七、3型脱碘酶

尽管D1具有一定的内环脱碘作用，但D3具有更强大的内环脱碘作用，是T3和T4的主要失活酶。D3催化T4向rT3转化，同时催化T3向3，3'T2转化的过程，这都是生物性失活过程。D3的主要作用是防止局部组织内的甲状腺激素含量过高，最早被发现于猴子的肝癌细胞（NCLP6E）中，其生物学效应在大鼠的中枢神经系统得到证实。D3不仅存在于人体的中枢神经系统、胎盘和皮肤组织中，也存在于新生儿肝脏和孕鼠的子宫中。在人体中，血管瘤组织中的D3活性最高。在两栖动物中，D3在发育过程中起到了重要作用。在蝌蚪的变态发育过程中，D3高表达于变态前及变态的过程中，随后明显下降。在哺乳动物中，D3在甲状腺激素的代谢平衡中起到了关键作用，它可以防止胎儿暴露于过量甲状腺激素，而过量甲状腺激素可以导致出现畸形、神经退化，影响发育，甚至导致死亡。在胎儿和新生儿，D3的表达具有高度的组织特异性。利用D3敲除动物同样证实了D3在胚胎发育初期在促进发育方面具有重要作用。

1.基因和结构：D3的基因位于人染色体的14q32和小鼠染色体的12F1位点。人和小鼠的D3基因独特之处在于它们都没有内含子，这在真核细胞中十分罕见。小鼠的D3基因倾向遗传来自于父亲的等位基因。人类D3的mRNA含有2066个核苷酸，其中220bp位于5'非转录端，834bp位于开放解码区，1012bp位于3'非转录端[23]。D3的cDNA含有硒半胱氨酸编码的TGA密码子，并且在3'端还有一个SECIS元件。在人类和其他物种中，D3基因具有高度的同源性，特别是在特定的硒代半胱氨酸区域。D3从蝌蚪到人类均有着高度的保留性，提示其在胚胎发育的过程中，在调节甲状腺激素失活中起到了重要作用。D3的mRNA长度一般为2.3kb，但在大鼠中枢神经系统存在4种不同结构的mRNA，甲状腺激素可以改变它们的相对含量。

2.组织分布：D3广泛存在于多种物种中，特别是广泛存在于大鼠中。在成年大鼠中，D3主要位于中枢神经系统和皮肤中。除此之外，在新生大鼠中，D3也存在于骨骼肌、肝脏和小肠中。利用杂交分析技术，D3的mRNA存在于所有成年大鼠的脑组织中，特别是在海马神经节细胞、颗粒细胞、大脑皮层Ⅱ～Ⅵ层。值得注意的是，这些区域含有高浓度的甲状腺激素受体，并与认知、记忆、学习功能有关。另外，D3的mRNA表达随着发育的不同时期而发生变化。在大鼠出生时，D3的mRNA选择性表达于终末条纹细胞、视前叶区域和其他功能核区，如中枢杏仁核，这些区域都跟性格发育有关。D3在这些区域中存在的时间很短，在大鼠出生后10d时即可消失。D3主要存在于神经元中，但也表达于星形胶质细胞中。

在新生儿的血管瘤组织中存在高表达的D3的mRNA和活性[24]。特别是患有巨大肿瘤的新生儿，甚至可以出现消耗性甲状腺功能减退症，这与T3和T4的过度代谢有关。此病也可出现于肝脏大血管瘤的成年患者中。D3也存在于大鼠胎儿的视网膜细胞中，少量存在于人类视网膜细胞中。由于皮肤组织中的rT3含量最高，如前文所述，D3也表达于成年大鼠的皮肤组织中。另外，D3也存在于大鼠、猪和人类胎盘，是目前所知的胎盘组织中最主要的脱碘酶。除胎盘外，在孕鼠的子宫中也发现了大量D3的表达。子宫着床位点的D3含量为胎盘部分的2倍。羊膜、绒毛膜、胎儿皮肤、气管、支气管上皮、间皮组织和小肠上皮组织也发现D3的存在。

3.甲状腺激素对D3的影响：尽管机制尚不完全明确，D3和甲状腺功能的平衡关系已经得到证实。在蝌蚪的爪蟾细胞中，在变态发育早期给予注射T3可以显著增加D3的活性。在大鼠中，T3可增加中枢神经系统中D3的活性，并且甲减会导致大鼠D3的活性下降。通过原位杂交技术发现，当甲亢时，中枢神经系统中的D3表达可以增加4～50倍，同时，小脑组织中的D3表达也可显著增加。T3增加D3的mRNA表达的机制尚不得而知。D3基因的启动区域可以被T3所刺激，但是刺激的强度与T3对D3活性的增加并不一致。细胞学实验发现10nmol/L的T3或T4即可增加D3的活性，并在干预后的48h上升到最高。

4.性激素对D3的影响：D3可以在子宫组织中表达，并在妊娠期升高。在大鼠中，子宫D3在受精卵着床或假孕大鼠蜕膜化时显著升高，而在非蜕膜的子宫角附近的组织中变化很小。D3在基质细胞诱导蜕膜化的过程中高表达，脱碘酶抑制剂可显著抑制蜕膜化过程，干涉D3的基因表达也可抑制蜕膜化过程。在具有正常生理周期的大鼠中，研究发现，在发情期时，D3的活性可以增加3～8倍。另有实验发现，将大鼠卵巢切除，后注射雌二醇和孕酮，子宫的D3活性发生相似变化，证实雌二醇和孕酮可以调控子宫中的甲状腺激素的代谢过程。着床同样是子宫D3活性增加的刺激因素[25]。(https://www.daowen.com)

5.其他因素对D3的影响：在细胞学实验中发现，各种可能引起血管膜发生信号通路变化均可影响D3的活性。举例来说，当细胞暴露于12-O-TPA（蛋白酶C激动剂）、成纤维细胞生长因子（Fibroblast Growth Factor，FGF）、表皮生长因素（Epidermal Growth Factor，EGF）、血小板源性生长因子（Platelet Derived Growth Factor，PDGF）、cAMP时，D3活性显著增加。其中，TPA和FGF对于D3活性和mRNA的刺激作用可能与MEK/ERK信号通路有关。除此之外，大鼠D3的基因表达也具有周期性变化的特点，这种变化与机体免疫系统等有关，目前研究较少。

在许多疾病的过程中，都会出现低T3和高rT3的情况，称之为低T3综合征，或称甲状腺功能正常的病态综合征[26]。特别是在多器官功能衰竭和其他严重疾病的患者中，肝脏的D1活性下降，但肝脏和骨骼肌中的D3上升，这提示在疾病状态下，T3和T4是具有组织特异性的，具体表现为T4的合成功能下降和T3分解功能上升。同样，实验发现在心衰的大鼠心肌细胞中的D3活性上升，特别是右心室心肌D3活性显著升高，提示D3与心衰相关[27]。另外，在进行器官再灌注的患者中也发现了相似的D3变化。心肌D3的活性上升，可以减少组织内T3水平，降低心脏做功，维持心脏代偿状态[28]。临床中发现1型糖尿病患者发生酮症酸中毒时，D3的mRNA表达明显高于对照组，随着酮症酸中毒的纠正，D3的mRNA表达水平逐渐下降，但14天时仍未降至对照组水平[29]。饥饿可以使鸡肝脏D3水平增加3倍，并伴随出现血清T3水平下降。正常大鼠坐骨神经中没有D3的表达，但在神经受到横断伤及冻伤时，D3表达迅速增加。另外，缺氧也可致海马、下丘脑、延髓和脊髓的D3的mRNA表达水平发生空间的特异性改变。

6.D3与肿瘤：通过肿瘤来源的细胞系研究发现，基底细胞癌、肝癌、乳腺癌、结肠腺癌、甲状腺癌、子宫内膜癌和神经母细胞瘤的D3表达增加[30]。肝脏巨大血管瘤组织D3活性增加，严重时可导致“消耗性甲减”（详见下文）。与正常皮肤角化细胞相比，升高的D3活性降低了基底细胞癌的细胞对甲状腺激素的利用，其机制可能与这些细胞的增殖速度增加有关。具有BRAFV600E 突变的乳头状甲状腺癌的患者中D3表达水平上调。在这些肿瘤中，D3活性的增加也与肿瘤的转移速度呈正相关。在良性腺瘤和结肠癌的患者中，D3的表达与肿瘤的病理组织学分级呈负相关，提示D3可能是肿瘤的早期指标。

7.人类3型脱碘酶小结：人类3种脱碘酶的特点见表9-1。

表9-1　人类3种脱碘酶的特点