作者：AureaOrozcoandCarlosValverde-R
发表院校：墨西哥国立自治大学
发表期刊：ThyroidOfficialJournaloftheAmericanThyroidAssociation
[1]OrozcoA,Valverde-RC.Thyroidhormonedeiodinationinfish.[J].ThyroidOfficialJournaloftheAmericanThyroidAssociation,,15(8):.
摘要：
我们回顾了过去十年中积累的关于鱼类中碘甲状腺原氨酸脱碘酶(ID)的生理、生化和分子特征的实验证据。无颌类、软骨鱼类和硬骨鱼类表达ID的三种同种型：ID1、ID2和ID3，它们负责甲状腺激素(TH)生物活性的外周微调。在分子和操作水平上，鱼类ID与其对应的脊椎动物对应物共享属性。然而，鱼类ID也表现出离散特征，这对于鱼类物种来说似乎是独特的。事实上，硬骨鱼ID1对丙硫氧嘧啶(PTU)抑制具有明显的抵抗力，其对甲状腺状态的反应与其他ID1所表现出的反应不同。此外，高水平的ID2活性及其在硬骨鱼肝脏中的表达在脊椎动物中都是独一无二的。碘甲腺原氨酸脱碘在鱼体内由TH调节的功能中的生理作用尚不完全清楚。尽管如此，目前的实验证据表明，IDs可能以组织特异性方式协调和促进碘甲状腺原氨酸和其他激素的作用。
1、简介
鱼类约占所有脊椎动物的60%，它们拥有种类最多的物种，包括许多具有重要经济意义的物种。例如，有超过21,种osteichthyes（硬骨鱼），是迄今为止任何种类的颅骨中现存物种数量最多的。此外，鱼类已经适应了盐度、酸碱度、应激和其他条件差异很大的栖息地，这些条件使它们与大多数陆地物种的栖息地不同。因此，对这些大量生物的代表性个体的外周碘甲状腺原氨酸脱碘活性的系统研究为关键代谢途径的调节提供了独特的见解。
本次综述的目的是批判性地讨论有关鱼类外围ID活动的当前知识。利用从年代初期到中期涵盖该领域的几篇权威评论，我们将主要处理过去十年的文献。目前调查主要集中在那些对催化鱼体内碘甲状腺原氨酸外环和内环脱碘（分别为ORD和IRD）的酶组进行更规范的生化和生理表征的研究。该信息支持这样一种观点，即与脊椎动物类似，除了两栖动物的明显例外，鱼类表达负责甲状腺激素(TH)生物活性外周微调的三种ID同种型。此外，硬骨鱼类碘甲状腺原氨酸脱碘酶1、2和3型（ID1、ID2和ID3）都是硒蛋白，并且与其他脊椎动物ID共享它们对硫醇供体的依赖及其体外底物偏好。该信息还揭示了鱼类ID与其他脊椎动物ID之间的许多生化和生理差异。例如，鱼的ID对各种碘甲状腺原氨酸和硫脲衍生物的抑制敏感性有显着差异。除了它们独特的器官分布外，鱼的ID在对底物供应和其他调节信号的反应方面表现出明显的差异。因此，目前的讨论将集中在表征鱼类ID的这些不同特征上，总结那些似乎被普遍接受的方面，同时强调有争议或不确定的问题。在达成一致的领域，参考文献仅限于关键贡献或评论文章，在有争议的领域，提供了更详细的信息。
2、鱼中的碘甲状腺原氨酸二碘化酶：概述
ID是甲状腺激素作用机制中必不可少的第一步。立体特异性和顺序酶催化从激素原甲状腺素(T4)中去除碘原子会产生三碘甲腺原氨酸和二碘甲腺原氨酸（分别为T3和T2）的活性和非活性异构体。TH的这种生物转化几乎发生在生物体的每个组织中。因此，它被称为外周碘甲状腺原氨酸脱碘，并由一类还原性脱卤酶（通常称为碘甲状腺原氨酸脱碘酶或ID）催化。这些酶具有不同的催化特性，并以组织和发育特异性方式表达。两种脱碘酶ID1和ID2通过将T4转化为T3来提供激活或外环脱碘途径。失活或内环脱碘途径主要由ID3催化，ID3将T4和T3转化为无活性代谢物（分别为反向三碘甲状腺原氨酸[rT3]和3,3-二碘甲状腺原氨酸[T2]）。因此，外周ID以器官特异性方式严格调节循环水平和局部细胞内活性和非活性THs浓度。迄今为止克隆的所有ID都包含48个氨基酸的高度保守（大约70%同一性）分子特征，包括活性位点中修饰的氨基酸硒代半胱氨酸(SeCys)。这种SeCys在所有硒蛋白中由一个框内UGA三联体编码，该三联体作为密码子用于掺入稀有氨基酸。所有ID的3个非翻译区还包含一个硒代半胱氨酸插入序列(SECIS)，这是在翻译过程中将硒代半胱氨酸掺入蛋白质所需的顺式作用信号。已经发现SECIS元件采用两个替代的发夹环，称为形式1或形式2，它们的基本AA(A)核苷酸的位置不同。此外，脱碘酶转录需要复杂的反式作用机制，其中包括SeCys合酶(selA)、硒代tRNA特异性延伸因子(Efsec)、与(EfsectRNA[Ser]SecSBP2)和硒磷酸合成酶(SPS2)。
迄今为止，肝ORD活性是所有脊椎动物类别中研究最多的ID途径。在吸热动物中，肝脏是表达最高水平ORD活性的器官，它完全由ID1催化，至少在成人中是这样。外温动物中的ID表达在数量和质量上都与吸热动物不同。例如，爬行动物的肝脏ID1活性是迄今为止报道的脊椎动物中最高的，同工酶具有惊人的热稳定性，而且出人意料的是，它的mRNA最难以识别。相比之下，在两栖动物中，肝脏在任何个体发育阶段都不表达ID1。
在鱼类的情况下，虽然早期的体内实验表明T4的外周ID发生在鲑鱼中，但肝和肾T4到T3的体外转化直到年才得到证实。然而，对鱼类中T4脱碘特征的初步尝试尚无定论关于其脱碘系统的生化和生理特性。例如，有人提出虹鳟鱼肝脏中两种类型的T4-ORD脱碘酶活性共存，但它们严格的操作特征以及与ID1和ID2同种型的对应是不明确的。据报道，这两个T4-ORD过程的Km值分别为0.nM和10nM，虽然后者可能对应于ID2，但前者具有如此低的Km，在其他物种中尚无先例。此外，低Km的T4-ORD对ID1的选择性抑制剂6-N-丙基-2-硫尿嘧啶(PTU)的抑制敏感，而较高的Km过程对该试剂具有相对抗性，与在哺乳动物低和高KmORD通路中的观察结果。这些发现以及未能始终如一地证明鱼的血浆或胆汁中存在rT3导致了有关这些物种中相应生成酶途径的问题，并促成了最初用于表征鱼类完整ID集的方法学参数。因此，只有T4被用作底物，并且仅在无法区分单独的酶途径如=哺乳动物ID1和ID2类型的浓度范围内。即使在更广泛的浓度范围内进行测试，T4也不是在测量碘释放的测定中证明哺乳动物ID1的最佳底物。尽管如此，在年代和年代初期进行了许多分析涉及鱼类T4-ORD途径的调节因素的研究（表1）。由于所分析ID的生化特性尚不清楚，因此这些研究的结果难以解释。目前，硬骨鱼类脱碘酶与哺乳动物ID1、ID2和ID3的对应物的身份仍然是一些研究小组未解决的问题。他们认为，虽然鱼类脱碘酶在其活性位点具有硒代半胱氨酸方面与哺乳动物脱碘酶显示部分分子相似性，但它们的功能等效性仍有争议。通过使用T4、T3和rT3的底物浓度，根据研究，范围在0.和2nM之间，并通过高效液相色谱(HPLC)、T4-ORD、T4-IRD分析反应产物，T3-ORD、T3-IRD和rT3-ORD通路在海七鳃鳗、虹鳟鱼、美洲鲽鱼、红鼓鱼和湖鲟的不同组织中得到了部分表征。这些研究的动力学数据总结在表2和表3中。
2.1无颌类中的碘甲状腺原氨酸脱碘
现存的脊椎动物包括两个主要的超类；无颌鱼或有颌脊椎动物。这两个分类群Caniata的主要成员之间的系统发育关系仍然存在争议。然而，最近的分子数据支持盲鳗(Myxiniformes)和七鳃鳗(Petromyzontiforms)是单系的，并形成一个基础进化枝，可能对应于所有其他颅骨的姐妹群。事实上，盲鳗被认为是最原始的活颅骨，其进化历史可以追溯到奥陶纪（约Ma）。迄今为止，已承认近60种被接受的盲鳗物种，最近对mtDNA序列数据的综合研究将它们分为两个主要亚科。尚未对七鳃鳗基因组进行系统研究，对迄今为止已确认的40种左右七鳃鳗物种的系统发育知之甚少。然而，最近对不同七鳃鳗基因家族的系统发育分析支持了这些无颌类是有颌类的姐妹群的概念。所有盲鳗种类都是狭盐性的，生活在海洋中，主要生活在2米以下的温带地区。盲鳗是唯一一种体液与海水(SW)等渗（或非常接近）的脊椎动物；因此，它们通常被认为是渗透压适形剂。相比之下，所有七鳃鳗物种都是渗透压调节剂，通常是广盐性的，并且大多数只生活在呈反热带或双极分布的河流中。盲鳗的发育是直接的，没有幼虫阶段，而七鳃鳗，独立于它们的寄生或非寄生生活方式，在它们的绒毛纲或幼虫阶段总是淡水。它们延长的幼虫阶段与循环TH水平的稳定增加有关，这是所有脊椎动物中记录的最高水平之一。延长的生长阶段之后是3到4个月的非营养变质阶段，在此期间，幼虫变形为幼虫。此外，当成熟时，海七鳃鳗在产卵上游迁徙期间停止进食并经历自然禁食期（产卵饥饿）。在这方面，特别重要的是要注意类似的自然禁食期，因此在繁殖期的野生鱼类中发生了深刻的分解代谢状态。
对无颌类中的外设ID进行了最少的探索。最早的报告是由Brown等人提出的。年，他们观察到成年海七鳃鳗Petromyzonmarinus体内T4转化为T3。随后，在成年南半球七鳃鳗，Geofriaaustralis的肝脏匀浆中记录了高（Km在nM范围内）T4-ORD活性。然而，七鳃鳗和盲鳗的其他脱碘途径直到最近才被研究过，目前还没有完整的无颌类ID的生化特征。表3总结了在来自幼虫和成年个体的P.marinus的各种组织中检测到的T4-ORD活性。与肝脏是主要脱碘位点的硬骨鱼类和其他脊椎动物相比，在肠道中检测到幼虫和成虫的最高活性。T4-ORD在七鳃鳗肠道组织中的这种优势与众所周知的存在于幼虫ammocoete咽下腺中的甲状腺细胞前体细胞的胃肠谱系一致。与幼虫相比，成年移民中检测不到肝脏T4-ORD。然而，应该指出的是，虽然幼虫是在实验室里饲养和喂养的，但上游移民在产卵饥饿的自然阶段被收集并立即处死。此外，肝脏和肠道在上游迁移过程中都会发生相当大的萎缩。T4-IRD和T3-IRD活性在幼虫组织中可以忽略不计，但特别存在于上游移民的肠道中，而在禁食的盲鳗中，肠道和大脑T3-IRD是主要途径（表4）。上游迁移的肠道T4ORD活性实际上对1mMPTU或1mM碘乙酸盐(IAC)的抑制不敏感（约20%），但被10M金硫葡萄糖(ATG)显着抑制(73%)。然而，至少在硬骨鱼类中，PTU抗性不足以区分ID同种型，因为在这些物种中，ID1也是部分PTU抗性的。在同一背景下，值得一提的是，与七鳃鳗不同，盲鳗肠道T4-ORD活性表现出类似程度的PTU和IAC的剂量依赖性（10至1M）抑制，并且被3和10MATG完全抑制(44)。此外，盲鳗肠道T4-IRD活性被10MPTU完全抑制，并显示出IAC（10至1M）和ATG（3至10M）的剂量依赖性抑制。盲鳗肠道T3-IRD活性受到IAC和ATG的强烈抑制，但不受PTU的抑制(44)。这些研究表明，在无颌动物中肠道T4-ORD活性高于肝脏。盲鳗和七鳃鳗酶之间PTU敏感性的操作差异值得进一步
