Регуляция гормонов щитовидной железы: Какие гормоны вырабатывает щитовидная железа: названия, выполняемые функции и влияние на организм человека

Какие гормоны вырабатывает щитовидная железа: названия, выполняемые функции и влияние на организм человека

Щитовидная железа человека изучается медицинской наукой со времен Леонардо да Винчи, он первый нарисовал ее во всех анатомических подробностях. Однако и по сей день этот орган хранит некоторые свои секреты. Понятно, что ученые уже знают, какие гормоны вырабатывает щитовидная железа и за что они отвечают, но вот почему в ней развиваются различные патологии, причем у женщин чаще, чем у мужчин, пока точно неизвестно.

Строение щитовидной железы

Щитовидная железа находится в передней части горла человека. По своей форме она напоминает бабочку, развернувшую крылья. Соответственно, принято считать что у щитовидной железы есть левая и правая доли, соединенные между собой перешейком.

Структура органа состоит из крупных фракций – фолликулов. Они напоминают крупную икру. Каждая наполнена тиреоидным гормоном, белковым соединением основного гормона железы.

Хорошо отображается щитовидная железа при сканировании ее компьютерным томографом или простым аппаратом УЗИ. Это необходимая процедура для обнаружения скопления крупных фолликулов или попросту – узлов.

Функции щитовидной железы

Для того чтобы ответить на вопрос, какие гормоны вырабатывает щитовидная железа, нужно иметь представление о том какую роль она играет в организме. Известно, что гормоны в организме человека управляют всеми процессами. Щитовидная железа, являясь самым крупным органом эндокринной системы, вырабатывает наибольшее количество секрета. При этом, сама железа и ее работа управляется рядом гормонов, вырабатываемых гипофизом.

Самый интенсивный период работы щитовидной железы приходится на 6-8 месяц внутриутробного развития человека. Она управляет ростом самых разных органов в зародыше, затем после после рождения и далее. С годами интенсивность работы щитовидной железы снижается, но она продолжает оставаться очень важным органом в жизни человека.

С самого своего первого дня синтеза гормонов щитовидная железа использует йод в качестве строительного материала. И если беременная женщина испытывает дефицит данного элемента, то ребенок может родиться с различными патологами.

Какие гормоны продуцирует железа

Тема «Какие гормоны вырабатывает щитовидная железа у женщин и мужчин» в научном мире изучается до сих пор. На сегодняшний день установлено, что щитовидка вырабатывает два вида секрета:

• тиреоидные гормоны (Т3 — трийодтиронин и Т4 — тироксин), изменение продукции которых влияет не только на гормональный фон, но и на общее состояние организма;
• кальцитонин, участвующий в усвоение кальция.

Однако последствием анализа также изучают белковые соединения и уровень ТТГ (тиреотропин или гормон гипофиза). Последний гормон щитовидная железа не вырабатывает, но он оказывает непосредственное влияние на работу изучаемого органа. Кроме того, избыток или недостаток ТТГ может рассказать врачу о наличии определенных патологий.

Контроль гормонов необходим всем, но особенно важен до и вовремя беременности. Именно поэтому в период возможного зачатия следует определить, какая норма гормонов щитовидной железы у женщин вырабатывается. Нет ли недостатка или избытка.

Рассмотрим каждый гормон подробнее:

1. Тироксин (Т4) считается главным из гормонов. Его также называют сырым материалом, который синтезируется в трийодтиронин (Т3). Он управляет ростом и развитием человеческого организма, воздействует на все ткани тела, активирует метаболизм, влияет на обмен веществ.
2. Трийодтиронин (Т3) — гормон, на котором основывается эффективность гормонов щитовидной железы. Он нормализует обмен веществ в костях, отвечает за кислородный обмен в тканях, ускоряет белковый обмен, способствует выработке витамина А и формированию ЦНС, ускоряет метаболизм, понижает холестерин, влияет на рост детского скелета.
3. Кальцитонин контролирует баланс клеток костной ткани, способствует усвоению кальция, регулирует фосфорно-кальциевый обмен. Благодаря этому, укрепляется костная ткань.
4. Тиреотропный гормон (ТТГ) — не продуцируется щитовидкой, он формируется гипофизарными клетками и кровью переносится в клетки изучаемого органа, а соответственно, влияет на уровень его гормонов. Особенно важно определить количество этого гормона в процессе решения вопроса, какая норма гормонов щитовидной железы и ТТГ. Так как именно последний регулирует работу щитовидной железы.

Понятно, что не только щитовидка вырабатывает гормоны. Есть еще поджелудочная железа, надпочечники, гипофиз, и даже гормональные клетки, размещенные по всему организму. Но зная ответ на вопрос, какие гормоны вырабатывает щитовидная железа, можно диагностировать большинство заболеваний, тем более резвившихся внутриутробно.

Нарушения функций щитовидной железы

У каждого человека существует определенная норма секрета щитовидной железы, и если она нарушается, возникают различные отклонения. Основными нарушениями функций щитовидки являются гипертиреоз и гипотиреоз. В первом случае имеет место слишком большое количество синтезированных гормонов, во втором, соответственно, слишком малый их объем.

Если данные патологии возникают в период внутриутробного развития, то человек может родиться с недоразвитыми органами или центральной нервной системой. Пример такого явления – кретинизм.

Если данные патологии возникают во взрослом состоянии, то, во-первых, они купируются с помощью синтетических гормонов, а во-вторых, не приводят к смерти пациента.

Но самое главное – во взрослом состоянии, можно удалять часть железы, а иногда и полностью весь орган. При этом человек на всю жизнь переходит на заместительную терапию, но остается жив. Например, при раке щитовидной железы или других опасных патологиях, таких как диффузный зоб.

Нормы гормонов

Основном гормоном управляющим работой щитовидной железы является тироксин и трийодтиронин, в медицине они называются Т4 и Т3.

Какие показатели гормонов щитовидной железы являются нормой? Нельзя сказать, что существует для всех одна норма. Но в целом, считается нормальным, если Т4 в крови составляет от 62 до 141 нмол/л, а Т3 от 1.17 до 2.18 нмол/л.

При этом свободный тироксин должен быть в пределах от 1.5 до 2.9 мкг/100мл, а свободный трийодтиронин от 0.4 мкг/100мл.

Но как уже сообщалось, индивидуальные особенности организма человека не дают сделать данные единицы образцовыми.

И только специалист способен определить, какие гормоны щитовидной железы нужно повысить, а какие понизить в той или иной ситуации.

Причины сбоев

Если гормоны начали вырабатываться плохо, то для этого есть вполне определенные причины:

1. Хронический стресс и психическое истощение. Известно, что управляют работой щитовидной железы гормоны вырабатываемые гипофизом и гипоталамусом, то есть органами центральной нервной системы. И если она работает не стабильно, человек постоянно находится в состоянии стресса или психического расстройства, то и щитовидная железа будет работать плохо. В данной ситуации, зная какие гормоны выделяет щитовидная железа под действием гипоталамуса, врач должен очень очно выявить причину проблем в ЦНС.
2. Щитовидная железа — очень чувствительный к любым токсинам орган. При нарушении правил питания, повышения уровня консервантов, красителей, и других опасных веществ в крови щитовидка сразу же изменяет объем выработки гормонов. Кроме этого, нарушение баланса между количеством белка, жира и углеводов обязательно приводит к сбою уровня необходимых гормонов. И если у любителей мяса возникают проблемы с нехваткой витаминов в организме, то вегетарианцев преследует слабоумие и низкий уровень иммунитета. Но самое главное в питании для щитовидной железы – это наличие в пище йода. Он часто встречается в продуктах, выращенных в приморских районах, даже в яблоках с побережья, и уж тем более его много в морской рыбе. На удаленных от моря территориях такого изобилия йода в пище нет, и человек должен обязательно принимать меры для его пополнения в организме. Обычно это использование в повседневной кухне йодированной соли.
3. Большое количество энергетиков и подобных им напитков снижает активность надпочечников и щитовидной железы, а это, в свою очередь, приводит к гипотиреозу со всеми вытекающими последствиями.
4. Вирусная инфекция или наличие паразитов в кишечнике. В данном случае не имеет значения, какие гормоны выделяет щитовидная железа, здесь важен анатомический аспект – щитовидка, горло, бронхи, пищевод имеют общие лимфатические узлы. И вся та зараза, которая поражает соседние с ней органы, обязательно достается щитовидной железе. Следствие – нарушение гормонального уровня в организме.
5. Злоупотребление алкоголем и курение сигарет. Это токсины, которые попадают в кровь и, соответственно, в щитовидную железу. Кроме того, яды из сигаретного дыма насыщают легкие и, как уже говорилось, лимфатические узлы щитовидной железы. Эти дурные привычки быстрее всего приводят орган к разрушению.

Симптомы нарушений

Симптомами нарушения работы щитовидной железы являются:

1. Потеря или набор набор веса.
2. Апатия, бессонница, состояние стресса.
3. Беспричинная агрессия, гиперреактивность.
4. Повышенная чувствительность к переохлаждению.
5. Потеря мышечного тонуса, слабость в руках и ногах.
6. Нарушение пищеварения, метеоризм и запоры.
7. Ногти, волосы, становятся ломкими и тусклыми.
8. Кожа становится сухой и тонкой.

Какой основной гормон щитовидной железы? ТТГ. При сбое работы органа у женщин нарушается менструальный цикл, а у мужчин наступает половая слабость, вплоть до импотенции.

Диагностика заболеваний щитовидной железы

Для того чтобы диагностировать заболевание щитовидной железы, в первую очередь врач осматривает больного. Обычно у пациента наблюдаются отеки рук и лица, а при пальпации в щитовидной железе определяются уплотнения. В тяжелых случаях эти уплотнения настолько большие, что их видно невооруженным глазом.

После этого больной направляется на анализ крови и мочи. Несмотря на то что процедура по забору крови довольно проста, для точного диагноза требуется, что бы пациент точно выполнял рекомендации врача при подготовке к сдаче анализов.

Во-первых, анализ на гормоны сдается натощак, нельзя ни пить, ни есть, ни даже чистить зубы. За 1-2 дня до похода в лабораторию человек не должен напрягаться, испытывать стресс или беспокойство. Он обязательно должен выспаться. Поэтому перед анализом рекомендуется взять отгул на работе.

Перед самим анализом, уже за 15-20 минут, пациент должен успокоить свою нервную систему, расслабится, так как нервозность от ожидания в очереди, может испортить анализ.

Щитовидная железа изучается и с помощью инструментальной диагностики. В первую очередь – это УЗИ. Для получения более полной картины, предпочтительнее пройти обследование на аппарате компьютерной томографии.

Лечение щитовидной железы

Если в результате обследования у больного был обнаружен большой узел или зоб, то в этом случае показана хирургическая операция. В зависимости от тяжести заболевания, проводится частичное и полное удаление щитовидной железы. В этом случае после операции больной до конца жизни должен будет принимать синтетические гормоны, заменяющие натуральные. При правильном лечении и соблюдении рекомендаций врачей качество жизни человека не ухудшается. А так как ему категорически запрещается пить и курить, то еще и улучшается.

При незначительном сбое, вызванном нарушением питания, отравлением, или стрессом, подходит медикаментозное лечение. Направлено оно не только на нормализацию работы щитовидки, но и на устранение самой причины заболевания. То есть от простуды больной принимает антибиотики, при стрессе успокоительные препараты, а при бессоннице седативные таблетки. Любой препарат при лечении щитовидки назначается только врачом с учетом общего состояния больного и его индивидуальных особенностей.

Рекомендации специалистов

Если выяснилось, что какие-либо гормоны щитовидной железы вырабатываются плохо, в курс лечения рекомендуется обязательно включать строгую диету и занятия спортом. Диета исключает из рациона жирное и жареное мясо, острые приправы и консерванты. Больному рекомендуется больше есть блюда, приготовленные из морепродуктов. Это и рыба, и кальмары, и мидии, и морская капуста. Нужно сократить потребление сахара и сдобной выпечки.

Для укрепления иммунной системы и соответственно щитовидной железы, нужно регулярно заниматься спортом. Хорошо в этой ситуации помогает плавание и зимнее закаливание. Здоровый образ жизни еще никому не вредил.

Профилактика заболеваний щитовидной железы

Для того чтобы щитовидка работала бесперебойно, особенно в период внутриутробного развития, необходимо соблюдать ряд профилактических мероприятий.

1. Употреблять в пищу продукты содержащие йод. Или йодированную соль, если регион проживания находится далеко от побережья. Это особенно важно для беременных женщин.
2. Необходимо, хотя бы 2 раза в год, проходить обследование у эндокринолога. Опять же – это крайне важно для будущих мам. Им это делать нужно несколько раз за всю беременность.
3. Бег, плавание, йога или любой другой вид спорта, улучшающие кровообращение.
4. Нормальный сон — 7-8 часов в сутки. Соблюдение режима сна – ложится и вставать нужно в одно и то же время.
5. Обязательно нужно отказаться от курения и употребления алкоголя. Это жизненно необходимое условие для будущих матерей.

Из всего вышеописанного понятно, какие бывают гормоны щитовидной железы и что это – очень важный орган. От продуцирования гормонов зависит функционирование всех жизненно важных систем организма.

Гормоны щитовидной железы – тироксин и трийодтиронин | Гормоны

Щитовидная железа образуется из выпячивания на вентральной стенке глотки между I и II жаберными карманами. Основной особенностью щитовидной железы, имеющейся у всех позвоночных, является способность ее клеток поглощать йод из окружающей среды и в комбинации с аминокислотой тирозином синтезировать тиреоидные гормоны.

Структурная единица щитовидной железы – фолликул

Основной структурной и функциональной единицей щитовидной железы является фолликул. Стенка фолликула образована тиреоидным эпителием, в полости фолликула находится так называемый коллоид, в котором содержатся тиреоидные гормоны. Фолликулы окружены соединительной тканью с кровеносными сосудами. Щитовидная железа обильно снабжается кровью; по капиллярам поступают компоненты, необходимые для образования гормонов, и выводятся синтезированные гормоны.

Щитовидная железа состоит  из двух долей, соединенных перешейком, и локализована в области трахеи. Кроме фолликулов в щитовидной железе обнаружены парафолликулярные, светлые или С-клетки, вырабатывающие кальцитонин (или тиреокальцитонин). Эти клетки по эмбриональному происхождению отличаются от тиреоидных.

Особенность клеток щитовидной железы

Этой особенностью является способность щитовидной железы активно извлекать йод из плазмы крови против химического и электрического градиентов, накапливать его и преобразовывать в органически связанный йод и физиологически активные тиреоидные гормоны. Пути биосинтеза тиреоидных гормонов у всех позвоночных сходны. В щитовидной железе под действием ТТГвырабатываются два гормона: тетрайодтиронин (тироксин, Т4) и трийодтиронин (ТЗ). Трийодтиронин вырабатывается в меньших количествах, чем тироксин, но значительно превосходит его по активности.

Особенность гормонов щитовидной железы

Отличительной особенностью гормонов щитовидной железы является содержание йода. Йод поступает в основном с пищей и водой. Тироксин содержит четыре атома йода, связанных с тирониновым ядром, трийодтиронин – 4 атома. Компоненты образования тиреоидных гормонов соединяются с гликопротеином – тиреоглобулином – и поступают в коллоид в полости фолликула. При поступлении в кровь путем протеолиза трийодтиронин и тироксин отщепляются от тиреоглобулина, но в плазме они вновь соединяются с тироксинсвязывающим глобулином и лишь небольшая част Т3 и Т 4 остается в крови в активном состоянии. Степень стимулирующего эффекта тироксина зависит, как правило, от уровня свободного тироксина.

Действие гормонов щитовидной железы

Трийодтиронин и тироксин обладают примерно одинаковым действием, но активность ТЗ почти в пять раз выше, чем Т4. Эффекты тироксина развиваются через более длительный латентный период; он может превращаться в организме в трийодтиронин путем дейодирования. В связи с этим предполагают, что тироксин может являться прогормоном.

Гормоны щитовидной железы имеют широкий спектр действия. Их основные эффекты состоят во влиянии на различные обменные процессы, рост и развитие, они участвуют также в адаптивных реакциях.

Наиболее выражено влияние тироксина и трийодтиронина на энергетический обмен. В отсутствии гормонов щитовидной железы скорость обменных процессов снижается; при их избытке основной обмен в покое может повышаться почти вдвое по сравнению с нормой. Калоригенный эффект проявляется на всех клетках растущего организма, но особенно на клетках нервной системы.

Гормоны действуют путем индукции ферментов и активации митохондриальных ферментов, что увеличивает синтез белка и окислительный распад жиров и углеводов. Таким образом, гормоны щитовидной железы действуют на разные стороны обмена веществ. У различных животных четко доказана их роль в регуляции минерального обмена. Тироксин способствует сохранению градиента электролитов между вне- и внутриклеточной средой. Показана роль гормонов щитовидной железе в обмене кальция и магния.

Действие трийодтиронина и тироксина состоит также в повышении чувствительности тканей к катехоламинам; они усиливают гликогенолитическое гипергликемическое действие катехоламинов. На ряд процессов гормоны щитовидной железы оказывают сенсибилизирующее или пермиссивное действие. Трийодтиронин и тироксин участвуют в регуляции выделения глюкокортикоидов надпочечниками, гормона роста аденогипофизом.

Тироксин стимулирует общий рост тела, поэтому его недостаток может привести к карликовости. Роль гормонов щитовидной железы наиболее четко прослеживается у молодых животных. Недостаток этих гормонов сопровождается нарушением состояния нервной системы, задержкой роста и развития. При гипотиреозе в молодом возрасте нарушается умственное развитие; при недостатке гормонов в эмбриональный период наблюдается тяжелая умственная отсталость.

Тиреоидэктомия сопровождается задержкой развития половых желез, что свидетельствует о необходимости гормонов щитовидной железы для нормальной половой функции. Они имеют большое значение при сезонных адаптациях у различных животных. При осуществлении приспособительных изменений в организме гормоны щитовидной железы действуют совместно с другими гормонами, прежде всего глюкокортикоидами.

Регуляция концентрации гормонов щитовидной железы

Уровень трийодтиронина и тироксина в крови в нормальных условиях варьирует в очень узких пределах. В ситуациях, которые требуют повышенной концентрации гормонов щитовидной железы, их секреция соответственно возрастает.

Секреция гормонов щитовидной железы регулируется тиреотропным гормоном (ТТГ), уровень которого, в свою очередь, зависит в значительной степени от стимуляции ТРГ. ТТГ действует на мембраны эпителиальных клеток щитовидной железы, вызывая: увеличение синтеза гормонов и их секреции путем стимуляции аденилатциклазы. ТТГ стимулирует все фазы метаболизма йода, йодизацию тирозина и синтез тироксина, а также протеолитическую деградацию тиреоглобулина и отдачу гормонов щитовидной железы.

Функция щитовидной железы

Функция щитовидной железы, как и других эндокринных желез, находящихся под влиянием гипоталамо-гипофизарной системы, регулируется по принципу отрицательной обратной связи. При снижении секреции трийодтиронина и тироксина содержание ТТГ в плазме повышается: напротив, концентрацию ТТГ можно снизить введением трийодтиронина и тироксина. В систему регуляции входит также гипофизотропная зона гипоталамуса, где вырабатывается ТРГ, стимулирующий выработку ТТГ гипофизом. Тироксин тормозит секрецию как ТТГ, так, очевидно, и ТРГ. Возможно, что накапливающиеся в щитовидной железе тиреоидные гормоны могут подавлять свое собственное образование и выведение тироксина в кровь. Это может быть одним из факторов, регулирующих дальнейший синтез гормона. На секрецию трийодтиронина и тироксина оказывают влияние факторы, действующие через внутренние и наружные терморецепторы.

Болезни, связанные с гормонами щитовидной железы

Гормоны щитовидной железы играют важную роль в регулировании жизненно важных функций организма, изменение уровня их содержания приводит к тяжелым патологическим состояниям.

Давно известен синдром диффузного токсического зоба (базедова болезнь, болезнь Гревса) возникает из-за образования (очевидно, в вилочковой железе) длительно действующего стимулятора щитовидной железы, который обладает свойствами ТТГ. Его выделение не тормозится механизмом отрицательной обратной связи, и поэтому он неограниченно стимулирует образование гормонов щитовидной железы. Этот стимулятор нарушает иммунологические процессы в организме, в связи с чем базедову болезнь рассматривают какаутоиммунное заболевание.

Предполагают, что стимулятор представляет собой антитело к рецептору ТТГ в аденогипофизе. Избыточная продукция гормонов щитовидной железы приводит к активации катаболизма белков, в результате чего и может наступить отрицательный азотистый баланс. При этом происходят также нарушение углеводного обмена, торможение перехода углеводов в жиры, усиление мобилизации жира, нарушение водного и минерального обмена, нарушаются процессы окислительного фосфорилирования. Заболевание сопровождается похуданием, тахикардией, повышенной нервной возбудимостью, часто наблюдается пучеглазие (экзофтальм). 

Среди других заболеваний, связанных с увеличением продукции гормонов щитовидной железы, часто встречается узловой токсический зоб (токсическая аденома). В этом случае в щитовидной железе образуется узел (аденома), автономно продуцирующий повышенные количества тиреоидных гормонов. Теоретически возможен также гипертиреоз, связанный с повышением секреции ТТГ; однако такое заболевание наблюдается крайне редко. 

Гипотиреоидное состояние связано с пониженной продукцией гормонов щитовидной железы. Как правило, оно возникает в результате разрастания ткани щитовидной железы. Это происходит потому, что трийодтиронин и тироксин не включаются в необходимой степени (из-за их малого количества) в цепь регуляции обратной связи. В результате продолжается выработка ТТГ, который и приводит к дальнейшему увеличению щитовидной железы. Нарушение секреции гормонов щитовидной железы часто связано с недостаточным количеством йода в пище (эндемический зоб). Развитие этой формы зоба наблюдается в различных районах земного шара, в частности в Альпах. В этих случаях введение йода с пищей предотвращает развитие заболевания. 

Другие формы гипотиреоза возникают в связи с генетическими нарушениями синтеза гормонов щитовидной железы или вследствие аутоиммунного разрушения железы. Гипотиреоз может наблюдаться также при нарушении секреции ТТГ гипофизом и ТРГ гипоталамусом. При отсутствии гормонов щитовидной железы в период эмбрионального развития наблюдается умственная отсталость. Синдром полного отсутствия у детей тиреоидных гормонов называют кретинизмом. Снижение окислительных процессов и понижение синтеза белка приводят к задержке роста у детей. У взрослых недостаточность функции щитовидной железы вызывает умственную и физическую отсталость. При этом происходит нарушение белкового (понижение синтеза и распада белка), углеводного (гипогликемия), водного и минерального обмена, наблюдается брадикардия. Этот синдром называют микседемой; он сопровождается тестовидным утолщением кожи, связанным с увеличением объема соединительной ткани и задержкой в ней воды и мукопротеинов.

Гормоны щитовидной железы — Карта знаний

• Гормо́ны щитови́дной железы́ представлены двумя различными классами биологически активных веществ: йодтиронинами и полипептидным гормоном кальцитонином. Эти классы веществ выполняют разные физиологические функции: йодтиронины регулируют состояние основного обмена, а кальцитонин является одним из факторов роста и влияет на состояние кальциевого обмена, а также участвует в процессах роста и развития костного аппарата (в тесном взаимодействии с другими гормонами).

Источник: Википедия

Связанные понятия

Тиреокальцитонин (кальцитонин) — гормон, вырабатываемый у млекопитающих и у человека парафолликулярными клетками щитовидной железы. У многих животных, например, рыб, аналогичный по функциям гормон производится не в щитовидной железе (хотя она есть у всех позвоночных животных), а в ултимобранхиальных тельцах и потому называется просто кальцитонином.

Тироксин {2-амино-3-пропионовая кислота — основная форма тиреоидных гормонов щитовидной железы. Является прогормоном к трийодтиронину.

Адренокортикотропный гормон, или АКТГ, кортикотропин, адренокортикотропин, кортикотропный гормон (лат. adrenalis-надпочечный, лат. cortex-кора и греч. tropos — направление) — тропный гормон, вырабатываемый базофильными клетками передней доли гипофиза. По химическому строению АКТГ является пептидным гормоном.

Трийодтирони́н (трииодтиронин, T3) — биологически активная форма тиреоидных гормонов щитовидной железы. Один из двух основных и наиболее активных (наряду с тироксином) гормонов щитовидной железы.

Эндокри́нная систе́ма — система регуляции деятельности внутренних органов посредством гормонов, выделяемых эндокринными клетками непосредственно в кровь либо диффундирующих через межклеточное пространство в соседние клетки.

Упоминания в литературе

Ткань щитовидной железы представляет собой сложно взаимодействующую систему клеток, которые продуцируют гормоны. Большая часть этих клеток выделяет в кровь тироксин и трийодтиронин – гормоны щитовидной железы, которые были названы так по объему содержания в них йода. В щитовидной железе есть и еще один вид клеток. Они отвечают за продуцирование и выделение в кровь еще одного гормона щитовидной железы – кальцитонина, который помогает регулировать уровень кальция в человеческом организме. Кальций является материалом, необходимым для построения костей. Также он обеспечивает проведение импульсных сигналов по мышечным и нервным тканям.

На ткань молочной железы влияет также гормон инсулин, вырабатывающийся поджелудочной железой. Важную роль в развитии и функциональной дифференцировки клеток молочной железы играют гормоны щитовидной железы (трийодтиронин и тироксин). Их действие может реализовываться либо непосредственно, через влияние на рецепторы (белковые структуры на поверхности клетки или на внутриклеточных структурах) к другим гормонам, например к пролактину, либо путем влияния на выработку ряда гормона гипофиза. Недостаточная продукция гормонов щитовидной железы приводит к нарушениям менструального цикла и к различным кистозным изменениям в молочной железе и яичниках.

Тироксин свободный (Т4 свободный, Free Thyroxine, FT4) – гормон щитовидной железы, важнейший стимулятор синтеза белков. Вырабатывается клетками щитовидной железы под контролем тиреотропного гормона (см.). Повышая скорость основного обмена, увеличивает теплопродукцию и потребление кислорода всеми тканями организма, за исключением тканей головного мозга, селезенки и яичек. Увеличивает потребность организма в витаминах. Стимулирует ретикулярную формацию и корковые процессы в центральной нервной системе.

Влияние йода связано, в основном, с изменениями в деятельности щитовидной железы. Известно, что гипотиреоидные состояния, в общем, способствуют развитию атеросклероза (у больных миксидемой наиболее резко выражены клинические проявления коронарной недостаточности и различные другие признаки атеросклероза. Антиатерогенная активность щитовидной железы обусловлена действием тиреоидных гормонов или их метаболитов. Данные гормоны, хотя и стимулируют синтез холестерина, но в еще большей степени способствуют его окислению в печени с превращением в желчные кислоты, часть которых затем удаляется через кишечник. Известно, что тиреоидин – закономерно снижает уровень холестеринемии, причем гормоны щитовидной железы действуют и на уровне сосудистой стенки – участвуя в активации липолитических ферментов. А так как для синтеза этих гормонов необходим йод – то, следовательно, различные травы, лекарственные препараты и пища, содержащая повышенное количество йода, способствует противоатеросклеротическим процессам. Поэтому, включение в рацион рыбы, морской капусты и других растений, обогащенных данным микроэлементом, способствует профилактике атеросклероза. В. П. Казначеев отмечает также усиление фибринолитической активности крови при воздействии йода.

Йод относится к группе жизненно необходимых микроэлементов. Депонируется он главным образом в щитовидной железе. Основная биологическая функция йода состоит в том, что он участвует в биосинтезе гормона щитовидной железы – тироксина, который определяет уровень обмена веществ и развитие организма. Недостаток йода в воде и продуктах питания приводит к нарушению деятельности щитовидной железы, развивается заболевание – эндемический зоб.

Связанные понятия (продолжение)

Тиреоглобулин (Тг) — протеин с массой 660 кДа, продуцируемый фолликулярными клетками щитовидной железы, который накапливается в её структурно-функциональной единице — фолликуле — как коллоид.

Гормона́льные препара́ты — это лекарственные средства, которые содержат гормоны или гормоноиды, которые проявляют фармакологические эффекты подобно гормонам.

Бе́та-кле́тка (β-Клетка, В-клетка) — одна из разновидностей клеток эндокринной части поджелудочной железы. Бета-клетки продуцируют гормон инсулин, понижающий уровень глюкозы крови.

Вазоакти́вный интестина́льный пепти́д (называемый также вазоакти́вный интестина́льный полипепти́д; общепринятые аббревиатуры ВИП и VIP) — нейропептидный гормон, обнаруживаемый во многих органах, включая кишечник, головной и спинной мозг, поджелудочную железу.

Стероидные гормоны — группа физиологически активных веществ (гонадостероиды, кортикостероиды и др.), регулирующих процессы жизнедеятельности у животных и человека. У позвоночных стероидные гормоны синтезируются из холестерина в коре надпочечников, клетках Лейдига семенников, в фолликулах и желтом теле яичников, а также в плаценте. Стероидные гормоны содержатся в составе липидных капель адипоцитов и в цитоплазме в свободном виде. В связи с высокой липофильностью стероидных гормонов относительно легко…

Тироциты (эпителиальные клетки щитовидной железы, также известны как фолликулярные клетки) — клетки, расположенные в щитовидной железе и способные к синтезу и секреции тиреоидных гормонов, таких как тироксин и трийодтиронин. Они образуют стенки фолликулов щитовидной железы.

Липотропный гормон (ЛТГ, липотропин) — группа пептидов, которые имеют свойство активизировать липолиз в адипоцитах жировой ткани и мобилизацию жирных кислот.

Подробнее: Липотропные гормоны

Ренин-ангиотензиновая система (РАС) или ренин-ангиотензин-альдостероновая система (РААС) — это гормональная система человека и млекопитающих, которая регулирует кровяное давление и объём крови в организме.

Гормо́ны (др.-греч. ὁρμάω — двигаю, побуждаю) — биологически активные вещества органической природы в вашем теле, вырабатывающиеся в специализированных клетках желёз внутренней секреции, поступающие в кровь, связывающиеся с рецепторами клеток-мишеней и оказывающие регулирующее влияние на обмен веществ и физиологические функции. Гормоны служат гуморальными (переносимыми с кровью) регуляторами определённых процессов в различных органах.

Апудоци́ты (APUD-клетки) — диффузно расположенные секретирующие клетки, способные поглощать аминокислоты-предшественницы и производить из них активные амины и/или низкомолекулярные пептиды с помощью реакции декарбоксилирования (удаления карбоксильной группы у аминокислоты-предшественницы).

Кортизо́л (гидрокортизон) — биологически активный глюкокортикоидный гормон стероидной природы, то есть в своей структуре имеет стерановое ядро. Кортизол секретируется наружным слоем (корой) надпочечников под воздействием адренокортикотропного гормона (АКТГ — гормон гипофиза).

Пролакти́н (лактотропный гормон, лактогенный гормон, маммотропин, маммотропный гормон, лат. prolactinum, англ. Prolactin (PRL), Luteotropic hormone (LTH)) — один из гормонов ацидофильных клеток передней доли гипофиза. По химическому строению является пептидным гормоном.

Глюкагон — гормон альфа-клеток островков Лангерганса поджелудочной железы. По химическому строению глюкагон является пептидным гормоном.

Внутренний фактор (фактор Касла) — фермент, переводящий неактивную форму витамина B12 (поступающую с пищей) в активную (усвояемую). Представляет собой одноцепочечный гликопротеин, состоящий из 340 аминокислотных остатков, с молекулярным весом около 44 кДа.

Не путать с реннином, сычужным ферментом.Ренин (от лат. ren — почка), ангиотензиногеназа — компонент ренин-ангиотензиновой системы, регулирующей кровяное давление. Ренин (КФ 3.4.23.15) — протеолитический фермент позвоночных животных и человека.

Подробнее: Ренин

Адипонектин (также называемый GBP-28, apM1, AdipoQ и Acrp30) — гормон, который синтезируется и секретируется белой жировой тканью, преимущественно адипоцитами висцеральной области (а также плацентой во время беременности), находится в достаточном количестве в крови — около 0,01% общего белка плазмы c общей концентрацией около 5-10 мкг/мл. Его секреция стимулируется инсулином. У человека этот белок кодируется геном ADIPOQ. Адипонектин участвует в регуляции уровня глюкозы и расщепления жирных кислот…

Эстроге́ны (нем. Östrogene) — общее собирательное название подкласса стероидных женских половых гормонов, производимых, в основном, фолликулярным аппаратом яичников у женщин. Также производятся яичками у мужчин, корой надпочечников и другими внегонадными тканями (включая кости, мозг, жировую ткань, кожу и волосяные фолликулы) у обоих полов.

Глюкокортикоиды или глюкокортикостероиды — стероидные гормоны из подкласса кортикостероидов, продуцируемые корой надпочечников. Основным и наиболее активным естественным глюкокортикоидом человека является кортизол, но это не всегда верно для других животных. Например, у крысы основным глюкокортикоидом является кортикостерон, а кортизола производится мало и он малоактивен для тканей организма крысы. У человека наоборот: кортикостерон производится в очень малых количествах и он малоактивен для тканей…

Секрети́н — пептидный гормон, вырабатываемый S-клетками слизистой оболочки тонкой кишки и участвующий в регуляции секреторной деятельности поджелудочной железы.

Рецептор вазопрессина — GPCR, лигандом которого служит вазопрессин. Известны V1, V2 и V3 подтипы рецепора вазопрессина. Эти три подтипа отличаются по локализации, функции и механизмам трансдукции сигнала.

Прогестоге́ны (от лат. pro + gester «для вынашивания» и γένος «происхождение») — общее собирательное название подкласса стероидных женских половых гормонов, производимых в основном жёлтым телом яичников и частично корой надпочечников, а также плацентой плода. Синтетические прогестогены принято называть прогестинами.

Гонадотропин-рилизинг-гормон, или гонадорелин, гонадолиберин, гонадотропин-рилизинг-фактор, сокращённо ГнРГ — один из представителей класса рилизинг-гормонов гипоталамуса. Существует также аналогичный гормон эпифиза.

Соматотропин (СТГ, соматотропный гормон, соматропин, гормон роста) — один из гормонов передней доли гипофиза. Относится к семейству полипептидных гормонов, в которое входят также пролактин и плацентарный лактоген.

Простагландины (Pg) — группа липидных физиологически активных веществ, образующиxся в организме ферментативным путём из некоторых незаменимых жирных кислот и содержащих 20-членную углеродную цепь. Простагландины являются медиаторами с выраженным физиологическим эффектом. Являются производными простановой кислоты. Простагландины вместе с тромбоксанами и простациклином образуют подкласс простаноидов, которые в свою очередь входят в класс эйкозаноидов.

Альдостерон — основной минералокортикостероидный гормон коры надпочечников у человека. У некоторых видов животных основным естественным минералокортикоидом является дезоксикортикостерон, а не альдостерон, но для человека дезоксикортикостерон относительно малоактивен.

Эстро́н (Е1) — женский половой гормон, второй по значению после эстрадиола, эстроген. Вырабатывается фолликулярным аппаратом яичников у женщин.

Серотони́н, 5-гидрокситриптамин, 5-НТ — один из основных нейромедиаторов. По химическому строению серотонин относится к биогенным аминам, классу триптаминов. Серотонин часто называют «гормоном хорошего настроения» и «гормоном счастья».

Надпо́чечники (лат. glandulae suprarenales) — парные эндокринные железы, расположенные над верхней частью почек позвоночных животных и человека.

Гипертирео́з (от гипер- и лат. (glandula) thyreoidea — щитовидная железа) — синдром, обусловленный гиперфункцией щитовидной железы, проявляющийся повышением содержания гормонов: трийодтиронин (Т3), тироксин (Т4). В зависимости от уровня возникновения нарушения различают следующие типы гипертиреоза: первичный — щитовидная железа, вторичный — гипофиз, третичный — гипоталамус.

Прогестерон — эндогенный стероид и прогестагенный половой гормон, оказывающий влияние на менструальный цикл, беременность и эмбриональное развитие у человека и других видов. Он принадлежит к группе стероидных гормонов, называющихся прогестогенами, и является главным прогестогеном в организме. Прогестерон также ключевое метаболическое промежуточное звено в производстве других эндогенных стероидов, включая половые гормоны и кортикостероиды, и играет ключевую роль в функционировании мозга как нейростероид…

Танициты — специализированные эпендимные клетки биполярной формы, выстилающие дно третьего желудочка мозга и участвующие в обмене веществ между кровотоком и спинномозговой жидкостью. Длинные отростки таницитов углубляются в гипоталамус. Танициты образуются при развитии мозга из клеток радиальной глии, разделяют некоторые свойства с астроцитами, но также имеют свои уникальные морфологические, молекулярные и функциональные особенности.Выделяют четыре популяции таницитов: альфа-1, альфа-2, бета-1, бета…

α-Кле́тки — один из видов клеток, образующих эндокринную часть поджелудочной железы.Таким образом, эти клетки являются одним из типов клеток, входящих в состав панкреатических островков. Альфа-клетки продуцируют гормон глюкагон, одним из эффектов которого является повышение уровня глюкозы в крови. Кроме этого, альфа-клетки панкреатических островков сходны по ряду биохимических и физиологических характеристик с нервными клетками: например, они содержат ацетилхолин.

Подробнее: Альфа-клетка

Релаксин — гормон млекопитающих и человека, вырабатываемый яичниками и плацентой.

Лептин (от др.-греч. λεπτός — тонкий) — пептидный гормон, регулирующий энергетический обмен. Относится к адипокинам (гормонам жировой ткани). Оказывает анорексигенное действие (подавляет аппетит). Снижение концентрации лептина ведёт к развитию ожирения. Лептин рассматривается в качестве одного из факторов патогенеза инсулиннезависимого сахарного диабета (сахарного диабета 2-го типа).

Роль гормонов щитовидной железы в регуляции обменных процессов организма

Библиографическое описание:

Шагина, В. Н. Роль гормонов щитовидной железы в регуляции обменных процессов организма / В. Н. Шагина, И. И. Блохина, И. С. Серов. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2019. — № 32 (270). — С. 115-117. — URL: https://moluch.ru/archive/270/61959/ (дата обращения: 30.11.2020).



Щитовидная железа (ЩЖ) была так названа в 1656 году английским анатомом Т. Вартоном. Ранее полагали, что она необходима лишь для украшения шеи. Гален считал ее частью голосового аппарата и предполагал, что она выделяет смазывающие вещества или препятствует избыточному поступлению крови в мозг [2].

На самом деле же ЩЖ является ключевым элементом эндокринной системы человека и играет важную роль в регуляции обмена веществ. ЩЖ вырабатывает два существенно разных типа гормонов — содержащие йод тироксин и трийодтиронин (Т3) и гормон, отвечающий за регуляцию обмена кальция — кальцитонин. Выработку этих гормонов контролирует тиреотропный гормон (ТТГ), который синтезируется в аденогипофизе.

Гипотиреоз — состояние организма, наблюдающееся при дефиците гормонов ЩЖ, представляющее собой обратимое замедление всех функций организма, а при избыткегормонов развивается гипертиреоз.

Гормоны ЩЖ значительно влияют на работу сердечно-сосудистой системы (ССС), и изменение их концентрации может обусловливать развитие заболеваний этой системы. Например, изучена взаимосвязь развития гипертрофической и дилатационной кардиомиопатии на фоне предсуществующих патологий ЩЖ, сопровождающихся изменением ее функции (тиреотоксикозом, гипотиреозом) [3].

Гормоны ЩЖ взаимодействут с рецепторами тиреоидных гормонов (РТГ) миокарда, тем самым регулируя его функцию. Суть данного процесса заключается во взаимодействии гормон-рецепторного комплекса с тиреоидными регуляторными участками ДНК, чувствительными к гормонам ЩЖ и влияющими на транскрипцию генов в ядрах кардиомиоцитов. На настоящий момент также изучены другие механизмы действия гормонов ЩЖ, называемых «негеномными», или «неядерными», эффектами Т3. Уменьшение стимулирующего действия Т3 на РТГ, наблюдается, к примеру, при манифестном гипотиреозе и синдромах резистентности к тиреоидным гормонам, значительно нарушающими деятельность миокарда. Кометого, имеются данные о нарушении лигандсвязывающей способности РТГ в кардиомиоцитах на фоне сердечной недостаточности; и хотя в данном случае патогенез нарушения функции миокарда большей частью связан со сбоем в системе транспортных и сократительных белков, гормоны ЩЖ отвечают за нарушение энергетического обмена миокарда [2].

На настоящий момент известно, что гипоталамо-гипофизарно-тиреоидная система (ГГТС)участвует в регуляции когнитивных функций человека. В ЦНС гормоны ЩЖрегулируют экспрессию ряда нейрон-специфичных генов, контролируюих синтез и циркуляцию некоторых нейромедиаторов. Нейромедиаторы же оказывают влияние (прямое и опосредованное) на активность ГГТС. Рассмотрим два из них:

– Дофамин взаимодействуют с О2-рецепторами тиреотропоцитов, тем самым угнетает секрецию ТТГ. Более того, дофамин увеличивает выброс соматостатина, который угнетает выделение ТТГ.

– Серотонин ингибирует синтез тиреотропин-рилизинг-гормона (ТРГ) гипоталамуса, в то время как активация центральных а-адренергических механизмов увеличивает высвобождение ТТГ, преимущественно за счет стимуляции его секреции.

В итоге, гормоны ЩЖ и нейромедиаторы на уровне ЦНС формируют единую нейрогуморальную систему, участвующую в обеспечении интегративных функций головного мозга. Эти две системы находятся в прямой взаимосвязи: изменение функционирования нейромедиаторной системы ведет к изменению секреции ТРГ, ТТГ, а в результате и гомонов ЩЖ, а в свою очередь, дисфункция ГГТС ведет к нарушению нейромедиаторной-нейрональной передачи.

На данный момент изучается участие ГГТС в патогенезе таких заболеваний как депрессия, шизофрения, болезнь Альцгеймера, а также оцениваются возможности применения препаратов гормонов ЩЖ при лечении ряда психических расстройств. Также установлено, что дополнительное назначение гормонов ЩЖ может применяться при терапевтически резистентной униполярной и биполярной депрессии [4].

Гормоны ЩЖ оказывают выраженное влияние на регуляцию углеводного обмена. Это воздействие заключается в изменении уровня инсулина, а также гормонов-антагонистов в крови, всасывания глюкозы в кишечнике, глюконеогенезав печени и утилизации ее периферическими тканями (жировой и мышечной).

Гормоны ЩЖ оказывают прямое влияние на транскрипцию генов в печени и непрямое влияние — через симпатическую систему, и таким образом стимулирует глюконеогенез в печени. Влияние гормонов ЩЖ на углеводный и липидный обмен также осуществляется посредством 5’аденозин-монофосфат-активируемой протеинкиназы, контролирующей энергетический баланс клетки, утилизирующей глюкозу. Также гормоны ЩЖ активируют инсулинозависимый транспорт глюкозы в мышечную и жировую ткань.

Кроме прямого влияния на печень и мышцы, происходит также активация симпатической нервной системы через центры гипоталамуса, влияющая на расход энергии и аппетит, на бурую жировую ткань (тела Биша) у взрослого человека.

Метаболический синдром — это совокупность факторов (инсулинорезистентность, ожирение, дислипидемия, повышение артериального давления), определяющих рисксердечно-сосудистых заболеваний. Гипотиреоз также связан с вышеперечисленными патологиями, которые могут развиваться и при нормальном уровне тиреоидных гормонов. Таким образом, можно предположить, что нарушение уровня гормонов ЩЖ может увеличивать риск сердечно-сосудистых заболеваний (ССЗ) у пациентов с метаболическим синдромом [1].

Литература:

1. Бобрик М. И. Взаимное влияние тиреоидного и углеводного обмена. Парадигмы и парадоксы // Международный эндокринологический журнал. — 2015. — № 3 (67). — С. 217–132.
2. Гормоны щитовидной железы, их аналоги и антагонисты // Регистр лекарственных средств России. URL: https://www.rlsnet.ru/books_book_id_3_page_30.htm (дата обращения: 06.08.2019).
3. Родионова Т. И., Самитин В. В. Роль гормонов щитовидной железы в регуляции обменных процессов миокарда // Саратовский научно-медицинский журнал. — 2009. — № 5. — С. 123–127.
4. Сапронов Н. С., Маласова О. О. Нейрофизиологические эффекты тиреоидных гормонов // Психофармакология и биологическая наркология. — 2007. — № 7. — С. 1533–1541.

Основные термины (генерируются автоматически): гормон, метаболический синдром, прямое влияние, система, транскрипция генов.

Гормоны щитовидной (функции тироксина) и паращитовидной желез (паратгормон)

Щитовидная железа с ее отличительной формой в виде “крыльев бабочки” расположена над трахеей в области шеи.

Эта железа вырабатывает гормоны тироксин и кальцитонин.

Внутри щитовидной железы находятся четыре маленькие паращитовидные железы, которые производят паратиреоидный гормон (паратгормон).

Гормоны щитовидной и паращитовидной желез и их функции

Основной функцией щитовидной железы является выроботка гормона тироксина — молекулы нестероидной природы, производимой из аминокислоты тирозина.

Гормоны щитовидной железы переносятся через кровь белками-носителями, также как и стероидные гормоны. 

Каждая молекула тироксина содержит четыре атома йода. Рецепторы тироксина находятся у большинства клеток организма. Тироксин увеличивает базальный уровень метаболизма и потребление кислорода, особенно в сердце, скелетных мышцах, печени и почках.

Увеличение потребности в кислороде обусловлено стимуляцией активности натрий – калиевого насоса в клеточных мембранах клеток-мишеней. Дополнительный кислород потребляется для производства АТФ, который необходим для приведения в действие натрий — калиевого насоса. В результате этого процесса выделяется тепловая энергия.

Секреция тироксина регулируется передней долей гипофиза, которая производит тиреотропный гормон (ТТГ). Тироксин и тиреотропный гормон взаимодействуют в процессе гомеостатической регуляции уровня тироксина в ответ на постоянно меняющиеся потребности организма.

Кофеин в некоторых напитках, которые мы потребляем, уменьшает метаболизм глюкозы в клетках тела, препятствуя производству ТТГ, что, в свою очередь, подавляет секрецию тироксина. 

Гормоны щитовидной железы (циркулирующие в крови), направляясь обратно в гипофиз, подавляют секрецию ТТГ. В щитовидной железе тиреотропный гормон стимулирует увеличение поглощения йода из крови, а также синтез и секрецию гормона тироксина.

Около 30 процентов йода в крови потребляется щитовидной железой для использования в синтезе тироксина.

Гипертиреоз (гиперфункция щитовидной железы)

Избыток производства тироксина называют гипертиреозом, также известным как болезнь Грейвса.

Болезнь Грейвса — это аутоиммунное заболевание, при котором антитела соединяются с рецепторами тиреотропного гормона в тканях щитовидной железы. Эта связь поддерживает рецепторы в постоянно включенном режиме, что стимулирует деление клеток и выработку гормона щитовидной железы.

Симптомы избытка тироксина

Чрезмерное производство гормонов ведет к:

• увеличению щитовидной железы,
• мышечной слабости,
• увеличению скорости метаболизма,
• избыточному выделению тепла,
• потоотделению из-за расширения кровеносных сосудов в коже (vasodilation).

Гипотиреоз (гипофункция щитовидной железы)

Недостаток производства тироксина называется гипотиреозом или микседемой.

Снижение выработки тироксина может быть вызвано дефицитом йода.

Низкий уровень тироксина нарушает цикл обратной связи с гипофизом, что приводит к продолжению выработки ТТГ. Тиреотропный гормон продолжает стимулировать деление клеток в ткани щитовидной железы.

Симптомы нехватки тироксина

Симптомы гипотиреоза противоположны гипертиреозу.

Как правило, состояние гипотиреоза приводит к:

• снижению основной скорости метаболизма (что уменьшает выработку тепла),
• снижению устойчивости к холодным температурам,
• снижению частоты сердечных сокращений,
• увеличению веса, несмотря на снижение аппетита.

Гипотиреоз также характеризуется снижением умственных способностей, общей слабостью и усталостью, а также плохим физическим развитием.

Уровни кальция в крови регулируются кальцитонином, гормоном, который продуцируется щитовидной железой, и паратиреоидным гормоном (ПТГ), который производится паращитовидными железами.

Кальцитонин и паратгормон оказывают противоположное влияние на уровень кальция в крови.

Высокий уровень кальция, получаемый из пищевых источников, стимулирует увеличение секреции кальцитонина, который затем увеличивает скорость, с которой кальций в крови осаждается в костную ткань.

Кальцитонин также увеличивает скорость экскреции кальция почками.

Снижение содержания кальция в крови побуждает паращитовидные железы вырабатывать больше паратгормона.

Увеличение уровня паратгормона стимулирует высвобождение кальция из костной ткани в кровь и повышает скорость повторного поглощения кальция (реабсорбцию) почками и двенадцатиперстной кишкой.

Паратиреоидный гормон также способствует синтезу витамина Д в проксимальном канальце почки. Основная роль витамина Д заключается в поддержании постоянного уровня кальция в крови.

Витамин Д увеличивает выделение кальция в кровь из костной ткани. В почках он увеличивает всасывание кальция.

В тонком кишечнике витамин D повышает скорость поглощения кальция, стимулируя рост клеток выстилающих кишечник, и стимулируя синтез клеточных белков, участвующих в транспорте кальция.

Статьи в категории

Щитовидная железа. Часть 2.

Регуляция функций щитовидной железы.

Специфическими регуляторами деятельности щитовидной железы являются йод, сам гормон щитовидной железы и ТТГ. Йод в малых дозах увеличивает секрецию ТТГ, а в больших дозах угнетает ее.

Щитовидная железа находится также под влиянием центральной нервной системы, в частности коры головного мозга. Удаление коры вызывает структурные изменения в щитовидной железе. Однако механизм передачи влияний коры неизвестен. Все клинические наблюдения говорят о тесной связи функции симпатической системы и щитовидной железы, но выяснить экспериментально механизм этих взаимодействий не удавалось. Целый ряд веществ угнетает функцию щитовидной железы. К ним относятся такие пищевые вещества, как капуста, брюква, турнепс. Антитиреоидными свойствами обладают различные лекарственные вещества: салицилаты, сульфамидные препараты и др. Все эти вещества препятствуют либо поглощению йода, либо синтезу из него гормонов.

Влияние гормонов щитовидной железы на функции организма.

Гормоны щитовидной железы оказывают то или иное влияние на деятельность всех органов организма.

Одним из наиболее ярких эффектов действия гормонов щитовидной железы является их влияние на обмен веществ. Введение гормона всегда сопровождается увеличением потребления кислорода, а удаление щитовидной железы — его снижением. Соответственно, в первом случае повышается, а во втором понижается основной обмен. Через 10 недель после удаления щитовидной железы основной обмен падает на 25-40%. При введении гормона повышается обмен, увеличивается количество освобождаемой энергии, повышается температура тела. Гормон щитовидной железы увеличивает скорость усвоения углеводов — гликогена и уменьшает гликогенообразовательную функцию печени. Усиливается мобилизация аминокислот. Снижаются запасы липидов в печени, уменьшается количество холестерина в крови. Увеличивается выведение воды, кальция и фосфора.

Гормоны щитовидной железы вызывают повышенную возбудимость, раздражимость, бессонницу, эмоциональную неуравновешенность.

Выраженные изменения наблюдаются в системе органов кровообращения: увеличиваются минутный объем, кровоток, частота сердцебиения. Тиреоидный гормон необходим для овуляции, он способствует сохранению беременности, регулирует функцию молочных желез.

Рост и развитие организма также регулируются щитовидной железой: уменьшение ее функции вызывает остановку роста. Тиреоидный гормон стимулирует кроветворение, увеличивает секрецию желудка, кишечника и секрецию молока у животных.

Гипер- и гипофункция щитовидной железы.

Гиперфункция служит причиной заболевания, называемого экзофтальмическим зобом. В континентальной Европе ее называют болезнью Базедова. У женщин она встречается в 6-15 раз чаще, чем у мужчин.

Предполагают, что повышенное количество гормонов щитовидной железы усиливает действие норадреналина, выделяемого окончаниями симпатической нервной системы.

Основные симптомы заболевания — зоб, пучеглазие, увеличение обмена веществ, частоты сокращений сердца, повышенная потливость, двигательная активность, раздражительность, быстрая утомляемость, Зоб образуется за счет диффузного увеличения щитовидной железы. Глазные яблоки выступают из орбит, что называют пучеглазием — экзофтальмом. Иногда глазные яблоки находятся даже в состоянии подвывиха. Для больных характерны быстрые реакции, что на короткий промежуток времени способствует проявлению творческой активности. Однако из-за быстрой утомляемости их рабочие возможности невелики. Существуют различные способы лечения людей, страдающих базедовой болезнью. Методы лечения настолько эффективны, что тяжелые случаи заболевания встречаются довольно редко.

Гипофункция щитовидной железы, возникающая в раннем возрасте, до 3-4 лет, вызывает развитие симптомов кретинизма. Это заболевание имеет разную природу. Чаще всего оно встречается в районах, где в пище мало содержится йода. Однако единичные заболевания отмечаются и в районах благополучных по йоду. Выяснено, что в этих случаях имеют место генетические дефекты. При этом соответственно типу генного нарушения блокируется образование гормона на том или ином этапе его формирования: может быть дефект йодзахватывающей системы, или не может осуществляться конденсация йодтирозинов. Во всех этих случаях нарушение связано с отсутствием синтеза соответствующих ферментов.

Кретины отстают и в физическом и в умственном развитии. Они имеют чрезвычайно характерный внешний вид: карликовый рост, широкая, глубоко ввалившаяся переносица, широко расставленные глаза, из полуоткрытого рта течет слюна, зубы плохие, лоб низкий, кожные покровы бледно окрашены, конечности короткие, изогнутые, живот вздутый, тупое выражение лица. Продолжительность жизни обычно не превышает 30-40 лет. Лечение особенно эффективно в первые 2-3 месяца жизни. В этом случае можно добиться последующего нормального психического развития. Если лечение начинается в годовалом возрасте, то 40% детей. подвергшихся этому заболевания, остаются на очень низком уровне развития.

Гипофункция щитовидной железы, возникающая во взрослом организме, приводит к возникновению заболевания, называемого микседемой или слизистым отеком. При этом заболевании понижается интенсивность обменных процессов (на 15-40%), понижается температура тела, реже становится пульс, падает кровяное давление, кожа становится сухой, появляется отечность, полосы выпадают, ногти ломаются, лицо у больных микседемой бледное, безжизненное, маскообразное. Больные отличаются медлительностью, сонливостью, плохой памятью. Микседема — медленно прогрессирующее заболевание, которое при отсутствии лечения приводит к полной инвалидности.

Как работает ваша щитовидная железа — Контроль гормонов, необходимых для метаболизма

Ваша щитовидная железа — это небольшая железа, обычно весом менее одной унции, расположенная в передней части шеи. Он состоит из двух половин, называемых долями, которые лежат вдоль трахеи (трахеи) и соединены узкой полосой ткани щитовидной железы, известной как перешеек.

Щитовидная железа расположена чуть ниже «яблока Адамса» или гортани. Во время развития (внутри матки) щитовидная железа берет начало в задней части языка, но обычно перед рождением мигрирует в переднюю часть шеи.Иногда он не может мигрировать должным образом и располагается высоко на шее или даже в задней части языка (язычная щитовидная железа). Это очень редко. В других случаях он может зайти слишком далеко и попасть в грудную клетку (это тоже редкость).

Функция щитовидной железы состоит в том, чтобы принимать йод, содержащийся во многих пищевых продуктах, и преобразовывать его в гормоны щитовидной железы: тироксин (Т4) и трийодтиронин (Т3). Клетки щитовидной железы — единственные клетки в организме, которые могут поглощать йод.Эти клетки объединяют йод и аминокислоту тирозин для образования Т3 и Т4. Затем Т3 и Т4 попадают в кровоток и транспортируются по всему телу, где они контролируют метаболизм (преобразование кислорода и калорий в энергию).

Каждая клетка тела зависит от гормонов щитовидной железы, регулирующих их метаболизм. Нормальная щитовидная железа производит около 80% Т4 и около 20% Т3, однако Т3 обладает примерно в четыре раза большей «силой» гормона, чем Т4.

Щитовидная железа находится под контролем гипофиза , маленькой железы размером с арахис в основании мозга (показано здесь оранжевым цветом). Когда уровень гормонов щитовидной железы (Т3 и Т4) падает слишком низко, гипофиз вырабатывает тиреотропный гормон (ТТГ) , который стимулирует выработку большего количества гормонов щитовидной железой. Под влиянием ТТГ щитовидная железа вырабатывает и секретирует Т3 и Т4, тем самым повышая их уровень в крови.

Гипофиз чувствует это и реагирует снижением выработки ТТГ. Можно представить себе щитовидную железу как топку, а гипофиз как термостат.

Гормоны щитовидной железы подобны теплу. Когда тепло возвращается к термостату, он выключает термостат. Когда комната остывает (уровень гормонов щитовидной железы падает), термостат снова включается (увеличивается ТТГ), и печь вырабатывает больше тепла (гормоны щитовидной железы).

Сама гипофиз регулируется другой железой, известной как гипоталамус (показан на рисунке выше голубым цветом).Гипоталамус является частью головного мозга и производит гормона высвобождения ТТГ (TRH) , который сообщает гипофизу о необходимости стимулировать работу щитовидной железы (высвобождать ТТГ). Можно представить себе гипоталамус как человека, который регулирует термостат, поскольку он сообщает гипофизу, на каком уровне следует установить щитовидную железу.

Обновлено: 21.10.19

Щитовидная железа: обзор

Щитовидная железа | анатомия | Британника

Щитовидная железа , эндокринная железа, которая расположена в передней части нижней части шеи, ниже гортани (голосовой ящик).Щитовидная железа вырабатывает гормоны, необходимые для обмена веществ и роста. Любое увеличение щитовидной железы, независимо от причины, называется зобом.

Щитовидная железа человека.

Encyclopædia Britannica, Inc.

Анатомия щитовидной железы

Щитовидная железа возникает из-за выхода наружу дна глотки вниз, и постоянный остаток этой миграции известен как тиреоглоссальный проток. Сама железа состоит из двух продолговатых долей, лежащих по обе стороны от трахеи (дыхательного горла) и соединенных узкой полосой ткани, называемой перешейком.У нормальных взрослых щитовидная железа весит от 10 до 15 граммов (от 0,4 до 0,5 унции), хотя она может увеличиваться в размерах.

Доли железы, а также перешеек содержат множество маленьких шаровидных мешочков, называемых фолликулами. Фолликулы выстланы фолликулярными клетками и заполнены жидкостью, известной как коллоид, которая содержит прогормон тиреоглобулин. Фолликулярные клетки содержат ферменты, необходимые для синтеза тиреоглобулина, а также ферменты, необходимые для высвобождения гормона щитовидной железы из тиреоглобулина.Когда необходимы гормоны щитовидной железы, тиреоглобулин реабсорбируется из коллоида в просвете фолликула в клетки, где он расщепляется на его составные части, включая два гормона щитовидной железы тироксин (T ₄ ) и трийодтиронин (T ₃ ). Затем гормоны высвобождаются и переходят из клеток в кровоток.

Биохимия гормона щитовидной железы

Тироксин и трийодтиронин содержат йод и образуются из тиронинов, которые состоят из двух молекул аминокислоты тирозина.(Иод, и тирозин попадают в рацион.) Тироксин содержит четыре атома йода, а трийодтиронин содержит три атома йода. Поскольку каждая молекула тирозина связывает один или два атома йода, два тирозина используются для синтеза как тироксина, так и трийодтиронина. Эти два гормона — единственные биологически активные вещества, содержащие йод, и они не могут быть произведены без йода. Процесс, ведущий к возможному синтезу тироксина и трийодтиронина, начинается в фолликулярных клетках щитовидной железы, которые концентрируют йод из сыворотки.Затем йод окисляется и присоединяется к остаткам тирозина (образуя соединения, называемые йодтирозинами) в молекулах тиреоглобулина. Затем йодированные остатки тирозина перегруппировываются с образованием тироксина и трийодтиронина. Таким образом, тиреоглобулин служит не только структурой, в которой синтезируются тироксин и трийодтиронин, но также и формой хранения этих двух гормонов.

Структурный чертеж T ₃ , обратный T ₃ и T ₄ , показывающий синтез T ₃ и обратный T ₃ из T ₄ .

Encyclopædia Britannica, Inc.
Сэкономьте 50% на подписке Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.
Подпишитесь сегодня

Значительно больше тироксина вырабатывается и секретируется щитовидной железой, чем трийодтиронин. Однако во многих тканях тироксин превращается в трийодтиронин под действием ферментов, называемых дейодиназами. После того, как тироксин попадает в клетку, дейодиназы, расположенные в цитоплазме, удаляют один из четырех ее атомов йода, превращая его в трийодтиронин.Трийодтиронин либо попадает в ядро ​​клетки, либо возвращается в кровоток. В результате весь тироксин и около 20 процентов трийодтиронина, вырабатываемого каждый день, поступают из щитовидной железы. Остальные 80 процентов трийодтиронина поступают из дейодирования тироксина вне щитовидной железы. Большую часть, если не все действие гормона щитовидной железы на ткани-мишени оказывает трийодтиронин. Следовательно, тироксин можно рассматривать как циркулирующий предшественник трийодтиронина.

В сыворотке крови более 99 процентов тироксина и трийодтиронина связано с одним из трех белков. Эти связывающие белки известны как тироксин-связывающий глобулин, транстиретин (тироксин-связывающий преальбумин) и альбумин. Оставшиеся тироксин и трийодтиронин (менее 1 процента) свободны или не связаны. Когда свободный гормон попадает в клетку, он немедленно пополняется гормоном, прикрепленным к связывающим белкам. Связывающие белки служат резервуарами двух гормонов для защиты тканей от внезапных всплесков выработки гормонов щитовидной железы и, вероятно, также для облегчения доставки гормонов в клетки крупных твердых органов, таких как печень.

Практически все клетки организма являются клетками-мишенями трийодтиронина. Попав внутрь клетки, трийодтиронин попадает в ядро, где связывается с белками, известными как ядерные рецепторы. Комплексы трийодтиронин-рецептор затем связываются с молекулами дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). Это приводит к увеличению скорости, с которой затронутые молекулы ДНК транскрибируются с образованием молекул матричной рибонуклеиновой кислоты (мРНК), и к увеличению скорости синтеза белка (трансляции), кодируемого ДНК (посредством мРНК). ).Трийодтиронин увеличивает транскрипцию молекул ДНК, которые кодируют множество различных белков; однако он также подавляет транскрипцию ДНК, которая кодирует некоторые другие белки. Паттерны активации и ингибирования различаются в разных тканях и типах клеток.

Действия гормона щитовидной железы

Вещества, вырабатываемые в повышенных количествах в ответ на секрецию трийодтиронина, включают многие ферменты, составляющие клетки и гормоны. Ключевыми среди них являются белки, которые регулируют использование питательных веществ и потребление кислорода митохондриями клеток.Митохондрии — это участки, в которых энергия вырабатывается в виде аденозинтрифосфата (АТФ) или рассеивается в виде тепла. Трийодтиронин активирует вещества, которые увеличивают долю энергии, рассеиваемой в виде тепла. Он также стимулирует использование углеводов, выработку липидов и метаболизм (тем самым увеличивая использование холестерина), а также активацию центральной и вегетативной нервной системы, что приводит к усилению сокращения сердечной мышцы и учащению пульса. Во время жизни плода и в младенчестве эта стимулирующая активность трийодтиронина критически важна для нормального роста и развития нервной системы и скелета; Как у нерожденного, так и у новорожденного дефицит щитовидной железы связан с карликовостью и умственной отсталостью.

Гормоны щитовидной железы — howMed

Щитовидная железа вырабатывает гормоны, регулирующие различные процессы, в том числе:

1. Трийодтиронин (T3) , который является фолликулярным гормоном и составляет 7% от общего количества
2. Тироксин (T4) , который также является фолликулярным гормоном, составляющим 93% от общего количества
3. Reverse T3 , синтезируется в щитовидной железе плода и в периферических тканях из T4.Это биологически неактивная форма гормонов щитовидной железы.

Кальцитонин секретируется парафолликулярными клетками и является гормоном, снижающим уровень кальция. Т4 является основным секреторным продуктом щитовидной железы, но Т3 биологически более активен, чем Т4.

Структура тироксина:

Структура трийодтиронина:

Синтез:

Синтез гормонов щитовидной железы включает следующие этапы:

1. Синтез тироглобулина
2. Поглощение йода (улавливание йода)
3. Окисление иодид-ионов
4. Йодирование тирозина (органификация)
5. Соединение MIT и DIT
6. Высвобождение гормона щитовидной железы

Хранение гормонов щитовидной железы:

Каждая молекула тиреоглобулина содержит от одной до четырех молекул Т4.В среднем одна молекула Т3 присутствует на 14 молекул Т4. Коллоид фолликулов щитовидной железы содержит гормоны щитовидной железы, достаточные для потребности в 2-3 месяца.

Гормоны щитовидной железы в крови:

Примерно 99,98% Т4 связано с тремя белками сыворотки:

1. Глобулин, связывающий щитовидную железу ~ 75%
2. Преальбумин, связывающий щитовидную железу ~ 15-20%
3. Альбумин ~ 5-10%

Только около 0,02% общего Т4 в крови несвязано или свободно и только около 0.4% общего Т3 в крови свободно.

Транспорт гормонов щитовидной железы:

Общий уровень гормонов щитовидной железы составляет около 50-15 нмоль / л, из которых свободный гормон щитовидной железы составляет всего 40 пмоль / л. 99% гормона щитовидной железы связывается с белками плазмы. Только 1% гормонов щитовидной железы находится в свободной форме, которая является биологически активной.

Метаболизм гормонов щитовидной железы:

Т4 превращается 5’дейодиназой в:

1. T3, который является активной формой
2. rT3, который является неактивной формой

Инактивация происходит в печени и тканях-мишенях.Требуются следующие шаги:

1. Деиодирование MIT, DIT
2. Дезаминирование и декарбоксилирование
3. Конъюгация с сульфатами и глюкуроновой кислотой, которая выделяется с мочой.

Период полураспада составляет примерно 6 дней.

Регулирование синтеза гормонов щитовидной железы:

Количество гормона щитовидной железы строго регулируется. К стимулирующим факторам относятся:

1. Тиреотропный гормон
2. Иммуноглобулин, стимулирующий щитовидную железу
3. Повышенное содержание глобулина, связывающего щитовидную железу (как при беременности)

Тормозящие факторы включают:

1. Недостаток йода
2. Дефицит дейодиназы
3. Чрезмерное потребление йода
4. Перхлорат, тиоцианат (ингибирует йодный насос)
5. Политиоурацил (ингибирует пероксидазы)
6. Снижение связывания глобулина с щитовидной железой (как при заболеваниях печени)

Воздействие холода вызывает повышение TRH и TSH и увеличивает BMR на 15–20%.Эмоциональные реакции также вызывают повышение уровня ТРГ и ТТГ. Тогда как возбуждение и тревога вызывают снижение TRH и TSH.

Механизм действия:

Шаг 1: Превращение Т4 в Т3 с помощью 5’-йодиназы:

T4 превращается в свою активную форму, которая является T3 вместе с rT3. Т3 метаболически в четыре раза активнее Т4.

Шаг 2: Вхождение Т3 в ядро ​​клетки-мишени для связывания ядерного рецептора.

Шаг 3: Комплекс рецептора Т3 связывает регуляторный элемент тироидного гормона на ДНК, чтобы стимулировать транскрипцию ДНК.

Шаг 4: Трансляция вновь транскрибируемой мРНК в сотни новых белков.

Функции гормонов щитовидной железы:

T4 имеет длительный латентный период, а пиковое действие наблюдается через 10-12 дней после его введения в организм.

Его период полураспада составляет 15 дней, и в течение 2-3 дней не действует на BMR.Некоторая активность наблюдается от 6 недель до 2 месяцев.

T3 действует быстро примерно через 6-12 часов, а пиковое действие наблюдается через 2-3 дня.

Природа индукции новых белков специфична для тканей-мишеней. В большинстве случаев индуцируется Na + K + АТФаза, что приводит к увеличению потребления кислорода, тогда как в клетках миокарда индуцируются миозин, β-адренорецепторы и Са ++ АТФаза. В печени и жировых клетках индуцируются ключевые метаболические ферменты, которые изменяют метаболизм углеводов и белков.

В клетках-мишенях Т3 и Т4 связываются с внутриклеточными рецепторами (Т3 связывает 90%, а Т4 связывает 10%). Синтезированы новые белки, в том числе:

1. Na + K + АТФаза
2. Транспортные белки
3. Рецепторы
4. Лизосомальные белки
5. Протеолитические белки
6. Структурные белки

Гормоны щитовидной железы действуют на все органы в организме. Они действуют синергетически с гормоном роста и соматомединами до:

1. Способствует формированию костей
2. Увеличение BMR, выработки тепла и потребления кислорода
3. Измените сердечно-сосудистую систему, дыхательную систему, чтобы увеличить доставку кислорода к тканям.

Наиболее важные функции гормонов щитовидной железы:

1. Калоригенез и повышение BMR
2. Рост и развитие (физическое и умственное)
3. Активация определенных механизмов организма (включая метаболизм)

Калоригенез и повышение BMR

Мышцы больше всего страдают от гормонов щитовидной железы. (Не оказывает калоригенного действия на мозг, переднюю долю гипофиза, лимфатические узлы и селезенку).Около 40% тепла, производимого тканями, приходится на гормоны щитовидной железы. Они увеличивают количество и размер митохондрий, а также их активность и приводят к повышенному образованию АТФ.

Они вызывают разобщение окислительного фосфорилирования и увеличивают BMR на 60-100% от нормы. Повышенная активность Na + K + АТФазы наблюдается в большинстве клеток.

Влияние на кости и мышцы:

TH имеет решающее значение для нормального развития скелетной системы, а также мускулатуры.У растущих детей он усиливает рост, а у детей с гипотиреозом наблюдается задержка роста, быстрое созревание костей и задержка роста.

Влияние на мозг:

Гормоны щитовидной железы способствуют росту и развитию плода и в течение нескольких лет послеродового периода. TH необходим для нормального развития мозга и регулирует синаптогенез, интеграцию нейронов, миелинизацию и миграцию клеток. Снижение Т4 у плода после рождения вызывает кретинизм, что приводит к задержке роста и созревания мозга.Эти дети остаются умственно неполноценными на протяжении всей жизни.

Разрешающие действия:

TH увеличивает чувствительность тканей-мишеней к катехоламинам, тем самым повышая липолиз, гликогенолиз и глюконеогенез.

Метаболические функции:

Все метаболические функции связаны с общим увеличением клеточных метаболических ферментов.

Влияние на углеводы:

1. Повышение всасывания глюкозы в тонком кишечнике
2. Увеличение поглощения глюкозы клетками
3. Повышение гликолиза
4. Повышение гликогенолиза
5. Повышение глюконеогенеза

Гипергликемия и секреция инсулина приводят к диабету щитовидной железы.

Влияние на жиры:

Все аспекты жирового обмена улучшены. Повышенный липолиз приводит к увеличению свободных жирных кислот в плазме и уменьшению запасов жира в организме. Триацилглицерины расщепляются на глицерин и свободные жирные кислоты. Свободные жирные кислоты подвергаются бета-окислению в печени и приводят к снижению холестерина в плазме.

Влияние на белки:

Гормоны щитовидной железы в низких дозах обладают анаболическим действием, а в высоких — катаболическим действием.

Влияние на минералы:

Гормоны щитовидной железы в больших дозах вызывают остеопороз и декальцификацию.

Влияние на витамины:

Повышенный уровень гормонов щитовидной железы вызывает повышенную потребность в витаминах, так как они входят в состав ферментов и коферментов.

Системные действия:

Масса корпуса:

Избыток Т4 приводит к снижению массы тела. Уменьшение приводит к противоположным результатам.

Центральная нервная система:

Избыток гормонов щитовидной железы вызывает учащенное умственное развитие, нервозность, беспокойство, крайнее беспокойство, психоневротическую тенденцию и паранойю.

Спящий режим:

Гормоны щитовидной железы вызывают повышенное чувство усталости, но затруднения со сном из-за того, что они вызывают повышенную возбудимость синапсов (как при гипертиреозе).

Мышцы:

Гормоны щитовидной железы вызывают тонкий тремор со скоростью 10-15 раз в секунду.Это связано с повышенной активностью нейронных синапсов в двигательных нейронах спинного мозга.

Дыхательная система:

Гормоны щитовидной железы вызывают увеличение частоты и глубины дыхания из-за увеличения BMR. Они также вызывают повышенное использование кислорода и большее образование углекислого газа.

Сердечно-сосудистая система:

Гормоны щитовидной железы вызывают увеличение сердечного выброса (примерно на 60% выше нормы). Они вызывают усиление притока крови к тканям, органам и коже (чтобы потерять больше тепла метаболизма).Наблюдается увеличение частоты сердечных сокращений и сократительной способности из-за прямого влияния сердечного выброса, а также усиления регуляции бета-адренорецепторов. Избыточный T4 может вызвать катаболизм белков миокарда и сердечную декомпенсацию, что приведет к смерти. Среднее артериальное давление остается нормальным, хотя наблюдается повышение систолического артериального давления наряду со снижением диастолического артериального давления. Повышается пульсовое давление.

GIT:

Гормоны щитовидной железы вызывают увеличение моторики и секреции, что приводит к диарее.Наблюдается повышенный аппетит и прием пищи. При гипотиреозе обычно наблюдается запор.

Эндокринные железы:

Увеличение секреции большинства эндокринных желез вызывается гормонами щитовидной железы, например Инсулин, паратиреоидный гормон, адренокортикотропный гормон, глюкокортикоиды.

Frontiers | Метаболические эффекты внутриклеточной регуляции тироидного гормона: старые игроки, новые концепции

Введение

Давно известно, что гормоны щитовидной железы (TH) регулируют энергетический обмен (1).У пациентов с дисфункцией ТГ часто наблюдаются симптомы нарушения метаболизма, включая утомляемость и изменение веса (2). Действительно, патологический избыток ТГ у людей увеличивает скорость основного обмена (BMR), в то время как дефицит TH сопровождается снижением BMR (2). Уровни ТТГ и ТРГ также являются критическими детерминантами энергетического метаболизма всего тела. Фактически, они оказывают тиреоидное и не тиреоидное действие и, таким образом, интегрируют сигналы от статуса питания и адренергической нервной системы с тонкой регуляцией производства ТГ (3).Широкий спектр эффектов THs на метаболизм в организме проявляется в основном за счет стимуляции катаболических и анаболических реакций, а также за счет регулирования обмена жиров, углеводов и белков (1). Особенностью ТГ-зависимой регуляции метаболизма является ускорение анаболических и катаболических реакций (4). Например, TH увеличивает мобилизацию жира, тем самым приводя к увеличению концентрации жирных кислот в плазме, а также к усиленному окислению жирных кислот. ТГ стимулируют инсулинозависимый захват глюкозы, а также глюконеогенез и гликогенолиз.Следовательно, действие ТГ приводит к развитию бесполезных циклов, которые в значительной степени способствуют увеличению потребления кислорода, наблюдаемому при тиреотоксикозе («гипертиреозе»). Гормоны щитовидной железы также стимулируют круговорот ионов, изменяя проницаемость мембран, экспрессию ионных насосов и характеристики этих насосов (5-8).

Классический эндокринный взгляд на биологию ТГ состоит в том, что ТГ продуцируются и секретируются щитовидной железой для транспорта в ткани-мишени. Соответственно, концентрации TH определяют степень гормональной регуляции и вызывают последующие эффекты в периферических клетках.Классическая регуляция щитовидной железы включает ось гипоталамус-гипофиз-щитовидная железа, тогда как низкие концентрации TH запускают отрицательную обратную связь, которая приводит к высвобождению как тироид-рилизинг-гормона (TRH) из гипоталамуса, так и тиреотропного гормона (TSH) из гипофиза. (9, 10). Однако, помимо способности щитовидной железы производить правильное количество TH, периферия может изменять сигнал TH во времени и пространстве. Действительно, хотя концентрации TH в плазме относительно стабильны, ткани могут координировать уровни TH посредством клеточно-автономной регуляции транспортеров TH, дейодиназ и рецепторов TH (11).Семейство селенопротеинов йодтирониндейодиназы состоит из трех ферментов: D1, D2 и D3. Эти ферменты присутствуют в определенных тканях и регулируют активацию и инактивацию TH (12). Дифференциальная экспрессия дейодиназ позволяет осуществлять тщательный контроль Т3 и его прогормона, Т4, путем удаления фрагментов йода («дейодирования») в различных участках фенольного или тирозилирового кольца гормонов TH (13). Т4 имеет длительный период полужизни и превращается в активную форму Т3 в клетках под действием активирующих дейодиназ (D1 и D2), которые катализируют деиодирование внешнего кольца.Третья дейодиназа, D3, прекращает действие TH, инактивируя T3 и T4, удаляя йод на внутреннем кольце (13). Локальная регуляция TH на внутриклеточном уровне делает возможными широкие колебания TH в местных тканях и является мощным инструментом для модуляции действия TH без нарушения системных уровней TH.

Корреляция полиморфизма Thr92Ala в гене DIO2, кодирующем белок D2, с измененным гликемическим контролем, ожирением и сахарным диабетом 2 типа (T2DM) (14–16), а также ассоциация генетических вариантов гена DIO1, кодирующего белок D1, обладающий инсулинорезистентностью (17), усиливает клиническую значимость преобразования периферического Т4 в Т3 для метаболического контроля.

В этом обзоре мы суммируем роль местного контроля TH с помощью дейодиназ в метаболической программе клеток в контексте тканеспецифического воздействия дейодирования на энергетический метаболизм и обсуждаем влияние местного изменения TH на метаболизм. функции организма.

Метаболическая роль TH и дейодиназ

Хотя каждая клетка тела фактически является мишенью TH, сигнал TH по-разному интегрируется в каждую ткань в зависимости от автономных клеток.Следовательно, действие TH на метаболизм всего тела лучше всего оценивать, исследуя конкретный вклад TH и его модулирующих ферментов в энергетический метаболизм в контексте каждой ткани-мишени. Относительная роль большинства компонентов сигнальных путей TH была оценена на мышиных моделях индуцибельной тканеспецифической активации или инактивации дейодиназ, рецепторов и транспортеров (1). Эти исследования показали, как различные процессы, вызванные ТГ, способствуют регулированию метаболического гомеостаза у людей (рис. 1).

Рисунок 1 . Метаболические эффекты внутриклеточной регуляции гормона щитовидной железы в различных тканях. (A) Печень: Гомеостаз липидов регулируется локальным уровнем Т3, тем самым влияя на предрасположенность к ожирению и стеатозу печени. (B) Поджелудочная железа: баланс между дейодиназами контролирует развитие и функцию β-клеток за счет усиления фактора транскрипции Mafa и индукции секреции инсулина. (C) Гипоталамус: Локальная доступность TH регулирует пищевое поведение и контролирует расход энергии. (D) Скелетные мышцы: Повышенный уровень Т3 в скелетных мышцах способствует переходу от волокон типа I к типу II, влияет на регенерацию и увеличивает расход энергии. (E) BAT: D2-опосредованная активация TH регулирует экспрессию и термогенез UCP1, пролиферацию и дифференцировку адипоцитов, а также массу тела. (F) WAT: Местный метаболизм Т3 регулирует пролиферацию / дифференцировку адипоцитов.

Печень

Между метаболизмом ТГ и печенью существует сложная взаимосвязь (1, 18, 19).Гормоны щитовидной железы регулируют функцию печени, изменяя базальную скорость метаболизма гепатоцитов; печень, в свою очередь, метаболизирует TH и регулирует их системные эндокринные эффекты (20). В печени TH регулирует метаболизм липидов главным образом через T3-TRβ (TH-рецептор бета) (1) и последующую регуляцию гомеостаза холестерина (синтез и отток), синтез желчных кислот и метаболизм жирных кислот (1). Локальный контроль метаболизма ТГ в печени опосредуется экспрессией всех трех дейодиназ.D1 высоко экспрессируется в печени, где он способствует гомеостазу плазматического T3 и опосредует выведение rT3 из кровотока (21). Экспрессия D1 очень чувствительна к уровням T3 до такой степени, что является индикатором состояния щитовидной железы печени (22). Несмотря на высокие уровни D1 в печени, внутриклеточный уровень T3 в гепатоцитах опосредуется не D1, а другой TH-активирующей дейодиназой, D2 (23). Печень является образцом пространственно-временной регулируемой экспрессии D2, которая временно включается в печени новорожденных мышей между первым и пятым постнатальным днем.За это короткое время происходит пик экспрессии D2 в печени, который быстро снижается до фонового уровня (24). Этот кратковременный пик D2 вызывает избыток T3, который изменяет метилирование и характер экспрессии тысяч печеночных генов, тем самым увеличивая в будущем предрасположенность к ожирению и стеатозу печени, вызванному диетой (24). Мышиные модели гепатоцит-специфической инактивации D2 (Alb-D2KO) не подвергаются этому физиологическому увеличению T3 в печени при рождении с последующей задержкой неонатальной экспрессии липид-связанных генов и фенотипа устойчивости к ожирению и стеатозу печени (24). .Эти фундаментальные изменения во время перинатальной жизни указывают на то, что состояние щитовидной железы конкретной ткани влияет на метаболизм всего тела, тем самым влияя на фенотип во взрослой жизни (25). Наконец, D3 почти не обнаруживается в печени здоровых людей, но сильная реактивация D3 была обнаружена в регенерирующей ткани печени, в некоторых опухолях печени, а также в сыворотках и образцах печени от критически больных людей, что влияет на системный статус щитовидной железы ( 26). Эти результаты предполагают, что D3 играет роль в реакции ткани на повреждение и в дисбалансе гомеостаза TH, обычно наблюдаемом во время критического заболевания.

Поджелудочная железа

Гормон щитовидной железы играет решающую роль в развитии, созревании и функционировании клеток поджелудочной железы, где Т3 необходим для физиологического созревания β-клеток поджелудочной железы до глюкозо-стимулированных инсулин-секретирующих клеток (27). Клетки поджелудочной железы экспрессируют как изоформы TRα, так и TRβ, а активированный комплекс T3-TR непосредственно связывается с промотором островкового фактора транскрипции Mafa, что приводит к его активации (27, 28). Однако точный физиологическая роль TH в гомеостазе глюкозы остается спорной (29, 30).Хотя многочисленные исследования in vitro, и ex vivo, продемонстрировали, что Т3 опосредует положительные эффекты на функцию β-клеток, воздействие высоких доз TH приводит к фенотипу непереносимости глюкозы. Действительно, гипертиреоз связан с непереносимостью глюкозы в результате снижения секреции инсулина (31, 32) и стимуляции глюконеогенеза в печени (33). Вероятно, при гипертироидных состояниях нарушенной секреции инсулина недостаточно для подавления высокой продукции глюкозы в печени.Соответственно, распространенность сахарного диабета у пациентов с гипертиреозом примерно вдвое выше, чем у здоровых людей (34). Напротив, системный гипотиреоз связан со снижением глюконеогенеза в печени и повышенной чувствительностью к инсулину, о чем свидетельствует начало гипогликемического состояния после инъекции инсулина (35). В то время как во время развития позвоночных сниженные уровни TH важны для нормальной функции и для гомеостаза глюкозы β-клеток поджелудочной железы, воздействие высоких доз TH вызывает апоптоз β-клеток поджелудочной железы (36).В этом контексте, дейодиназа D3, инактивирующая гормон TH, играет фундаментальную роль в принятии решений о судьбе клонов и спецификации эндокринных клеток (34). Действительно, исследования на мышах D3KO продемонстрировали, что снижение D3-опосредованного действия TH имеет решающее значение для нормального созревания и функции β-клеток поджелудочной железы (34). Мыши D3KO демонстрировали фенотип непереносимости глюкозы из-за нарушения секреции инсулина, стимулированной глюкозой, уменьшения размера и абсолютной массы островков поджелудочной железы и β-клеток, снижения содержания инсулина и снижения экспрессии ключевых генов, участвующих в чувствительности к глюкозе, синтезе инсулина и экзоцитозе. (34).Панкреатический фенотип мышей D3KO является доказательством того, что ослабление передачи сигналов TH посредством активации D3 необходимо для нормального развития.

Гипоталамус

Периферийные сигналы TH интегрируются в гипоталамус и обрабатываются в скоординированные ответы для регулирования энергетического баланса. Центром регулирования потребления пищи и массы тела является система меланокортина, состоящая из трех популяций нейронов: нейронов, экспрессирующих проопиомеланокортин (POMC), нейропептида Y (NPY) и агути-родственного пептида (AgRP) -co- экспрессирующие нейроны и нейроны, экспрессирующие рецептор меланокортина 4 (MC4R) (37, 38).Нейроны POMC проявляют анорексигенную функцию, активируя нейроны MC4R, что вызывает сокращение потребления пищи и увеличение расхода энергии. Напротив, нейроны NPY / AgRP являются орексигенными нейронами: противодействуя действию, оказываемому POMC на MC4R, они увеличивают потребление пищи и снижают расход энергии. Все эти нейроны чувствительны к сигналу TH, который может активировать или ингибировать нейроны меланокортина, и поэтому неудивительно, что локальный метаболизм TH играет критическую роль в регуляции аппетита и питания.Изменения в центральных уровнях Т3 происходят при различных метаболических состояниях (39), например, повышенные уровни Т3 были обнаружены в гипоталамусе во время голодания (40). Голодание вызывает изменения в состоянии щитовидной железы, а именно снижение уровней D2 в гипофизе и уровней D1 в печени, которые коррелируют с низкими уровнями периферического T3 в присутствии повышенной активности D2 в гипоталамусе. Высокая активность D2 в гипоталамусе вызывает увеличение локальных концентраций T3, которые, в свою очередь, активируют орексигенные нейроны NPY / AgRP и ингибируют анорексигенные нейроны POMC, тем самым вызывая гиперфагию (1).Молекулярный механизм, лежащий в основе TH-опосредованной активации NPY / AgRP, напоминает таковой в коричневой жировой ткани (BAT), в которой T3 увеличивает активность разобщающего белка 1 (UCP1). Фактически, высокие уровни Т3 в гипоталамусе во время голодания, являющиеся следствием активации D2, способствуют экспрессии UCP2 и стимулируют митохондриальную пролиферацию в орексигенных нейронах NPY / AgRP, таким образом способствуя их активности и стимулируя отскок питания при голодании. Повышение уровня Т3 в гипоталамусе также вызывает подавление мРНК TRH (40, 41).Таким образом, при голодании, несмотря на снижение периферических уровней ТГ, наблюдается локальное повышение Т3 в гипоталамусе, что, в свою очередь, усиливает орексигенные сигналы и снижает продукцию ТРГ. Гипоталамус, вероятно, поддерживает низкий уровень ТГ для сохранения запасов энергии, которая будет рассеиваться при гипертиреоидном состоянии.

Фундаментальная роль дейодиназ в регуляции энергетического баланса в головном мозге была продемонстрирована на мышиных моделях истощения дейодиназ (42).Несмотря на низкие уровни циркулирующего TH у взрослых мышей Dio3 ^{— / —} , их центральная нервная система находится в состоянии гипертиреоза (42). Повышенные уровни TH изменяют функционирование гипоталамических цепей, включая систему лептин-меланокортин, тем самым регулируя энергетический баланс и ожирение. В частности, у мышей Dio3 ^{— / —} наблюдается снижение ожирения, но аномально функционирующая система лептин-меланокортин, связанная с устойчивостью к лептину (43). Гипоталамическое D2-опосредованное преобразование Т4 в Т3 важно для фотопериодической реакции гонад (44), при которой точно настроенная экспрессия D2 и D3 жестко регулирует стимуляцию ЛГ (45).

Скелетные мышцы

Скелетные мышцы составляют 40–50% от общей массы тела человека и имеют решающее значение для обмена веществ, выработки тепла и поддержания осанки. TH влияет на сокращение, регенерацию и метаболизм скелетных мышц (46). Все компоненты процесса передачи сигналов TH, от TR до транспортеров TH (MCT8 и MCT10), а также D2 и D3, экспрессируются в скелетных мышцах грызунов и человека (47). Во время развития скелетных мышц D2 активируется, особенно в первые постнатальные дни, и уменьшается на 30-й день, хотя его активность возвращается к высоким уровням во время дифференцировки мышечных стволовых клеток (12, 48, 49).В частности, во время посттравматических процессов регенерации мРНК D2 активируется, чтобы обеспечить правильную дифференцировку миобластов (50). D2 является мишенью для FOXO3, белка, участвующего в слиянии и метаболизме миоцитов, а также в атрофии и аутофагии (12). Потеря D2 нарушает дифференцировку стволовых клеток и предотвращает активацию миогенного транскрипционного фактора MyoD, тем самым увеличивая пролиферативный потенциал мышечных стволовых клеток. D2-опосредованный TH в скелетных мышцах влияет также на мышечные волокна.Высокие уровни TH вызывают переход от волокон типа I (медленные) к волокнам типа II (быстрые), что приводит к усилению регуляции Са2 ⁺ АТФазы саркоэндоплазматического ретикулума, транспортера глюкозы 4 (GLUT4) и разобщающего белка 3 (UCP3). ), производя тепло и увеличивая расход энергии (51). D2-зависимая активация Т3 влияет на инсулиновый ответ в скелетных мышцах (52). Действительно, мыши D2KO резистентны к инсулину, что демонстрирует важность D2 в гомеостазе глюкозы. У людей общий полиморфизм гена Dio2 , замена Thr92Ala в белке D2, которая частично снижает ферментативную активность, коррелирует с инсулинорезистентностью и диабетом (53, 54).Кроме того, мышечные волокна реагируют на холод посредством механизмов, связанных с ТГ, а именно повышенного поглощения глюкозы, активации окислительных путей и увеличения биогенеза митохондрий (55, 56). Интересно, что D2 активируется в мышцах после 4 часов воздействия холода (57). Более того, D2 активируется в ответ на такие метаболические сигналы, как желчные кислоты и инсулин (1, 58), а также во время упражнений под действием β-адренергических стимулов, чтобы усилить передачу сигналов TH и регулировать экспрессию PGC-1α (59, 60). Скоординированная экспрессия D2-D3 необходима для точной настройки внутриклеточной доступности TH во время дифференцировки мышечных стволовых клеток, а in vivo во время регенерации мышц (47).В то время как D2 необходим для правильного выброса Т3 и последующей дифференцировки мышечных стволовых клеток, D3 способствует пролиферации мышечных стволовых клеток за счет снижения доступности TH на ранних этапах миогенной программы (47). Эта двойная регуляция настолько важна, что истощение D3 in vivo вызывает массивный апоптоз пролиферирующих сателлитных клеток и резко нарушает процесс полной регенерации. Эти исследования подчеркивают ключевую роль внутриклеточной координации ТГ дейодиназами в физиологии мышц.

Коричневая жировая ткань

Коричневая жировая ткань характеризуется многокомпонентными липидными каплями и многочисленными митохондриями и регулирует выработку тепла (61). Фактически, BAT активируется в ответ на диету с высоким содержанием жиров или воздействие холода, чтобы защитить организм от увеличения веса и переохлаждения. Гормон щитовидной железы критически влияет на активность BAT (62). Наиболее очевидная метаболическая роль D2 — регулирование расхода энергии в BAT мелких млекопитающих, включая новорожденных людей.Во время воздействия холода симпатическая нервная система индуцирует экспрессию D2 в коричневых адипоцитах, тем самым способствуя локальному преобразованию T4 в T3 и активации транскрипции генов-мишеней, участвующих в термогенной программе (63). Потеря функции D2 снижает уровень UCP-1, который обычно активируется на уровне РНК посредством TH. Таким образом, D2 считается маркером активности BAT (1, 57). Интересно, что мыши Global D2KO устойчивы к ожирению, вызванному диетой, обладают высокой толерантностью к глюкозе и имеют дефицит респираторного коэффициента при 22 ° C, тогда как при 30 ° C они становятся более восприимчивыми к ожирению и развивают непереносимость глюкозы (64, 65 ).T3 регулирует экспрессию нескольких генов во время адипогенной дифференцировки, среди которых GPD, ME, PEPCK, S14, FAS и GLUT4 (66, 67). Хотя активность D2 важна во время дифференцировки, D3 считается митогенным маркером в коричневых преадипоцитах. Фактически, мРНК и активность D3 индуцируются bFGF и aFGF в пролиферирующих коричневых преадипоцитах (68). В BAT, T3 также ускоряет окисление жирных кислот и липогенез за счет действия липогенных ферментов ACC и ME. Следовательно, у мышей D2KO снижено окисление жирных кислот и липогенез (4).

Белая жировая ткань

Основная функция белой жировой ткани (WAT) заключается в хранении энергии в виде отдельных больших липидных капель, хотя она также секретирует адипокины лептина и адипонектина. Белые адипоциты анатомически и физиологически отличаются от коричневых адипоцитов. Однако последние могут появляться на участках, соответствующих WAT, в так называемом процессе «потемнения» WAT, вызванного термогенным стимулом, таким как длительное воздействие холода (69) или обработка активаторами β ₃ -адренергических рецепторов ( 70).Коричневые адипоциты в WAT часто называют «индуцибельными», «бежевыми» или «бритыми». D1 и D2 практически не экспрессируются в эпидермальном WAT, жировой ткани, которая, в отличие от паховой WAT, никогда не превращается в BAT. Все изоформы TR и транспортер TH MCT8 экспрессируются в подкожной жировой ткани человека (71). Экспрессия D1 в эпидермальном WAT составляет только 1% от D1, обнаруженного в печени. Точно так же уровень мРНК D2 составляет 7% от уровня D2 в BAT (72). Интересно, что экспрессия и активность D1 увеличиваются в подкожной и висцеральной WAT у субъектов с ожирением (71).С другой стороны, D2 активируется в адипоцитах beige / brite, и его экспрессия коррелирует с повышенным расходом энергии (73). Диета с высоким содержанием жиров стимулирует экспрессию D1 и лептина, в то время как ограничение калорий снижает активность D1, а также уровни лептина и увеличивает уровни медиатора лептина SCD-1. Сверхэкспрессия лептина увеличивает активность D1 и подавляет экспрессию SCD-1 (74). Подобно коричневым адипоцитам, в белых адипоцитах D2 играет важную роль в липогенезе и в регуляции экспрессии генов, связанных с дифференцировкой адипоцитов, тогда как D3 поддерживает пролиферацию белых адипоцитов (61).Интересно, что у мышей после тиреоидэктомии повышен уровень как D1, так и D2 (72). Более того, D2 экспрессируется также в преадипоцитах человека, хотя его роль неясна (75).

Будущие направления и выводы

Монодейодирование является наиболее важным путем активации TH. В периферической ткани доступность ТГ модулируется множеством путей. Эти пути регулируют действие и регуляцию экспрессии дейодиназы, действие транспортеров TH, а также экспрессию и перекрестное взаимодействие рецепторов TH с множеством партнеров.Эта сложная сеть модификаторов TH увеличивает чувствительность и скорость реакции на изменения, вызванные сигналом щитовидной железы во внутренней и внешней среде. Цена, которую придется заплатить за это, — это сложное регулирование каждого компонента во времени и пространстве. Учитывая широкий спектр метаболических функций организма, регулируемых сигналом TH, дейодиназы представляют собой мощный инструмент, с помощью которого можно модулировать клеточный метаболизм в конкретных тканях без нарушения системных уровней TH. Следовательно, разработка лекарств, нацеленных на действие дейодиназы, является следующей задачей в этой области.Все еще требуется обширная работа, чтобы очертить кинетику и регуляцию ферментов дейодиназы в конкретных тканях, чтобы понять полный спектр их биологических ролей. Таким образом, фармакологические исследования готовы к разработке модуляторов дейодиназы, направленных на улучшение метаболических исходов. Нацеливание на тканеспецифические действия TH может привести к новым и безопасным терапевтическим вариантам лечения метаболических дисфункций.

Взносы авторов

Рукопись написали

AC и DD. MD написал и контролировал рукопись.

Заявление о конфликте интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось в отсутствие каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Эта работа была поддержана грантами Европейского исследовательского совета в рамках программы Horizon 2020 Европейского союза ERCStG2014 (STARS-639548) для MD. и от AIRC до MD. (IG 20766). Мы благодарим Джин Энн Гилдер (Scientific Communication srl., Неаполь, Италия) за помощь в написании.

Список литературы

3. Лопес М., Альварес К.В., Ногейрас Р., Диегес С. Регулирование энергетического баланса гормонами щитовидной железы на центральном уровне. Trends Mol Med . (2013) 19: 418–27. DOI: 10.1016 / j.molmed.2013.04.004

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

4. Оппенгеймер Дж. Х., Шварц Х. Л., Лейн Дж. Т., Томпсон М. П.. Функциональная взаимосвязь липогенеза, липолиза и термогенеза, индуцированного тироидными гормонами у крыс. Дж. Клин Инвест . (1991) 87: 125–32. DOI: 10.1172 / JCI114961

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

5. Freake HC, Schwartz HL, Oppenheimer JH. Регулирование липогенеза гормоном щитовидной железы и его вклад в термогенез. Эндокринология (1989) 125: 2868–74. DOI: 10.1210 / эндо-125-6-2868

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

6. Haber RS, Loeb JN. Стимуляция оттока калия в печени крыс низкой дозой гормона щитовидной железы: доказательства повышенной проницаемости катионов в отсутствие индукции Na, K-АТФазы. Эндокринология (1986) 118: 207–11. DOI: 10.1210 / эндо-118-1-207

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

8. Клаузен Т., Ван Хардевельд С., Эвертс Мэн. Значение транспорта катионов в контроле энергетического обмена и термогенеза. Physiol Ред. . (1991) 71: 733–74. DOI: 10.1152 / Physrev.1991.71.3.733

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

9. Фекете С., Лехан РМ. Центральная регуляция гипоталамо-гипофизарно-тиреоидной оси в физиологических и патофизиологических условиях. Endocr Ред. . (2014) 35: 159–94. DOI: 10.1210 / er.2013-1087

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

10. Ortiga-Carvalho TM, Chiamolera MI, Pazos-Moura CC, Wondisford FE. Ось гипоталамус-гипофиз-щитовидная железа. Компр Физиол . (2016) 6: 1387–428. DOI: 10.1002 / cphy.c150027

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст

11. Геребен Б., Цеолд А., Дентис М., Сальваторе Д., Бьянко А.С. Активация и инактивация гормона щитовидной железы дейодиназами: местное действие с общими последствиями. Cell Mol Life Sci . (2008) 65: 570–90. DOI: 10.1007 / s00018-007-7396-0

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

12. Дентис М., Сальваторе Д. Дейодиназы: баланс тироидных гормонов: местное влияние инактивации тироидных гормонов. Дж Эндокринол . (2011) 209: 273–82. DOI: 10.1530 / JOE-11-0002

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст

13. Геребен Б., Завацкий А.М., Рибич С., Ким Б.В., Хуанг С.А., Симонидес В.С. и др. Клеточные и молекулярные основы передачи сигналов гормона щитовидной железы, регулируемого дейодиназой. Endocr Ред. . (2008) 29: 898–938. DOI: 10.1210 / er.2008-0019

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

14. Чжан X, Сун Дж., Хан В., Цзян Ю., Пэн С., Шань З. и др. Полиморфизм дейодиназы Thr92Ala типа 2 связан с худшим гликемическим контролем у пациентов с сахарным диабетом 2 типа: систематический обзор и метаанализ. J Диабет Res . (2016) 2016: 5928726. DOI: 10.1155 / 2016/5928726

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

15.Канани Л. Х., Капп С., Дора Дж. М., Мейер Е. Л., Вагнер М. С., Харни Дж. В. и др. Полиморфизм дейодиназы 2 типа A / G (Thr92Ala) связан со снижением скорости ферментации и повышенной инсулинорезистентностью у пациентов с сахарным диабетом 2 типа. Дж. Клин Эндокринол Метаб . (2005) 90: 3472–8. DOI: 10.1210 / jc.2004-1977

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

16. Наир С., Мюллер Ю.Л., Ортега Е., Кобес С., Богардус С., Байер Л.Дж. Анализ ассоциации вариантов гена DIO2 с ранним началом сахарного диабета 2 типа у индейцев пима. Щитовидная железа (2012) 22: 80–7. DOI: 10.1089 / th.2010.0455

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

17. Bos MM, Smit RAJ, Trompet S, van Heemst D, Noordam R. Передача сигналов в щитовидной железе, инсулинорезистентность и сахарный диабет 2: исследование методом менделевской рандомизации. Дж. Клин Эндокринол Метаб . (2017) 102: 1960–70. DOI: 10.1210 / jc.2016-2816

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

18. Сингх Б.К., Синха Р.А., Чжоу Дж., Трипати М., Охба К., Ван М.Э. и др.Гены-мишени FOXO1 в печени совместно регулируются тироидным гормоном посредством деацетилирования белка RICTOR и ингибирования белка MTORC2-AKT. Дж. Биол. Хим. . (2016) 291: 198–214. DOI: 10.1074 / jbc.M115.668673

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

19. Сингх Б.К., Синха Р.А., Чжоу Дж., Се С.Ю., Ю Ш., Готье К. и др. Деацетилирование FoxO1 регулирует индуцированную тироидными гормонами транскрипцию ключевых печеночных глюконеогенных генов. Дж. Биол. Хим. . (2013) 288: 30365–72.DOI: 10.1074 / jbc.M113.504845

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

21. Schneider MJ, Fiering SN, Thai B, Wu SY, St Germain E, Parlow AF, et al. Целенаправленное нарушение гена селенодейодиназы 1 типа (Dio1) приводит к заметным изменениям в экономии гормонов щитовидной железы у мышей. Эндокринология (2006) 147: 580–9. DOI: 10.1210 / en.2005-0739

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

22. Jakobs TC, Schmutzler C, Meissner J, Kohrle J.Промотор гена 5′-дейодиназы человека I типа — картирование сайта старта транскрипции и идентификация DR + 4 -реактивного элемента тироидного гормона. евро J Biochem . (1997) 247: 288–97.

PubMed Аннотация | Google Scholar

23. Christoffolete MA, Doleschall M, Egri P, Liposits Z, Zavacki AM, Bianco AC, et al. Регулирование активации гормонов щитовидной железы через путь Х-рецепторов печени / ретиноидных Х-рецепторов. Дж Эндокринол . (2010) 205: 179–86. DOI: 10.1677 / JOE-09-0448

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

24. Fonseca TL, Fernandes GW, McAninch EA, Bocco BM, Abdalla SM, Ribeiro MO, et al. Перинатальная экспрессия дейодиназы 2 в гепатоцитах определяет эпигенетическую предрасположенность к стеатозу печени и ожирению. Proc Natl Acad Sci USA. (2015) 112: 14018–23. DOI: 10.1073 / pnas.1508943112

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

25. Фернандес Г.В., Бокко Б., Фонсека Т.Л., МакАнинч Е.А., Джо С., Ларти Л.Дж. и др.Индуцируемый foxo1 репрессор транскрипции Zfp125 вызывает стеатоз печени и гиперхолестеринемию. Cell Rep . (2018) 22: 523–34. DOI: 10.1016 / j.celrep.2017.12.053

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

26. Родригес-Перес А., Палос-Пас Ф., Каптейн Э., Виссер Т.Дж., Домингес-Герпе Л., Альварес-Эскудеро Дж. И др. Выявление молекулярных механизмов, связанных с синдромом не щитовидной железы в скелетных мышцах и жировой ткани у пациентов с септическим шоком. Clin Endocrinol. (Oxf) (2008) 68: 821–7. DOI: 10.1111 / j.1365-2265.2007.03102.x

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст

27. Агуайо-Маццукато С., Завацкий А.М., Маринеларена А., Холлистер-Лок Дж., Эль-Хаттаби I, Марсили А. и др. Гормон щитовидной железы способствует развитию постнатальных бета-клеток поджелудочной железы крыс и секреции инсулина, чувствительной к глюкозе, посредством MAFA. Диабет (2013) 62: 1569–80. DOI: 10.2337 / db12-0849

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

28.Фуруя Ф., Шимура Х., Ямасита С., Эндо Т, Кобаяши Т. Лигандированный рецептор гормона щитовидной железы-альфа усиливает пролиферацию бета-клеток поджелудочной железы. Дж. Биол. Хим. . (2010) 285: 24477–86. DOI: 10.1074 / jbc.M109.100222

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

29. Lenzen S, Bailey CJ. Гормоны щитовидной железы, гонадные и надпочечниковые стероиды и функция островков Лангерганса. Endocr Ред. . (1984) 5: 411–34. DOI: 10.1210 / edrv-5-3-411

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

31.Lenzen S, Panten U, Hasselblatt A. Лечение тироксином и секреция инсулина у крыс. Diabetologia (1975) 11: 49–55.

PubMed Аннотация | Google Scholar

32. Ximenes HM, Lortz S, Jorns A, Lenzen S. Опосредованная трийодтиронином (Т3) токсичность и индукция апоптоза в инсулин-продуцирующих клетках INS-1. Life Sci . (2007) 80: 2045–50. DOI: 10.1016 / j.lfs.2007.03.001

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

33.Кливерик Л.П., Янссен С.Ф., ван Риль А., Фоппен Э., Бишоп Р.Х., Серли М.Дж. и др. Гормон щитовидной железы модулирует выработку глюкозы по симпатическому пути от паравентрикулярного ядра гипоталамуса к печени. Proc Natl Acad Sci USA. (2009) 106: 5966–71. DOI: 10.1073 / pnas.0805355106

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

34. Medina MC, Molina J, Gadea Y, Fachado A, Murillo M, Simovic G и др. Дейодиназа типа III, инактивирующая тиреоидные гормоны, экспрессируется в бета-клетках мыши и человека, и ее целевая инактивация нарушает секрецию инсулина. Эндокринология (2011) 152: 3717–27. DOI: 10.1210 / en.2011-1210

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

35. Тагучи Ю., Тасаки Ю., Теракадо К., Кобаяши К., Мачида Т., Кобаяши Т. Нарушение секреции инсулина островками поджелудочной железы мышей с задержкой роста щитовидной железы. Дж Эндокринол . (2010) 206: 195–204. DOI: 10.1677 / JOE-09-0465

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

37. Коули М.А., Прончук Н., Фан В., Динулеску Д.М., Колмерс В.Ф., Конус Р.Д.Интеграция сигналов NPY, AGRP и меланокортина в паравентрикулярном ядре гипоталамуса: свидетельство клеточной основы адипостата. Neuron (1999) 24: 155–63.

PubMed Аннотация | Google Scholar

38. Элмквист Дж. К., Элиас К. Ф., Сапер С. Б.. От поражений к лептину: гипоталамический контроль над приемом пищи и массой тела. Neuron (1999) 22: 221–32.

PubMed Аннотация

39. van Haasteren GA, Linkels E, Klootwijk W., van Toor H, Rondeel JM, Themmen AP, et al.Вызванные голоданием изменения содержания мРНК протиротрофин-рилизинг-гормона (proTRH) в гипоталамусе и высвобождение гипоталамусом пептидов, производных проTRH: роль надпочечников. Дж Эндокринол . (1995) 145: 143–53.

PubMed Аннотация | Google Scholar

40. Коппола А., Хьюз Дж., Эспозито Э., Скьяво Л., Мели Р., Диано С. Подавление активности гипоталамической дейодиназы типа II замедляет снижение мРНК TRH во время голодания. FEBS Lett . (2005) 579: 4654–8.DOI: 10.1016 / j.febslet.2005.07.035

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

41. Велла К.Р., Рамадосс П., Лам Ф.С., Харрис Дж. К., Е. Ф. Д., тот же П. Д. и др. Передача сигналов NPY и MC4R регулирует уровни гормонов щитовидной железы во время голодания как центральными, так и периферическими путями. Ячейка Метаб . (2011) 14: 780–90. DOI: 10.1016 / j.cmet.2011.10.009

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

42. Эрнандес А., Квинодон Л., Мартинес М.Э., Фламант Ф., Сен-Жермен Д.Л.Дефицит дейодиназы 3-го типа вызывает пространственные и временные изменения в передаче сигналов Т3 мозга, которые диссоциируют от уровней гормонов щитовидной железы в сыворотке. Эндокринология (2010) 151: 5550–8. DOI: 10.1210 / en.2010-0450

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

43. Wu Z, Martinez ME, St Germain DL, Hernandez A. Роль дейодиназы 3 типа в центральном действии гормона щитовидной железы влияет на систему лептин-меланокортин и циркадную активность. Эндокринология (2017) 158: 419–30.DOI: 10.1210 / en.2016-1680

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

44. Данн И.К., Уилсон П.У., Ши И., Берт Д.В., Лаудон А.С. Суточные и фотопериодические изменения экспрессии тиреотрофин-стимулирующего гормона бета и связанная с этим регуляция ферментов дейодиназы (DIO2, DIO3) в гипоталамусе самок молодых цыплят. Дж Нейроэндокринол . (2017) 29. DOI: 10.1111 / jne.12554

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

45.Накао Н., Оно Х., Ямамура Т., Анраку Т., Такаги Т., Хигаши К. и др. Тиротрофин в pars tuberalis вызывает фотопериодический ответ. Nature (2008) 452: 317–22. DOI: 10.1038 / nature06738

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

46. Сальваторе Д., Симонидес В.С., Дентиче М., Завацкий А.М., Ларсен ПР. Гормоны щитовидной железы и скелетные мышцы — новые идеи и потенциальные последствия. Нат Рев Эндокринол . (2014) 10: 206–14. DOI: 10.1038 / nrendo.2013.238

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

47. Дентиче М., Амбросио Р., Дамиано В., Сибилио А., Луонго С., Гвардиола О. и др. Внутриклеточная инактивация гормона щитовидной железы является механизмом выживания для пролиферации мышечных стволовых клеток и прогрессирования клонов. Ячейка Метаб . (2014) 20: 1038–48. DOI: 10.1016 / j.cmet.2014.10.009

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

48. Дентиче М., Марсили А., Завацки А., Ларсен П.Р., Сальваторе Д.Дейодиназы и контроль внутриклеточной передачи сигналов гормона щитовидной железы во время клеточной дифференцировки. Biochim Biophys Acta (2013) 1830: 3937–45. DOI: 10.1016 / j.bbagen.2012.05.007

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

49. Амбросио Р., Дамиано В., Сибилио А., Де Стефано М.А., Авведименто В.Е., Сальваторе Д. и др. Эпигенетический контроль дейодиназ 2 и 3 типа в миогенезе: роль лизин-специфичного фермента деметилазы и FoxO3. Nucleic Acids Res .(2013) 41: 3551–62. DOI: 10.1093 / nar / gkt065

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

50. Дентис М., Марсили А., Амбросио Р., Гвардиола О., Сибилио А., Пайк Дж. Х. и др. Путь дейодиназы FoxO3 / типа 2 необходим для нормального миогенеза у мышей и регенерации мышц. Дж. Клин Инвест . (2010) 120: 4021–30. DOI: 10.1172 / JCI43670

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

51. Simonides WS, van Hardeveld C. Гормон щитовидной железы как определяющий фактор метаболического и сократительного фенотипа скелетных мышц. Щитовидная железа (2008) 18: 205–16. DOI: 10.1089 / th.2007.0256

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

53. Mentuccia D, Proietti-Pannunzi L, Tanner K, Bacci V, Pollin T.I, Poehlman ET, et al. Связь между новым вариантом гена дейодиназы типа 2 человека Thr92Ala и инсулинорезистентностью: свидетельство взаимодействия с вариантом Trp64Arg бета-3-адренорецептора. Диабет (2002) 51: 880–3. DOI: 10.2337 / диабет.51.3.880

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

54.Castagna MG, Dentice M, Cantara S, Ambrosio R, Maino F, Porcelli T и др. DIO2 Thr92Ala снижает активность дейодиназы-2 и уровни Т3 в сыворотке у пациентов с дефицитом щитовидной железы. Дж. Клин Эндокринол Метаб . (2017) 102: 1623–30. DOI: 10.1210 / jc.2016-2587

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

55. Louzada RA, Santos MC, Cavalcanti-de-Albuquerque JP, Rangel IF, Ferreira AC, Galina A, et al. Йодтирониндейодиназа 2 типа активируется в медленно и быстро сокращающихся скелетных мышцах крыс во время воздействия холода. Am J Physiol Endocrinol Metab. (2014) 307: E1020–9. DOI: 10.1152 / ajpendo.00637.2013

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

57. Рамадан В., Марсили А., Ларсен П.Р., Завацки А.М., Сильва Дж.Э. Йодтиронин-5′-дейодиназа (D2) типа 2 в скелетных мышцах мышей C57Bl / 6. II. Доказательства роли D2 в гиперметаболизме у мышей с альфа-дефицитом рецепторов тироидных гормонов. Эндокринология (2011) 152: 3093–102. DOI: 10.1210 / en.2011-0139

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст |

Границы | Регулирование сезонного воспроизводства путем гипоталамической активации гормона щитовидной железы

Введение

Обращение Земли вокруг Солнца вызывает смену времен года.Чтобы адаптироваться к сезонным изменениям окружающей среды, животные изменяют свою физиологию и поведение, которое характеризуется изменениями в росте, метаболизме, иммунной функции, репродуктивной активности, миграции, гибернации и линьке. Большинство организмов используют изменения продолжительности дня (фотопериода) в качестве календаря, поскольку температура и осадки меняются в течение каждого года и ненадежны по сравнению с продолжительностью дня. Это явление получило название «фотопериодизм» (1).Среди различных сезонно регулируемых явлений широко изучен механизм сезонного воспроизводства. Мелкие млекопитающие и птицы размножаются весной и летом. Поэтому их называют заводчиками длинного дня (LD). Беременность или инкубационный период у этих животных длится всего несколько недель, а потомство рождается весной и летом. Напротив, осенью размножаются более крупные млекопитающие, такие как козы и овцы. Поэтому их называют заводчиками короткого дня (SD). У этих животных период беременности составляет около 6 месяцев.Следовательно, их потомство также рождается и растет весной и летом. Соответственно, потомство заводчиков как LD, так и SD растет при умеренном климате и обильном корме (рис. 1).

Рисунок 1. Календарь сезонного разведения животных . Большинство животных спариваются в определенное время года. Мелкие животные с коротким периодом беременности или инкубации спариваются весной и летом, в то время как крупные животные, у которых шестимесячный период беременности, спариваются осенью, чтобы родить весной.

Сезонное размножение видов позвоночных регулируется осью гипоталамус-гипофиз-гонад (HPG). Секреция гонадотропин-рилизинг-гормона (ГнРГ) из гипоталамуса вызывает секрецию гонадотропинов [лютеинизирующего гормона (ЛГ) и фолликулостимулирующего гормона (ФСГ)] передней долей гипофиза, что, в свою очередь, активирует деятельность гонад. Другими словами, ось HPG сезонно размножающихся животных активируется только во время сезона размножения.Среди различных видов позвоночных у птиц наблюдается наиболее резкое изменение размера гонад (обычно более чем в 100 раз) (2). Таким образом, у птиц есть очень сложный фотопериодический механизм по сравнению с другими видами позвоночных (3). В дополнение к устойчивой реакции гонад у большинства птиц очень короткий период размножения, так как ось HPG автоматически отключается, и их гонады начинают регрессировать, даже если продолжительность дня все еще увеличивается. Это явление известно как фоторефрактерность (4, 5).Продолжительность сезона размножения обычно короче на более высоких широтах из-за короткого благоприятного сезона на более высоких широтах. Среди млекопитающих широко изучаются хомяки и овцы, поскольку они демонстрируют впечатляющие фотопериодические реакции. Однако величина сезонного развития и регрессии гонад у млекопитающих менее значительна, чем у птиц, поскольку их гонады изменяются лишь в несколько раз.

Влияние гормона щитовидной железы на сезонные изменения

Уже много десятилетий известно, что гормон щитовидной железы так или иначе участвует в регуляции сезонной репродуктивной функции у различных организмов, включая рыб, птиц и млекопитающих (2, 6, 7).У некоторых видов тиреоидэктомия предотвращает переход к репродуктивному состоянию (т.е. сезонному развитию и / или регрессу яичек) (8–11), а лечение тироксином (T ₄ ) имитирует эффекты длительного фотопериода (12–14). Однако у некоторых видов тиреоидэктомия, по-видимому, не повлияла на фотостимулированное созревание гонад (2). Таким образом, сообщаемые эффекты тиреоидэктомии на сезонное разведение часто противоречивы, и роль T ₄ считается разрешающей.Хотя потребность в T ₄ для соответствующей реакции на фотопериод была задокументирована (15), механизм, с помощью которого тироидный гормон регулирует сезонное размножение, оставался неизвестным в течение нескольких десятилетий.

Фотопериодические изменения дейодиназ 2-го и 3-го типов в гипоталамусе

Японский перепел ( Coturnix japonica ) — отличная модель для изучения фотопериодизма из-за его быстрой и надежной реакции на изменение фотопериодов (3).Локальное освещение медиобазального гипоталамуса (МБГ) окрашенными рентгеновскими лучами шариками вызывает рост яичек (16), а поражения МБГ блокируют фотопериодический ответ секреции ЛГ и развития гонад (17, 18). Кроме того, экспрессия c-Fos, маркера активации нейронов, индуцируется в MBH стимулом LD (19). Поэтому MBH считается центральным элементом сезонного воспроизводства перепелов. С помощью дифференциального субтрактивного анализа гибридизации в эпендимных клетках (также известных как танициты), выстилающих вентролатеральную линию, наблюдали LD-индукцию гена дейодиназы 2 типа ( DIO2 ) и подавление LD гена дейодиназы 3 типа ( DIO3 ). стенки третьего желудочка внутри MBH [Ref.(20, 21), рисунок 2]. DIO2 кодирует фермент, активирующий гормоны щитовидной железы, который превращает прогормон T ₄ в биоактивный трийодтиронин (T ₃ ) (22), а DIO3 кодирует фермент, инактивирующий тироидные гормоны, который метаболизирует T ₄ и T ₃ на неактивный обратный T ₃ (rT ₃ ) и 3,3′-дийодтиронин (T ₂ ) соответственно. Взаимное переключение DIO2 и DIO3 , по-видимому, регулирует локальную концентрацию гормона щитовидной железы именно в MBH.Более того, концентрация T ₃ внутри MBH примерно в 10 раз выше в условиях LD, чем в условиях SD, даже несмотря на то, что концентрации в плазме аналогичны обоим фотопериодам (20). Функциональное значение этого гормона щитовидной железы, активируемого местно, было продемонстрировано фармакологическими исследованиями. Внутрицеребровентрикулярная (i.c.v.) инфузия T ₃ в условиях SD индуцировала развитие яичек, в то время как инфузия ингибитора DIO2 (иопановой кислоты) в условиях LD ослабляла развитие яичек (20).Фотопериодическая регуляция DIO2 и / или DIO3 была также подтверждена у ряда других видов птиц, таких как древесный воробей (23), курица (24), синицы (25) и канарейка (26). Точно так же фотопериодическая регуляция метаболизма гормонов щитовидной железы в MBH была подтверждена у различных видов млекопитающих, включая производителей LD, таких как сибирские хомяки (27-30), сирийские хомяки (31, 32), крысы (33, 34), мыши (35). коз (36) и овец (37). Активация гормона щитовидной железы в MBH декодирует информацию LD.Таким образом, ежедневные подкожные инъекции T ₃ вызывают развитие яичек (28), а хроническое замещение T ₃ в гипоталамусе предотвращает начало регрессии яичек (27) у сибирских хомячков, выращивающих LD. Напротив, у селекционеров SD LD-индуцированный DIO2, по-видимому, превращает T ₄ в T ₃ , чтобы завершить сезон размножения (37). Кроме того, стимул LD индуцирует экспрессию DIO2 , а введение T ₄ завершает сезон размножения за счет снижения сывороточного ЛГ (38, 39).

Рис. 2. Путь передачи фотопериодического сигнала у млекопитающих и птиц . У млекопитающих световая информация воспринимается глазом и передается в шишковидную железу через циркадный кардиостимулятор, супрахиазматическое ядро ​​(SCN). Продолжительность сигнала мелатонина в пинеальной железе кодирует продолжительность ночи и регулирует секрецию ТТГ в pars tuberalis. ТТГ pars tuberalis действует на рецептор ТТГ, экспрессируемый в эпендимных клетках, выстилающих вентролатеральные стенки третьего желудочка (VIII), индуцируя DIO2 и уменьшая DIO3.Локальная активация гормона щитовидной железы в медиобазальном гипоталамусе (MBH) путем переключения DIO2 / DIO3 играет ключевую роль в регуляции сезонного воспроизводства. Напротив, световая информация, получаемая глубокими фоторецепторами мозга, вызывает секрецию ТТГ из pars tuberalis у птиц. Тем не менее мелатонин не участвует в сезонном размножении птиц. Схема представляет собой модифицированную версию иллюстрации, опубликованной Икегами и Йошимурой (40).

Транспорт гормона щитовидной железы в эпендимные клетки

Считается, что гормоны щитовидной железы из-за своей липофильной природы проникают через плазматические мембраны путем пассивной диффузии.Однако недавно сообщалось об участии мембранной транспортной системы гормона щитовидной железы, и был исследован механизм, который облегчает транспорт гормона щитовидной железы в эпендимные клетки. Было показано, что некоторые члены семейства органических анион-транспортирующих полипептидов (Oatp) транспортируют гормоны щитовидной железы у млекопитающих (41, 42), и было исследовано участие члена этого семейства в транспортировке T ₄ в мозг перепелов (43 ). Oatp1c1, который экспрессируется в эпендимных клетках внутри MBH, как было показано, является высокоспецифичным переносчиком T ₄ .В дополнение к Oatp1c1 в эпендимных клетках MBH хомяка был обнаружен другой транспортер тироидных гормонов, транспортер монокарбоксилата 8 (MCT8) (29). Хотя MCT8, по-видимому, участвует в регуляции фотопериодизма, его экспрессия повышается в условиях SD, что не требует гормона щитовидной железы.

Регуляция гипоталамических дейодиназ с помощью Pars Tuberalis TSH

При переводе перепелов из условий SD в условия LD повышение уровня гонадотропина (ЛГ) в плазме наблюдается через 22 часа после начала первой LD (3, 44, 45).Как обсуждалось ранее, реципрокное переключение DIO2 и DIO3 играет критическую роль в регуляции сезонного размножения у птиц и млекопитающих. У перепелов обратное переключение DIO2 и DIO3 предшествует фотопериодической индукции высвобождения гонадотропина примерно на 4 часа (21). Полногеномный анализ экспрессии генов во время перехода от условий SD к условиям LD у японского перепела (45) выявил индукцию двух генов за 4 часа до переключения DIO2 / DIO 3 (т.е.е., 14 ч после рассвета) в pars tuberalis гипофиза. Pars tuberalis состоит из тонких слоев клеток, окружающих срединное возвышение (рис. 2). Один из этих генов кодирует β-субъединицу тиреотропного гормона ( TSHB ), а другой кодирует отсутствующий коактиватор транскрипции 3 ( EYA3 ). Хотя EYA3 является коактиватором транскрипции, сайты экспрессии EYA3 и DIO2 / DIO3 различны (т.е. EYA3 в pars tuberalis и DIO2 / DIO3 в эпендимальных клетках).Следовательно, похоже, что EYA3 не участвует в регулировании переключения DIO2 / DIO3 . С другой стороны, экспрессия рецептора ТТГ (TSHR) и связывание ¹²⁵ I-меченного тироид-стимулирующего гормона (TSH) наблюдались в эпендимных клетках, где экспрессируются DIO2 и DIO3 . В дополнение к этому, i.c.v. Введение ТТГ индуцировало экспрессию DIO2 и снижало экспрессию DIO3 в эпендимных клетках даже в условиях SD, тогда как пассивная иммунизация против TSH ослабляла LD-индукцию экспрессии DIO2 (45).Участие сигнального пути TSHR-Gsα-cAMP в этой регуляции TSH экспрессии DIO2 было продемонстрировано с помощью анализа промотора. Учитывая, что величина роста яичек, вызванная i.c.v. Инфузия ТТГ была почти такой же, как у птиц, подвергшихся воздействию LD-стимула, LD-индуцированный ТТГ pars tuberalis, по-видимому, является основным фактором, регулирующим сезонное воспроизводство у птиц.

У птиц глаза не нужны для регуляции сезонного воспроизводства, поскольку в этом процессе участвуют глубокие фоторецепторы головного мозга (46, 47).Хотя эпифиз является фоторецептивным органом у позвоночных, не являющихся млекопитающими (48, 49), пинеальный орган не участвует в регуляции сезонного размножения (50, 51). Напротив, местное освещение перегородки конечного мозга или MBH с использованием окрашенных радиолюминофором шариков вызывало рост яичек у перепелов, что свидетельствует о существовании глубоких фоторецепторов головного мозга в этих областях (16). Сообщается о локализации нескольких белков семейства родопсина (родопсин; OPN4: меланопсин; OPN5: нейропсин и опсин VA: древний опсин позвоночных) в этих областях мозга, а также сообщалось о проекциях, которые связывают некоторые из этих фоторецепторных клеток с pars tuberalis (52–2). 62).Поэтому считается, что эти фоторецепторы участвуют в сезонной регуляции воспроизводства у птиц (рис. 2).

В отличие от птиц, глаза являются единственным светочувствительным органом у млекопитающих (63–69). Следовательно, удаление глаз устраняет фотопериодический ответ (64, 68). Световая информация, полученная глазом, передается в шишковидную железу через супрахиазматическое ядро ​​(SCN), где находится циркадный кардиостимулятор (68, 70–74). Продолжительность ночи соответствует профилю ночной секреции мелатонина, который играет решающую роль в регуляции сезонного размножения у видов млекопитающих.Например, у заводчиков как LD, так и SD пинеалэктомия устраняет сезонные реакции, тогда как введение мелатонина восстанавливает их (68, 74, 75). Мелатонин действует через рецепторы мелатонина, и у млекопитающих существует два подтипа рецепторов мелатонина (MT1 и MT2) (76, 77). Однако эти рецепторы мелатонина не экспрессируются в эпендимных клетках, где экспрессируются DIO2 и DIO 3 (78, 79). Сообщается, что рецептор MT1 экспрессируется в клетках тиреотрофов pars tuberalis (80, 81).Следовательно, pars tuberalis TSH, вероятно, опосредует влияние мелатонина на переключение DIO2 / DIO3 у видов млекопитающих. Хотя обычно считается, что лабораторные мыши не являются сезонными производителями, многие исследователи заметили, что мыши плохо размножаются зимой (например, при небольшом помете), даже если они содержатся в стандартных условиях. Чтобы определить, опосредует ли ТТГ pars tuberalis влияние мелатонина на переключение DIO2 / DIO3 , лабораторные мыши были проанализированы в качестве экспериментальных моделей.В биосинтезе мелатонина из серотонина участвуют два ключевых фермента: арилалкиламин N -ацетилтрансфераза (AA-NAT) и гидроксииндол- O -метилтрансфераза (HIOMT) (74). Однако большинство инбредных мышей генетически лишены способности производить эти ферменты, что приводит к минимальному образованию мелатонина (82, 83). Таким образом, было предсказано, что штаммы, продуцирующие мелатонин, будут способны реагировать на фотопериодические изменения, в то время как штаммы с дефицитом мелатонина будут устойчивы к таким изменениям.Как и ожидалось, четкая фотопериодическая регуляция TSHB, DIO2 и DIO3 наблюдалась в штамме, продуцирующем мелатонин, CBA, тогда как такие ответы не наблюдались в штамме C57BL с дефицитом мелатонина (35). Кроме того, ежедневные внутрибрюшинные (i.p.) инъекции мелатонина имитировали влияние условий SD на экспрессию этих генов (35). Чтобы проверить участие сигнального пути TSH-TSHR в опосредованной мелатонином регуляции экспрессии DIO2 / DIO3 , эффекты введения мелатонина были исследованы на мышах с нулевым уровнем TSHR (35).Мыши с нулевым уровнем TSHR не ответили на введение мелатонина. Этот результат ясно указывает на участие сигнального пути TSH-TSHR в опосредованной мелатонином регуляции DIO2 / DIO3 у млекопитающих. Кроме того, анализ мышей, у которых отсутствовали рецепторы мелатонина МТ1 и МТ2, выявил участие рецепторов мелатонина МТ1 в этой регуляции (84). Также интересно отметить, что ТТГ участвует в индукции LD DIO2 у овец, разводящих SD (37).Таким образом, ТТГ pars tuberalis, по-видимому, передает сезонную информацию как для LD, так и для SD-размножающихся животных и повышает их чувствительность к весне.

Действие гормонов щитовидной железы в гипоталамусе

Гормон щитовидной железы участвует в развитии и пластичности центральной нервной системы (22). Экспрессия рецепторов тиреоидных гормонов ( THR α, THR β и RXR α) в среднем возвышении предполагает, что среднее возвышение является целевым сайтом действия для фотоиндуцированного увеличения T ₃ в перепелов МБХ (20).Чтобы понять действие гормона щитовидной железы в MBH, ультраструктура среднего возвышения была исследована в условиях SD и LD с использованием электронной микроскопии. Наблюдались динамические морфологические изменения между нервными окончаниями ГнРГ и конечностями глии в пределах среднего возвышения (85). В условиях SD многие нервные окончания GnRH заключены в концы глиальных отростков и не контактируют с базальной пластинкой, в то время как многие нервные окончания GnRH находятся в непосредственной близости от базальной пластинки в условиях LD (Рисунок 3).Было высказано предположение, что нервные окончания нейронов гипоталамуса должны напрямую контактировать с перикапиллярным пространством для секреции гипоталамического нейрогормона из гипоталамуса в портальный капилляр (86). Морфологические изменения между нервными окончаниями ГнРГ и концами глиальных отростков наблюдаются у перепелов SD, обработанных Т ₃ для стимуляции роста яичек (87). Следовательно, эти морфологические изменения, по-видимому, регулируют или модулируют сезонную секрецию гонадолиберина со средней высоты.Также интересно отметить, что сезонная пластичность в системе GnRH наблюдается у овец (88).

Рис. 3. Нейроглиальное взаимодействие между нервными окончаниями ГнРГ и конечностями глии . Локально активированный гормон щитовидной железы внутри MBH регулирует нейроглиальное взаимодействие на среднем уровне, и эти морфологические изменения, по-видимому, регулируют или модулируют сезонную секрецию GnRH из гипоталамуса в портальный капилляр. Иллюстрация была изменена по сравнению с иллюстрацией, опубликованной Йошимурой (89).

Фотопериодический сигнальный путь и приручение

Сезонное воспроизводство является ограничивающим фактором для продолжения рода животных. Фотопериодический сигнальный путь также может быть потенциальной мишенью, которая облегчает управляемый человеком процесс одомашнивания. Как обсуждалось ранее, у большинства лабораторных мышей отсутствует ферментативная активность пути биосинтеза мелатонина (82, 83, 90, 91). Кроме того, выборочные зачистки были обнаружены в локусе TSHR у всех домашних кур (92).Это наблюдение предполагает, что TSHR может быть локусом одомашнивания у кур (92). Хотя мы до сих пор не знаем корреляции с одомашниванием, интересно отметить, что фотопериодическая регуляция DIO3 отсутствует у сирийского хомяка (27). Таким образом, гены, участвующие в фотопериодическом сигнальном пути, могут стать полезными мишенями для приручения диких животных.

Заключение

Участие гормона щитовидной железы в регуляции сезонного воспроизводства было предложено в последние несколько десятилетий.Недавние сравнительные исследования ясно показывают, что локальная активация гормона щитовидной железы в гипоталамусе является ключевым фактором в регуляции сезонного воспроизводства у ряда видов млекопитающих и птиц. Важно отметить, что этот механизм также сохраняется у рыб (93) и универсален среди различных видов позвоночных. Хотя гормон щитовидной железы влияет как на заводчиков LD, так и на SD, механизм, который отличает заводчиков LD от производителей SD, остается неизвестным. Предположительно, реакция путей ниже активности T ₃ (e.(например, чувствительность генов-мишеней T ₃ к LD-индуцированному T ₃ и т.д.) различается у селекционеров LD и SD. Механизм переключения селекционера LD и селекционера SD требует уточнения в будущих исследованиях.

Заявление о конфликте интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось в отсутствие каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Эта работа поддерживается Программой финансирования ведущих мировых исследователей нового поколения (Программа NEXT), инициированной Советом по политике в области науки и технологий (CSTP) (LS055).WPI-ITbM поддерживается Всемирной инициативой международного исследовательского центра (WPI), MEXT, Япония.

Список литературы

1. Гарнер WW, Аллард HA. Влияние относительной продолжительности дня и ночи и других факторов окружающей среды на рост и размножение растений. J Agric Res (1920) 18 : 553–606.

3. Фоллетт Б.К., Кинг В.М., Меддл С.Л. Ритмы и фотопериодизм у птиц. В: Lumsden PJ, Miller AJ editors. Биологические ритмы и фотопериодизм у растений . Оксфорд: Научная биостатистика (1998). п. 231–42.

4. Хан Т.П., Макдугалл-Шеклтон С.А. Адаптивная специализация, условная пластичность и филогенетическая история репродуктивных репродуктивных систем птиц. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci (2008) 363 : 267–86. DOI: 10.1098 / rstb.2007.2139

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

5.Николлс Т.Дж., Голдсмит А.Р., Доусон А. Фоторефрактерность у птиц и сравнение с млекопитающими. Physiol Rev (1988) 68 : 133–76.

6. Cyr DG, Eales JG. Взаимосвязь тироидной и репродуктивной эндокринных систем у рыб. Rev Fish Biol Fish (1996) 6 : 165–200. DOI: 10.1007 / BF00182342

CrossRef Полный текст

7. Николлс Т.Дж., Фоллетт Б.К., Голдсмит А.Р., Пирсон Х.Возможная гомология фоторефрактерности у овец и птиц: влияние тиреоидэктомии на продолжительность периода размножения овец. Reprod Nutr Dev (1988) 28 : 375–85. DOI: 10.1051 / номер: 19880304

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

8. Моэнтер С.М., Вудфилл С.Дж., Карш Ф.Дж. Роль щитовидной железы в сезонном воспроизводстве: тиреоидэктомия блокирует сезонное подавление репродуктивной нейроэндокринной активности у овец. Эндокринология (1991) 128 : 1337–44. DOI: 10.1210 / эндо-128-3-1337

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

9. Доусон А. При тиреоидэктомии репродуктивная система скворцов ( Sturnus vulgaris ) постепенно перестает реагировать на изменения продолжительности светового дня. J Endocrinol (1993) 139 : 51–5. DOI: 10.1677 / joe.0.13

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

10.Доусон А. Тиреоидэктомия домашних воробьев ( Passer domesticus ) предотвращает фотоиндуцированный рост яичек, но не повышает уровень гипоталамического гонадотропин-рилизинг-гормона. Gen Comp Endocrinol (1998) 110 : 196–200. DOI: 10.1006 / gcen.1998.7065

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

12. Follett BK, Nicholls TJ. Влияние тиреоидэктомии и замещения тироксина на фотопериодически контролируемое размножение перепелов. J Endocrinol (1985) 107 : 211–21. DOI: 10.1677 / joe.0.1070211

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

13. Goldsmiths AR, Nicholls TJ. Влияние тироксина на воспроизводство, секрецию пролактина и линьку оперения у тиреоидэктомированных европейских скворцов Sturnus vulgaris . Ornis Scand (1992) 23 : 398–404. DOI: 10.2307 / 3676666

CrossRef Полный текст

14.Wilson FE, Reinert BD. Гормон щитовидной железы действует централизованно, запрограммировав фотостимулированных самцов американских древесных воробьев ( Spizella arborea ) на весенние и осенние компоненты сезонности. J Нейроэндокринол (2000) 12 : 87–95. DOI: 10.1046 / j.1365-2826.2000.00437.x

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

15. Bentley GE. Фотопериодизм и размножение птиц. В: Nelson RJ, Denlinger DL, Somers DE editors. Фотопериодизм: биологический календарь . Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета (2010). п. 420–45.

16. Хомма К., Охта М., Сакакибара Ю. Фотоиндуцируемая фаза японского перепела, обнаруженная при прямой стимуляции мозга. В: Редакторы Suda M, Hayaishi O, Nakagawa H. Биологические ритмы и их центральный механизм . Амстердам: Эльзевир (1979). п. 85–94.

17. Sharp PJ, Follett BK. Влияние поражений гипоталамуса на высвобождение гонадотропинов у японского перепела ( Coturnix coturnix japonica ). Нейроэндокринология (1969) 5 : 205–18. DOI: 10.1159 / 000121861

CrossRef Полный текст

18. Юсс Т.С., Меддл С.Л., Слуга Р.С., Король В.М. Мелатонин и фотопериодическое измерение времени у японского перепела ( Coturnix coturnix japonica ). Proc R Soc Lond B Biol Sci (1993) 254 : 21–8. DOI: 10.1098 / rspb.1993.0121

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

19.Meddle SL, Follett BK. Фотопериодически обусловленные изменения экспрессии Fos в базальном туберальном гипоталамусе и срединном возвышении японского перепела. J Neuroscience (1997) 17 : 8909–18.

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст

20. Йошимура Т., Ясуо С., Ватанабэ М., Ииго М., Ямамура Т., Хирунаги К. и др. Индуцированное светом превращение гормона Т ₄ в Т ₃ регулирует фотопериодический ответ гонад у птиц. Nature (2003) 426 : 178–81. DOI: 10.1038 / nature02117

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

21. Ясуо С., Ватанабэ М., Накао Н., Такаги Т., Фоллетт Б.К., Эбихара С. и др. Взаимное переключение двух генов ферментов, активирующих и инактивирующих тироидные гормоны, участвует в фотопериодической реакции гонад японского перепела. Эндокринология (2005) 146 : 2551–4.DOI: 10.1210 / en.2005-0057

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

22. Бернал Дж. Действие гормона щитовидной железы на мозг. J Endocrinol Invest (2002) 25 : 268–88.

23. Ватанабе Т., Ямамура Т., Ватанабэ М., Ясуо С., Накао Н., Доусон А. и др. Гипоталамическая экспрессия генов ферментов, активирующих и инактивирующих тироидные гормоны, в связи с фоторефрактерностью у птиц и млекопитающих. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol (2007) 292 : R568–72. DOI: 10.1152 / ajpregu.00521.2006

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

24. Оно Х., Накао Н., Ямамура Т., Киношита К., Мизутани М., Намикава Т. и др. Красная джунглевая птица ( Gallus gallus ) как модель для изучения молекулярного механизма сезонного воспроизводства. Anim Sci J (2009) 80 : 328–32.DOI: 10.1111 / j.1740-0929.2009.00628.x

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

25. Perfito N, Jeong SY, Silverin B, Calisi RM, Bentley GE, Hau M. Предвкушение весны: дикие популяции больших синиц (Parus major ) различаются по экспрессии ключевых генов для фотопериодического измерения времени. PLoS One (2012) 7 : e34997. DOI: 10.1371 / journal.pone.0034997

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

26.Стивенсон Т.Дж., Болл Г.Ф. Нарушение экспрессии мРНК нейропсина посредством интерференции РНК способствует фотоиндуцированному увеличению тиреотропин-стимулирующей субъединицы β у птиц. Eur J Neurosci (2012) 36 : 2859–65. DOI: 10.1111 / j.1460-9568.2012.08209.x

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

27. Барретт П., Эблинг Ф. Дж., Шулер С., Уилсон Д., Росс А. В., Уорнер А. и др. Гипоталамический катаболизм гормонов щитовидной железы действует как привратник для сезонного контроля массы тела и воспроизводства. Эндокринология (2007) 148 : 3608–17. DOI: 10.1210 / en.2007-0316

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

28. Фриман Д.А., Тойбнер Б.Дж., Смит С.Д., Прендергаст Б.Дж. Экзогенный T ₃ имитирует длинный световой день у сибирских хомячков. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol (2007) 292 : R2368–72. DOI: 10.1152 / ajpregu.00713.2006

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

29.Хервиг А., Уилсон Д., Логи Т.Дж., Боелен А., Морган П.Дж., Мерсер Дж. Г. и др. Фотопериод и острый энергетический дефицит взаимодействуют с компонентами гормональной системы щитовидной железы в таницитах гипоталамуса сибирского хомяка. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol (2009) 296 : R1307-15. DOI: 10.1152 / ajpregu..2008

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

30. Ватанабэ М., Ясуо С., Ватанабе Т., Ямамура Т., Накао Н., Эбихара С. и др.Фотопериодическая регуляция гена дейодиназы 2 типа у джунгарского хомячка: возможные гомологии между фотопериодической регуляцией репродукции птиц и млекопитающих. Эндокринология (2004) 145 : 1546–9. DOI: 10.1210 / en.2003-1593

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

31. Ревель Ф.Г., Сабуро М., Певет П., Миккельсен Дж. Д., Симонно В. Мелатонин регулирует экспрессию гена дейодиназы 2 типа у сирийского хомяка. Эндокринология (2006) 147 : 4680–7. DOI: 10.1210 / en.2006-0606

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

32. Ясуо С., Йошимура Т., Эбихара С., Корф Х.В. Временная динамика экспрессии дейодиназы 2 типа после инъекций мелатонина сирийским хомякам. Эндокринология (2007) 148 : 4385–92. DOI: 10.1210 / en.2007-0497

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

33.Росс А.В., Хелфер Дж., Рассел Л., Даррас В.М., Морган П.Дж. Сигнальные гены тироидных гормонов регулируются фотопериодом в гипоталамусе крыс F344. PLoS One (2011) 6 : e21351. DOI: 10.1371 / journal.pone.0021351

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

34. Ясуо С., Ватанабэ М., Ииго М., Накамура Т.Дж., Ватанабе Т., Такаги Т. и др. Дифференциальный ответ экспрессии гена дейодиназы 2 типа на фотопериод между фотопериодическими крысами Fischer 344 и нефотопериодическими крысами Wistar. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol (2007) 292 : R1315–9. DOI: 10.1152 / ajpregu.00396.2006

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

35. Оно Х., Хосино Й., Ясуо С., Ватанабэ М., Накане Й., Мураи А. и др. Участие тиреотропина в передаче фотопериодического сигнала у мышей. Proc Natl Acad Sci USA (2008) 105 : 18238–42. DOI: 10.1073 / pnas.0808952105

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

36.Ясуо С., Накао Н., Окура С., Ииго М., Хагивара С., Гото А. и др. Подавление экспрессии гена дейодиназы типа 2 в медиобазальном гипоталамусе зааненской козы, производителя короткого дня: влияние на сезонное окно действия гормона щитовидной железы на репродуктивную нейроэндокринную ось. Эндокринология (2006) 147 : 432–40. DOI: 10.1210 / en.2005-0507

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

37.Ханон Э.А., Линкольн Г.А., Фустин Дж. М., Дарденте Х., Массон-Петет М., Морган П. Дж. И др. Предковый механизм ТТГ сигнализирует о наступлении лета у фотопериодических млекопитающих. Curr Biol (2008) 18 : 1147–52. DOI: 10.1016 / j.cub.2008.06.076

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

38. Андерсон Г. М., Харди С. Л., Валент М., Биллингс Х. Дж., Коннорс Дж. М., Гудман Р. Л.. Доказательства того, что гормоны щитовидной железы действуют в вентромедиальной преоптической области и в премамиллярной области головного мозга, позволяя прервать период размножения овец. Эндокринология (2003) 144 : 2892–901. DOI: 10.1210 / en.2003-0322

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

39. Биллингс Х. Дж., Вигье С., Карш Ф. Дж., Гудман Р. Л., Коннорс Дж. М., Андерсон Г. М.. Временные потребности гормонов щитовидной железы при сезонных изменениях секреции лютеинизирующего гормона. Эндокринология (2002) 143 : 2618–25. DOI: 10.1210 / en.143.7.2618

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

42.Hagenbuch B, Meier PJ. Органические анион-транспортирующие полипептиды семейства OATP / SLC21: филогенетическая классификация как суперсемейство OATP / SLCO, новая номенклатура и молекулярные / функциональные свойства. Арка Пфлюгерса (2004) 447 : 653–65. DOI: 10.1007 / s00424-003-1168-y

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

43. Накао Н., Такаги Т., Ииго М., Цукамото Т., Ясуо С., Масуда Т. и др. Возможное участие полипептида 1c1, транспортирующего органический анион, в фотопериодической реакции гонад птиц. Эндокринология (2006) 147 : 1067–73. DOI: 10.1210 / en.2005-1090

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

45. Накао Н., Оно Х., Ямамура Т., Анраку Т., Такаги Т., Хигаши К. и др. Тиротрофин в pars tuberalis вызывает фотопериодический ответ. Nature (2008) 452 : 317–22. DOI: 10.1038 / nature06738

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

46.Бенуа Дж. Стимулирующее действие люмьер, уверенное в тестировании развития после слуха. C. R Soc Biol (Париж) (1935) 118 : 669–71.

47. Оливер Дж., Бейл Дж. Д.. Фоторецепторы мозга для фотоиндуцированной реакции яичек у птиц. Experientia (1982) 38 : 1020–9. DOI: 10.1007 / BF01955346

CrossRef Полный текст

48.Макс М., Маккиннон П.Дж., Сейденман К.Дж., Барретт Р.К., Эпплбери М.Л., Такахаши Дж.С. и др. Опсин шишковидной железы: невизуальный опсин, экспрессируемый в шишковидной железе цыпленка. Наука (1995) 267 : 1502–6. DOI: 10.1126 / science.7878470

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

49. Окано Т., Йошизава Т., Фукада Ю. Пинопсин — это фоторецептивная молекула пинеальной железы курицы. Nature (1994) 372 : 94–7. DOI: 10.1038 / 372094a0

CrossRef Полный текст

50. Сиопес Т.Д., Уилсон В.О. Экстраокулярная модификация фоторецепции интактного и шишковидно удаленного котурникса. Poult Sci (1974) 53 : 2035–41. DOI: 10.3382 / пс.0532035

CrossRef Полный текст

51. Менакер М., Робертс Р., Эллиотт Дж., Андервуд Х. Экстраретинальное восприятие света у воробья. III. Глаза в фотопериодической фоторецепции не участвуют. Proc Natl Acad Sci USA (1970) 67 : 320–5. DOI: 10.1073 / pnas.67.1.320

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

52. Сильвер Р., Витковский П., Хорват П., Алонес В., Барнстейбл С.Дж., Леман М.Н. Коэкспрессия опсин- и VIP-подобной иммунореактивности в CSF-контактирующих нейронах головного мозга птиц. Cell Tissue Res (1988) 253 : 189–98. DOI: 10.1007 / BF00221754

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

55.Чаурасиа С.С., Роллаг М.Д., Цзян Г., Хейс В.П., Хак Р., Натесан А. и др. Молекулярное клонирование, локализация и циркадная экспрессия куриного меланопсина (Opn4): дифференциальная регуляция экспрессии в типах клеток шишковидной железы и сетчатки. J Neurochem (2005) 92 : 158–70. DOI: 10.1111 / j.1471-4159.2004.02874.x

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

56. Кан С.В., Леклерк Б., Косонсирилюк С., Мауро Л.Дж., Ивасава А., Эль Халавани М.Э.Экспрессия меланопсина в дофамин-мелатониновых нейронах предкаммиллярного ядра гипоталамуса и сезонное размножение у птиц. Неврология (2010) 170 : 200–13. DOI: 10.1016 / j.neuroscience.2010.06.082

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

57. Томонари С., Такаги А., Акамацу С., Нодзи С., Охучи Х. Неканонический фотопигмент, меланопсин, экспрессируется в дифференцирующихся ганглиозных, горизонтальных и биполярных клетках сетчатки курицы. Dev Dyn (2005) 234 : 783–90. DOI: 10.1002 / dvdy.20600

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

58. Томонари С., Такаги А., Нодзи С., Охучи Х. Характер экспрессии меланопсиноподобных (cOpn4m) и опсиноподобных генов VA в развивающейся сетчатке курицы и нервных тканях. паттерны экспрессии генов (2007) 7 : 746–53. DOI: 10.1016 / j.modgep.2007.06.001

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

59.Дэвис В.И., Тертон М., Пирсон С.Н., Фоллетт Б.К., Халфорд С., Гарсия-Фернандес Дж. М. и др. Спектры фотопигментации опсина древних позвоночных и фотопериодическая реакция птиц. Biol Lett (2012) 8 : 291–4. DOI: 10.1098 / RSBL.2011.0864

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

60. Halford S, Pires SS, Turton M, Zheng L, Gonzalez-Menendez I., Davies WL, et al. Фоторецепторы на основе опсина VA в гипоталамусе птиц. Curr Biol (2009) 19 : 1396–402. DOI: 10.1016 / j.cub.2009.06.066

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

61. Накане Й., Икегами К., Оно Х., Ямамото Н., Йошида С., Хирунаги К. и др. Опсин нервной ткани млекопитающих (Opsin 5) является глубоким фоторецептором головного мозга птиц. Proc Natl Acad Sci USA (2010) 107 : 15264–8. DOI: 10.1073 / pnas.1006393107

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

62.Yamashita T, Ohuchi H, Tomonari S, Ikeda K, Sakai K, Shichida Y. Opn5 — это чувствительный к ультрафиолету бистабильный пигмент, который сочетается с подтипом Gi белка G. Proc Natl Acad Sci USA (2010) 107 : 22084–9. DOI: 10.1073 / pnas.1012498107

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

65. Локли С. В., Скин Д. Д., Тапан К., Инглиш Дж., Рибейро Д., Хаимов И. и др. Экстраокулярное воздействие света не подавляет мелатонин плазмы у человека. J Clin Endocrinol Metab (1998) 83 : 3369–72. DOI: 10.1210 / jc.83.9.3369

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

66. Meijer JH, Thio B, Albus H, Schaap J, Ruijs ACJ. Функциональное отсутствие экстраокулярной фоторецепции при увлечении циркадных ритмов хомяка. Brain Res (1999) 831 : 337–9. DOI: 10.1016 / S0006-8993 (99) 01509-7

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

67.Нельсон Р.Дж., Цукер И. Отсутствие экстраокулярной фоторецепции у дневных и ночных грызунов, подвергающихся воздействию прямого солнечного света. Comp Biochem Physiol (1981) 69A : 145-8. DOI: 10.1016 / 0300-9629 (81)

-4

CrossRef Полный текст

68. Reiter RJ. Пинеальная железа и ее гормоны в контроле воспроизводства у млекопитающих. Endocr Ред. (1980) 1 : 109–31. DOI: 10.1210 / edrv-1-2-109

CrossRef Полный текст

69.Ямазаки С., Гото М., Менакер М. Нет доказательств наличия экстраокулярных фоторецепторов в циркадной системе сирийского хомяка. J Biol Rhythms (1999) 14 : 197–201. DOI: 10.1177 / 07487309912

05

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

70. Иноуе С.Т., Кавамура Х. Сохранение циркадной ритмичности на гипоталамическом «острове» млекопитающих, содержащем супрахиазматическое ядро. Proc Natl Acad Sci USA (1979) 76 : 5962–6.DOI: 10.1073 / pnas.76.11.5962

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

71. Кляйн Д.К., Мур Р.Й., Репперт С.М. Супрахиазматическое ядро: часы разума . Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета (1991).

72. Lehman MN, Silver R, Gradstone WR, Kahn RM, Gibson M, Bittman EL. Циркадная ритмика восстанавливается нервной трансплантацией. Иммуноцитохимическая характеристика трансплантата и его интеграция с мозгом хозяина. J Neurosci (1987) 7 : 1626–38.

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст

74. Арендт Дж. Мелатонин и шишковидная железа млекопитающих . Лондон: Чепмен и Холл (1995).

76. Репперт С.М., Уивер Д.Р., Эбисава Т. Клонирование и характеристика рецептора мелатонина млекопитающих, который опосредует репродуктивные и циркадные реакции. Neuron (1994) 13 : 1177–85.DOI: 10.1016 / 0896-6273 (94) -8

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

77. Репперт С.М., Годсон К.Г., Мале К.Д., Уивер Д.Р., Слаугенхаупт С.А., Гуселла Дж. Ф. Молекулярная характеристика второго рецептора мелатонина, экспрессируемого в сетчатке и мозге человека: рецептор мелатонина Mel1b. Proc Natl Acad Sci USA (1995) 92 : 8734–8. DOI: 10.1073 / pnas.92.19.8734

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

78.Schuster C, Gauer F, Guerrero H, Lakhdar-Ghazal N, Pevet P, Masson-Pévet M. Фотическая регуляция рецепторов мелатонина mt1 в pars tuberalis и супрахиазматических ядрах сибирского хомяка: участие циркадных часов и межгеникулятивного листочка. J Нейроэндокринол (2000) 12 : 207–16. DOI: 10.1046 / j.1365-2826.2000.00039.x

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

79. Песня CK, Bartness TJ.Нейроны симпатического оттока из ЦНС в белый жир, которые экспрессируют рецепторы MEL, могут опосредовать сезонное ожирение. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol (2001) 281 : R666–72.

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст

80. Klosen P, Bienvenu C, Demarteau O, Dardente H, Guerrero H, Pévet P, et al. Рецептор мелатонина mt1 и рецептор RORb совместно локализованы в специфических иммунореактивных клетках ТТГ в pars tuberalis гипофиза крысы. J Histochem Cytochem (2002) 50 : 1647–57. DOI: 10.1177 / 002215540205001209

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

81. Виттковский В., Бергманн М., Хоффманн К., Пера Ф. Фотопериодические изменения ТТГ-подобной иммунореактивности клеток в гипофизарном pars tuberalis джунгарского хомяка, Phodopus sungorus . Cell Tissue Res (1988) 251 : 183–7.DOI: 10.1007 / BF00215463

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

84. Ясуо С., Йошимура Т., Эбихара С., Колф Х.В. Мелатонин передает фотопериодические сигналы через рецептор мелатонина MT1. J Neurosci (2009) 29 : 2885–9. DOI: 10.1523 / JNEUROSCI.0145-09.2009

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Full Text

37.3C: Гормональная регуляция метаболизма

Уровни глюкозы в крови регулируются гормонами инсулина и глюкагона поджелудочной железы, а также Т3 и Т4 щитовидной железы.

Цели обучения

• Объясните, как гормоны глюкагон и инсулин регулируют уровень глюкозы в крови

Ключевые моменты

• Когда уровень глюкозы в крови повышается, инсулин секретируется поджелудочной железой, снижая уровень глюкозы в крови за счет увеличения ее поглощения клетками и стимулируя печень превращать глюкозу в гликоген, в какой форме она может храниться.
• Если секреция инсулина нарушена, это может привести к сахарному диабету: заболеванию, при котором уровень глюкозы в крови остается высоким, что приводит, помимо других симптомов, к избытку глюкозы в моче, увеличению диуреза и обезвоживанию.
• Когда уровень глюкозы в крови падает, глюкагон секретируется поджелудочной железой, что увеличивает уровень глюкозы в крови, стимулируя расщепление гликогена на глюкозу и образование глюкозы из аминокислот.
• Скорость основного обмена в организме контролируется гормонами Т3 и Т4, вырабатываемыми щитовидной железой в ответ на тиреотропный гормон (ТТГ), вырабатываемый передней долей гипофиза.
• Т3 и Т4 связываются с рецепторами митохондрий, вызывая увеличение выработки АТФ, а также усиление транскрипции генов, которые помогают утилизировать глюкозу и производить АТФ, что приводит к более высокому метаболизму клетки.

Ключевые термины

• инсулин : полипептидный гормон, регулирующий углеводный обмен
• глюкагон : гормон, вырабатываемый поджелудочной железой, который противодействует действию инсулина, стимулируя выработку сахара
• гликоген : полисахарид, который является основной формой хранения углеводов у животных; конвертируется в глюкозу по мере необходимости
• гипогликемия : состояние, при котором уровень глюкозы в крови слишком низкий
• гликогенолиз : производство глюкозо-1-фосфата путем отделения мономера глюкозы от гликогена с использованием неорганического фосфата
• глюконеогенез : метаболический процесс, в котором глюкоза образуется, в основном в печени, из неуглеводных предшественников
• тироксин : гормон (йодное производное тирозина), вырабатываемый щитовидной железой, регулирующий метаболизм и рост клеток
• трийодтиронин : самый мощный гормон щитовидной железы, влияющий почти на все процессы в организме, включая температуру тела, рост и частоту сердечных сокращений
• гипотиреоз : болезненное состояние, вызванное недостаточной выработкой тироидных гормонов щитовидной железой
• гипертиреоз : чрезмерное производство гормонов щитовидной железой

Гормональная регуляция обмена веществ

Уровни глюкозы в крови широко варьируются в течение дня, так как периоды потребления пищи чередуются с периодами голодания.Инсулин и глюкагон — два гормона, которые в первую очередь отвечают за поддержание гомеостаза уровня глюкозы в крови. Дополнительная регуляция обеспечивается гормонами щитовидной железы.

Регулирование уровня глюкозы в крови: инсулин и глюкагон

Клеткам организма для функционирования необходимы питательные вещества. Эти питательные вещества получают через кормление. Чтобы регулировать потребление питательных веществ, сохранять избыточное потребление и, при необходимости, использовать резервы, организм использует гормоны для уменьшения запасов энергии.Инсулин вырабатывается бета-клетками поджелудочной железы, которые стимулируются высвобождением инсулина при повышении уровня глюкозы в крови (например, после приема пищи). Инсулин снижает уровень глюкозы в крови за счет увеличения скорости поглощения и использования глюкозы клетками-мишенями, которые используют глюкозу для производства АТФ. Он также стимулирует печень превращать глюкозу в гликоген, который затем сохраняется в клетках для дальнейшего использования. Поскольку инсулин связывается со своей клеткой-мишенью через рецепторы инсулина и передачу сигналов, он заставляет клетку включать в свою мембрану белки, транспортирующие глюкозу.Это позволяет глюкозе проникать в клетку, где ее можно использовать в качестве источника энергии. Эти действия, опосредованные инсулином, вызывают падение концентрации глюкозы в крови, что называется гипогликемическим эффектом или эффектом «низкого уровня сахара», который препятствует дальнейшему высвобождению инсулина из бета-клеток через петлю отрицательной обратной связи.

Нарушение функции инсулина может привести к заболеванию, называемому сахарным диабетом, которое оказывает большое влияние на организм. Это может быть вызвано низким уровнем выработки инсулина бета-клетками поджелудочной железы или сниженной чувствительностью клеток ткани к инсулину.Это предотвращает всасывание глюкозы клетками, вызывая высокий уровень глюкозы в крови или гипергликемию (высокий уровень сахара). Высокий уровень глюкозы в крови мешает почкам восстанавливать всю глюкозу из образовавшейся мочи, что приводит к ее потере с мочой. Высокий уровень глюкозы также приводит к тому, что почками реабсорбируется меньше воды, вызывая выработку большого количества мочи; это может привести к обезвоживанию. Со временем высокий уровень глюкозы в крови может вызвать повреждение нервов глаз и периферических тканей тела, а также повреждение почек и сердечно-сосудистой системы.Повышенная секреция инсулина может вызвать гипогликемию, низкий уровень глюкозы в крови. Это вызывает недостаточную доступность глюкозы к клеткам, что часто приводит к мышечной слабости. Иногда это может привести к потере сознания или смерти, если его не лечить.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Сахарный диабет : Сахарный диабет может вызывать широкий спектр симптомов, включая тошноту, рвоту, помутнение зрения, летаргию, частое мочеиспускание и высокий уровень глюкозы в моче.

Когда уровень глюкозы в крови падает ниже нормального уровня, например, между приемами пищи или когда глюкоза используется во время упражнений, гормон глюкагон высвобождается из поджелудочной железы.Глюкагон повышает уровень глюкозы в крови, вызывая так называемый гипергликемический эффект, стимулируя расщепление гликогена на глюкозу в клетках скелетных мышц и клетках печени в процессе, называемом гликогенолизом. Затем глюкоза может быть использована в качестве энергии мышечными клетками и выпущена в кровоток клетками печени. Глюкагон также стимулирует абсорбцию аминокислот из крови печенью, которая затем превращает их в глюкозу. Этот процесс синтеза глюкозы называется глюконеогенезом. Повышение уровня глюкозы в крови подавляет дальнейшее высвобождение глюкагона поджелудочной железой через механизм отрицательной обратной связи.Таким образом, инсулин и глюкагон работают вместе, чтобы поддерживать гомеостатический уровень глюкозы.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Регулирование уровня глюкозы в крови с помощью инсулина и глюкагона. : По мере повышения уровня глюкозы в крови инсулин стимулирует клетки поглощать больше глюкозы и дает сигнал печени преобразовать избыток глюкозы в гликоген, форма, в которой ее можно сохранить для дальнейшего использования. Когда уровень глюкозы в крови падает, глюкагон в ответ стимулирует расщепление гликогена на глюкозу и сигнализирует о производстве дополнительной глюкозы из аминокислот.

Регулирование уровня глюкозы в крови: гормоны щитовидной железы

Базальный уровень метаболизма, который представляет собой количество калорий, необходимых организму в состоянии покоя, определяется двумя гормонами, вырабатываемыми щитовидной железой: тироксином, также известным как тетрайодтиронин или Т4, и трийодтиронином, также известным как Т3. Высвобождение Т3 и Т4 щитовидной железой стимулируется тиреотропным гормоном (ТТГ), который вырабатывается передней долей гипофиза. Эти гормоны влияют почти на все клетки тела, за исключением головного мозга, матки, семенников, клеток крови и селезенки взрослого человека.Они транспортируются через плазматическую мембрану клеток-мишеней, где связываются с рецепторами митохондрий, что приводит к увеличению производства АТФ. В ядре Т3 и Т4 активируют гены, участвующие в производстве энергии и окислении глюкозы. Это приводит к увеличению скорости обмена веществ и производства тепла телом. Это известно как калоригенный эффект гормона.

Нарушения могут возникать как из-за недостаточной, так и из-за избыточной выработки гормонов щитовидной железы. Гипотиреоз, недостаточная выработка гормонов щитовидной железы, может вызывать низкий уровень метаболизма, приводящий, помимо других симптомов, к увеличению веса, чувствительности к холоду и снижению умственной активности.У детей гипотиреоз может вызвать кретинизм, который может привести к умственной отсталости и дефектам роста. Гипертиреоз, перепроизводство гормонов щитовидной железы, может привести к увеличению скорости метаболизма, что может вызвать потерю веса, избыточное выделение тепла, потоотделение и учащение пульса.

.