การสังเคราะห์ฮอร์โมนไทรอยด์และการเผาผลาญไอโอดีน

การสังเคราะห์ฮอร์โมนไทรอยด์เป็นกระบวนการหลายขั้นตอนที่เซลล์ฟอลลิคูลาร์ของต่อมไทรอยด์ดักจับไอโอไดด์จากอาหาร ออกซิไดซ์ และเชื่อมโยงเข้ากับหมู่ไทโรซีนบนโปรตีนไทโรโกลบูลิน เพื่อสร้างไทโรซีน (T4) และไตรไอโอโดไทโรนีน (T3) เนื่องจากไอโอดีนเป็นองค์ประกอบโครงสร้างของฮอร์โมน การเผาผลาญไอโอดีนทั่วร่างกายจึงแยกออกจากการผลิตฮอร์โมนไทรอยด์ไม่ได้

Definition

การสังเคราะห์ฮอร์โมนไทรอยด์คือการประกอบ T4 และ T3 โดยเอนไซม์จากไอโอไดด์และหมู่ไทโรซิลของไทโรโกลบูลินภายในฟอลลิเคิลของต่อมไทรอยด์ ซึ่งขึ้นอยู่กับการได้รับไอโอดีนจากอาหารที่เพียงพอ

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมขั้นตอนระดับเซลล์ของการสังเคราะห์ฮอร์โมน: การดูดซึมไอโอไดด์โดยโซเดียม-ไอโอไดด์ซิมพอร์เตอร์ การขนส่งเข้าสู่ลูเมนของฟอลลิเคิล การออกซิเดชันและการรวมตัวกับสารอินทรีย์โดยไทรอยด์เปอร์ออกซิเดส การเชื่อมโยงไอโอโดไทโรซีนบนไทโรโกลบูลิน การเก็บฮอร์โมนในคอลลอยด์ และการดูดซึมกลับและการย่อยสลายโปรตีนที่ปล่อย T4 และ T3 นอกจากนี้ยังครอบคลุมวงจรไอโอดีนในอาหารที่เป็นแหล่งของสารตั้งต้น นี่คือข้อมูลอ้างอิงทางสรีรวิทยาและไม่ได้กล่าวถึงการรักษาความผิดปกติของไอโอดีน

Core questions

• เซลล์ฟอลลิคูลาร์รวมไอโอไดด์ได้อย่างไรเมื่อเทียบกับความเข้มข้นที่แตกต่างกัน?
• ไอโอไดด์ถูกออกซิไดซ์และเชื่อมโยงกับไทโรโกลบูลิน (organification) ได้อย่างไร?
• ไอโอโดไทโรซีนเชื่อมโยงกันเพื่อสร้าง T4 และ T3 ได้อย่างไร?
• ฮอร์โมนที่เก็บไว้ถูกปล่อยจากคอลลอยด์เข้าสู่กระแสเลือดได้อย่างไร?
• ปริมาณไอโอดีนในอาหารจำกัดการผลิตฮอร์โมนได้อย่างไร?

Key concepts

• โซเดียม-ไอโอไดด์ซิมพอร์เตอร์ (NIS) และการดักจับไอโอไดด์
• ไทรอยด์เปอร์ออกซิเดส (TPO)
• การรวมตัวของไอโอไดด์กับสารอินทรีย์
• ไทโรโกลบูลินในฐานะโครงสร้างและแหล่งเก็บ
• ปฏิกิริยาการเชื่อมโยงที่สร้าง T4 และ T3
• การสร้างไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์โดย DUOX
• การดูดซึมกลับของคอลลอยด์และการย่อยสลายโปรตีน
• วงจรไอโอดีนในอาหาร

Mechanisms

โซเดียม-ไอโอไดด์ซิมพอร์เตอร์ (sodium-iodide symporter) บนเยื่อหุ้มเซลล์ด้านฐาน (basolateral membrane) จะรวมไอโอไดด์เข้าสู่เซลล์ฟอลลิคูลาร์อย่างแข็งขัน จากนั้นไอโอไดด์จะเคลื่อนที่ไปยังพื้นผิวส่วนปลาย (apical surface) และเข้าสู่คอลลอยด์ (colloid) ที่นั่น ไทรอยด์เปอร์ออกซิเดส (thyroid peroxidase) ซึ่งใช้ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ที่สร้างโดยเอนไซม์ดูอัลออกซิเดส (DUOX) จะออกซิไดซ์ไอโอไดด์และเชื่อมโยงเข้ากับหมู่ไทโรซีนของไทโรโกลบูลิน (thyroglobulin) เพื่อสร้างโมโนไอโอโดไทโรซีน (monoiodotyrosine) และไดไอโอโดไทโรซีน (diiodotyrosine) (การรวมตัวกับสารอินทรีย์) จากนั้นไทรอยด์เปอร์ออกซิเดสจะเชื่อมโยงไอโอโดไทโรซีนเหล่านี้เพื่อสร้าง T4 และ T3 ซึ่งมีปริมาณน้อยกว่า ซึ่งยังคงเก็บอยู่ในไทโรโกลบูลินในคอลลอยด์ เมื่อถูกกระตุ้น คอลลอยด์จะถูกนำกลับเข้าสู่เซลล์และถูกย่อยสลายโปรตีน ปลดปล่อย T4 และ T3 เพื่อหลั่งออกไป ในขณะที่ไอโอไดด์จากไอโอโดไทโรซีนที่ไม่ได้เชื่อมโยงจะถูกนำกลับมาใช้ใหม่

Clinical relevance

วิถีการสังเคราะห์อธิบายว่าทำไมไอโอดีนจากอาหารที่เพียงพอจึงจำเป็นสำหรับการผลิตฮอร์โมนตามปกติ และทำไมไทรอยด์เปอร์ออกซิเดสจึงเป็นเอนไซม์สำคัญในการทำงาน ข้อมูลนี้อธิบายสรีรวิทยาเพื่อการอ้างอิง และไม่ได้ให้คำแนะนำในการให้ยาหรือการจัดการภาวะขาดหรือเกินไอโอดีน

Epidemiology

ไอโอดีนมีการกระจายตัวไม่สม่ำเสมอในสิ่งแวดล้อม และการบริโภคไอโอดีนจากอาหารแตกต่างกันอย่างมากในแต่ละภูมิภาค ซึ่งเป็นพื้นฐานทางสรีรวิทยาสำหรับโครงการเสริมไอโอดีนในระดับประชากร ตัวเลขความชุกที่เฉพาะเจาะจงอยู่นอกขอบเขตของข้อมูลสรีรวิทยานี้

History

การระบุว่าไอโอดีนมีความจำเป็นต่อต่อมไทรอยด์ และการแยกไทโรซีนในภายหลัง ได้ยืนยันว่าการเผาผลาญไอโอดีนเป็นหัวใจสำคัญของการทำงานของต่อมไทรอยด์ งานวิจัยต่อมาได้ระบุลักษณะของไทโรโกลบูลินว่าเป็นโครงสร้างสำหรับการเติมไอโอดีน ไทรอยด์เปอร์ออกซิเดสเป็นเอนไซม์เร่งปฏิกิริยา และโซเดียม-ไอโอไดด์ซิมพอร์เตอร์และดูอัลออกซิเดสเป็นกลไกการขนส่งและออกซิแดนท์ ซึ่งทำให้ภาพรวมโมเลกุลของการสังเคราะห์ชีวภาพสมบูรณ์

Key figures

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

Seminal works

• carvalho-2017
• yen-2001

Frequently asked questions

ไทโรโกลบูลินมีบทบาทอย่างไรในการสังเคราะห์ฮอร์โมน?

ไทโรโกลบูลินเป็นโปรตีนขนาดใหญ่ที่ทำหน้าที่ทั้งเป็นโครงสร้างโมเลกุลที่ไอโอไดด์ถูกเชื่อมโยงกับหมู่ไทโรซีนและรวมเข้าเป็นฮอร์โมน และเป็นรูปแบบการเก็บฮอร์โมนไทรอยด์ภายในคอลลอยด์ของฟอลลิเคิล

ทำไมโซเดียม-ไอโอไดด์ซิมพอร์เตอร์จึงมีความสำคัญ?

มันขนส่งไอโอไดด์จากเลือดเข้าสู่เซลล์ฟอลลิคูลาร์อย่างแข็งขันโดยต้านทานความเข้มข้นที่แตกต่างกัน ซึ่งเป็นแหล่งของไอโอไดด์ที่ไทรอยด์เปอร์ออกซิเดสจะนำไปรวมเข้ากับฮอร์โมน