甲状腺富集转录因子的功能基因组学

NKX2-1/TTF1是一种具61氨基酸-长链DNA-结合同源域的功能位点的转录因子，进行识别、结合特异性DNA序列。从果蝇到人类，都保存着同源域序列。NKX2-1/TTF1最初在大鼠甲状腺细胞系列中，作为能结合特异序列Tg启动子的核蛋白。相关的cDNA随后被复制，对比序列分析表明，NKX2-1/TTF1具有相当程度的Drosophila NK-2级同源域蛋白的同源等级。

NKX2-1/TTF1是NKX2族转录因子的一种，由名为NKX2-1的小鼠单基因和NKX2-1人类基因编码，分别位于12号染色体上和14号染色体长臂13号位[19]。该基因由至少3个外显子组成，表达多种转录产物。最丰富的就是短异构体，编码人类42kDa蛋白，长371氨基酸的一个2.3kb mRNA；在肺中，也检测到这种长蛋白。功能性研究表明，同源域只对DNA连接有效，然而反式激活活性存在于两功能位点：N和C分别位于蛋白质的NH2和COOH末端。事实上，认为NKX2-1/TTF1的一部分耦合子特异性地结合在N或C功能位点。NKX2-1/TTF1在多个丝氨酸残基被磷酸化。这种翻译后修饰可以调节NKX2-1/TTF1的活性。事实上，让实验小鼠模型隐藏磷酸化NKX2-1/TTF1等位基因，发现甲状腺和肺都存在分化受损现象。

表3-1　小鼠甲状腺发育相关基因的表达和不同阶段产生甲状腺激素能力

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全面地研究了啮齿类动物中NKX2-1/TTF1的表达方式。NKX2-1/TTF1在甲状腺、肺、脑中表达。从小鼠胚胎发育的甲状腺原基（E8.5）中能检出NKX2-1/TTF1[8]。有趣的是，NKX2-1/TTF1也出现在第四咽窝后鳃体的上皮细胞中[14]。NKX2-1/TTF1在成熟甲状腺滤泡C细胞和滤泡旁C细胞中持续表达。胚胎发育过程中，可在发育中气管和肺中检出NKX2-1/TTF1，然而在成熟个体中，则出现在支气管上皮Clara细胞和Ⅱ型肺泡细胞中。至于脑中，NKX2-1/TTF1在发育的间脑中表达，比如下丘脑区域和从神经垂体发育而来的漏斗[8]。NKX2-1/TTF1在成熟下丘脑中的表达是微弱的，但是在青春期前被上调[20]。人类胚胎NKX2-1/TTF1的表达途径与小鼠无异，除外人类中检测不出第四咽窝的NKX2-1/TTF1[1]。发育甲状腺中，NKX2-1/TTF1是PAX8、HHEX和FOXE1网络的一部分。另外，NKX2-1/TTF1启动子包含FOXE1、FOXE2和Gata6的结合位点及肺发育所需因子。

通过基因靶向实验，研究该转录因子的体内作用。缺少NKX2-1/TTF1，新生小鼠出生后立即死亡，并且存在肺和脑的异常形态生成，缺少甲状腺和整个垂体[21]。无NKX2-1/TTF1基因的新生儿中，肺组织表现出缺少正常肺实质囊性扩张结构[21]。而且，气管软骨环数量减少不与食管分离。至于脑组织，前脑腹侧区域改变明显，神经垂体和垂体前叶缺失。由于缺少来源于垂体的信号，肾上腺形态发生也受损[21]。在无NKX2-1/TTF1胚胎中，甲状腺原基位于正常位置，但腺体的形态生成受损。甲状腺始基在E10时是发育不全的；随后可能由于细胞凋亡而退化。后鳃体经历相同过程，成形，然后在E12时退化[14]。因此，NKX2-1/TTF1对早期甲状腺滤泡细胞和甲状腺滤泡旁细胞的作用可有可无。然而，所有形成甲状腺的细胞类型需要NKX2-1/TTF1；缺少这一转录因子，检测不到甲状腺原基。另一类小鼠，只在器官形成中期破坏NKX2-1/TTF1转录因子，表现出不同的表型，呈现甲状腺滤泡萎缩或滤泡细胞数量减少[22]。成人需要NKX2-1/TTF1转录因子来完成甲状腺滤泡结构。

细胞增殖与分化是胚胎形成和癌症的标志性现象，研究NKX2-1/TTF1在癌症细胞中的作用可以提供该转录因子其他生物功能。生殖系统的某种突变，产生NKX2-1/TTF1变异蛋白（A339V），在患不伴甲状腺乳头状癌（PTC）的甲状腺肿患者中发现，而其直系亲属存在伴PTC的甲状腺肿病史的患者[23]。过度表达变异的NKX2-1/TTF1蛋白，甲状腺细胞增殖加剧，活化周期调节基因，甲状腺特异性基因表达受损[23]。