脱碘酶，碘甲腺原氨酸，II 型; DIO2

II 型甲状腺素脱碘酶； TXDI2
D2

HGNC 批准的基因符号：DIO2

细胞遗传学位置：14q31.1 基因组坐标（GRCh38）：14:80,197,526-80,231,057（来自 NCBI）

▼ 说明

II 型碘甲状腺原氨酸脱碘酶是一种硒蛋白，可催化甲状腺素（T4）的 5-素脱碘作用，生成活性甲状腺激素 3,3-prime,5-三碘甲状腺原氨酸（T3）（Ohba 等，2001）。

▼ 克隆与表达

克罗托等人（1996）鉴定并表征了大鼠和人类 DII cDNA。两者都编码硒蛋白并与 DI（DIO1; 147892）和 DIII（DIO3; 601038）表现出有限的同源性区域。在大鼠垂体和棕色脂肪组织中，DII mRNA 水平因动物甲状腺激素状态的变化而改变 10 倍以上。 Northern 对人体组织 RNA 的分析揭示了 DII 转录本在心脏、骨骼肌、胎盘、胎儿大脑和成人大脑的几个区域中的表达。

通过 EST 数据库分析，然后进行甲状腺总 RNA 的 3-prime RACE，Buettner 等人（1998）扩展了 Croteau 等人分离的 DIO2 序列（1996）在3素数方向克隆了全长DIO2。 3素数序列包含多个富含 AU 的元素。 3-prime UTR 中聚腺苷酸化信号的上游是预测的茎环结构，具有 2 型硒代半胱氨酸插入序列（SECIS）的特征，该结构是将 UGA 密码子解码为硒代半胱氨酸所需的。甲状腺 mRNA 的 Northern 印迹分析检测到约 6.5 和 7.5 kb 的转录物。 EST 数据库分析从甲状腺、大脑、视网膜、胎盘、乳房、子宫、前列腺和皮肤库中鉴定出 DIO2 克隆。此外，在来自合并组织的多个文库中发现了 DIO2 克隆，例如胎儿肝脏和脾脏或胎儿睾丸、B 细胞和肺。

Bartha 等人使用 Northern blot 分析（2000）在甲状腺、垂体、心肌和骨骼肌，可能还有大脑中检测到约 6.8 和 7.5 kb 的 DIO2 转录本，但在胎盘中仅检测到 7.5 kb 的转录本。 PCR 和核酸内切酶消化表明甲状腺中有 4 个初级转录本：全长 7.5 kb 转录本、一个 7.2 kb 转录本和 2 个使用 ATG 起始密码子上游备用起始位点的较短转录本。

通过 PCR，Ohba 等人（2001）鉴定了 2 个选择性剪接的 DIO2 转录本，其中包括 2 个不变的 DIO2 外显子之间的内含子序列。这些剪接变体显示出组织特异性表达。

通过间皮瘤细胞裂解物的 SDS-PAGE，Curcio 等人（2001）确定内源性 DIO2 的表观分子质量为 31 kD。该细胞系中 DIO2 的免疫定位显示 DIO2 与内质网驻留蛋白共染色。

▼ 基因功能

克罗托等人（1996）指出，甲状腺激素似乎对某些哺乳动物组织具有重要的调节作用，例如发育中的大脑、垂体前叶和棕色脂肪组织。相对较高比例的受体结合三碘甲状腺原氨酸存在于组织本身而不是血浆中。这些组织中表达 II 型碘甲状腺原氨酸脱碘酶（用它们标记为 DII），该酶仅在外环（5 素位）催化甲状腺素 T4 脱碘生成 T3，这表明 DII 是造成这种“脱碘”的原因。本地' T3 的产生，因此对于影响这些组织中甲状腺激素的作用非常重要。此外，DII 活性在甲状腺功能减退状态下显着升高，并且似乎负责在这种情况下催化大部分循环 T3 的产生。克罗托等人（1996）指出，从I型和III型碘甲腺原氨酸脱碘酶的cDNA中，已知脱碘酶含有编码硒代半胱氨酸的框内TGATGA密码子。这些硒蛋白的催化特性和组织表达模式与 DII 不同。与 DII 不同，DI 在肝脏和肾脏中表达，能够使硫酸化甲状腺激素缀合物的内环脱碘。 DIII 充当内环脱碘酶，将 T4 和 T3 转化为无活性的代谢物。它在早期发育过程中在胎盘和一些胎儿组织中的表达表明，它在防止发育中的组织过早暴露于成人水平的甲状腺激素中发挥着作用。 DII 还存在于多种胎儿和新生儿组织中，对于在发育的关键时期为大脑提供适当水平的 T3 至关重要。

萨尔瓦多等人（1996）报道，2 型碘甲状腺原氨酸脱碘酶（他们称为 D2）在人甲状腺中高度表达，其水平比胎盘高 50 至 150 倍。 Graves 患者的甲状腺和滤泡腺瘤中的 D2 mRNA 特别高。受刺激的甲状腺比正常或多结节腺体具有更高的 D2 与 D1（即 TXDI1）mRNA 比率，表明 D1 和 D2 表达的差异调节。他们得出的结论是，D2 将甲状腺内 T4 转化为 T3，可能对患有 Graves 病、毒性腺瘤以及可能还有碘缺乏的患者甲状腺 T3 产生的相对增加有显着贡献。

比特纳等人（1998）证实DIO2的3素UTR中的SECIS元件具有SECIS活性。含有茎环结构和 SECIS 元件的片段，与人甲状腺中的 DIO2 mRNA 杂交。 SECIS 元件中基本 AUGA 基序的 G 到 A 突变消除了 SECIS 活性。在人胚胎肾细胞中转染 DIO2 编码区加上 3-prime UTR 或在非洲爪蟾卵母细胞中注射 DIO2 cRNA 会导致具有脱碘酶活性的 DIO2 表达。 SECIS 元件和 UGA 密码子之间的距离影响 DIO2 活性。

巴萨等人（2000）在 DIO2 启动子区域发现了一个典型的 cAMP 反应元件（CRE），它驱动报告基因的 cAMP 依赖性表达。原代人甲状腺细胞培养物响应毛喉素而增加了 DIO2 的基础表达，证实了内源性 DIO2 基因的 cAMP 反应性。

库西奥等人（2001）发现硒耗尽降低了间皮瘤细胞系的基础内源性 DIO2 活性。这种消耗可以通过以剂量和时间依赖性方式补充硒来逆转。接触不可水解的 cAMP 类似物后，DIO2 活性也会增加。暴露于甲状腺素底物会增加 DIO2 的降解，导致 DIO2 活性降低。通过接触蛋白酶体抑制剂，可以减少或消除内源性 DIO2 的半衰期短（小于 1 小时）和甲状腺素存在下 DIO2 降解增加的现象。

小鼠产后期间的甲状腺激素信号传导对于耳蜗发育和随后的听力开始至关重要。为了研究这种时间依赖性的控制，Campos-Barros 等人（2000）研究了碘甲状腺原氨酸脱碘酶的作用，它在靶组织中将激素原甲状腺素转化为 T3，甲状腺激素受体的活性配体（参见 190120）。他们发现小鼠耳蜗中的 D2 活性急剧上升，在出生后第 7 天（P7）左右达到峰值，此后活性在 P10 下降。这种活动在听力出现前几天达到顶峰，表明 D2 在耳蜗发育的关键阶段具有放大局部 T3 水平的作用。小鼠耳蜗 D2 cDNA 被分离出来，并显示与大鼠 D2 具有接近的同一性。原位杂交将 D2 mRNA 定位于耳轴、耳蜗外囊和耳蜗转角之间的间隔部分的骨膜结缔组织中。这些形成骨迷路的区域中的 D2 表达与感觉上皮中的甲状腺激素受体表达互补。因此，结缔组织可以控制甲状腺素的脱碘和T3的释放，以赋予甲状腺激素受体激活的旁分泌样控制。这些结果表明，D2 赋予配体可用性的时间和空间控制为耳蜗成熟所需的甲状腺激素受体途径提供了重要水平的调节。

DIO2 mRNA 在人类甲状腺中丰富，但在成年大鼠甲状腺中非常低，而 DIO1 活性在两者中都很高。为了了解甲状腺细胞中这些基因的分子调控，Gereben 等人（2001）研究了 TITF1（NKX2-1; 600635）和 PAX8（167415）对脱碘酶启动子转录活性的影响。 COS-7 细胞中瞬时表达的 TITF1 将约 6.5 kb 的人 DIO2 序列及其最 3-prime 633 bp 激活 10 倍，但人 DIO1 不受影响。令人惊讶的是，大鼠 DIO2 基因对 TITF1 的反应仅为 3 倍，尽管与人 DIO2 的近端 633 bp 区域有 73% 的同一性，包括在 -90 处功能性 cAMP 反应元件的完全保守。 PAX8 不会诱导人、大鼠 DIO2 和人 DIO1。人 DIO2 中的两个位点（大鼠 DIO2 中均不存在）对 TITF1 具有显着的亲和力，并且是对 TITF1 的完全响应所必需的。

库西奥-莫雷利等人（2003）指出 D2 活性通过其泛素化和蛋白酶体介导的降解而终止。通过酵母2-杂交分析，他们发现去泛素化酶VDU1（USP33；615146）结合了D2的C末端。转染的 HEK293 细胞中的免疫共沉淀分析表明 VDU1 和 VDU2（USP20; 615143）均结合 D2。两种 VDU 酶均与 ER 中的 D2 共定位，并减少 D2 的泛素化和降解。暴露于寒冷或去甲肾上腺素后，小鼠棕色脂肪细胞中 Vdu1 的表达增加，但 Vdu2 的表达不增加。库西奥-莫雷利等人（2003）得出结论，VDU 酶将无活性的泛素化 D2 回收为其活性去泛素化形式，从而调节活性甲状腺激素的供应。

渡边等人（2006）表明，给小鼠注射胆汁酸会增加棕色脂肪组织的能量消耗，从而预防肥胖和胰岛素抵抗。胆汁酸的这种新的代谢作用主要依赖于 cAMP 依赖性甲状腺激素激活酶 2 型碘甲状腺氨酸脱碘酶（D2）的诱导，D2 缺失小鼠中这种作用的丧失就表明了这一点。用胆汁酸处理棕色脂肪细胞和人骨骼肌细胞会增加 D2 活性和耗氧量。这些效应孤立于 FXR-α（参见 603826），而是通过胆汁酸与 G 蛋白偶联受体 TGR5（610147）结合而产生的 cAMP 产生增加介导。在啮齿动物和人类中，产热最重要的组织是这种机制的具体目标，因为它们共表达 D2 和 TGR5。渡边等人（2006）得出结论，胆汁酸-TGR5-cAMP-D2 信号通路因此是微调能量稳态的关键机制，可以有针对性地改善代谢控制。

▼ 基因结构

塞利等人（1998）确定DIO2基因的编码区覆盖8.1kb并包含由长内含子分隔的2个外显子。

巴萨等人（2000）确定DIO2基因的5-prime UTR包含功能性CRE。它还具有一个 AP1（165160）位点、几个 TATA 或 TATA 样序列以及 3 个转录起始位点。巴萨等人（2000）鉴定了一种 DIO2 剪接变体，除了 Celi 等人描述的 2 个外显子之外，该变体还使用内含子序列（1998）。

奥巴等人（2001）确定 DIO2 基因的长内含子序列包含一些 DIO2 剪接变体使用的 2 个选择性剪接序列。

▼ 测绘

通过辐射混合分析，Celi 等人（1998）将 DIO2 基因定位到染色体 14q24.3。使用 FISH，Araki 等人（1999）将 DIO2 基因定位到染色体 14q24.2-q24.3。

▼ 动物模型

DIO2 是一种硒酶，可通过 5 素脱碘催化 T4 转化为 T3。它在垂体、大脑、棕色脂肪组织和生殖道中表达。为了检查 DIO2 的生理作用，Schneider 等人（2001）开发了一种缺乏 Dio2 活性的小鼠菌株。与靶向缺失同源的小鼠（Dio2 敲除小鼠）没有明显的表型异常，除了雄性出现轻度生长迟缓（9%）外，发育和生殖功能似乎正常。 Dio2基因敲除小鼠的血清T4和TSH水平均显着升高（分别为40%和100%），表明垂体对血浆T4的反馈作用具有抵抗力。甲状腺功能减退野生型小鼠的血清 TSH 水平通过给予 T4 或 T3 得到抑制，但只有 T3 在 Dio2 小鼠中有效，这一发现得到了支持。

吴等人（2004）发现缺乏 D2 的小鼠听觉功能有缺陷，耳蜗内沟和感觉上皮分化迟缓，以及盖膜畸形。他们得出的结论是，D2 缺陷表型与甲状腺激素受体基因缺失引起的表型相似，表明 D2 对于听力至关重要，并且 D2 赋予耳蜗在关键发育时期刺激其自身 T3 反应的能力。