Щитовидная железа и филогенез

Определение "Щитовидная железа и филогенез" в ЭБНБ

Эпителиоциты щитовидной железы

Способность животных синтезировать йодсодержащие гормоны возникла в эволюции значительно позже, чем продукция других производных тирозина — катехоламинов дофамина, норадреналина, адреналина и серотонина. Однако, предшественники тиронинов в виде йодированных тирозинов встречаются у животных уже на очень ранней стадии филогенеза. Ключевым событием для появления щитовидной железы и йодсодержащих гормонов в филогенезе, вероятно, явилось формирование способности живых организмов поглощать неорганический йод в составе йодидов из окружающей среды и концентрировать его путем специфического (ферментативного) включения в структуру органических соединений. В морской воде концентрация йода, как правило, довольно высока, что позволяет ему в существенных количествах накапливаться в растениях и тканях низших

Щитовидная железа

морских животных. Так, еще в 1896 году показано, что губки и кораллы содержат значительные (до 2,5% от общей массы) количества йода в форме йодтирозина и йодгистидина, а также брома в составе бромтирозина. Монойодтирозин и дийодтирозин обнаружены у морских звезд, моллюсков, кольчатых червей, ракообразных и насекомых. Сообщалось также об обнаружении тироксина и трийодтиронина у этих форм, однако, присутствие йодтиронинов у представителей животного мира, располагающихся на эволюционной лестнице ниже позвоночных, нельзя считать достоверно доказанным.

Tong и Chaikoff в 1955 году установили йодконцентрирующую функцию у морских водорослей в результате включения йода в тирозин с образованием монойодтирозина и дийодтирозина. Ингибирование этой реакции каталазой дало основание предположить вовлечение пероксидазы в процесс окисления поглощенных йодидов, что соответствует подобным процессам в щитовидной железе позвоночных. Сходный окислительно-восстановительный процесс лежит в основе активного транспорта йода из морской воды через жабры угря. Окисленный йод затем частично подвергается восстановлению и пассивно диффундирует в кровь.

Обычно йодированные соединения, обнаруживаемые у беспозвоночных организмов и других низших форм, находятся в связанном состоянии в составе наружного рогового или фиброзного скелета. Этот факт привел к предположению, что йодсодержащие вещества являются побочным продуктом в ходе «дубления, ороговевания» (полимеризации) соединений хинонового ряда. Ряд исследований свидетельствует, что в основе затвердевания кутикулы лежит образование поперечных связей между бензохинонами в молекулярной структуре склеропротеинов, а бензохиноны легко подвергаются окислению в присутствии неорганического йода в условиях in vitro. Однако, как правило, йодирование хинонов не сопровождается последующим формированием дийодтиронинов, предположительно, в связи с пространственной разобщенностью остатков бензохинонов и невозможностью вследствие этого протекания реакций внутри- или межмолекулярной конъюгации.

Таким образом, йодирование тирозина у беспозвоночных может быть обусловлено, по крайней мере, частично, превращениями хинонов в ходе ороговевания экзоскелета. Однако, противоположное заключение может быть сделано на основании обнаружения у асиидии Ciona intestinalis T4 и 3,5,3'-Т3 в свободной форме, а не в составе ригидного наружного скелета. Результаты этих исследований как будто бы свидетельствуют об образовании тиреоидных гормонов в эпителиальных клетках стенки кишечника в ходе процессов, аналогичных происходящим в щитовидной железе позвоночных. Склеропротеиновый экзоскелет взрослых форм оболочников содержит высокие количества йода, дийодтирозина и тироксина. Возможно, что кутикулярные йодпротеины заглатываются животными с водой и
попадают в пищеварительный тракт, где и происходит высвобождение йодсодержащих аминокислот.

Первое обнаружение органа, гомологичного по своей функции к щитовидной железе высших форм, было сделано у представителей типа полухордовых, занимающих промежуточное положение между беспозвоночными и позвоночными животными. У urochordata и cephalochordata эту роль выполняет эндостиль — желоб на дне глотки, выстланный секреторным и реснитчатым эпителием. Принципиальным в филогенетическом аспекте являлось установление тканевого распределения мест йодирования и его межвидовых различий. Так, у уже упоминавшейся асцидии Ciona (представитель низших вторичноротых) эти центры располагаются на вершине эндостиля. Amphioxus, представитель Cephalochordata, также обладает эндостилем и формирует йодированный гликопротеин в центрах йодирования в центральной области эндостиля, возможно на поверхности клетки, обращенной в просвет органа. Эндостиль секретирует слизистый секрет, который поступает в полость глотки и затем в пищеварительный канал, где предположительно, из него высвобождаются йодированные аминокислоты. Действительно, наличие тироксина и трийодтиронина у Ciona было подтверждено методами радиоиммунного анализа.

Общепризнанной является точка зрения, что у примитивных организмов продукция йодсодержащих аминокислот осуществляется эндостилем. Однако, ряд исследований показал, что в сравнении с уровнем йодсодержащих соединений в плазме или других жидкостях тела, лишь малая часть этого количества могла бы приходиться на продукцию эндостилем. Не исключено, таким образом, что другой орган, например, бранхиальные железы или их производные, по крайней мере, у оболочников служит альтернативным источником йодированных соединений и вероятным предшественником щитовидной железы млекопитающих. Йодированный белок в клетках этого органа состоит из двух субъединиц большого размера (10S и 19S) и при своем частичном гидролизе высвобождает монойодтирозин, дийодтирозин, трийодтиронины и, возможно, тироксин, а по своей аминокислотной последовательности обнаруживает подобие с тиреоглобулином млекопитающих.

Два важных заключения могут быть сделаны в итоге изучения представителей полухордовых. У этих животных выпячивание передней стенки глотки формирует углубление для возможной щитовидной железы, которое однако не отделяется от полости глотки и, таким образом, не заканчивается обособлением железы. И второе: хотя однозначно не установлена физиологическая роль эндогенных тиреоидных гормонов у этих форм, показано влияние тироксина на ускорение процессов метаморфоза, на примере медуз.

Одним из наиболее ранних представителей позвоночных, обладающих структурными элементами примитивной щитовидной железы, является аммоцет - личиночная стадия миноги, класс круглоротых. Открытая тубулярная структура в гипофаринксе этого организма концентрирует йодиды и включает их в состав белкового соединения, родственного тиреоглобулину, с последующим высвобождением Т3 и Т4 в просвет органа. Хотя признается некоторое филогенетическое родство этого органа с эндостилем полухордовых, полной их гомологии не наблюдается. Для обозначения этого образования используется термин подглоточная железа. Показательно, что перед стадией метаморфоза в ней гистохимически выявляется действие протеазы, обладающей гидролитической активностью в отношении йодированного белка, что приводит к образованию свободных Т4 и Т3. Вполне возможно, что именно ее появление и послужило дополнительным фактором обособления вентрального выпячивания первичной пищеварительной трубки и независимости высвобождения йодсодержащих аминокислот от протеаз нижних отделов пищеварительного тракта. У этих организмов обнаружен также свободный тироксин и специфический тироксинсвязывающий глобулин.

Во время метаморфоза аммоцета, в ходе которого развивается взрослая особь миноги, эндостиль утрачивает сообщение с полостью глотки, приобретая черты собственно щитовидной железы со свободно расположенными в ней фолликулами. Концентрация тиреоидных гормонов в плазме достигает своего наивысшего уровня у личиночной формы непосредственно перед формированием истинной щитовидной железы и стремительно падает по окончании метаморфоза. Фолликулы железы не окружены соединительно-тканной капсулой, однако в них осуществляются биосинтетические процессы, сходные с таковыми при образовании тиреоидных гормонов у взрослых особей млекопитающих. У миноги большая субъединица 19S йодсодержащего белка обладает структурным подобием с тиреоглобулином щитовидной железы высших форм. Таким образом, по крайней мере у аммоцета, йодсодержащие гормоны играют, возможно, ведущую роль в регуляции метаморфоза и, что еще более любопытно, детерминируют становление самой щитовидной железы как органа.

Вероятная взаимосвязь щитовидной железы и органов пищеварительной системы обнаруживается во многих филогенетических исследованиях. Так, обнаружены реснитчатые тироциты в щитовидных железах мыши и акулы, что является ремнантным свидетельством в пользу энтодермального происхождения щитовидной железы. У млекопитающих эпителий слизистой оболочки желудка и слюнных желез сохраняет способность концентрировать йодиды, а клетки слюнных желез также содержат пероксидазу.

Таким образом, можно считать доказанным наличие щитовидной железы, в которой происходит продукция йодтирозинов и йодтиронинов, у всех изученных представителей позвоночных. Уровень функциональной активности этого органа обнаруживает значительные отличия в зависимости от видовой принадлежности и сезонной периодичности. За рядом исключений, перечисленных ниже, активность щитовидной железы минимальна у пойкилотермных организмов. Сезонная периодичность в функционировании щитовидной железы присутствует и у гомойотермных, и у пойкилотермных животных.

Отметим здесь же ряд морфологических изменений, сопровождающих эволюцию щитовидной железы. У взрослых форм представителей круглоротых и костных рыб железа находится в неинкапсулированной форме. Фолликулы располагаются в свободном состоянии, одиночно или малыми кластерами в подглоточной соединительной ткани, особенно много их по ходу вентральной аорты и в почках. Интересным представляется факт высокой частоты эктопического расположения щитовидной железы у рыб. Так, например, наиболее частой является почечная локализация фолликулов, реже - в структурах глазного яблока, мозга, сердца, пищевода и селезенки. У хрящевых рыб щитовидная железа впервые приобретает собственную соединительнотканную капсулу, а у высших позвоночных форм представлена одно- или двудольной инкапсулированной структурой.