成都华西华科研究所研发生产定量CT QCT骨密度体模软件分析系统甲状旁腺激索甲状旁腺索肽与QCT骨密度体模软件检测方法

 甲状旁腺激素的合成

甲状旁腺主要由主细胞和嗜黢性细胞组成。PTH由主 细胞合成和分泌。完整的人PTH为一单链蛋白，由84个氨 基酸残基组成，分子质量9500u。哺乳动物不同种属间PTH 高度同源(图7-丨)。在氨基端的1〜34个氨基酸中,人与牛 有3个不同，在整个PTH分子中冇12个不同^。

*er - val — scr - glu ^_ ile " gin ~ leu - met - his - asn - leu - gly -lys - his - leu - asn - ser - met ^_ glu ~ arg - val - glu - trp - leu -arg - lys - lys - leu - asp - val - his - asn - phe - val - ala - leu ' gly - ala — pro _ leu — ala - pro _ arg _ asp _ ala _ gly _ scr - gin _ arg - pro - arg - lys - lys - glu - asp - asn - val - leu - val ~ glu - ser - his - glu - lys - ser - leu - gly - glu - ala - asp - lys - ala - asp -val - asn - val - leu - thr - lys ~ ala - lys - ser - gin 图7-1人PTH的氨基酸序列

人的PTH基因定位于11号染色体的短臂。其cD- NA及基因组DNA均已克隆。该基因含有2个内含子和 3个外显子，成熟mRNA的表达产物为前PTH原（prepro -PTH),第1个内含子分W mRNA5’端非编码区与基因 的其他部分，第二个内含子分隔编码“prepro”的部分与编 码成熟PTH的部分。PTH基因经转录、翻译，合成一个 由115个氣基酸组成的肽前体，“pre”序列有25个氨基 酸残基，为信号肽序列，引导新合成的蛋白质进行粑向输 送。进入内质网膜后，信号肽即被切除及降解，刺下 PTH原（pro-PTH)。“pre”序列的突变可以引起甲状旁 腺功能减退症。“pro”序列有6个氨基酸残基，在高尔基 体经酪蛋白醻和羧肽酶切除，成为成熟PTH而储存于胞     循环甲状旁腺激素

在人的血液循环中，有败十种PTH片段。有临床意 义的有完整PTmPTHi + KFTH的N末端（PTH-N或 〜3ku)、PTH的C袖（PTH-C)和中段氨基酸 序列片段（PTH-M)。具有生物学活性的有PTH^ju和 PTH-N,无生物学活性的有PTH-C和PTH-M。血 液循环中可测量的PTH主要是C端片段。成熟的

PTH,^浓集在分泌囊泡和頼粒中，颡粒中还含有蛋白 酶，使得PTH降解，因此从甲状旁腺分泌的PTH含有一 定童的C端片段，而不含有N端片段。低血钙时，PTH 降解下降，完整的PTH分泌贵增加；高血钙时，PTH的 降解增加，完整的PTH分泌里减少。

分泌的PTH^m 70%在肝脏，20%在肾脏快速分解 成PTH-N、PTH-M和PTH-C。PTH在血液中的半 衰期为2分钟，且不受血钙和活性VitD₃的调节。仅有 不到1%到达粑器官。因此，PTH的浓度主要取决于 PTH的分泌率，并且其浓度随PTH分泌率而快速变化。 肾脏是淸除PTH-C的主要器官。

在生理情况下，PTH分泌有昼夜节律，分泌高峰在 上午2 — 6时和T午4〜7时。钙离子浓度是其主要调节 因索，但也受儿茶酚胺、镁离子浓度等的彩响。当血钙在 1.88〜2.63mm_〇l/L之间时，低血钙剌激甲状旁腺分泌 PTH,高血钙抑制PTH的分泌。当血钙超出该范围时， FTH的分泌仅有轻度的改变。其童反应曲线呈S 形。最小分泌率低，但不等于零，最大分泌率反映了甲状 旁腺对低钙的储备能力。正常人稳态位于S形曲线的中 下部，因此该系统对低血钙比对高血钙更敏感。甲状旁 腺细胞对血钙浓度的绝对值和变化速率均有反应。与缓 慢下降的血钙相比，血钙快速下降时，PTH升高更快，从 而为防止低钙血症提供史强的保护机制^[41。

高血钙抑制、低血钙兴奋PTH mRNA的表达。其机 制不淸。可能在转录后水平，与钙受体和3’端UTR结 合有关。

PTH结合PTH受体，引起细胞内信号转导，需活性 维生素D协同，因此维生素D缺乏以及由此导致的肠钙 吸收减少，刺瀲PTH的合成和释放增加。反之活性维生 索D过董时，PTH分泌减少。活性维生素D可抑制PTH 基因的转录，PTH分泌减少，与其影响5’端侧翼区有关。 维生素D可使甲状旁腺维生素D受体表达增强，加强其 对PTH基因的作用。9-顺式视黄酸也降低PTH的表 达，与维生索D有协同作用^[3)。

尚血磷刺激PTH分泌，上调PTH mRNA的表达。 高血磷抑制维生索D活性，促使钙离子进人线粒体，降低 细胞外液中的钙离子浓度，使得PTH分泌增加，甲状旁 腺増生。降钙索通过降低血钙及阻止PTH与受体结合， 刺激PTH分泌。雌激索降低骨基质分解，抑制骨对PTH 的反应，从而间接促进PTH时分泌。另外，雌激索和孕 潋索对PTH基因表达亦备调节作用。大量皮质醉可造 成低钙血症，此外皮质醇还能直接刺激FTH分泌。肾上 腺素、p肾1：腺能兴奋剂、多巴胺、胰泌家、泌乳索及生长

激索等使PTH分泌增多，长期使用可使甲状旁腺增牛。

钙是PTH分泌的主要调节者。但是，镁以相似的方 式调节PTH分泌。急性镁升高抑制PTH分泌，总性镁 降低剌激镁分泌。人类研究提示，5%的血淸可滤过镁的 减少不产生可觉察的血淸iPTH的改变，但5.5%的离子 钙减少引起400%的血淸PTH的升高。因此镁剌激或抑 制PTH分泌的作用仅有钙的30%〜50%。其机制不淸。 镁对PTH分泌的抑制作用可能依赖于细胞外钙浓度。 镁对PTH分泌的作用可能通过新发现的钙检测受体，它 介导细胞外钙对PTH分泌的调控。Mg²’剌激这个受 体，但其作用远逊于Ca²、镁缺乏显著影响骨平衡。镁 缺乏的一个常见临床表现是低钙血症。在人类，中到重 度镁缺乏才引起低钙血症的表现。在低钙低镁的病人血 淸钙镑•正相关。单独镁治疗在这些病人可在儿天内恢复 血淸钙浓度。但轻度镁缺乏会导致显著的血清钙浓度降 低。钙和/或维生素D治疗不能纠正低钙血症。造成血 清钙浓度降低的一个主要因素是甲状旁腺功能受损。在 大部分的低钙镁缺乏病人中存在甲状旁腺功能低下状 态。但有一些病人血淸PTH水平升高。给予镁则血淸 PTH浓度立即升高，而不依赖于基础PTH水平。这明 显不同于正常人中注射镁会引起PTH分泌抑制。镁缺 乏的早期即出现PTH分泌缺陷。PTH合成和/或PTH 分泌均受影响。仴离体PTH生物合成需要45min，因此 镁缺乏病人静脉给予镁以后PTH的急性升高提示PTH 分泌的缺陷。镁缺乏中PTH分泌受损是造成低钙血症 的主要原因。但低钙时还存在正常和高的PTH水平，提 示还存在靶器官对PTH作用的抵抗。镁缺乏时，整个的 细胞内钙升高。较高的细胞内钙浓度和对Ca^2#抑制作 用敏感性的增加引起PTH分泌的滅少。乙酵可抑制 PTH的分泌。心得安也抑制PTH的分泌。

(三）甲状旁腺激素的作用机制

PTH含有2个相互作用的a-螺旋结构。经典的靶 细胞对PTH的反应表现为腺苷酸环化酶的激活，其反应 功能区位于PTH的第1和第2位氨基酸。PTH刺激 cAMP升高的最短片段为PTH1-27,且主要与第1和第 2位氨基酸残基有关。升高的cAMP激活下游的cAMP 依輳性蛋白激酶A (PKA),第3〜6位氨基酸也能激活 PKA依輳途径。为了消除PTH激活PKA的作用，需要 去除前6个氨基酸残基。PTH28〜32则与PKC:转导的 活性有关。对经典的靶细胞，如软骨细胞、成骨细胞、破 骨细胞和肾源性细胞，PTH通过N端的功能区（氨基酸 残基1-6)激活cAMP途径和通过中间功能区（氨基酸 残基的28〜32)激活PKC依赖途径起作用。对于非经典 的靶细胞如心肌细胞，PTH通过激活PKC依赖性途径起 作用。另外，活化的PTH受体信总通道和生物学作用也 可能由表达的受体密度所决定。有研究表明，每个细胞 表面受体约40000个时，PTH所致的cAMP反应最大，而 PKC途径最大时的受体密度为300000个/细胞。FHI 亦可通过影响NO而发挥调节作用。

甲状旁腺素相关肽（PTHrP)与PTH与同一受体

(PTH/PTHrP受体）结合，通过第二信使cANfP发挥作 用。FTH/PTHrP受体厲于G蛋白偶联受体，有7个跨膜 的《嫌旋结构。含有585〜594个氨基酸残基，不同种厲 间有高度保守性。氨基端位于胞外，羧基端位于胞内，有 3个胞内和3个胞外环袢。PTH/PTHrP受体的胞外部 分与激素结合有关，胞内部分通过G蛋白参与胞内信号 的转导。PTH/PTHrP受体可分为1型（天然配体为PTH 和PTHrP)和2型（天然配体为PTH和球部漏斗肽 TIP39)。PTH、PTHrP和T丨P39的一级结构不同，但二 级结构相似，均含有N端和C端的a螺旋。受体与配体 的结合遵循“双位点”机制，配体的C端与受体的N端结 合（N-交互作用），而配体的N端与受体的近膜段结合 (J-交互作用）。PTH首先与靶细胞特异性受体结合从 而激活受体，受体与G蛋白（主要为Gs和Gq蛋白）耦 连。Gs蛋白激活腺苷酸环化酶，cAMP水平升髙，瀲活 PKA，启动PTH的一系列生理作用。Gq蛋白使磷脂酶C 水解PIP₂生成IP₃和DAG,升高细胞内Ca²⁺浓度，澈活 PKC,不同组织产生不同生理学效应^{[7 8]}。

PTH的分泌和发挥作用被认为依赖cAMP。腺苷酸 环化酶产生cAMP需要镁，它是酶活性的激活剂以及底 物（Mg-ATP)的成分。腺苷酸环化酶复合体上有两个 \1?⁴结合位点。一些严東镁缺乏的病人，尿cAMP对外 源给予PTH的升高反应降低。腺苷酸环化酶可被钙和 镁调节。在大部分组织Ca²⁺对酶活性起抑制作用，Mg²* 起激活作用。在甲状旁腺、肾皮质、和骨细胞的浆膜， Ca²‘竞争性抑制Mf的激活作用，Mg²’浓度&著影响 Ca²⁺对SI的抑制作用。细胞内镁浓度降低，cAMP对细 胞内钙浓度升高引起的抑制作用更敏感，可能是镁缺乏 时引起PTH分泌和靶器官作用受损的原因。腺苷酸环 化酶是体内广泛分布的酶，研究发现，镁缺乏时ACTH、 TRH、GnRH和胰高糖素的作用是正常的。因此，不同组 织的腺苷酸环化觭的调节途径是不N的，对骨矿代谢的 影响较大。cAMP是PTH作用的一个重要介质。PTH 还激活磷脂酶C第二倌使系统，是其重要的生理调节者。 镁缺乏可以影响这一系统：一种Mg^2t依赖的鸟嘌呤核苷 酸调节蛋白也参与激活磷脂酶C; Mg²♦是IP3诱导的 Ca²⁺释放的非竞争性抑制剂；Mg^M还抑制【P3与其受体 结合。镁缺乏通过第二信使系统影响细胞功能的机制很 复杂。涉及底物获得性，G蛋内活性，细胞内钙释放和对 其敏感性，以及磷脂代谢^[9]。

(四）甲状旁腺激素的生理学效应

在骨组织中，PTH既促进骨吸收，又促进骨形成。 在过高浓度的PTH作用下，破骨细胞活性超过成骨细 胞，导致骨丢失大于骨形成。而在适当浓度的PTH作用 下，成骨细胞活性超过破骨细胞，骨形成大于毋吸收。骨 组织对PTH有两种反应：一是快速效应，全身应用PTH 后，可在lh内出现血清浓度升离，其来源是骨细胞的骨 盐溶解释放作用；二是慢速效应，在持续静脉输注 PTH0.5h出现，1〜24h最明显，表现为破骨细胞活化，数 目增多，骨吸收增加◊尽管破骨细胞的骨吸收作用与

PTH的关系很明确，但是分离的成熟•破骨细胞对PTH 没有反应，并且其受体与PTH的亲和力降低。但加人成 骨细胞后，破骨细胞恢复了对PTH的反应，其机制不淸。 PTH剌激破胥细胞溶醏体，释放水解酶，分解骨有机质， 释放钙及磷酸盐，使得血钙磷升高，尿CTX、NTX和羟脯 氨酸升髙。PTH促使前破骨细胞转化为破骨细胞，也刺 澉成骨细胞增多，新骨形成，骨转换加速。但超生理剂童 的PTH则影响成骨细胞的合成胶原和基质作用，且骨矿 化不良，新骨量超过骨吸收，PTH刺激间质细胞，新骨纤 维成分增多，胶原少a钙化不良，形成纤维囊性骨盐。 PTH使骨细胞及其陷窝增大，使骨陷窝及周围间隙中的 钙被摄人骨细胞，使线粒体内储存的钙释放人胞质，再通 过骨细胞的突起把钙送人血液循环。PTH使骨膜下的 未分化细胞加速转化为成骨细胞和成纤维细胞。

PTH轻度抑制近曲小管对钙、镁的重吸收，增加远 曲小管的钙、镁重吸收。激活羟化麻，促进活性维生 家丨)3的生成。肾小球滤过液中的钙几乎全邢被重吸收。 PTH对近曲小管的钙承吸收没有影响。升支粗段和肾 远曲小管钙重吸收均在PTH调节下进行。磷敢吸收的 主要位点为近曲小管，60%〜70%的東吸收发生在这里。 沿着近曲小管这种转运是不均一的。在大部分的近曲小 衍,磷重吸收超过钠和水，在稍远端，磷重吸收与水钠平 行。近直小管重吸收15%〜20%的磷。没有发现Henle 袢的粗和细段有净磚吸收〇但是有一些尚不充分的证据 显示远端小管存在磷重吸收机制。但至今还没有充分证 据显示小管有碡排泌。在磷重吸收的三个位点：近曲小 管、近直小管、远端小管，存在PTH-敏感的腺苷酸环化 酶。有证据显示PTH通过cAMP依赖的机制减少这些 位点的磷重吸收。

磷通过单向途径重吸收，继而有一个小的从血浆到 腔的穿细胞返流。磷通过腔膜进人小管细胞是通过一个 可被饱和的钠依赖的主动转运过程，类似于肠进中的钠 依赖的联合转运。每转运一个磷，两个钠离子迸人近曲 小管细胞。因为HPOT转运是电中性的，■是生 电的，磷转运串依賴于腔膜两侧Na‘梯度的幅度。而后 者又依赖于侧基膜上的Na’/ATP酶或钠泵。似乎钠依 赖的磷通过腔腴进人小管细胞是穿细胞转运的限速步 骤。这一过程对腔磷有一个低Km ( -0.43M),使得磷 转运有很离的效率。通过对不同物种近曲小管的研究发 现，有两种这样的钠依赖的磷转运系统:一种是低亲和力 高容#，负责绝大部分的磷重吸收；一种是高亲和力低容 最系统，负责剩下的磷转运。相反，在近直小管，仅有一 种高亲和力的系统。进人小管细胞的磷，在调控细胞代 谢和功能的许多方面发挥重要作用，并且与细胞内磷快 速交换。在这些悄况下，胞浆游离磷浓度维持相对稳定， 意味者磷通过刷状缘膜进入细胞必须与其通过侧基膜出 细胞密切耦连。磷转运出侧基膜是一个被动过程，由离 子交换机制造成的电梯度驱动。在没有磷进人的时候， 净磷流出细胞被抑制。但尽管存在附属的相连的主 动磷通过侧基膜流入腔膜的10%),如果磷通过

刷状缘膜转运减少.细胞内磷浓度也会减低。到目前为 止，磷转运子的分子结构不淸。但已从许多物种的肾构 建了钠磷联合转运系统（NPT-2)的cDNA。来自鼠肾 的cDNA编码一个465个氨基酸，分子质贵为-52ku的 蛋白质而且仅存在于肾。但是，这个转运子确实含有与 其他钠依赖的转运系统相一致的成分。很明显，这种蛋 白的活性和数里的变化调节刷状缘钠依赖的磷转运的改 变"〇]_〇

对调节磷转运的分子机制的研究大多来自对PTH 对这一生理过程的作用的研究。cAMP-蛋白激醻A和 磷脂解C-蛋白激酶C信号传递途径调节近端小管磷转 运。PTH介导的磷重吸收抑制，在激索浓度低时 (10_⁸〜10 ^WM),通过蛋白激酶C系统，在高浓度时通 过蛋白激酶A。近期研究发现，甲状旁腺激素通过调节 NTP-2蛋白的表达来调节肾钠磷共同转运。甲状旁腺 切除小鼠肾小管NTP-2蛋白表达增加并且PTH治疗 后减少。Northen印迹分析发现NTP-2特异mRNA含 量在甲状旁腺切除后没有改变，但给予PTH后轻度减 少。FTH是调节肾磷排泄最主要的生理因素，也是血浆 磷浓度的主要影响因术，它影响TmP/GFR。R时许多研 究发现，尿磷排泄和饮食磷吸收之间的平衡，不仅在正常 人可以保持，在甲状旁腺功能亢进和甲状旁腺功能减低 的病人之中也能保持。事实上，肾小管本身其有根据磷 供需调节磷重吸收的能力。快速生长期、妊娠、哺乳期和 饮食受限时，重吸收增加。相反，生长缓慢期、饮食磷过 多、慢性肾功能不全，磷重吸收减少。这个调节主要在近 曲小管，涉及高容跫、低亲和力和低容录、高亲和力钠磷 共同转运系统的明显改变，而不依赖于亲和力的改 变。慢性磷供给的改变引起钠磷共同转运活性、NTP-2 mRNA水平和NTP-2蛋白含量的改变。相反，急性磷 供给的改变引起钠磚共同转运活性和NTP-2蛋白含童 的改变，NTP-2 mRNA水平不变，因此不是依赖于蛋白 合成的增加，可能是已存在的转运子插入膜^fm。

磷转运适应性调节的信号传导途径还不淸楚。使用 MR丨频进分析研究发现细胞内磷浓度和刷状缘磷转运 之间负相关，提示胞浆磷可能是介导转运调节的重要信 号途径。还有研究提示钠依赖的磷进人细胞在细胞外磷 浓度发生改变触发的磷转运改变中发挥重要作用。最 近，克隆出了磷平衡调节基因（PEX)，细胞内磷浓度发生 变化可能导致PEX产物表达发生变化，从而彩响NPT- 2 mRNA和蛋白的合成。

PTH亦可通过影响NO而发挥调节作用。PTH的 扩血管作用可能与NO的笫二信使作用有关。血管内皮 细胞产生的NO也使破骨细胞的移行能力下降，而PTH 则间接参与了对内皮细胞产生NO的调节作用。PT|4对 血管张力的调节是使平滑肌松弛和降低血压。PTH增 加心韦、冠脉血流和心肌收缩力，但不影响心脏的自主 节律。

(五）甲状旁腺素相关肽

很多恶性肿痼伴发的高钙血症是由PTHrP所致^¹。FTHrP不只存在于恶性肿痫中，正常器官中也发 现编码PTHrP的mRNA。PTHyP和PTH与同一受体 (FTH/ PTHrP受体）结合，通过cAMP这个笫二信使发

生效应。

人类PTHyP基因位于12号染色体短臂上。其前体 含有177个氨基酸残基，以后脱去38个祆基酸，成为成 熟的PTHyP,分子质量为16ku.比PTH大。PTHrP的 PTH样区在氨箪端，其中的前t3个氨基酸中8个氨基酸 与PTH相同。此相同区域为2种肽的受体激活区，故它 们均与FTH/ PTHrP受体结合。PTH7P被激素原转移 酶分解为3组肽，即氨基端肽，包含有PTH样肽及激活 PTH/PTHrP受体的所有序列；中间区片段家族与PTH 无明显同源性，具有调节胎盘转运钙的作用；C端片段， 抑制骨吸收，刺激成骨细胞生长等。PTHrP与PTH/ PTHrP受体（PTH1型受体）结合，具有PTH的所有经典 效应。PTHyP通过旁分泌或自分泌方式起作用。 PTHrP通常激活胞内腺苷酸环化酶，接者激活蛋白激梅 A(PKA)。第1、2个氨基酸在介导PTHrP与其受体反 应、激活胞内腺苷酸环化酶中起苷非常重要的作用。尚 存在PTHrP的非cAMP依赖性作用。PTHrP的丝裂素 作用需要PKC存在，PTHrP氨基端肽激活PLC/PKC途 径。与PTH不同，在PTHrP107〜111氨基酸之间存在 另一个PKC瀲活区¹^^5]。

PTHyP基因在各种正常组织中均表达，可能在组织 水平上发挥效应。当缺乏PTHrP时，软骨细胞不能以正 常速率增殖，导致骨发育陣碍，软骨细胞过早分化，过早 矿化胞外基质，过早的凋亡。软骨细胞中PTHrP的生理 作用是加速软骨细胞生长，延缓进人到终末分化阶段。 人类PTHyP受体基因突变引起严重的Blomstrond型软 骨发育不良症。一种人类PTH/PTHrP受体基因突变导 致该受体不可逆地处于开启状态，不需要配体结合，引起 Jansen干骺部软骨发W不良症。在软骨中PTHrP是通 过PTH/PTHrP受体起作用。PTH不能逆转PTHrP缺 乏所导致的软骨异常。PTH在血液循环中的浓度明显 高于PTHrP，推测这是经典的靶组织骨和锊对PTH提供 选择性应答反应。可能是在靶细胞软骨、乳腺基质细胞 和皮肤存在相对低的PTH/PTHrP受体，靶细胞选择性 是对从邻近细胞分泌的相对高的PTHrP水平作出反应， 而不是对血循环PTH作出反应。PTHrP调节乳腺发育 过程，乳汁中PTHrP含最最高，人、牛、铁的乳汁中分泌 大量PTHrP，参与钙从血到乳汁转运的调控。PTHrP及 其小的活性肽被吸收后.pJ■与PTH/ PTHrP受体作用，调 节嬰儿的矿盐代谢。鱗状上皮是合成PTHrP的主要场 所。PTHyP通过受体对周围皮肤细胞具有抑制素样作 用，调节毛发生长周期，内皮层分泌的PTHrP通过与覆 盖其上的骨受体结合，通过破#细胞.激活牙槽骨的吸 收，使牙齿萌出。PTHrP也由平滑肌细胞分泌，与PTH/ PTHrP受体结合，松弛平搰肌（子宮、膀胱、动脉等）。过 ft的PTHrP常伴发多种形式的心血管疾病，例如左室肥 厚、动脉硬化及高血压等。肿楠相关性髙钙血症的主要原因是PTHrP。肿瘤分泌过馕PTHrP进入血液引起 PTH 样作用[^,6~^,8]〇

总之，PTHrP的作用主要是调节局部细胞进入分化 途径，或在上皮间充质细胞相互作用中传递信息。在 PTH与其相应受体结合、调节全身钙代谢平衡的同时， 严密的选择性屏障允许PTHrP完成局部功能。PTHrP 既是一种内分泌/旁分泌激素，而且也是一种自分泌激 素，PTHrP还可以进人合成PTHrP的自身细胞核内，对 细胞的基因表达有调节作用。成都华西华科研究所研发生产QCT定量CT骨密度体模软件分析系统  
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