甲状腺结合球蛋白

甲状腺结合球蛋白（Thyroxine-Binding Globulin，TBG）是哺乳类动物（包括人类）体内转运血清甲状腺激素的最主要的转运体。TBG是一种分子量为54kD的酸性糖蛋白，在传统的蛋白电泳中迁移位置在α球蛋白迁移带中，pH=8.6。TBG不只可以结合T4，同时也可以结合T3和反T3（rT3）。1952年首次发现TBG是血清中最主要的甲状腺激素的转运蛋白[4]。由于TBG可以结合75%的血清T4和T3，它的数量和质量的变化会对血清中整体甲状腺激素的水平有明显的影响。在正常人体内的TBG完全饱和时可以携带20μg/dL血清的T4。TBG的生物半衰期约为5d，TBG在血清中稳定存在，但是当温度到达55℃以上或pH低于4的情况下会迅速变性失去结合激素的能力。在60℃时变性的半衰期为7min，但结合了T4的蛋白具有更好的稳定性[5]。

TBG在肝脏中合成，原始的肽链长度为415个氨基酸，成熟的肽链除去了信号肽，由395个氨基酸（44kD）和4个末端带有5～9个唾液酸的杂多糖单元组成。糖链不参与激素的结合，但在翻译后修饰和蛋白的分泌中起到重要作用，同时可参与形成TBG等电点上多种亚型（微不均一性）。所以TBG等电点的范围在4.2～4.6之间。TBG同时也在肝脏中被清除，唾液酸单元被脱唾液酸糖蛋白去除后会加快TBG的代谢，代谢率可以提高500倍左右，但目前尚不清楚，这一机制是否是TBG正常代谢的必要过程。属于丝氨酸蛋白酶抑制剂A7家族的TBG的一级结构早在1989年就通过TBG cDNA的碱基序列推导出。每个TBG分子由4个碳水化合物链组成，包括以下寡糖残基、10个唾液酸、9～13个半乳糖、甘露糖和20个氨基葡萄糖。17年后Zhou 等[6]发现了TBG的3D结构，解释了人类非糖基化的TBG如何结合T4；T4结合在H螺旋和α螺旋以及3～5个β折叠形成的口袋结构内，T4同TBG口袋结构通过残基之间的疏水力和T4的氨基丙酸与残基之间的氢键相结合。T4呈一个顺势构象，如同HSA-T4的晶体结构。TBG与其他丝氨酸蛋白酶抑制剂不同的是，它有一个上半部分完全打开的α折叠结构，这样的结构可以使反应中心的肽环很容易从折叠中移入和移除，从而调整T4结合和释放的平衡。肽环的移入可以引起结构的改变，引起口袋结构的缩紧和T4的释放。因此，TBG已经调整了丝氨酸蛋白酶抑制剂的抑制基础，形成了一个可逆的触发转换体，可以从一个高亲和力的状态变为一个低亲和力的状态。这种复杂的随时可以触发结构变换的分子机制表明TBG已经进化到可以调整向靶组织释放T4的剂量。包括TBG完整的形态、未结合激素的形态。这一发现说明T4与TBG的结合和解离不是由于一个控制结合位点活性的开关引起的，而是通过结合位点结构平衡的改变产生的。TBG结构的变化可以导致T4的亲和力下降6倍，但并不是完全失去亲和力。由于蛋白酶参与了T4同TBG的结合和解离，那么推测温度对甲状腺激素释放起到一定调节作用。

表8-1　人体主要的甲状腺激素转运蛋白的特点

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注：a：这3种成熟的甲状腺转运蛋白，相应的前体残留长度分别为415、146和609。
b：TBG迁移的峰值分布在α1球蛋白和α2球蛋白之间。正常白蛋白和异白蛋白的共存导致了杂合子体内出现了两个白蛋白波峰（双白蛋白血症），这一现象并未干扰甲状腺激素的稳态。
c：白蛋白同时也结合了循环中6.3%的皮质醇、21%的二氢睾酮和60.8%的雌二醇。
d：电泳法和免疫沉淀法的差异来自于电泳过程中存在其他可以和T4结合的其他蛋白质增大了转运率。假设两种未被免疫沉淀法检测出的α球蛋白的T4转运率都约为0.7%，那么由α1-AT、α1-ACT、AT-Ⅲ，皮质醇结合蛋白和高密度脂蛋白结合的循环T4转运率平均比例将升高到6.3%。因此由TBG承担的64%的转运率被高估了至少6%。如果通过免疫沉淀法测定的由TBG承担的49%的转运率是准确的话，那么还有9%的转运率由其他α蛋白参与进行。

TBG由人类X染色体长臂的单个基因拷贝进行编码（Xq22.2）。该基因由横跨5.5kbp的5个外显子组成。第一个外显子是一个小的非编码的序列，它的启动子是一个TATAA盒和一个由177个核苷酸组成的肝细胞转录因子1（Hepatocyte Transcription Factor-1，HTF-1）进行调节的，使这一基因有很强的肝脏特异性转录活性。外显子的数量和大小，以及其内部的分界、内含子的连接和它们编码的氨基酸序列都是类似于丝氨酸蛋白酶抑制剂家族的其他成员的[7]。TBG基因的215～291片段和365～395片段是人类TBG最保守的片段，与其他哺乳动物TBG的相似度＞95%；同时，哺乳动物和人类的TBG的解离系数（Ka）也是相一致的。

TBG分子具有一个可以同激素结合的位点，与T4的亲和力高于T3的亲和力。最佳的结合位点需要存在一个丙氨酸侧链，一个未被利用的4-羟基基团，一个二苯醚桥和卤族元素的插入。与左甲状腺素同TBG的结合力相比，右旋T4只有其一半，四碘甲酰乙酸是其亲和力的25%，而rT3则比其亲和力高40%。研究发现一系列有机化合物可以同激素竞争与TBG结合，其中最重要的有：苯妥英钠和水杨酸类，服用此类药物会影响T4同TBG的结合。表8-1中显示的通过电泳法（Zone Electrophoresis， ZE）和放射免疫沉淀法（Radioimmunoprecipitation，RIP）测定的TBG的水平存在差异，这一差异被认为是TBG在迁移过程中与其他球蛋白有重叠而引起的，而TTR和HAS不存在与其他蛋白共迁移。血清中的TBG蛋白浓度为2mg/dL，血清中含有7g/dL的总蛋白，其中0.98g/dL为α球蛋白，TBG只占血清α球蛋白的0.2%。因此，许多其他可以结合TH的球蛋白会影响电泳法中TH结合率的计算。电泳法测定的各种TH转运蛋白的条带，包括能结合3%循环TH的脂蛋白（Lp）、TBG同源的α1-AT（Serpin A1）、α1-糜蛋白酶（α1-ACT或Serpin A3）、抗凝血酶Ⅲ（AT-Ⅲ或Serpin C1）、类固醇结合球蛋白（CBG）、非同源性的1-酸性糖蛋白和性激素结合球蛋白（SHBG，属于β球蛋白）。其他能转运T4的转运蛋白还包括AFP和载脂蛋白。Serpins只有一个TH的结合位点，其对T4的相对亲和力高于T3，但是T4的解离系数远远低于TBG。它类似于TTR（下一部分详述），Serpins表达在脉络丛的室管膜细胞上，首先在成人的神经元中发现，是TBG的同源神经丝氨酸（Serpine1）。这种蛋白的变异引起的痴呆是一种常染色体显性遗传病[8]。神经丝氨酸很可能是一种低亲和力的TH的转运蛋白，这种亲和力的降低有利于促进由神经丝氨酸主导的突触聚合。