「二師兄」教你新知識，甲減患者為什麼容易貧血和免疫力差

什麼？提到豬你只想到紅燒肉or二師兄？那你就OUT了。你還以為豬是蠢笨、髒兮兮、好吃懶做的代名詞嗎？還總是被人嫌棄的「豬隊友」？而科學家發現，功臣「二師兄」由於與人類的器官解剖學結構、血生理生化及代謝等生理特徵更加相近，為人類生物醫學研究的發展做出了重要的貢獻。這不，中國科學院動物研究所幹細胞生殖生物學國家重點實驗室的趙建國研究組就利用豬模型在甲減疾病的機制研究中取得了新進展。

什麼是甲減

說起甲減還得從甲狀腺談起。那何為甲狀腺？甲狀腺被譽為「身體的發動機」，調節生長、發育和代謝等基本生理過程。這個隱藏在頸部深處，體積較小且呈蝴蝶狀的內分泌腺體，是人體中最大的內分泌腺，它不僅通過分泌甲狀腺激素能幫助身體利用能量，還通過控制燃燒卡路里的速度來調節體內各個器官的新陳代謝。當身體的這個發動機出現問題，不能正常工作了，即甲狀腺激素分泌的減少，會導致虛弱、呼吸困難、健忘、皮膚粘液性水腫、四肢冰冷、貧血，嚴重時出現昏迷和心力衰竭等系統性的功能異常癥狀，這就是甲狀腺激素功能低下症，簡稱甲減。而先天性甲減，是新生兒時期出現的甲減。先天性甲減影響新生兒的生長和發育，尤其影響智力的發育，嚴重的甲減會導致兒童身體發育遲緩及永久的智力障礙，俗稱呆小症。

甲減，已經成為最普遍的內分泌紊亂之一。我國甲減患病率逐年顯著增加，已達6.5%，也就是說，居民中大約每15人就有1位甲減患者。而對於先天性甲減，自從20世紀80年代開展新生兒篩查以來，在我國北京地區，從1989年到2014年間統計發現先天性甲減患兒佔新生兒的比例從1:8900上升到了1:1900。我國甲減患病率驟增意味著國民甲狀腺健康狀況不容樂觀。

貧血和免疫缺陷等甲減併發症對人體危害很大

甲減除了人們熟知的影響智力和生長發育之外，約20%-60%的甲減患者常同時伴發貧血和免疫缺陷等癥狀，這些癥狀從外觀不易察覺，經常被忽視，然而它們對人體的危害很大。據報道，一例甲減患兒由於嚴重的淋巴細胞缺乏症，最終導致呼吸道感染而死亡。對於貧血癥狀而言，當人體長期處於貧血狀態時，血液中血紅蛋白就會減少，使血液攜氧能力下降，最終導致全身組織和器官發生缺氧，從而對身體幾乎所有器官造成一系列的危害。而且，貧血是增加死亡的危險因素。

難道就沒有治好甲減的藥物嗎？按照缺啥補啥的原則，只要患者服用適量的甲狀腺激素，就可以改善癥狀。然而，儘管大部分人服用甲狀腺激素能夠緩解癥狀，仍然存在10%的不幸的貧血甲減患者，他們在服用甲狀腺激素後，發現血液指標不能恢復到正常水平。這也說明了甲狀腺激素治療甲減還存在局限性。因此，探索甲減伴有貧血的發病原因能夠有助於了解甲減的發病機制，開發更好的治療甲減的方案。

探索甲減伴有貧血和免疫缺陷的發病原因

關於甲減伴有貧血和免疫缺陷的發病原因，科學家們一直在努力研究探索。然而「作為一名科研工作者，假如你計劃對人類疾病開展相關的研究，那麼你必須意識到，出於倫理學及安全性的考慮，人類患者是不允許作為研究初始階段的受試對象，因此創製和開發人類疾病模型對於推動生物醫學領域的研究進展極為重要。鑒於生物體的複雜性，體外模型往往不能反映真實的生物學過程，而動物模型，雖然不是完美的，卻可為人類提供一個窗口，更加近距離地觀察人類的各種生物學反應和變化。」Michael Conn和JamesParker對於動物模型在生物醫學研究領域中所處的角色在其專著TheAnimal Research War中進行了很好的闡釋。科學家已經證實比起小動物模型，豬模型（終於提到二師兄了）更能夠很好的模擬人類囊腫性纖維化和視網膜色素變性等遺傳疾病。此外，由於豬的心血管解剖學結構、心血管損傷形態和脂質代謝機制與人類更為相似，因此被公認為模擬人類代謝性疾病以及心血管疾病最具優勢的動物模型（沒想到二師兄如此給力！）。另外，豬在甲狀腺激素代謝和免疫等方面與人類更加接近，豬甲狀腺激素還可以作為天然甲狀腺激素的最主要來源之一。因此，科學家們嘗試著利用豬模擬人類甲減疾病，而「二師兄」也果然沒有令人失望。

圖為豬作為動物模型的優勢(Yao et al., 2016)

科研人員通過ENU化學誘變的方法，創製了攜帶DUOX2基因突變（D409G）的豬先天性甲減模型。在甲狀腺組織中，DUOX2與其激活蛋白DUOXA2互作產生H2O2，H2O2相當於合成甲狀腺激素的原料，所以H2O2缺乏會導致甲狀腺激素合成不足，那麼甲狀腺這個發動機就徹底不work了。科研人員發現攜帶D409G點突變的二師兄竟然表現出了和人類相似的嚴重的甲減癥狀，即甲狀腺腫大（俗稱大脖子病）以及甲狀腺激素合成不足。進一步分析發現它還表現了嚴重的貧血和T淋巴細胞減少以及造血器官胸腺和脾臟發育異常等免疫缺陷癥狀，這恰恰與部分甲減患者並發貧血和免疫缺陷相似。歪打正著，那這個模型不正好可以作為模擬甲減患者並發貧血和免疫缺陷的模型了嘛。為了找到甲減並發貧血及免疫缺陷的原因，科學家接著在正常和異常的胸腺組織中找差異基因，發現了一個名為KLF9的基因在異常的胸腺組織中表達量顯著下降。由於胸腺作為產生T淋巴細胞的主要器官，推測KLF9可能在搞破壞，那它到底是不是通過甲狀腺激素來影響造血細胞（紅細胞和T淋巴細胞等）產生的呢？甲狀腺激素不能夠單獨完成任務，它需要通過結合甲狀腺激素受體來發揮功能。若將甲狀腺激素比作鑰匙，那麼甲狀腺激素受體就相當於鎖，只有鑰匙和鎖結合才能打開門。科學家最終通過體內外實驗證實甲狀腺激素及其受體在造血細胞中影響KLF9基因的表達。

為了繼續探索KLF9是如何影響造血細胞的產生，趙建國研究組與膜生物學國家重點實驗室劉峰研究組合作，利用斑馬魚模型證實：敲低klf9後，成熟的紅細胞和T淋巴細胞減少，其可能的分子機制是klf9通過調控細胞凋亡和分裂過程最終影響了造血細胞的生成。該工作創製了首例豬甲減模型，並首次發現KLF9作為一個關鍵的因子介導甲狀腺激素受體調控造血和免疫細胞的產生，從而揭示了甲減患者貧血和免疫缺陷的潛在原因，為研發更好的治療貧血和免疫缺陷甲減患者的靶向藥物提供了分子基礎。

甲狀腺激素通過TR-KLF9軸影響紅細胞和淋巴細胞生成的模式圖。(A)在正常情況下，DUOX2與其激活蛋白DUOXA2產生H2O2，而H2O2對於甲狀腺激素合成中至關重要。甲狀腺激素結合其核受體(TH/TR)後與KLF9啟動子上的TRE序列結合從而調控KLF9的轉錄。KLF9作為TH/TR的下游基因調控包括紅細胞成熟和T淋巴細胞生成等造血過程。(B)在甲減個體中，DUOX2發生錯義突變破壞了H2O2的產生。從而導致甲狀腺激素合成障礙。KLF9表達量顯著下調，導致破壞了紅細胞成熟和T淋巴細胞生成等造血過程。

這項成果有望為人類甲減的精準醫療研究提供理論支撐，同時也將為培育高免疫力的新品系豬和豬的健康養殖提供理論基礎。該研究是孟安明院士和周琪院士倡導和推動的「中國豬化學誘變聯盟」的又一成果，並發表在美國血液學會出版的Blood雜誌上。第三軍醫大學魏泓課題組對該論文也有相應貢獻。該研究得到了中國科學院戰略性先導科技專項、國家轉基因專項、國家自然科學基金、國家基礎研究計劃和863計劃等項目的資助。

最後，溫馨提示廣大讀者：除了遺傳因素外，甲狀腺疾病或多或少和生活方式、性格脾氣、飲食習慣有關。特別是科研工作者，在工作壓力大、生活節奏緊張、睡不好覺時，對甲狀腺激素的需要會大大增加，如果超出負荷，甲狀腺這個發動機就容易發生病變。所以為了更好地繼續科研之路，請保護好這個重要的「發動機」，關注健康。

作者：張穎 趙建國

來源：中國科學院動物研究所