基础领域年度进展
重要进展的相关要点见表1汇总。
甲状腺腺体方面
甲状腺功能减退症由遗传、环境、自身免疫和手术原因引起，影响世界人口的 5%。尽管激素替代疗法是一种行之有效的治疗方法，但约三分之一的患者没有得到充分的治疗，而生活质量差和其他合并症使治疗复杂化且效果不理想。
近年来，已经建立了生成胚胎干
（ES） 细胞衍生类器官的方法，以研究甲状腺发育和模拟疾病发病机制。使用小鼠细胞已经取得了相当大的进展，但从人类ES细胞中产生功能齐全的甲状腺滤泡是不可能的。
Romitti等报道一种为期 58 天的方案，用于生成人类 ES 细胞衍生的甲状腺类器官【Nat Commun 2022;13(1):7057】。关键转录因子 NKX2-1 和 PAX8 在体外胚体中的诱导型过表达导致连续的细胞定型、扩增、分化和组织。由此产生的甲状腺滤泡表达适当的基因，形成类器官，并合成甲状腺激素。
通过免疫荧光和单细胞RNA测序（scRNAseq）对类器官进行表征，用于跟踪细胞分化和复杂性，直到在成熟卵泡的腔内看到碘化甲状腺球蛋白和甲状腺素的产生和储存。通过组织学、免疫荧光、基因表达、影像学（单光子发射计算机断层扫描[SPECT]）和移植131I消融小鼠外周血甲状腺激素的测量来确认体内类器官的结构和功能【Nat Commun 2022;13(1):7057】。
这些研究提供了一个再现人类甲状腺功能发育的模型，为研究甲状腺形态发生、先天性甲状腺功能减退症的发病机制以及药物和内分泌干扰物的毒性提供了新的机会。最终，这项工作可以帮助实现自体人类甲状腺组织治疗甲状腺功能减退症的潜力。
碘化物摄取方面
钠/碘同向转运蛋白 （NIS） 介导碘化物的主动转运，这是激素合成的第一步。NIS组对运输I−进入甲状腺滤泡细胞，对抗电化学梯度以及 Na +沿其梯度向内运动。NIS对甲状腺的生理性功能和患者护理至关重要。同向转运体能够使131I治疗甲状腺癌成为可能。它转运99mTcO4−, 186ReO4−, and 188ReO4−用于SPECT 成像，转运 18F-BF4− and 124I−用于PET(正电子发射断层扫描)中，并转运ClO4等污染物.NIS 突变可导致先天性甲状腺功能减退症。
Ravera等使用单颗粒冷冻电子显微镜 （CryoEM） 以 3.46 Å 的分辨率报道了 NIS 的结构和构型【Nature 2022;612(7941):795–801】。他们确定了I-和 Na +结合囊，并显示 2：1 的Na+到 I+生理浓度结合化学计量，而 Na+和 ReO4−为 1：1 化学计量结合。作者提出了一种NIS转运机制，其中两个Na+离子首先结合并将I−对疏水囊的亲和力提高10 倍。
Na+和I−的结构分析结合的中间体表明 NIS 蛋白发生异构化，导致货物通过向内的亲水隧道运输，该隧道将底物结合口袋连接到胞质溶胶。在细胞内释放货物后，NIS的异构化被逆转，运输周期继续进行【Nature
2022;612(7941):795–801】。
这些研究加深了对NIS功能机制的基本理解，并将促进具有不同底物选择性的NIS变体的开发。这些方法将能够开发用于临床前体内成像的新型报告基因，为使用新型放射性底物的癌症治疗提供新的策略，并允许研究污染物和内分泌干扰物进入甲状腺滤泡细胞的机制。
甲状腺自身免疫方面
60%接受免疫检查点抑制剂治疗的肿瘤患者发生自身免疫性毒性，约 30% 发生甲状腺炎。尽管检查点抑制剂甲状腺炎的患病率不断增加，但疾病发病机制尚不清楚，仅在外周血细胞中进行了研究。
Lechner等报道检查点抑制剂或桥本氏甲状腺炎患者的甲状腺穿刺标本与正常甲状腺组织相比的分析【Sci Transl Med 2023;15(696):eadg0675】。通过荧光活化细胞分选后的scRNAseq和免疫细胞的CD45选择对甲状腺内免疫细胞进行表征。浸润滤泡和外周 T 辅助细胞（TFH, TPH）被识别出来。
这些细胞驱动甲状腺自身免疫，通过细胞因子 CXCL13 募集 B 细胞和 T 细胞，并产生白细胞介素
（IL）-21 以促进 B 细胞抗体的产生。相似的IL-21+ CD4+ TH 细胞群体在检查点抑制剂和桥本氏甲状腺炎中均被鉴定出。相比之下，表达 CD8 效应 T 细胞的 CXCR6、GZMB 和 IFNG 的克隆扩增和积累仅发生在检查点抑制剂甲状腺炎中。scRNAseq 数据的拟时分析（Pseudotime analysis of
scRNAseq）揭示了 CD8+ T 细胞沿着从祖细胞到细胞毒性效应子的谱系的进展，这些效应子驱动细胞介导的免疫、细胞毒性和 T 细胞归巢到发炎组织【Sci Transl Med
2023;15(696):eadg0675】。
体外研究表明，CD4+ TFH和 TPH细胞分泌 IL-21 并通过刺激趋化因子受体 CXCR6、IFN-γ 和丝氨酸蛋白酶细胞毒性介质 GZMB 的表达来驱动细胞毒性效应 CD8+ T 细胞。体内研究表明，在IL-21受体敲除小鼠中，CD8+ T细胞活化和检查点抑制剂诱导甲状腺炎被阻止，而CD4+和CD8+ T细胞从IL-21受体敲除小鼠过继转移到野生型小鼠可显着降低甲状腺炎的诱导【Sci Transl Med 2023;15(696):eadg0675】。
这些优雅的研究将IL-21确定为自身免疫检查点抑制剂甲状腺炎的关键驱动因素。它们为开发阻断IL-21信号传导的新药铺平了道路，并确定了不同组织之间自身免疫发病机制中可能共享的共同途径。
甲状腺癌方面
甲状腺未分化癌的 5 年生存率为 7%，占所有甲状腺癌死亡率的 40%。间变性（未分化）疾病的罕见性和生存时间短导致治疗选择有限，对其分子发病机制知之甚少。
Lu等报告了乳头状癌和未分化癌患者与正常甲状腺癌组织对比的分析【J Clin Invest 2023;133(11):e169653】。scRNAseq和 DNA 分析用于注释细胞并表征谱系进程、命运转变和基因组扰动。生物信息学和机器学习鉴定了差异表达和富集的基因、转录因子激活和细胞-细胞相互作用网络、DNA 拷贝数、突变和单核苷酸变异。
在癌变过程中，甲状腺细胞首先获得甲状腺乳头状癌
（PTC） 表型。PTC 细胞保持惰性或转化为炎症间变表型 （iATC/ inflammatory anaplastic
phenotype）
以响应应激信号。iATC 细胞获得间充质表型 （mATC），其特征是单核苷酸和/或拷贝数变异和非整倍体，并伴有有丝分裂缺陷。随后，mATC细胞通过与巨噬细胞和成纤维细胞相互作用来重编程、增殖和改变肿瘤微环境。抗炎、促肿瘤的 M2 巨噬细胞和炎症性癌症相关成纤维细胞增殖，而促炎性抗肿瘤 M1 巨噬细胞和肌源性癌症相关成纤维细胞减少【J Clin Invest 2023;133(11):e169653】。
这些研究提供了对甲状腺未分化癌从惰性、分化状态演变为侵袭性、去分化性肿瘤形成的事件的全面了解。这些见解将为评估分化型甲状腺癌患者间变性进展的风险以及预防间变性转化的新药物靶点的前景提供新的机会。
甲状腺癌领域另外三篇文章值得关注。Nappi 等研究了 2 型脱碘酶 （DIO2）
在实体瘤进展中的作用【Nat Commun 2023;14(1):1244】。他们发现，p53抑癌基因的缺失激活了DIO2 / T3信号传导，有利于基因组的不稳定性和转移。因此，靶向 DIO2/T3 信号转导可能在未来具有减少 p53 突变肿瘤侵袭性的应用。Veschi 等报道了一种使用 CRISPR-Cas9 编辑的人 ES 细胞进行分化甲状腺癌转化的新体外模型【Nat
Commun 2023;14(1):1351】。
这些研究在体外概括了组织祖细胞中的致癌事件，加深了对分化甲状腺癌转化分子发病机制的理解，并为确定新的治疗靶点提供了机会。在此背景下，Fagin等回顾了目前对滤泡性甲状腺癌发病机制的理解【Nat
Rev Cancer 2023;23(9):631–650】。对主要信号通路及其活性如何决定肿瘤表型的全面讨论提供了一个详细的框架，将为药物发现的新方法提供信息和支持。
甲状腺激素作用方面
视网膜中视锥光感受器的空间组织和转录多样性决定了色觉的微妙之处。视蛋白光色素对光谱的不同区域有反应。小鼠上视网膜中的 M 视锥细胞被中长波长光激活，而下视网膜中的 S 视锥细胞对短波长做出反应。
Aramaki等报告了视椎前体的不同分化和出生后在不同视椎亚型中以区域梯度表达的基因群的出现【Proc Natl Acad Sci U S A 2022;119(49):e2209884119】。甲状腺激素受体TRβ2亚型促进视锥光感受器的空间组织和基因梯度的控制表达。通过整合转座酶可及染色质测序分析 （ATACseq） 测定数据与染色质亲和纯化测序 （ChAPseq） 的结果，分析了纯化锥细胞群中三碘甲状腺原氨酸
（T3） 调节基因中 TRβ2 的染色质重塑位点和 DNA 结合。
T3反应基因富集与正调控靶基因中 TRβ2 DNA 结合位点一致的开放染色质区域。直接重复 +4 （DR） 反应元件是 TRβ2 最富集的结合位点。相比之下，特异性 TRβ2 结合位点在表达被 T3 抑制的基因中未富集。
因此，尽管有这些优雅的全基因组方法，但 T3 负调控基因表达的潜在机制仍然难以捉摸。梯度基因的scRNAseq和免疫组织化学分析显示，来自TRβ2敲除小鼠的视锥细胞在上区和下区都减少了基因表达梯度偏倚【Proc
Natl Acad Sci U S A 2022;119(49):e2209884119】。
总体而言，研究表明，TRβ2 通过在出生后器官成熟期间激活上视锥细胞和下视锥细胞中的特定转录组特征来促进空间和功能锥体多样性以及色觉的全部潜力，包括在睁开眼睛时循环甲状腺素
（T4） 和 T3 水平上升的刹那。这些复杂的研究使用新的体内模型和集成最先进的方法来推进该领域。它们提供了强大的实验方法，可以更普遍地用于研究其他 T3 靶组织和细胞类型。
另外六篇文章在甲状腺激素作用领域也值得关注。Vamesu 等和 Wang 等研究了T3 在新生儿和成人肺中的作用【JCI Insight
2023;8(8):e160697；Am J Respir Cell Mol Biol
2023;69(4):456–469】。他们表明，甲状腺激素可促进缺氧性肺损伤新生儿的肺泡再生，并对成人肺纤维化起到预防作用。这些研究提高了鼻内 T3 在纤维化肺病中的治疗效用的可能性。
两种新方法确定了生物节律性在甲状腺激素生理反应中的重要性。de Assis等表明，肝脏中对T3的代谢反应因一天中的时间而异【Elife 2022;11:e79405】，从而确定了昼夜节律的影响，而 Wei 等表明视网膜对明暗线索的适应受 DIO2/T3 信号传导的调节【Protein
Cell 2023;14(8):603–617】。
Salas-Lucia等发现了轴突中内体溶酶体摄取T3的新途径【Elife 2023;12:82683】。该途径绕过 3 型脱碘酶的激素降解，可能代表在 DIO3 活性高的条件下保持轴突功能的机制。
Yan等证明，甲状腺激素对葡萄糖稳态的调节涉及肝脏和肠道之间的串扰【Nat Commun 2022;13(1):6408】。他们证明 T3 抑制肠道中的法尼醇 X 受体 （FXR） 信号传导，从而增强 GLP-1 的产生和胰岛素分泌。这是通过 T3 介导的肝细胞中 Cyp8b1（甾醇 12-α-羟化酶）表达的抑制来实现的，导致 FXR 拮抗剂胆汁酸水平升高。
最后，Dore等研究了甲状腺激素α（RTHα）的耐药性【Nat Commun 2023;14(1):3312】。超生理剂量的甲状腺激素已被用于治疗骨骼发育迟缓和生长迟缓的 RTHα 患者，但理论上已经提出了对心脏毒性的担忧。在这项研究中，用RTHα对小鼠进行高剂量T4治疗不会导致不良心脏事件。对人类的其他研究是一致的，表明超生理剂量的甲状腺激素不会引起心动过速。
未来应用
过去的一年令人兴奋。采用最先进的跨学科方法来研究甲状腺研究的各个方面。方法包括：操作人类ES细胞，优化甲状腺类器官培养系统;冷冻电镜;使用由同源重组和 CRISPR/Cas9 诱变产生的定制动物模型;过继细胞移植;类器官移植;体内成像;scRNAseq、ATACseq 和ChAPseq 等多组学;集成生物信息学分析和机器学习。
这些创新方法为甲状腺社区提供了新契机，如功能性人类甲状腺类器官和可用于剖析甲状腺相关生理学和疾病机制的新动物模型，以及广泛的新多组学数据集和数据分析工具，可供所有研究人员使用。
这些基础方法为肺纤维化、综合葡萄糖稳态、T3 细胞摄取机制以及 T3 调节基因转录的节律控制等领域的甲状腺相关研究确定了有前途的新领域。最终，这些进展可能会产生基于新发现的疾病发病机制的新型靶向疗法，例如，在甲状腺未分化癌和检查点抑制剂甲状腺炎中。基础甲状腺研究的多样性从未停止过，随着基本理解水平的不断扩大，未来似乎是光明的，通常是朝着意想不到的方向发展。
陈康 2024.03
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