六、2型脱碘酶

1.基因和结构：D2是一个外环的硒蛋白脱碘酶，催化T4向T3的转化过程。D2广泛存在于骨骼、皮肤、肌肉组织等，是血清T3的主要来源。T4可以从转录层面导致D2的活性下降，抑制D2活性。D2的基因以单体形式表达于人类的14q24.3染色体，长度为15kb，被1个内含子分成了2个外显子，大约7.4kb。人类和小鼠组织相同，外显子和内含子的分界点均在密码子75的位置。在人类基因中，有3个转录起始位置，分别为707、31和24核苷酸起始密码子。最长的5'内含子大约为300bp[9]。人类、大鼠和小鼠的D2基因也已经被定位与定性。它们都包含着一个cAMP反应元件，但是只有人类的D2基因中含有甲状腺转录因子1（TTF1）。人类、大鼠和鸡的cDNA都包含一个完整的3'非转录区域，人类和大鼠的mRNA大约为7.5kb，而鸡的为6kb。利用核酸酶图谱，引物延伸法和Northern Blot，证明人类D2的mRNA在甲状腺、脑和其他组织中存在4种不同的转录形式。最长的转录体为7.5kb，存在于胎盘组织，另一个稍短的转录体为7.2kb，二者均在相同的起始位置，大约含有300bp。另外两个更短的转录体长度为6.8kb，两者仅有7个核苷酸的区别。目前，尚不得而知大鼠和小鼠是否使用相同的密码区，但可能在脑组织中相同。据推测鸡、大鼠、小鼠和人类的D2基因含有两个硒蛋白的保留区域，分别在酶的活性中心和碳端。鱼和青蛙的D2含有一个硒蛋白区域，位于酶的活性中心。位于碳端的硒蛋白对于人类D2的活性和酶促动力学没有影响。

2.D2的组织分布：在啮齿类动物中，D2主要位于垂体、脑、棕色脂肪组织，同时，也表达于骨、性腺、松果体、胸腺和大鼠的尿道组织、乳腺。D2的mRNA也在新生小鼠的耳蜗组织中高表达，提示甲状腺激素在耳蜗发育过程中的作用。在新生仔鼠的脑皮质中，D2表达于星形胶质细胞和脑室膜细胞，其作用将在后文详述。在人体中，D2表达于血管平滑肌、甲状腺、心脏、脑、脊髓、骨骼肌和胎盘，少量表达于肾脏和胰腺[10]。甲状腺D2的mRNA的数量比其活性高出很多。但Graves病和甲状腺滤泡状腺瘤的所致甲亢的患者中，D2的mRNA和活性均很高。这种mRNA和活性的表达差异可能与D2的底物泛素化有关。D2的mRNA也存在于前列腺、乳腺和尿道中，但没有在这些组织中发现D2的活性。另外，在脑瘤细胞、角化细胞和间皮瘤细胞中也发现了D2的活性。

3.D2的合成调节过程：D2基因受到cAMP通路的调控，毛喉素（Forskolin，腺苷酸环化酶激活剂）可增加人类甲状腺细胞中的D2的mRNA的表达。甲减大鼠甲状腺D2活性增加。冷刺激可以增加啮齿类动物的棕色脂肪组织中的D2的活性和mRNA表达[11]，α受体阻断剂和β受体阻断剂可以影响这一过程。在卵巢切除大鼠中，孕酮的水平与D2表达具有正相关关系。另外，胰岛素、葡萄糖、去甲肾上腺素、异丙肾上腺素也可增加棕色脂肪组织中的D2活性，生长激素可抑制D2活性。cAMP可以增加间皮细胞瘤细胞和大鼠星形胶质细胞的D2活性，同样尼古丁和cGMP也有类似作用。人类、大鼠和小鼠的D2中均含有cAMP的反应元件，当D2的基因与α激酶A共表达时，D2的活性增加10倍。若后者发生突变时，基础状态下的D2的表达可减少90%。最新体外实验发现，D2也可能与PI3K/AKT通路有关。借助血管膜受体（TGR5），胆汁酸可以通过激活cAMP通路，增加棕色脂肪组织和骨骼肌的D2表达。这个过程可以使体温上升和防止出现食物性肥胖[12]。另外，黄体酮（Progeterone）也可以激活cAMP，刺激棕色脂肪组织和骨骼肌中的D2表达，这种现象可以为肥胖的治疗提供帮助[13]。尽管人甲状腺组织D2的mRNA含量较高，但在大鼠FRTL-5甲状腺细胞中，却未发现D2的活性和mRNA表达。在成年大鼠的甲状腺细胞中，mRNA的表达很低，并且几乎没有活性。人类D2的表达受到TTF1的调控，但不受到PAX8的影响。人类D2有2个TTF1结合位点，而大鼠不含有TTF1位点。TTF1位点的缺乏可能与大鼠甲状腺中的D2活性和表达很低有关。(https://www.daowen.com)

4.D2的代谢调节过程：甲状腺激素在转录前和转录后层面调控D2的活性。实验证实给予大鼠左甲状腺素可使D2的mRNA表达减少80%。另外，多种其他因素也参与调控D2的活性。在高等脊椎动物中D2的mRNA长度超过6kb，包含长5'和3'非转录区[14]。D2的5'非转录区含有超过600个核苷酸，包括3～5个短的开放编码区，它们使D2的表达减少5倍。由于mRNA转录子在长度上与D2的mRNA相似，通过可变剪接（Alternative Splicing）可以调控D2合成。可变剪接是指基因的一个mRNA前体通过不同的剪接方式（选择不同的剪接位点）产生不同的mRNA剪接异构体。可变剪接是调节基因表达和产生蛋白质组多样性的重要机制，是导致真核生物基因和蛋白质数量较大差异的重要原因。D2活性与D2的mRNA比值在不同组织间变化很大，说明存在D2转录后的调控机制。D2的存在具有自我调节的能力，一般状态下D2的半衰期为40min，当底物T4充足的条件下可以缩短至25min，而在底物T4缺乏时可延长至300min。这种反馈调节过程可以在T4剂量不足时，有效地保证T3的剂量。在细胞分子层面，D2的活性受到泛素蛋白的调控。泛素化的D2可以被相关蛋白酶识别并降解，这个过程最早发现于GH4Cl细胞中[15]。GH4Cl细胞产生的内源性D2在一种蛋白酶抑制物MG132的作用后活性加强。除此之外，去泛素化蛋白VDU1和VDU2也参与调控了D2的代谢[16]。长时间的高碘饮食可以抑制D2的活性，其机制可能与D2泛素化过程有关[17]。

5.碘营养水平对D2的影响：严重的碘缺乏可以增加大鼠中枢神经系统D2的mRNA表达[18]。其中，大脑皮层和海马的反应最为明显，小脑、下丘脑旁和下丘脑内侧基底部及垂体反应稍弱。在碘缺乏时，中枢神经系统存在D2的转录后调节过程。碘缺乏可以使大鼠大脑皮层D2表达增加19倍，也可使甲状腺、垂体和棕色脂肪组织的D2表达增加约6倍[19]。另有研究发现，随碘摄入量增加及摄碘时间的延长，Wistar大鼠垂体D2活性整体呈下降趋势[20]，其中8周50倍高碘组大鼠垂体D2活性比较正常对照组下降25%，12周10倍和50倍高碘组大鼠垂体D2活性比较正常对照组下降大于50%，24周10倍和50倍高碘组大鼠垂体D2活性比较正常对照组下降大于70%。8周50倍高碘组，12周10倍、50倍高碘组，24周10倍、50倍高碘组显著降低。但Wistar大鼠垂体D2蛋白表达量和mRNA表达水平各实验组各时点与正常对照组无显著差异。

6.创伤、应激和禁食等因素对D2的影响：脑部外伤可以导致星形胶质细胞D2的mRNA表达增加。周围神经通过神经鞘中的D2在局部产生T3。另外，轻度的应激反应即可增加大鼠脑组织中D2的活性，但其中的机制尚不得而知。利用原位杂交技术证实，大鼠在禁食后下丘脑D2的mRNA表达增加。另一项研究发现仅仅禁食12h，大鼠下丘脑D2的mRNA表达出现增加，并对下丘脑的摄食中枢产生刺激作用。另外，新生大鼠中枢神经系统D2的mRNA表达水平具有空间特异性。缺氧可致海马、下丘脑、延髓和脊髓的D2的mRNA表达水平改变，进而影响局部甲状腺激素水平[21]。有研究发现某些血脂药物可能增加D2的活性，但需进一步研究[22]。多溴二联苯等多种化合物及甲状腺干扰物也可抑制D2活性。