項(xiàng)小樣本的臨床研究顯示，糖尿病患者血清T1AM濃度顯著增加，且與糖化血紅蛋白和空腹血糖呈正相關(guān)。T1AM水平升高的患者血糖水平更高，胰島素分泌受損[2]。Klieverik等[19]給予大鼠靜脈(50 mg/kg)和腦內(nèi)注射(0.5 mg/kg)T1AM，均能迅速(10 min開(kāi)始)增加內(nèi)源性葡萄糖產(chǎn)物和血漿葡萄糖水平。

T1AM通過(guò)影響糖代謝調(diào)節(jié)激素，引起血漿葡萄糖升高。研究發(fā)現(xiàn)，無(wú)論靜脈和顱內(nèi)注射T1AM均能夠引起胰高血糖素和皮質(zhì)酮水平的升高，作用持久，而對(duì)血漿胰島素的影響僅在注射后10 min產(chǎn)生抑制作用，注射120 min后胰島素水平恢復(fù)到注射前水平。

近年來(lái)更多的研究證實(shí)，T1AM能夠抑制胰島素的釋放。T1AM能夠直接作用于α和β細(xì)胞的G蛋白耦聯(lián)受體，其對(duì)胰島素分泌是雙向調(diào)節(jié)的，其作用于TAAR1可刺激胰島素分泌，作用于α2A腎上腺素能受體則抑制胰島素分泌。在生理狀態(tài)下，T1AM主要通過(guò)α2A腎上腺素能受體抑制胰島素分泌。Lehmphul等[20]體外研究結(jié)果顯示，T1AM通過(guò)與胰島細(xì)胞細(xì)胞膜的甲狀腺激素跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)子結(jié)合，進(jìn)入到細(xì)胞內(nèi)，被細(xì)胞內(nèi)的單胺氧化酶降解為3-碘甲酰乙酸，T1AM和3-碘甲酰乙酸均能抑制線粒體F0/F1-ATPase，減少ATP的生成和葡萄糖依賴的胰島素分泌。

T1AM還能調(diào)節(jié)糖異生途徑。Ghelardoni等[21]發(fā)現(xiàn)，0.5～1 μmol/L T1AM 能夠增加肝臟酮體生成，刺激HepG2細(xì)胞的糖異生。

5.3.3 T1AM對(duì)蛋白質(zhì)代謝的影響 T1AM長(zhǎng)期作用的結(jié)果能夠促進(jìn)蛋白質(zhì)的分解代謝。T1AM治療 5～7 d的小鼠，出現(xiàn)纈氨酸、甘氨酸等蛋白質(zhì)代謝產(chǎn)物的增加。機(jī)體由碳水化合物的氧化轉(zhuǎn)向蛋白質(zhì)的氧化。因此，高劑量T1AM能夠減少肌肉張力和肌肉收縮的強(qiáng)度。迄今尚未報(bào)道短期T1AM治療對(duì)蛋白質(zhì)分解代謝的影響。通過(guò)激活FoxO-蛋白酶體信號(hào)及下調(diào)蛋白激酶B1-S6K信號(hào)，T1AM抑制代謝，誘導(dǎo)肌細(xì)胞肥大[22]。T1AM抑制代謝的作用主要通過(guò)激活蛋白質(zhì)分解代謝信號(hào)、抑制合成代謝信號(hào)，進(jìn)而誘導(dǎo)肌細(xì)胞萎縮，抑制多種代謝相關(guān)基因的磷酸化。

5.3.4 T1AM對(duì)內(nèi)分泌激素的影響 T1AM能作用于大鼠下丘腦-垂體-腎上腺軸，調(diào)節(jié)包括胰島素、糖皮質(zhì)激素和甲狀腺激素。觀察T1AM在大鼠體內(nèi)調(diào)節(jié)下丘腦-胰腺-甲狀腺軸，發(fā)現(xiàn)較低劑量(1.3 μg/kg)的T1AM能產(chǎn)生低血容量效應(yīng)，減少下丘腦c-fos的活性，增加血漿血糖，減少胰島素敏感性，降低血漿FT3水平。

T1AM抑制心臟的作用與甲狀腺激素作用相反，而它的代謝效應(yīng)卻與甲狀腺激素起到協(xié)同作用，均能促進(jìn)脂肪分解。

6 總結(jié)

大自然中的生命現(xiàn)象都是互相制衡，共同存在的。新近成為研究熱點(diǎn)的甲狀腺激素衍生物T1AM正是體內(nèi)拮抗甲狀腺激素生理作用的物質(zhì)。深入研究其作用信號(hào)通路和更多的生理學(xué)作用，可為包括治療心力衰竭、肥胖、糖尿病等提供新的治療方向。