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碘缺乏与碘过量对甲状腺功能的影响及其调控机制的研究

作　者: 王琨
导　师: 陈祖培；阎玉芹
学　校: 天津医科大学
专　业: 内科学
关键词: 碘缺乏碘过量碘化酪氨酸 1型脱碘酶钠碘转运体甲状腺过氧化物酶甲状腺球蛋白甲低
分类号: R581
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

碘是合成甲状腺激素的必需原料，甲状腺功能的正常发挥有赖于适当的碘摄入水平，碘缺乏与碘过量均可导致甲状腺形态与功能发生变化。目前国内外关于碘缺乏与甲状腺疾病的认识已经较为清楚，但碘过量对甲状腺功能的影响尚无定论。迄今的研究多集中于碘摄入水平与甲功关系这一现象的观察，对碘与甲状腺功能变化的剂量-效应关系及其具体调控机制的实验论证尚有待于进一步深入，且不同动物对碘缺乏与碘过量的反应性和耐受性有所不同，因此有必要建立不同的动物模型，就碘对甲状腺功能的影响及其可能的调控机制做系统而深入的研究。本课题以此作为立题依据，做了大量基础性研究工作，从多个角度和不同层面对上述内容进行了探讨。在本研究中，我们在成功建立了碘缺乏与碘过量的Wistar大鼠和Babl／c小鼠动物模型的基础上，首先从甲状腺组织内碘含量、甲状腺组织激素、血清甲状腺激素、甲状腺解剖学和组织学改变等方面对不同碘营养状态下甲状腺功能与形态的变化进行了观察。然后分别运用反相高效液相色谱法、离子交换层析结合放射性底物分析法、RT-PCR、实时荧光定量PCR、Western Blotting、免疫组化等技术对碘缺乏与碘过量时，甲状腺激素合成前体一碘酪氨酸（MIT）、二碘酪氨酸（DIT）含量、甲状腺组织1型脱碘酶活性、甲状腺激素合成相关基因—钠碘转运体（NIS）、甲状腺1型脱碘酶（D1）、甲状腺过氧化物酶（TPO）、甲状腺球蛋白（Tg）表达的变化进行了深入分析，为阐明甲状腺功能的具体调控机制提供了实验依据。生理状态下，甲状腺功能主要受到两种机制的调节，即下丘脑-腺垂体-甲状腺轴的调节和甲状腺的自身调节。我们的研究结果显示，当机体碘摄取量发生波动时，甲状腺自身调节首先作为一线保护机制而发挥作用，当其不能适应机体需要时，下丘脑-腺垂体-甲状腺轴作为二线保护机制而启动，以维持甲状腺助能，只有在失代偿时，才会出现甲状腺激素合成、释放障碍，进而出现甲状腺功能的异常。碘缺乏与碘过量时，上述两种机制对甲状腺功能的联合调控可表现在多个方面，现将本实验的研究结果及结论总结如下：1．碘缺乏对甲状腺功能的影响1．1尿碘排泄减少低碘组大鼠和小鼠尿碘水平与对照组相比显著降低。1．2甲状腺摄碘增强低碘组Wistar大鼠和Babl／c小鼠NIS mRNA和蛋白表达水平均明显上调，且此时NIS主要定位于细胞膜上，即绝大多数处于活性状态，具有转运碘的功能。甲状腺摄碘功能增强是机体对碘供应不足的重要代偿，以保证甲状腺内碘含量的相对稳定，在碘缺乏的早期具有重要意义。但长期、严重碘缺乏时，甲状腺内碘含量终会显著下降，结果显示，低碘组大鼠和小鼠甲状腺组织内碘含量均显著低于同期对照组。1．3 T₃合成相对增加，T₄合成相对减少碘缺乏时，甲状腺内MIT、DIT合成显著减少，同时甲状腺D1 mRNA表达有所增高，D1活性明显增加，以促进T₄转变为T₃，甲状腺组织内T₃、T₄水平均明显下降，但T₃／T₄升高。机体优先合成T₃以适应碘供应不足是一种经济有效的代偿机制，以生成更多的T₃满足大多数组织代谢的需要，避免周围组织甲低的发生。血清甲状腺激素的测定结果表明，碘缺乏早期，TT₃及FT₃略呈代偿性增高，但长期、严重的碘缺乏最终使机体失去代偿能力，机体呈现明显甲低表现。1．4 TPO基因表达上调碘的活化及酪氨酸的碘化与偶联加速，以促进甲状腺激素的合成，这是机体适应碘缺乏的又一代偿性表现。1．5出现滤泡增生性甲状腺肿长期碘缺乏时Wistar大鼠和Babl／c小鼠均呈现典型的滤泡增生性甲状腺肿。垂体前叶大量合成与分泌TSH，促进甲状腺细胞的增生、肥大。长期严重的碘缺乏时，虽甲状腺增生、功能活跃，仍不能维持正常的甲状腺功能而出现甲状腺功能低下。1．6低碘动物模型不存在种属差异无论是Wistar大鼠还是Babl／c小鼠对碘缺乏都是敏感的，在复制碘缺乏动物模型这一点上，不存在大鼠和小鼠的种属差异。由于大鼠的基因组更接近于人类，故大鼠更适合于构建低碘动物模型。总之，碘缺乏早期，机体通过启动下丘脑-腺垂体-甲状腺轴的神经内分泌调节和甲状腺自身调节，可形成一定程度的代偿，但长期、严重碘缺乏使机体最终进入失代偿状态，机体出现明显甲低和典型的滤泡增生性甲状腺肿。2．碘过量对甲状腺功能的影响2．1尿碘排泄增加机体从外界摄入的碘在体内并无潴留，多余的碘主要从肾脏被排出体外，各高碘组大鼠和小鼠尿碘排泄量和碘摄入量均呈平行关系。2．2甲状腺摄碘相对减少与对照组相比，各高碘组大鼠和小鼠NIS mRNA和蛋白表达均有所下降，且此时NIS从细胞膜上分布到细胞器，而失去跨膜转运碘的能力。NIS基因表达和活性受到抑制使甲状腺摄碘能力显著下降，碘过量时Wistar大鼠和Babl／c小鼠甲状腺组织内碘含量仅略有增加，与碘摄入量不呈平行关系。NIS表达的抑制保障甲状腺碘池的相对稳定，使甲状腺免受过量碘的损伤，是机体耐受高碘的一种重要保护机制，这也正是甲状腺自身调节的关键意义所在。2．3 T₃合成相对减少，T₄合成相对增加碘过量时，一方面甲状腺内MIT、DIT合成明显增加，其中DIT含量的增加更为明显，与碘摄入量呈剂量依赖性关系，同时MIT／DIT比值均有所降低，并随着碘摄入量的增加和干预时间的延长该趋势更为明显。另一方面，D1 mRNA表达均呈下降趋势，同时碘过量可明显抑制Wistar大鼠甲状腺D1活性，但对Babl／c小鼠甲状腺D1活性并无显著影响。甲状腺组织激素的测定结果表明，各高碘组大鼠和小鼠T₃／T₄均呈下降趋势，但仅在大鼠具有统计学差异。D1表达及活性的抑制是机体对碘过量的一种有效的代偿手段，使T₄向T₃转化减少，以保证血清中正常甲状腺激素水平，避免甲亢的发生。2．4甲状腺形态学改变长期碘过量导致小鼠出现明显的胶质潴留性甲状腺肿，而Wistar大鼠并未出现高碘性甲肿，但在组织学上显示出一定程度的胶质潴留及TSH刺激征象。轻、中度碘过量时，机体通过甲状腺自身调节尚可维持甲状腺功能、形态正常，而长期、重度碘过量时，甲状腺的自身调节己无法维持甲状腺内环境的稳态，同时由于甲低趋势的出现，下丘脑-垂体-甲状腺轴的调节作用被启动，从而出现甲状腺滤泡增生等TSH刺激征象。2．5高碘动物模型存在明显种属差异研究结果显示，Wistar大鼠和Babl／c小鼠在对碘过量的调节能力上具有明显差异，主要体现在以下几个方面：2．5．1二者在维持甲状腺组织碘水平稳定的能力上存在差异，Wistar大鼠在100HI组甲状腺内碘仅增加2倍，而Babl／c小鼠50HI组甲状腺内碘已增加5倍。2．5．2碘过量可明显抑制Wistar大鼠甲状腺D1活性，但对Babl／c小鼠甲状腺D1活性并无显著影响。大鼠和小鼠甲状腺组织内T₃／T₄均呈下降趋势，但仅在大鼠具有统计学差异。2．5．3长期碘过量导致小鼠出现明显的胶质潴留性甲状腺肿，而Wistar大鼠并未出现高碘性甲肿。上述结果提示，Wistar大鼠和Babl／c小鼠对碘过量均具有一定程度的适应和耐受能力，但大鼠对高碘摄入具有更强的适应代偿能力，因此小鼠更适合于构建高碘动物模型。总之，长期碘过量时，机体通过甲状腺自身和下丘脑-垂体-甲状腺轴的双重调节，使Wistar大鼠和Babl／c小鼠表现出一定程度的适应能力。如代偿机制有效，将改变甲低状态而逐渐恢复正常的甲状腺功能；如代偿无效，机体则进入明显甲低状念。不同种属对碘过量的调节能力上具有明显差异，面对长期碘过量时，Wistar大鼠则显示了更强的适应和耐受能力。综上所述，在本研究中我们从宏观和微观，即整体和分子水平对不同碘营养状态下甲状腺功能的变化及其可能的调控机制进行了系统而深入的探讨，为相关领域研究提供了科学合理的解释与论证，奠定了一定的方法学基础，具有重要的理论意义和实际应用价值。

全文目录

Glossary  6-8
概要  8-12
Summary  12-17
第一部分碘缺乏和碘过量动物模型的建立及其对甲状腺功能与形态的影响  17-53
  摘要  17-19
  Abstract  19-20
  前言  20-22
  材料与方法  22-30
  结果  30-43
  讨论  43-51
  小结  51-53
第二部分甲状腺组织一碘酪氨酸、二碘酪氨酸含量及1型脱碘酶活性的测定  53-79
  摘要  53-54
  Abstract  54-55
  前言  55-57
  材料与方法  57-61
  结果  61-67
  讨论  67-78
  小结  78-79
第三部分碘缺乏与碘过量对甲状腺激素合成相关基因表达的影响  79-120
  摘要  79-80
  Abstract  80-81
  前言  81-83
  材料与方法  83-95
  结果  95-105
  讨论  105-119
  小结  119-120
总结  120-128
参考文献  128-142
致谢  142-143
个人简历  143-144
附录  144-146

碘缺乏与碘过量对甲状腺功能的影响及其调控机制的研究

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