基底脊索动物海鞘 Styela clava 中甲状腺激素合成蛋白前体的鉴定

一种微小海洋生物如何照亮我们自身的激素系统

甲状腺激素在人体中帮助控制生长、发育和代谢，但这一系统在进化中起源于何处？本研究将目光投向一种意想不到的动物——一种名为海鞘（Styela clava）的细小管状海洋生物——以回答这一问题。通过揭示该动物在从自由游动的幼体向固着成体转变过程中如何合成类甲状腺激素，研究者表明我们自身内分泌系统的关键组成部分可能比此前认为的更古老且更为广泛分布。

从海鞘到甲状腺科学

在包括人类在内的脊椎动物中，甲状腺激素是在甲状腺内利用一种巨大的蛋白质——甲状球蛋白（thyroglobulin）合成的。然而在无脊椎动物中，科学家们此前并未明确鉴定出可比的蛋白，这使得无脊椎动物可能完全依赖环境中的类激素化合物的设想成为一种可能性。作者们重新审视了一个经典但未解的观察：针对牛甲状球蛋白的抗体会强烈标记海鞘 Styela clava 的进食器官（内索）的一片区域。借助现代蛋白质分析和进化学工具，他们着手确定到底是哪种蛋白被识别，以及它是否真正作为激素合成模板发挥作用。

发现隐藏的激素工厂

研究团队首先使用一种能结合脊椎动物甲状球蛋白的抗体，从 Styela clava 组织中“捕获”出类似蛋白，并通过质谱鉴定出若干候选者。在这些候选中，有一种非常大的蛋白被命名为 ScTG-like，格外突出。该蛋白的基因在幼体阶段强烈表达，与已知参与甲状腺激素生成的其它成分同期上调，其信使 RNA 和蛋白定位于游动幼体的前部以及成体内索的甲状腺等价区域。当研究者在培养细胞中表达该蛋白的一部分并在体外给予碘处理时，它获得了与甲状腺激素相符的化学特征，类似于人类甲状球蛋白的表现。一个相关的 Styela 蛋白在该测试中失败，进一步支持 ScTG-like 是真实的激素前体的论点。

蝌蚪体内的原始甲状腺

更仔细观察幼体内部时，科学家们发现前躯干处有一个由少数紧密排列细胞构成的小型内陷囊腔。该“滤泡样”结构对 ScTG-like、甲状腺激素本身以及在脊椎动物中有助于构建和运行甲状腺的多种蛋白均显示出阳性信号。强调富含糖类分泌蛋白的染色（在脊椎动物甲状腺滤泡中丰富）也使这一囊腔显色，且在斑马鱼甲状腺组织中观察到了类似的染色。当实验性沉默 ScTG-like 时，该小囊腔中的蛋白和甲状腺激素信号都消失，表明它确实作为一个激素合成与储存位点——一种无脊椎幼体的原始甲状腺——发挥作用。

驱动剧烈转变的激素

为测试依赖 ScTG-like 的激素是否对动物生命周期至关重要，研究者使用 RNA 干扰减少 ScTG-like 的生成。ScTG-like 水平降低的幼体表现出甲状腺激素显著下降并难以完成正常变态：尾部退化不良、转变延迟，且形成的幼体虹吸孔畸形、内脏未成熟。用一剂活性甲状腺激素（T3）处理这些受损幼体能够挽救其发育，使变态恢复到近正常水平。该直接挽救实验将该蛋白在激素合成中的作用与其对动物剧烈形态变化的时序和质量控制联系起来。

甲状腺激素合成的古老蓝图

超越单一物种，研究团队比较了多种动物的蛋白结构，发现其他双侧动物（从棘皮动物到环节动物和软体动物）中也存在具有相似结构特征的 TG 样蛋白——尤其是被认为携带激素形成位点的重复结构域。即使氨基酸序列差异很大，这些结构域的总体布局以及大量可能的二硫键的存在仍与脊椎动物甲状球蛋白相似。这些相似性表明，利用大型支架蛋白内部生成类甲状腺激素的方式起源于动物演化的深处，随后被精炼为脊椎动物中结构良好的甲状腺。

这对理解我们自身有何意义

这项工作首次在脊椎动物之外鉴定出功能性甲状腺激素合成蛋白前体，并指出了在无脊椎脊索动物中充当原始甲状腺的滤泡样结构。对非专业读者而言，结论是：我们自身用来控制生长和代谢的机制并非脊椎动物独有的晚期发明，而是一个在简单海洋动物中已初具雏形的古老系统。通过将这些激素根源追溯到像 Styela clava 这样的生物，科学家们能够更清晰地描绘复杂内分泌器官如何进化，以及保守的激素通路如何塑造整个生命树上动物的生命周期。

引用: Zhang, J., Yang, L., Beinsteiner, B. et al. Identification of protein precursor for thyroid hormone synthesis in basal chordate ascidian Styela clava. Nat Commun 17, 2463 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-69290-7

关键词: 甲状腺激素进化, 海鞘变态, 类甲状球蛋白蛋白质, 内分泌系统起源, 无脊椎动物激素合成