甲狀腺激素通過 TR-KLF9 軸影響紅細(xì)胞和淋巴細(xì)胞生成的模式圖

先天性甲狀腺激素功能低下癥（甲減），是由甲狀腺激素分泌不足導(dǎo)致的內(nèi)分泌紊亂。世界范圍內(nèi)新生兒發(fā)病率高達(dá) 1:1,400-1:2,800。臨床上，20%-60% 甲減患者表現(xiàn)出貧血或免疫缺陷等癥狀，但分子機(jī)制卻不明確。甲狀腺激素替代是治療甲減患者的常用方法，然而，相關(guān)報(bào)道表明對一些嚴(yán)重的甲減且并發(fā)貧血的患者而言，服用甲狀腺激素并不能完全治愈，這說明甲狀腺激素嚴(yán)重缺乏帶來的損害并不是完全可逆的。

適宜的動物模型對于解析疾病的發(fā)病機(jī)制，從而研發(fā)新藥或者開發(fā)新的治療手段至關(guān)重要。相較于小鼠等模式動物而言，豬作為大動物不僅與人類器官大小，生理生化等性狀相近，在甲狀腺激素代謝和免疫等方面與人類更接近。更為重要的是，豬甲狀腺可以作為天然甲狀腺激素的最主要來源之一，豬適合作為模擬人類甲減的動物模型。

在中國科學(xué)院院士孟安明、周琪的倡導(dǎo)下，中科院動物研究所牽頭成立了“中國豬化學(xué)誘變聯(lián)盟”，利用 ENU 化學(xué)誘變技術(shù)高效地創(chuàng)制了大量的豬疾病模型和突變體，并發(fā)現(xiàn)了一例先天性無毛突變體隱性遺傳的家系。研究中，通過表型分析發(fā)現(xiàn)該突變體表現(xiàn)為與人類接近的嚴(yán)重甲減特征?；诩蚁档娜蚪M連鎖分析和全基因組測序定位了致病基因 DUOX2。該基因發(fā)生了點(diǎn)突變，即 c.1226A>G 轉(zhuǎn)換導(dǎo)致相應(yīng)的氨基酸序列 D409G 的改變。利用 CRISPR/Cas9 系統(tǒng)在正常豬中敲除該基因相應(yīng)的區(qū)域，發(fā)現(xiàn)突變體表型與 ENU 誘變獲得的表型一致，進(jìn)一步證實(shí)了 DUOX2 為該家系的致病基因。

DUOX2 協(xié)同其成熟因子 DUOXA2 產(chǎn)生 H2O2。在甲狀腺甲狀腺激素合成中，H2O2 作為甲狀腺過氧化物酶的底物，過氧化物酶參與甲狀腺球蛋白酪氨酸殘基的碘化和碘化酪氨酸的耦聯(lián)過程，該步驟是甲狀腺激素合成中的限速步驟。D409G 突變位于 DUOX2 中的 peroxidase-like 功能域，該突變導(dǎo)致 DUOX2 蛋白穩(wěn)定性嚴(yán)重下降。體內(nèi)和體外實(shí)驗(yàn)同時證實(shí)，該突變使甲狀腺中 H2O2 的產(chǎn)生減少。綜上所述，由于 D409G 突變破壞了 DUOX2 蛋白穩(wěn)定性，影響甲狀腺中 H2O2 的產(chǎn)生，引發(fā)甲狀腺激素合成減少。

對該甲減豬模型的表型深入研究發(fā)現(xiàn)，其同時表現(xiàn)嚴(yán)重的貧血和免疫缺陷癥狀。為了進(jìn)一步挖掘甲減和貧血及免疫缺陷之間的分子機(jī)制，對胸腺組織進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測序，發(fā)現(xiàn)了一個關(guān)鍵的轉(zhuǎn)錄因子 KLF9 在突變體的胸腺組織中表達(dá)量顯著下降。胸腺作為 T 淋巴細(xì)胞產(chǎn)生的主要器官，推測 KLF9 可能影響造血細(xì)胞的產(chǎn)生。通過體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)證實(shí)，豬 KLF9 基因在造血細(xì)胞中以依賴于甲狀腺激素的方式，直接受甲狀腺激素受體的調(diào)控。為證實(shí) KLF9 作為甲狀腺激素受體的直接下游基因是否影響造血的發(fā)生，進(jìn)一步利用斑馬魚模型證實(shí)：敲低 Klf9 后，成熟的紅細(xì)胞和 T 淋巴細(xì)胞減少。其可能的分子機(jī)制是 Klf9 通過調(diào)控細(xì)胞凋亡和分裂過程，影響紅細(xì)胞的成熟和 T 淋巴細(xì)胞的生成。

該研究工作創(chuàng)制了首例豬甲減模型，并首次發(fā)現(xiàn) KLF9 作為一個關(guān)鍵的因子介導(dǎo)甲狀腺激素受體調(diào)控造血和免疫細(xì)胞的發(fā)生，從而揭示了甲減患者貧血和免疫缺陷的潛在原因，為人類甲減的精準(zhǔn)醫(yī)療研究提供理論支撐；也為培育高免疫力的新品系豬和豬的健康養(yǎng)殖提供了理論基礎(chǔ)。論文以 Thyroid hormone regulates hematopoiesis via TR-KLF9 為題在線發(fā)表在 Blood 雜志上