Физиологические эффекты тиреоидных гормонов и механизм их действия

Тиреоидные гормоны обладают широким спектром действия, но больше всего их влияние сказывается на клеточном ядре. Они могут непосредственно воздействовать и на процессы, протекающие в митохондриях, а также в клеточной мембране.

У млекопитающих и человека тиреоидные гормоны особенно важны для развития ЦНС и для роста организма в целом.

Давно известно стимулирующее действие этих гормонов на скорость потребления кислорода (калоригенный эффект) всем организмом, а также отдельными тканями и субклеточными фракциями. Существенную роль в механизме физиологического калоригенного эффекта Т₄ и Т₃ может играть стимуляция синтеза таких ферментных белков, которые в процессе своего функционирования используют энергию аденозинтрифосфата (АТФ), например, чувствительной к оубаину мембранной натрий-калий-АТФазы, препятствующей внутриклеточному накоплению ионов натрия. Тиреоидные гормоны в сочетании с адреналином и инсулином способны непосредственно повышать захват кальция клетками и увеличивать концентрацию в них циклической аденозинмонофосфорной кислоты (цАМФ), а также транспорт аминокислот и Сахаров через клеточную мембрану.

Особую роль играют тиреоидные гормоны в регуляции функции сердечно-сосудистой системы. Тахикардия при тиреотоксикозе и брадикардия при гипотиреозе - характерные признаки нарушения тиреоидного статуса. Эти (равно как и многие другие) проявления заболеваний щитовидной железы долгое время относили за счет повышения симпатического тонуса под действием тиреоидных гормонов. Однако в настоящее время доказано, что избыточное содержание последних в организме приводит к снижению синтеза адреналина и норадреналина в надпочечниках и уменьшению концентрации катехоламинов в крови. При гипотиреозе концентрация катехоламинов возрастает. Не получили подтверждения и данные о замедлении деградации катехоламинов в условиях избыточного содержания тиреоидных гормонов в организме. Вероятнее всего, что за счет непосредственного (без участия адренергических механизмов) действия тиреоидных гормонов на ткани меняется чувствительность последних к катехоламинам и медиаторам парасимпатических влияний. Действительно, при гипотиреозе описано увеличение числа бета-адренорецепторов в ряде тканей (в том числе в сердце).

Механизмы проникновения тиреоидных гормонов в клетки изучены недостаточно. Независимо от того, имеет ли здесь место пассивная диффузия или активный транспорт, эти гормоны проникают в клетки-«мишени» достаточно быстро. Связывающие места для Т₃ и Т₄ обнаружены не только в цитоплазме, митохондриях и ядре, но и на клеточной мембране, однако именно в ядерном хроматине клеток содержатся участки, в наибольшей степени удовлетворяющие критериям гормональных рецепторов. Сродство соответствующих белков к различным аналогам Т₄ обычно пропорционально биологической активности последних. Степень занятости таких участков в ряде случаев пропорциональна и величине клеточной реакции на гормон. Связывание тиреоидных гормонов (преимущественно Тз) в ядре осуществляется негистоновыми белками хроматина, молекулярная масса которых после солюбилизации примерно 50000 дальтон. Для ядерного действия тиреоидных гормонов, по всей вероятности, не требуется предварительного взаимодействия с белками цитозоля, как это описано для стероидных гормонов. Концентрация ядерных рецепторов обычно особенно велика в тканях, известных своей чувствительностью к тиреоидным гормонам (передняя доля гипофиза, печень), и очень низка в селезенке и семенниках, которые, по имеющимся данным, не реагируют на Т₄ и Т₃.

После взаимодействия тиреоидных гормонов с рецепторами хроматина достаточно быстро возрастает активность РНК-полимеразы и увеличивается образование высокомолекулярной РНК. Показано, что, помимо генерализованного влияния на геном, Тз может избирательно стимулировать синтез РНК, кодирующих образование специфических белков, например, альфа2-макроглобулина в печени, гормона роста в питуицитах и, возможно, митохондриального фермента альфа-глицерофосфат-дегидрогеназы и цитоплазматического малик-фермента. При физиологической концентрации гормонов ядерные рецепторы более чем на 90 % связаны с Т₃, тогда как Т4 присутствует в комплексе с рецепторами в очень небольшом количестве. Это оправдывает мнение о Т4 как прогормоне и о Т₃ как об истинном тиреоидном гормоне.

Регуляция секреции. Т₄ и Т₃ может зависеть не только от ТТГ гипофиза, но и от других факторов, в частности концентрации йодида. Однако главным регулятором активности щитовидной железы служит все-таки ТТГ, секреция которого находится под двойным контролем: со стороны гипоталамического ТРГ и периферических тиреоидных гормонов. В случае повышения концентрации последних реакция ТТГ на ТРГ подавляется. Секреция ТТГ тормозится не только Т₃ и Т₄, но и гипоталамическими факторами - соматостатином и дофамином. Взаимодействие всех этих факторов и определяет весьма тонкую физиологическую регуляцию тиреоидной функции в соответствии с меняющимися потребностями организма.

ТТГ представляет собой гликопептид с молекулярной массой 28 000 дальтон. Он состоит из 2 пептидных цепей (субъединиц), связанных нековалентными силами, и содержит 15 % углеводов; альфа-субъединица ТТГ не отличается от таковой в других полипептидных гормонах (ЛГ, ФСГ, хорионический гонадотропин). Биологическая активность и специфичность ТТГ обусловливается его бета-субъединицей, которая отдельно синтезируется тиреотрофами гипофиза и впоследствии присоединяется к альфа-субъединице. Это взаимодействие происходит достаточно быстро после синтеза, так как секреторные гранулы в тиреотрофах содержат в основном готовый гормон. Однако небольшое количество отдельных субъединиц может выделяться под действием ТРГ в неравновесном соотношении.

Гипофизарная секреция ТТГ очень чувствительна к изменениям концентрации Т₄ и Т₃ в сыворотке крови. Снижение или повышение этой концентрации даже на 15-20 % приводит к реципрокным сдвигам в секреции ТТГ и его реакции на экзогенный ТРГ. Активность Т₄-5-дейодиназы в гипофизе особенно высока, поэтому сывороточный Т₄ в нем превращается в Т₃ более активно, чем в других органах. Вероятно, именно поэтому снижение уровня Т₃ (при сохранении нормальной концентрации Т₄ в сыворотке), регистрируемое при тяжелых нетиреоидных заболеваниях, редко приводит к повышению секреции ТТГ. Тиреоидные гормоны снижают число рецепторов ТРГ в гипофизе, причем их тормозящее влияние на секрецию ТТГ лишь частично блокируется ингибиторами белкового синтеза. Максимальное торможение секреции ТТГ возникает спустя длительное время после достижения максимальной концентрации Т₄ и Т₃ в сыворотке. И наоборот, резкое падение уровня тиреоидных гормонов после удаления щитовидной железы приводит к восстановлению базальной секреции ТТГ и его реакции на ТРГ лишь через несколько месяцев или даже позднее. Это необходимо принимать во внимание при оценке состояния гипофизарно-тиреоидной оси у больных, подвергающихся лечению по поводу заболеваний щитовидной железы.

Гипоталамический стимулятор секреции ТТГ - тиреолиберин (трипептид пироглютамилгистидилпролинамид) - в наибольшей концентрации присутствует в срединном возвышении и аркуатном ядре. Однако он обнаруживается и в других участках мозга, а также в желудочно-кишечном тракте и панкреатических островках, где его функция мало изучена. Подобно другим пептидным гормонам ТРГ взаимодействует с мембранными рецепторами питуицитов. Их число уменьшается не только под действием тиреоидных гормонов, но и при повышении уровня самого ТРГ («снижающая регуляция»). Экзогенный ТРГ стимулирует секрецию не только ТТГ, но и пролактина, а у некоторых больных акромегалией и хроническими нарушениями функций печени и почек - и образование гормона роста. Однако роль ТРГ в физиологической регуляции секреции этих гормонов не установлена. Время полужизни экзогенного ТРГ в сыворотке человека весьма невелико - 4-5 мин. Тиреоидные гормоны, вероятно, не влияют на его секрецию, но проблема регуляции последней остается практически неизученной.

Помимо упоминавшегося тормозного влияния соматостатина и дофамина на секрецию ТТГ, она модулируется рядом стероидных гормонов. Так, эстрогены и оральные контрацептивы увеличивают реакцию ТТГ на ТРГ (возможно, за счет повышения числа рецепторов ТРГ на мембране клеток передней доли гипофиза), ограничивают тормозное действие дофаминергических средств и тиреоидных гормонов. Фармакологические дозы глюкокортикоидов снижают базальную секрецию ТТГ, его реакцию на ТРГ и подъем его уровня в вечерние часы суток. Однако физиологическое значение всех этих модуляторов секреции ТТГ неизвестно.

Таким образом, в системе регуляции функции щитовидной железы центральное место занимают тиреотрофы передней доли гипофиза, секретирующие ТТГ. Последний контролирует большинство метаболических процессов в тиреоидной паренхиме. Его основной острый эффект сводится к стимуляции продукции и секреции тиреоидных гормонов, а хронический - к гипертрофии и гиперплазии щитовидной железы.

На поверхности мембраны тиреоцитов присутствуют специфичные для альфа-субъединицы ТТГ рецепторы. После взаимодействия гормона с ними разворачивается более или менее стандартная для полипептидных гормонов последовательность реакций. Гормон-рецепторный комплекс активирует аденилатциклазу, расположенную на внутренней поверхности клеточной мембраны. Белок, связывающий гуаниловые нуклеотиды, по всей вероятности, играет сопрягающую роль во взаимодействии гормонрецепторного комплекса и фермента. Фактором, определяющим стимулирующее влияние рецептора на циклазу, может явиться (3-субъедини-ца гормона. Многие эффекты ТТГ, по-видимому, опосредуются образованием цАМФ из АТФ под действием аденилатциклазы. Хотя повторно введенный ТТГ продолжает связываться с рецепторами тиреоцитов, щитовидная железа в течение определенного периода оказывается рефрактерной к повторным введениям гормона. Механизм этой ауторегуляции реакции цАМФ на ТТГ неизвестен.

Образующийся под действием ТТГ цАМФ взаимодействует в цитозоле с цАМФ-связывающими субъединицами протеинкиназ, приводя к их отделению от каталитических субъединиц и активации последних, т. е. к фосфорилированию ряда белковых субстратов, что меняет их активность и тем самым метаболизм всей клетки. В щитовидной железе присутствуют и фосфатазы фосфопротеинов, восстанавливающие состояние соответствующих белков. Хроническое действие ТТГ приводит к увеличению объема и высоты тиреоидного эпителия; затем возрастает и число фолликулярных клеток, что обусловливает их выпячивание в коллоидное пространство. В культуре тиреоцитов ТТГ способствует формированию микрофолликулярных структур.

ТТГ вначале снижает йодидконцентрирующую способность щитовидной железы, вероятно, за счет опосредованного цАМФ увеличения мембранной проницаемости, сопровождающего деполяризацию мембраны. Однако хроническое действие ТТГ резко повышает поглощение йодида, на что, по-видимому, косвенно влияет усиление синтеза молекул переносчика. Большие дозы йодида не только сами по себе ингибируют транспорт и органификацию последнего, но и снижают реакцию цАМФ на ТТГ, хотя и не меняют его действия на синтез белка в щитовидной железе.

ТТГ непосредственно стимулирует синтез и йодирование тиреоглобулина. Под действием ТТГ быстро и резко возрастает потребление кислорода щитовидной железой, что, вероятно, связано не столько с повышением активности окислительных ферментов, сколько с увеличением доступности адениндифосфорной кислоты - АДФ. ТТГ увеличивает общий уровень пиридиннуклеотидов в ткани щитовидной железы, ускоряет кругооборот и синтез фосфолипидов в ней, повышает активность фосфолипазы Аг, что сказывается на количестве предшественника простагландинов - арахидоновой кислоты.

Катехоламины стимулируют активность тиреоидных аденилатциклазы и протеинкиназ, но их специфические эффекты (стимуляция образования коллоидных капель и секреции T₄ и Т₃) наглядно проявляются лишь на фоне сниженного содержания ТТГ. Помимо действия на тиреоциты, катехоламины влияют на кровоток в щитовидной железе и изменяют обмен тиреоидных гормонов на периферии, что в свою очередь может сказываться на ее секреторной функции.

[1], [2], [3], [4], [5], [6], [7]