甲状腺ホルモン合成とヨウ素代謝

甲状腺ホルモン合成は、甲状腺濾胞細胞が食事由来のヨウ化物を取り込み、酸化し、タンパク質であるサイログロブリン上のチロシン残基に結合させて、サイロキシン（T4）とトリヨードサイロニン（T3）を生成する多段階のプロセスである。ヨウ素はホルモンの構造成分であるため、全身のヨウ素代謝は甲状腺ホルモン産生と不可分である。

Definition

甲状腺ホルモン合成は、甲状腺濾胞内で、ヨウ化物とサイログロブリンのチロシル残基からT4とT3を酵素的に組み立てるプロセスであり、適切な食事性ヨウ素供給に依存する。

Scope

このトピックでは、ホルモン生合成の細胞レベルの段階、すなわち、ナトリウム-ヨウ化物シンポーターによるヨウ化物取り込み、濾胞腔への輸送、甲状腺ペルオキシダーゼによる酸化と有機化、サイログロブリン上のヨードチロシンの結合、コロイド内でのホルモン貯蔵、T4とT3を放出する再吸収とプロテオリシスについて扱う。また、基質を供給する食事性ヨウ素サイクルについても扱う。これは生理学的な参照であり、ヨウ素障害の治療については扱わない。

Core questions

• 濾胞細胞はどのようにしてヨウ化物を勾配に逆らって濃縮するのか？
• ヨウ化物はどのように酸化され、サイログロブリンに結合するのか（有機化）？
• ヨードチロシンはどのように結合してT4とT3を形成するのか？
• 貯蔵されたホルモンはどのようにコロイドから血液中に放出されるのか？
• 食事からのヨウ素の利用可能性はホルモン産生をどのように制約するのか？

Key concepts

• ナトリウム-ヨウ化物シンポーター（NIS）とヨウ化物捕捉
• 甲状腺ペルオキシダーゼ（TPO）
• ヨウ化物の有機化
• 足場および貯蔵としてのサイログロブリン
• T4とT3を形成する結合反応
• DUOXによる過酸化水素生成
• コロイドの再吸収とプロテオリシス
• 食事性ヨウ素サイクル

Mechanisms

基底膜上のナトリウム-ヨウ化物シンポーターは、濾胞細胞内にヨウ化物を能動的に濃縮し、その後、ヨウ化物は頂端表面へ移動し、コロイド内に入る。そこで、甲状腺ペルオキシダーゼは、デュアルオキシダーゼ（DUOX）酵素によって生成される過酸化水素を用いてヨウ化物を酸化し、サイログロブリンのチロシン残基に結合させてモノヨードチロシンとジヨードチロシンを形成する（有機化）。その後、甲状腺ペルオキシダーゼはこれらのヨードチロシンを結合させてT4を、そしてより少量ではあるがT3を形成し、これらはコロイド内のサイログロブリン中に貯蔵されたままである。刺激を受けると、コロイドは細胞内に再取り込みされ、プロテオリシスを受けてT4とT3を分泌のために遊離させ、一方、結合していないヨードチロシンからのヨウ化物はリサイクルされる。

Clinical relevance

この合成経路は、正常なホルモン産生に適切な食事性ヨウ素が必要である理由と、甲状腺ペルオキシダーゼが重要な機能酵素である理由を説明する。この項目は参照のための生理学を記述するものであり、ヨウ素欠乏症または過剰症に対する投与量や管理の指針を提供するものではない。

Epidemiology

ヨウ素は環境中に不均一に分布しており、食事からのヨウ素摂取量は地域によって大きく異なる。これが、集団レベルでのヨウ素強化プログラムの生理学的根拠となっている。具体的な有病率の数値は、この生理学の項目では扱わない。

History

ヨウ素が甲状腺に必須であることが特定され、後にサイロキシンが単離されたことで、ヨウ素代謝が腺機能の中心であることが確立された。その後の研究により、サイログロブリンがヨウ素化の足場として、甲状腺ペルオキシダーゼが触媒酵素として、ナトリウム-ヨウ化物シンポーターとデュアルオキシダーゼが輸送および酸化機構として特徴づけられ、生合成の分子像が完成した。

Key figures

• Denise P. Carvalho
• Corinne Dupuy
• P. Reed Larsen

Seminal works

• carvalho-2017
• yen-2001

Frequently asked questions

サイログロブリンはホルモン合成においてどのような役割を果たすのか？

サイログロブリンは、ヨウ化物がチロシン残基に結合し、ホルモンに結合するための分子足場として、また濾胞コロイド内の甲状腺ホルモンの貯蔵形態として機能する大きなタンパク質である。

ナトリウム-ヨウ化物シンポーターが重要なのはなぜか？

それは、血液から濾胞細胞内へ濃度勾配に逆らってヨウ化物を能動的に輸送し、甲状腺ペルオキシダーゼがホルモンに取り込むヨウ化物を供給するからである。