甲状旁腺功能减退症(hypoparathyroidism,以下简称甲旁减)是一种少见的内分泌疾病,以血钙降低、血磷升高、甲状旁腺素(parathyroid hormone,PTH)缺乏或减少为特征。临床表现为肢体感觉异常、手足搐搦、癫痫发作,白内障,颅内钙化等,严重威胁患者的生存质量。长期口服钙剂和维生素D可使病情得到控制,但存在尿钙升高、肾结石等治疗风险[1]。近期研究试用皮下注射甲状旁腺素治疗,取得了一定效果[2],而因其价格昂贵、远期效果不明等,尚未得到广泛应用。
甲旁减病因包括颈部手术、自身免疫性、家族性、特发性以及其他少见原因导致的甲旁减(如放疗后、金属沉积、病变浸润、低镁血症等)。其中自身免疫因素是仅次于手术的引起甲旁减的第二大病因[3]。自身免疫相关性甲旁减可单独发生,亦可为多发自身免疫综合征(autoimmne polyglandular syndrome,APS)的一部分。本文就免疫因素在甲状旁腺功能减退症的发病机制中的作用进行综述。
自身免疫因素与甲状旁腺功能减退早在1966年,Blizzard等[4]首次采用间接免疫荧光法检测了74例特发性甲旁减患者的血清,其中38%的患者存在抗甲状旁腺抗体,这一比例在229名健康对照者中仅为6%;而在其他与甲旁减相关的自身免疫性疾病患者中,如Addison病、恶性贫血、慢性淋巴细胞性甲状腺炎,也有不同比例的患者血清中可检出该抗体;同时,该抗体在经过甲状旁腺组织提取物预吸收后阳性率降低,因而推测其具有一定的器官特异性。由此认为,自身免疫因素在甲旁减发病机制中起到了一定作用,但由于技术条件的限制,未能具体明确该类抗体的类型。自此,拉开了关于自身免疫因素在甲旁减发病机制中作用研究的序幕。但此后研究表明,特发性甲旁减患者血清中的抗体可能与线粒体抗原相关,而在正常甲状旁腺中亦存在富线粒体细胞,并且抗线粒体抗体在自身免疫性疾病中十分常见[5]。这一研究结果对甲旁减是否属于自身免疫性疾病提出质疑[6]。近年来,随着研究进展,逐渐明确了器官特异性疾病中的靶抗原通常表达于内分泌细胞表面。重症肌无力中抗乙酰胆碱受体抗体的发现正是这一研究结论的有力证据[7]。基于此,各国研究者展开了深入探讨,目前关于自身免疫因素在甲旁减发病机制中的研究热点主要集中在钙敏感受体(calcium-sensing receptor,CASR)自身抗体和NALP5(NACHT leucine-rich-repeat protein 5)自身抗体。
钙敏感受体自身抗体CASR概况:人类CASR基因定位于染色体3q13.3-21,包含7个外显子,长度为3 234 bp,主要在甲状旁腺、肾脏、甲状腺滤泡旁细胞中有丰富表达。直到1993年,Brown等[8]首先克隆出了牛甲状旁腺钙敏感受体,此后大量研究进一步证实CASR在钙稳态调节机制中发挥重要作用。CASR属于G蛋白偶联受体家族,人类CASR有1 078个氨基酸,主要由3个结构区域构成,包括氨基酸细胞外域、跨膜区域和羧基端。CASR可与Ca2+、Mg2+、某些氨基酸等多种配体结合,激活磷脂酶C、A2、D,抑制腺苷酸环化酶;还可激活丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)通路,在某些基因表达、细胞增殖分化的过程中起到重要作用。在甲状旁腺细胞中,细胞外钙离子水平升高可激活CASR,使细胞内钙离子浓度增加,抑制甲状旁腺素分泌,从而将细胞外游离钙浓度维持在一个较窄的浓度范围内[9]。
钙敏感受体自身抗体与甲旁减:从19世纪80年代开始,陆续有研究发现,在散发的成年起病甲旁减患者血清中存在可结合于甲状旁腺细胞表面的抗体,造成甲状旁腺素水平显著下降[10]。并检测到自身免疫相关性甲旁减患者血清中存在某种抗体可造成牛甲状旁腺细胞损伤。但上述抗体究竟作用于何种靶抗原,仍不十分明确。
1996年,Li等[11]研究发现,8例成年起病的获得性甲旁减患者以及20%的APS 1-甲旁减患者(25例)血清对人甲状旁腺提取物中相对分子质量约120 000~140 000的蛋白有反应,但在50例其他自身免疫性疾病患者以及22名正常对照者中,却未观察到类似阳性反应。该蛋白相对分子质量恰与CASR相对分子质量相吻合,研究者进一步采用了免疫印迹法(CASR cDNA转染的人胚胎肾细胞HEK-293细胞膜片段)、CASR cDNA体外翻译以及吸收试验首次证实CASR自身抗体可能与甲旁减发病机制相关。
2004年,Kifor等[12]分别采用免疫印迹法和免疫沉淀法检测了2例成年起病的甲旁减患者血清,其中一名患者为一过性自发性轻度甲旁减合并Addison病,另一名患者为甲状腺切除术后重度甲旁减。结果表明其中存在抗体可对牛甲状旁腺细胞反应,并且对转染CASR胞外部分的HEK293细胞反应良好,而对未转染细胞无相应反应。随后功能试验证实,从患者血清中提取出的亲和纯化抗体可激活磷脂酶C和MAPK通路,从而抑制甲状旁腺素分泌。这一研究证实了甲旁减为CASR自身抗体所致,而非甲状旁腺破坏,揭示了CASR自身抗体在甲旁减发病中的作用机制。
同年,Goswami等[13]采用免疫印迹法首次检测了51例散发的特发性甲旁减患者血清,结果发现,25例患者(51%)血清存在针对CASR抗体,而正常对照组中抗体阳性率仅为13.3%;在甲旁减病程长达6年的患者血清中,该抗体仍为阳性,明确提示特发性甲旁减发病机制中亦有自身免疫因素参与。
此后不同研究者检测了甲旁减或APS患者血清中的CASR自身抗体,CASR自身抗体阳性率从23.0%~85.7%不等[14, 15],可能是由于CASR抗原异质性、检测方法、抗体阳性反应判断标准、样本含量等因素导致了不同研究结果之间的差异。近期,Tomar等[16]对147例特发性甲旁减患者以及348名对照组(健康人199名,1型糖尿病99例,慢性淋巴细胞性甲状腺炎50例),分别采用大肠杆菌免疫印迹法、HEK293细胞免疫印迹法和免疫沉淀法检测其血清CASR自身抗体。结果表明,这3种检测方法的敏感性和特异性分别为:16.3%和83.1%,24.5%和88.9%,12.9%和100%。而甲旁减患者的病程长短及是否合并其他自身免疫性疾病对CASR自身抗体检出率并无影响。目前认为,免疫沉淀法是半定量检测CASR自身抗体的较为特异的方法,但其低检出率除了与现有的检测方法难以敏感结合CASR自身抗体表位外,也反映出特发性甲状旁腺功能减退症病因多样性,全面进行相关基因筛查、检测NALP5自身抗体等方法可有助于进一步寻找甲旁减病因。
NALP5自身抗体NALP5概述:NALP蛋白家族属于CATERPILLER蛋白家族[即包含了羧基末端亮氨酸重复序列(leucine-rich repeats,LRRs),NACHT区域,半胱天冬酶募集结构域(caspase-recruitment domain,CARD)以及吡啶啉结构域(pyrin domain,PYD)],包括了14种NALP蛋白,其特征为氨基酸末端含有PYD,研究认为该蛋白家族主要与免疫系统功能、炎性反应及细胞坏死相关[17]。其中NALP5蛋白,又称为PYPAF8蛋白或Mater蛋白。此前多数关于NALP5蛋白的研究主要见于小鼠模型,已经明确小鼠NALP5蛋白是与自身免疫性卵巢炎相关的卵巢特异性自身抗原[18, 19, 20]。直到2002年,Tong等[19]采用免疫检测技术获得了人NALP5蛋白,才为下一步关于人NALP5蛋白的相关研究奠定了基础。
人NALP5基因位于19q13.43,长度为62 085 bp,包含15个外显子。其编码的NALP5蛋白含有1 200个氨基酸,在女性卵泡细胞成熟过程中发挥重要作用。人NALP5蛋白与小鼠NALP5蛋白多肽链存在53%的一致性,因而推测抗人NALP5蛋白抗体可能在人自身免疫性卵巢早衰发病机制中的起到一定作用。
NALP5自身抗体与甲旁减:2008年,Alimohammadi等[21]和Betterle等[22] 发现NALP5选择性表达于甲状旁腺主细胞胞质内,针对其产生的自身抗体可能在APS1患者出现甲旁减发挥一定作用。该研究小组采用35硫放射性标记的重组NALP5蛋白,运用特异性的免疫沉淀方法,对87例APS1患者和293名健康对照者血清进行免疫检测。结果发现49%的APS1-甲旁减患者体内存在针对NALP5蛋白的自身抗体,而孤立性甲旁减、未合并甲旁减的APS1、合并其他自身免疫性疾病或健康对照者血清中未检测到NALP5自身抗体。值得注意的是,在合并性腺功能低减的28例APS1患者中,有19例检测到了NALP5自身抗体,亦证实了NALP5自身抗体在卵巢早衰发病机制中的作用,但该研究并未证实NALP5自身抗体是诊断性腺功能低减的特异性抗体。另一方面,研究者在无AIRE基因突变的APS1小鼠模型中也检测到了NALP5自身抗体的存在,同时发现当血钙水平升高时,甲状旁腺细胞上的NALP5蛋白表达上调,这为深入研究NALP5蛋白调节血钙的分子机制提供了基础。
此后,又有研究者陆续进行了相关研究探讨NALP5自身抗体在甲旁减发病机制中的的作用[23, 24]。Cervato等[23]研究者在24例孤立性甲旁减患者中发现仅1例存在针对NALP5蛋白的抗体;Tomar等[24]进行了更大规模的研究,采用免疫沉淀法和免疫印迹法,145例特发性甲旁减患者存在NALP5自身抗体的比例分别为0.69%和6.12%。虽然该实验证实了免疫沉淀法为检测NALP5自身抗体的优选方法,但上述研究均认为由NALP5自身抗体导致的孤立性甲旁减或特发性甲旁减十分罕见。
此外,在APS患者中,有研究显示某些自身抗体靶点与其疾病组分相关,如侧链裂解酶抗体与卵巢功能不全相关,甲状旁腺表达的NALP5抗体与甲旁减的临床生化表现相关。近期有研究者对44例APS患者分别进行了CASR和NALP5自身抗体检测,抗体阳性率分别为36%和30%,未发现这两种抗体阳性与APS及其相关甲旁减的临床表现相关;其中病程<10年的患者CASR抗体阳性率更高。在本组研究中,CASR自身抗体和NALP5自身抗体对APS-甲旁减诊断的特异性分别为83%和50%,敏感性分别为39%和26%[25]。
细胞免疫机制与甲状旁腺功能减退关于细胞免疫因素在甲旁减发病机制中作用的研究很少。1992年,Wortsman等[26]检测了8例特发性甲旁减患者的外周血淋巴细胞亚型,发现CD4(T辅助细胞)、CD29/CD4(T辅助细胞的诱导细胞)、CD16和CD56(自然杀伤细胞)以及CD3/DR(表达DR的活化T细胞)比例增高,提示特发性甲旁减患者中存在广泛的T淋巴细胞活化可能在该病发病机制中起一定作用,但由于缺乏更大规模研究,尚需进一步证实。
结论综上所述,甲状旁腺功能减退症是相对罕见的内分泌疾病,其病因学诊断仍面临巨大挑战。除了APS相关的甲旁减外,部分特发性甲旁减或获得性甲旁减的发病机制可能与自身免疫因素相关,但其是否可归类于自身免疫性疾病尚存在争议,不同研究中抗体检测的阳性率也有不同,同时上述两种抗体的检测方法亦需要统一的标准界定。
| [1] | 史轶蘩. 协和内分泌和代谢学[M]. 北京:科学出版社,1999. |
| [2] | Shoback D. Clinical practice. Hypoparathyroidism[J]. N Engl J Med,2008,359:391-403. |
| [3] | Bilezikian JP,Khan A,Potts JJ,et al. Hypoparathyroidism in the adult: epidemiology,diagnosis,pathophysiology,target-organ involvement,treatment,and challenges for future research[J]. J Bone Miner Res,2011,26:2317-2337. |
| [4] | Blizzard RM,Chee D,Davis W. The incidence of parathyroid and other antibodies in the sera of patients with idiopathic hypoparathyroidism[J]. Clin Exp Immunol,1966,1:119-128. |
| [5] | Betterle C,Caretto A,Zeviani M,et al. Demonstration and characterization of anti-human mitochondria autoantibodies in idiopathic hypoparathyroidism and in other conditions[J]. Clin Exp Immunol,1985,62:353-360. |
| [6] | Rose NR. Is idiopathic hypoparathyroidism an autoimmune disease?[J]. J Clin Invest,1996,97:899-900. |
| [7] | Gonzalez-Ros JM,Ferragut JA,Martinez-Carrion M. Binding of anti-acetylcholine receptor antibodies inhibits the acetylcholine receptor mediated cation flux[J]. Biochem Biophys Res Commun,1984,120:368-375. |
| [8] | Brown EM,Gamba G,Riccardi D,et al. Cloning and characterization of an extracellular Ca(2+)-sensing receptor from bovine parathyroid[J]. Nature,1993,366:575-580. |
| [9] | Alfadda TI,Saleh AM,Houillier P,et al. Calcium-sensing receptor 20 years later[J]. Am J Physiol Cell Physiol,2014,307:C221-C231. |
| [10] | Brandi ML,Aurbach GD,Fattorossi A,et al. Antibodies cytotoxic to bovine parathyroid cells in autoimmune hypoparathyroidism[J]. Proc Natl Acad Sci U S A,1986,83:8366-8369. |
| [11] | Li Y,Song YH,Rais N,et al. Autoantibodies to the extracellular domain of the calcium sensing receptor in patients with acquired hypoparathyroidism[J]. J Clin Invest,1996,97:910-914. |
| [12] | Kifor O,Mcelduff A,Leboff MS,et al. Activating antibodies to the calcium-sensing receptor in two patients with autoimmune hypoparathyroidism[J]. J Clin Endocrinol Metab,2004,89:548-556. |
| [13] | Goswami R,Brown EM,Kochupillai N,et al. Prevalence of calcium sensing receptor autoantibodies in patients with sporadic idiopathic hypoparathyroidism[J]. Eur J Endocrinol,2004,150:9-18. |
| [14] | Mayer A,Ploix C,Orgiazzi J,et al. Calcium-sensing receptor autoantibodies are relevant markers of acquired hypoparathyroidism[J]. J Clin Endocrinol Metab,2004,89:4484-4488. |
| [15] | Gavalas NG,Kemp EH,Krohn KJ,et al. The calcium-sensing receptor is a target of autoantibodies in patients with autoimmune polyendocrine syndrome type 1[J]. J Clin Endocrinol Metab,2007,92:2107-2114. |
| [16] | Tomar N,Gupta N,Goswami R. Calcium-sensing receptor autoantibodies and idiopathic hypoparathyroidism[J]. J Clin Endocrinol Metab,2013,98:3884-3891. |
| [17] | Tschopp J,Martinon F,Burns K. NALPs: a novel protein family involved in inflammation[J]. Nat Rev Mol Cell Biol,2003,4:95-104. |
| [18] | Tong ZB,Nelson LM. A mouse gene encoding an oocyte antigen associated with autoimmune premature ovarian failure[J]. Endocrinology,1999,140:3720-3726. |
| [19] | Tong ZB,Bondy CA,Zhou J,et al. A human homologue of mouse Mater,a maternal effect gene essential for early embryonic development[J]. Hum Reprod,2002,17:903-911. |
| [20] | Sena P,Riccio M,Marzona L,et al. Human MATER localization in specific cell domains of oocytes and follicular cells[J]. Reprod Biomed Online,2009,18:226-234. |
| [21] | Alimohammadi M,Bjorklund P,Hallgren A,et al. Autoimmune polyendocrine syndrome type 1 and NALP5,a parathyroid autoantigen[J]. N Engl J Med,2008,358:1018-1028. |
| [22] | Betterle C,Garelli S,Presotto F. Diagnosis and classification of autoimmune parathyroid disease[J]. Autoimmun Rev,2014,13:417-422. |
| [23] | Cervato S,Morlin L,Albergoni MP,et al. AIRE gene mutations and autoantibodies to interferon omega in patients with chronic hypoparathyroidism without APECED[J]. Clin Endocrinol,2010,73:630-636. |
| [24] | Tomar N,Kaushal E,Das M,et al. Prevalence and significance of NALP5 autoantibodies in patients with idiopathic hypoparathyroidism[J]. J Clin Endocrinol Metab,2012,97:1219-1226. |
| [25] | Kemp EH,Habibullah M,Kluger N,et al. Prevalence and clinical associations of calcium-sensing receptor and NALP5 autoantibodies in Finnish APECED patients[J]. J Clin Endocrinol Metab,2014,99:1064-1071. |
| [26] | Wortsman J,Mcconnachie P,Baker JJ,et al. T-lymphocyte activation in adult-onset idiopathic hypoparathyroidism[J]. Am J Med,1992,92:352-356. |
| (收稿日期:2015-04-01) |
