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疾病导论系列已有部分内容（链接）：
CK注：首次描述Graves病（GD）自身免疫背景已经过去60余年，但对其机制的理解仍然不足。遗传和环境因素的组合机制假说对于GD而言仍然孱弱，主要是因为疾病遗传关联并不很强，且环境损伤也在多数患者中的作用也不清楚。关键是GD的治疗并未在机制研究的基础上带来变化，换句话说，就是GD治疗多年来都没有实质性改变。但这种情况似乎正在迎来变革，变革所伴随得是对于GD伴GO的理解和新的治疗方法进入临床.....
CK's Endocrine Notes 2020 2020疾病导论系列 Graves病 Graves‘ Disease 陈康 编译
要点
Graves病： 一种自身免疫性疾病； 主要影响甲状腺，是甲状腺机能亢进最常见的原因； 发生在所有年龄段，尤其是育龄妇女。
Graves病及并发症病因： TSHR自身抗体： Graves甲亢是由促甲状腺激素受体(TSHR)的自身抗体引起的，该抗体作为TSHR激动剂，诱导甲状腺激素过度分泌，导致甲状腺脱离垂体控制。 TSHR自身抗体也是Graves眼病和胫前粘液水肿的基础。 GO的病理生理学(以及可能胫前粘液水肿)涉及胰岛素样生长因子1受体(IGF1R)与TSHR自身抗体的协同作用，导致眶后组织扩张和炎症。
尽管GD的病因仍不十分清楚，但有证据表明，有某种强烈的遗传成分与随机的潜在环境损伤相结合，更容易在免疫易感个体中出现。 GD治疗： GD治疗多年来没有实质性改变，仍然是抗甲状腺药物、放射性碘或手术之间的选择。然而，抗甲状腺药物的使用可导致妊娠期间药物诱发的胚胎病，放射性碘治疗可能加重GO，手术可能导致甲状旁腺功能减退或喉神经损伤并发症。因此，未来的研究应侧重于改善药物管理，许多重要的进展即将到来。
介绍
Graves病(GD)，也称为von Basedow病，是一种综合征，特征为： GD是甲亢最常见的原因。Graves甲亢最初被认为是垂体分泌过多促甲状腺激素的结果，但1956年促甲状腺激素受体(TSHR)自身抗体的发现将GD确定为一种自身免疫性疾病。这些自身抗体作为TSHR激动剂，诱导甲状腺细胞分泌过量甲状腺激素，这是GD患者最常见的症状。 GD还可表现为两种极端情况: Graves甲亢可能发展为伴有甲状腺外并发症的“完全”综合征--Graves三联症（theGraves’ Triad），即甲亢、GO和PTM。继发于TSHR自身抗体和TSHR特异性T细胞对在非甲状腺组织，尤其是成纤维细胞和脂肪细胞中表达的TSHR作用。尽管详细的影像学显示在GD中GO以一种轻度形式更为常见，但在约5%的患者中GO在临床上是显著的。GO通常以眶后炎症为特征，导致眼外肌纤维断裂和糖胺聚糖积聚，导致水肿。PTM是一种浸润性皮肤病，其特征是由于皮肤中糖胺聚糖积聚而导致的缓慢发生和进展的非凹陷性水肿。在一些GD患者中，PTM可能会导致严重外观变形。GD的不同临床表型表明在不同患者中有多种因素参与其发病机制。 近年来，GD治疗没有太大变化，但常规治疗应用细节已经变得更加复杂。尽管大多数患者试图避免手术，但用甲状腺全切除术代替甲状腺次全切除术会避免术后复发出现。由于放射性碘治疗本身的固有性质和治疗后其GO潜在恶化可能，其受欢迎程度也有所下降。而抗甲状腺药物中甲巯咪唑(或卡比马唑)的使用流行度激增，特别是考虑到另一种抗甲状腺药物丙基硫氧嘧啶相关的肝脏毒性问题。然而，在极少数情况下，甲巯咪唑也能引起粒细胞缺乏症和出生缺陷。因此，GD管理仍是一个有待改进的领域。 本导论着重基础知识和理论，会讨论：
机制/病理生理学
甲状腺免疫浸润 GD患者甲状腺显示出增厚、肥大的滤泡细胞，具有活跃的甲状腺球蛋白生成和含有甲状腺球蛋白的细胞内胶体液滴。腺体表现出典型的T细胞和B细胞的淋巴细胞浸润，但通常没有桥本甲状腺炎中观察到的强烈(图2)。从接受治疗的患者的手术样本中所见，浸润往往是不均匀的，具有不同强度区域；而未经治疗患者中免疫浸润强度和表现没有很好记录。这种浸润被认为主要与TSHR自身抗体分泌有关，因为滤泡细胞似乎在浸润最密集的地方最活跃。组织学检查也有显示甲状腺炎典型特征，包括偶尔细胞凋亡和一定程度滤泡破坏。这些观察结果与大多数GD患者的甲状腺球蛋白和甲状腺过氧化物酶自身抗体存在非常吻合。 图2:Graves病的组织病理学 
Graves病患者的PAS染色(Periodic acid-Schiff-stained)甲状腺切片显示扩张的血管周围有肥大的上皮细胞和单核细胞浸润(箭头；50 X 放大)。T细胞和B细胞 自身反应性T细胞和B细胞在中央型和外周型删除中存活，TSHR致敏的B细胞分泌TSHR自身抗体(图3)。对TSHR抗原致敏的T细胞与GD的症状表现有关。正如旁观者激活(或旁位活化，bystanderactivation，即针对特定抗原的T细胞激活)的动物模型中所证明的一样，驻留在甲状腺内的T细胞可能通过细胞因子分泌而被激活，可包括实验性自身免疫性甲状腺炎(BOX 2)。由浸润性T细胞和B细胞释放的促炎细胞因子，如白介素-2和白介素-17，激活常驻的TSHR反应性免疫细胞。这一机制可以解释不同类型的病毒感染如何刺激促炎细胞因子的分泌而导致GD。图3:Graves甲亢发病机制 
甲状腺细胞受促甲状腺激素受体(TSHR)自身抗体刺激，分泌甲状腺激素，即三碘甲状腺原氨酸(T3)和甲状腺素(T4)，引起甲状腺功能亢进的临床表现。自身抗体由局部B细胞，以及T细胞控制的浆细胞产生，并由源自肝脏的胰岛素样生长因子1 (IGF1)辅助。T细胞被抗原提呈细胞（APCs）上的TSHR肽激活，而抗原提呈细胞（APCs）可能是甲状腺细胞本身或其附近的B细胞、巨噬细胞或树突细胞。IGF1R，胰岛素样生长因子1受体；MHC，主要组织相容性复合体；TH 细胞，辅助性T细胞；Treg细胞，调节性T细胞；TCR，T细胞受体。BOX 2 GD动物模型 促甲状腺激素受体(TSHR) α亚单位转基因NOD. H2h4小鼠是Graves甲亢唯一可用的自发模型。其他模型需要用稳定表达TSHR和MHC第二类抗原的细胞进行主动免疫，或者使用编码TSHR的重组腺病毒或质粒进行DNA疫苗接种，可能同时进行或不进行体内电穿孔。表达TSHR的抗原呈递树突细胞也被用于诱导疾病。在这些技术中，DNA疫苗是最可靠的，因为它提供了高重现性和高疾病诱导率。可通过重复免疫获得长期甲状腺功能亢进状态。 从这些动物模型中获得的见解可以总结如下: 首先，成功的免疫只能通过体内表达的TSHR来实现，强调受体的3D结构在抗原性中的关键作用。 其次，受体α亚单位在疾病诱导中比全长受体更有效，证实α亚单位是主要的自身抗原。 第三，尽管Graves病(GD)通常被认为是由T辅助细胞2(TH2)免疫反应介导的，但是在动物模型中观察到的是TH1细胞介导的免疫反应和TH2细胞介导的免疫反应的混合情况。此外，TH17细胞在免疫反应中的重要性因所用小鼠品系而异。 第四，Graves眼病（GO）可以在一些模型中复制，但复制不完全，证明TSHR自身抗体参与眼眶病的发病机制。 然而，小鼠模型不能复制疾病的所有症状或体征；例如，在发病率方面小数模型没有性别倾向，也没有出现皮肤病。需要进一步努力建立更好的模型，忠实地复制GD的各种症状和体征，包括GO和Graves皮肤病变。
甲状腺滤泡细胞抗原呈递 正常甲状腺滤泡细胞表达I类HLA抗原，但不表达HLAII类抗原，后者通常由抗原呈递细胞表达，如树突状细胞或B细胞。相比之下，GD患者的甲状腺显示出高水平的I类HLA和高水平的II类HLA，这使得甲状腺细胞呈现抗原。这种对HLA II类抗原的诱导是通过干扰素(如干扰素γ)介导的，干扰素可能在炎症反应中发挥作用。由于HLA II类抗原有效地将自身抗原呈递至T细胞，其通过滤泡甲状腺细胞表达导致局部的（即常驻）自身反应甲状腺特异性T细胞或已浸润T细胞的活化，并启动抗原特异性T细胞增殖。免疫调节缺陷 一般来说，炎症反应涉及分泌白介素-17的辅助性T细胞和CD4+CD25+ Treg细胞之间的平衡。Treg细胞通过降低TH1(细胞毒性倾向)和TH2(抗体倾向)细胞的活性来抑制免疫反应。Treg细胞表达转录因子FOXP3，该基因与GD相关(见上文)。一些但非所有的研究都报道通过CD4+CD25+Foxp3+细胞的免疫调节功能可能在GD中减弱。GD患者免疫反应也可能是过度反应，这是由于通常控制免疫反应的附加机制的失败，包括外周T细胞删除(免疫系统删除逃避胸腺缺失的自身反应性T细胞的机制)和无反应性(诱导细胞停滞)，已知这有助于正常的抗原特异性耐受性。对小鼠的研究表明，在自身免疫中，一种叫做VISTA(含T型免疫球蛋白结构域的T细胞激活抑制因子)的检查点调节因子发挥作用。VISTA在幼稚T细胞中强化静止，当抗原刺激在炎症条件下发生时，这种作用被抑制。此类机制需要在GD患者中进行研究。
TSHR自身免疫 除了TSHR自身抗体外，大多数患者还表现出甲状腺球蛋白和甲状腺过氧化物酶自身抗体的可变滴度，这是桥本甲状腺炎的典型特征。甲状腺球蛋白和甲状腺过氧化物酶的自身抗体是多克隆的，与限制性IgG型TSHR自身抗体相反，因此被认为是继发于甲状腺细胞破坏。GD似乎在自身免疫性甲状腺炎的背景下发展。这样，桥本甲状腺炎和Graves病不仅可以发生在同一个家庭，而且可以在不同时间发生在同一个病人身上，临床可观察到甲状腺功能减退病人可以突然发展为甲状腺功能亢进，反之亦然。 TSHR结构 TSHR是A类GPCR超家族的成员，一种高度糖基化蛋白质，具有大的胞外域，由富含亮氨酸的域(leucine-rich domain，LRD)和“铰链”区域组成，该区域将胞外域连接到信号转导跨膜域。。铰链区包括由蛋白水解切割的50个氨基酸区域，称为切割区（cleaved region）或C区(图4)。此外，细胞表面的胞外域被分割成α-亚基和β-亚基，通过二硫键连接。二硫键被蛋白质异构酶还原，α亚单位的一个子集被认为是以可溶性形式分泌的。开创性研究已明确证实，TSHR的α亚单位参与了全长受体身免疫反应的启动和/或扩增。除了标准翻译后修饰，受体还以结合在胞外域和转导跨膜结构域的高阶复合物或多聚体形式存在。这些高阶复合物在TSH与自身或其他结合的TSHRs的负协同作用中、以及在差异信号传导和受体裂解调节中起作用，并可能驱动自身抗体亲和力成熟，从而形成刺激性受体自身抗体。此外，已经描述TSHR和胰岛素样生长因子1受体(IGF1R)之间的重要交互作用（cross-talk），但是还没有确定TSHR的不同构象形式在该交互作用中的重要性。图4:TSHR的结构 
促甲状腺激素受体(TSHR)包括一个大的胞外域(ectodomain，ECD)，由富含亮氨酸结构域(LRD)(灰色)和铰链区(橙色)组成，显示为连接ECD和跨膜域(TMD)的环状结构。TMD图示为通过细胞内和细胞外环路相互连接的圆柱形结构。受体的短胞质尾在此图中不可见。LRD区决定促甲状腺激素的结合以及刺激和阻断自身抗体，而TMD是连接G蛋白和β-抑制蛋白（β-arrestins）的信号单位。C区：cleaved region。TSHR自身抗体 在GD患者血清中发现TSHR自身抗体，最初称之为长效甲状腺刺激因子，因为其在刺激甲状腺释放放射性碘方面具有长效作用。包括表位分析（epitopeanalysis）在内的研究，试图描述和表征从GD患者血清或啮齿动物模型中分离的这些自身抗体的结合特性，已经鉴定出三种类型的TSHR自身抗体——刺激型、阻断型和中性型(图5)。研究表明，在GD患者中可存在所有三种类型的TSHR自身抗体，但刺激性抗体是Graves甲亢标志。当阻断抗体和中性抗体存在时，最有可能改变刺激抗体的效力。图5: TSHR自身抗体 
由富含亮氨酸的结构域(LRD)代表的促甲状腺激素结合袋，包括α螺旋和β折叠片(灰色)，显示刺激和阻断抗体的结合位点。中性抗体与受体独特的裂解区(316–366 aa)结合，如虚线所示，还与铰链区的其他部分(橙色)结合。刺激抗体结合LRD导致受体信号。阻断抗体在空间上阻碍促甲状腺激素的结合是有效的。中性抗体既不阻断促TSH的结合，也不刺激GPCR信号，但激活非典型信号转导。TSHR，促甲状腺激素受体。刺激性TSHR自身抗体具构象性，主要与TSHR的LRD结合。这些自身抗体激活Gαs并诱导cAMP生成，cAMP是参与甲状腺细胞增殖和甲状腺激素合成与分泌的主要信号通路。结构研究已经将LRD的C末端定位为这些刺激抗体的主要结合位点，这意味着这种结合可以诱导TSHR构象，从而启动最有效的激活信号。阻断TSHR自身抗体通常也具构象性，可有效防止促甲状腺激素和低亲和力刺激TSHR自身抗体与TSHR的结合。这种阻断可能会调节受体激活程度或完全阻断所有下游信号。这种调节可能导致甲状腺活动过度到活动不足的波动(称为格雷夫斯交替，Graves’Alternans)。阻断抗体也可结合到胞外域N末端的LRD。尽管阻断的定位不同于刺激抗体，但两种指向同一TSHR外域的自身抗体如何导致不同的构象变化并产生相反的作用仍不清楚。基于TSHR结构模型，对这种激动和拮抗的活性存在一种机制解释（Endocr. Rev. 30, 133–151 (2009)；J. Biol. Chem. 289, 14273–14282 (2014).）。中性TSHR自身抗体存在于高达60%的GD患者中，并且是TSH非竞争性的线性抗体，其识别铰链区(H抗体)中的表位，包括TSHR胞外域的C区(C抗体)。这些铰链区抗体既不阻断促甲状腺激素的结合，也不触发传统的TSHR信号，但对甲状腺和甲状腺外细胞有非典型的生物学效应。此外，免疫模型表明铰链区是许多这些线性TSHR自身抗体产生的热点。TSHR自身抗体的信号传导 TSHR可以诱导一个复杂的信号级联，因为其能够耦合到所有四个主要类别的G蛋白以及β-抑制蛋白(β-arrestins，GPCR信号的负调节因子)(图6)。首先，TSHR偶联到Gαs，通过环磷酸腺苷（cAMP）的产生导致PKA途径启动，cAMP介导细胞增殖和甲状腺激素合成。在高浓度的促甲状腺激素时，TSHR还与Gαq/11偶联，从而激活可PLC -β，通过DAG-IP3途径导致细胞内Ca2+水平增加，进而激活NF-кB，导致基因转录。配体结合后，磷酸化TSHR招募β-抑制蛋白，随后受体内化和信号抑制。β-抑制蛋白（β-arrestin）与受体的结合也能激活MAPK通路，导致蛋白质合成和细胞分化。因此，刺激或阻断抗体通过调节这些主要的信号级联来影响甲状腺细胞的活化和增殖。涉及中性TSHR自身抗体研究表明，这些抗体通过引起内体小泡（endosomal）成熟失败而诱发甲状腺细胞应激。在体外和活体中，由于其错误导向途径导致的活性氧簇的增加导致细胞应激和甲状腺细胞的凋亡。图6:TSHR自身抗体的信号级联 
该图说明了甲状腺刺激激素受体(TSHR)的主要信号通路，这是由于促甲状腺激素（TSH）或TSHR自身抗体与各种G蛋白的结合，这些抗体与受体富含亮氨酸的结构域结合。cAMP/PKA途径是由Gαs激活的主要途径，将导致关键的生理结果，如甲状腺激素合成或分泌，以及甲状腺生长。然而，高浓度的促甲状腺激素使受体也能与Gαq/11结合，从而激活PLCβ/PKC通路，该通路被认为在甲状腺激素碘化中起作用。此外，在某些情况下，促甲状腺激素可以激活Gα12/13，这导致MAPK信号通过Rho-GTPase激活。Gαi/o除了抑制cAMP的经典作用外，近期研究发现还与TSH的双相反应有关。尽管这种复杂的信号级联是甲状腺细胞中来自TSHR的一种通用信号通路，但其下游信号根据细胞类型而变化。文献显示，TSHR还可以与眼眶成纤维细胞和纤维细胞中的胰岛素样生长因子1受体(IGF1R)发生交互作用，这可能是由β-抑制蛋白（β-arrestins）介导的。PKA和PKC等分子是甲状腺细胞增殖、生长和激素分泌的重要信号通路。此外，支架蛋白如β-arrestins与活化的TSHR结合进行内化，并导致MAPK途径活化。AKT，RAC-α丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶；cAMP，环磷酸腺苷。CREB，环磷酸腺苷反应元件结合蛋白；Elk1，含ETS结构域蛋白质；EPAC，由cAMP激活的交换蛋白；MEK，丝裂原活化蛋白激酶激酶；mTOR，雷帕霉素的哺乳动物靶标；NFкB，核因子-кB；PLC，磷脂酶C；Raf，RAF原癌基因丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶；RAP1，Ras相关蛋白1；PKA，蛋白激酶A；PKC，蛋白激酶C；S6K，核糖体蛋白S6激酶1。
GD甲状腺外表现的机制 TSHR见于各种甲状腺外部位，其中一些参与自身免疫反应，特别是眶后和胫前皮肤。TSHR的甲状腺外分布包括淋巴细胞、胸腺、垂体、睾丸、肾脏、心脏、大脑、脂肪组织、成纤维细胞和骨骼。尚不清楚为什么其他组织不参与自身免疫反应，但数据表明TSHR在眶后组织中的表达高于其他甲状腺外部位。而且，发生GO风险与TSHR自身抗体的水平相关，TSHR自身抗体滴度与患者GO严重程度相关，提示抗体信号在其病因中的作用。然而，尽管缺乏细致的研究，单独TSHR自身抗体并没有被证明可以将GO转移到小鼠体内。 TSHR和IGF1R紧密结合，TSHR自身抗体可以从两种受体产生信号。TSHR自身抗体和IGF1R之间协同作用有重要价值，体现在 IGF1R单克隆抗体在中-重度GO患者中成功得到临床应用(见下文)(图7)（见公众号内链接：罕见病 l 2020甲状腺相关眼病的诊治和进展-流行病学和机制**）。 图7:Graves眼病的发病机制 
成纤维细胞可以分化成脂肪细胞和肌成纤维细胞，有助于组织扩张和分泌透明质酸，从而导致眼外肌破坏。成纤维细胞和脂肪细胞被促甲状腺激素受体(TSHR)激活，并诱导与胰岛素样生长因子1受体(IGF1R)的相互作用。T细胞与眼眶成纤维细胞上的CD40结合，并通过鞘氨醇1-磷酸（S1P，sphingosine1-phosphate）诱导进一步的T细胞浸润。通过CD40连接激活眼眶成纤维细胞诱导促炎细胞因子和前列腺素E2的产生。B细胞产生TSHR自身抗体，并与CD4+ T细胞相互作用。MHC，主要组织相容性复合体；PG E2，前列腺素E2。在GO中，通过循环TSHR自身抗体与前脂肪细胞和成纤维细胞上表达的TSHR蛋白的结合，眼外肌脂肪细胞的积累得到增强，这被认为可诱导IGF1R交互作用，导致透明质酸产量增加。眼外肌变得渗透性肿胀，并被细胞外基质中糖胺聚糖的过度积累所破坏。糖胺聚糖由局部成纤维细胞产生，此成纤维细胞受TSHR自身抗体以及由局部炎症反应产生的细胞因子(如干扰素γ)刺激。受损的眼肌随后纤维化，表现为斑片状淋巴细胞浸润，并表达HLA II类抗原。眶后纤维细胞（由单核细胞前体产生的间充质细胞）可以起源于骨髓后从循环中获得，并且由于其高TSHR表达而可能参与眼眶后组织扩张。 目前尚缺乏对PTM病理生理学的清晰了解，但几乎可以肯定涉及与GO相似的分子途径，并且围绕真皮成纤维细胞中TSHR的表达。因此，未来的研究需要提供更多关于糖胺聚糖积累如何导致象皮肿的研究。
问题和进展 首次描述GD自身免疫背景已经过去60余年，但其作用机制仍未完全阐明。遗传因素和环境因素的组合机制假说对于GD仍然孱弱，因为遗传关联并未表现很强，并且环境损伤在许多患者中的作用也并不清楚。在近期，研究环境作用可能更有启发性（比如碘缺乏或碘过量等的关联研究），而新的遗传技术取得更重大进展之后更会迎来突破。 病毒感染诱导关键基因反应元件的表观遗传变化表现出其重要性，而微生物群在GD发病机制中的影响也获得了更多关注，这些研究都有待进一步扩大和深入。 由于缺乏真正能复制涵盖所有GD疾病特征自发动物模型，在GD疾病机制领域步履维艰。目前的免疫模型只产生微弱的眶后变化，而打破TSHR耐受性的单一自发疾病模型尚未在GO中进行探索。一个强大的自发疾病模型将为进一步探索疾病机制奠定基础，并为研究新的治疗方法服务。
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