下視丘－垂體－甲狀腺軸的神經調節（Neural Regulation of the Hypothalamic Pituitary Thyroid Axis）

會議／場次： ENDO 2026／SY25
短講： SY25-01
講者： Ricardo H. Costa e Sousa, DVM, MSc, DSc

整理稿

研究問題與 HPT 軸的神經控制

主持人介紹來自 Boston University 的 Ricardo H. Costa e Sousa，講題是下視丘－垂體－甲狀腺軸（hypothalamic-pituitary-thyroid axis, HPT axis）的神經調節。講者聲明無利益衝突，接著提出兩條研究主線：第一是 melanocortin system 如何透過 arcuate nucleus 的 agouti-related peptide（AgRP）neurons 與 paraventricular nucleus（PVN）的 melanocortin-4 receptor（MC4R）positive neurons 調控 HPT axis；第二是 PVN 內 thyroid hormone receptor beta（THRB）如何參與 thyroid-hormone negative feedback。

Slides 延伸補充：01:09 起的 title、disclosure 與 overview slides 確認講者、Boston University Chobanian & Avedisian School of Medicine affiliation、無相關財務關係，以及 AgRP／MC4R／THRB 三條主軸。正式講題前的十張會場廣告與 booth 預告已列為 boundary exclusions，不作為本篇證據或公開投影片。

Melanocortin system 與 hypophysiotropic TRH neurons

含 alpha-melanocyte-stimulating hormone（alpha-MSH）或 AgRP 的 nerve terminals 都靠近 PVN 的 thyrotropin-releasing hormone（TRH）neurons，提示功能性聯繫。Fasting 或 negative energy balance 會降低 TRH transcription；in situ hybridization 顯示 fasting 後 TRH mRNA 降低，而 alpha-MSH 可逆轉此變化。TRH neurons 也表達 MC4R：alpha-MSH 為 agonist，AgRP 則為 inverse agonist。

Slides 延伸補充：TRH promoter（−900 至 +55）luciferase assay 顯示 alpha-MSH 在體外可提高 reporter activity；投影片列出 150 ng 與 300 ng 條件，以及 Harris et al., 2001 與 Fekete et al., 2000。這是 promoter assay，不等同於已在活體證明直接突觸或直接 transcriptional regulation。

Chemogenetic experiment 顯示，fasting 會使 TSH 與 T4 下降；若在 fasting 期間維持 TRH neurons 活化，HPT-axis suppression 便被打斷。這說明 TRH-neuron inhibition 是 fasting endocrine response 的重要環節，而非只有伴隨性 marker。

另一組實驗在 arcuate nucleus 抑制 AgRP neurons，也使 fasting-induced TSH/T4 suppression 被打斷，數值接近 baseline。Slides 延伸補充：Costa-e-Sousa et al., 2023 的設計使用 AgRP-ires-Cre mice、ARC AAV-hM4Di-mCherry 與 CNO；投影片標示 fasting 32–36 小時並比較 Initial、Fasting＋Saline、Recovery 與 Fasting＋CNO。

這個 chemogenetic result 與 AgRP terminals 靠近 TRH neurons 的 morphology 相符，但不能單獨證明 ARC AgRP neurons 對 PVN TRH neurons 存在直接 monosynaptic projection。因此合理結論是 ARC AgRP 與 PVN TRH populations 共同參與 fasting／weight-loss response；直接突觸仍是待驗證推論。

MC4R、THRB 與 TRH-neuron heterogeneity

研究團隊在 rostral、intermediate 與 caudal PVN 定量 TRH、THRB、MC4R 的共表達。Rostral 與 caudal PVN 多數 TRH neurons 不表達這兩種 receptors；intermediate PVN 多數細胞表達 THRB、MC4R 或兩者之一。由於 hypophysiotropic TRH neurons 主要位於 intermediate region，receptor-positive cells 可能富集神經內分泌功能，但這仍依賴區域與 phenotype 的間接對應。

整體而言，約 20% TRH neurons 表達 MC4R。為測試它們能否驅動 HPT axis，團隊在 Mc4r-t2a-Cre mice 的 PVN 注射 AAV-hSyn-DIO-hM3D(Gq)-mCherry，以 clozapine-N-oxide（CNO）chemogenetically activate MC4R-positive neurons。Fed 與 fasted animals 都在 CNO 後迅速上升 TSH，之後 T4 也上升。

Slides 延伸補充：連續抽血時間為 0、30、60、90 分鐘；fed animals 的 TSH 約上升 4-fold，fasted animals 約 6.7-fold。這證明至少一部分 MC4R-positive TRH neurons 是 hypophysiotropic 並能調節 TSH secretion，但不代表所有 MC4R neurons 或所有 TRH neurons功能相同。

THRB 與傳統 negative-feedback 模型

帶有 pathogenic THRB variants 的 resistance to thyroid hormone beta（RTHbeta）患者可出現 central resistance to T3；即使給予 T3，TSH 也不如預期下降。THRB-knockout mice 亦可見 T4、T3、TSH 升高與 thyroid enlargement。人體與 mouse evidence 均支持 THRB 參與 HPT-axis feedback。

傳統模型認為 T3 直接抑制 TRH transcription。經典 hypothalamic T3 pellet experiment 中，植入側的 TRH mRNA 與 protein 下降，contralateral side 保持正常；human TRH-promoter assay 則顯示，在 TR beta 存在時 T3 可調節 transcription，而 TR alpha 未見相同效果。THRB2-knockout mice 的 TRH expression 升高且不能被 T3 正常抑制，因此長期主流模型把 THRB2-mediated direct TRH transcriptional repression 視為核心。

團隊以 isoform-specific in situ hybridization，加上 Thrb1-Cre／Thrb2-Cre lines 與 Cre-dependent AAV-mCherry，重新檢查 PVN isoform distribution。結果顯示 THRB1 明顯比 THRB2 豐富，其他 hypothalamic areas 亦然。Slides 延伸補充：原圖的 bar graph 約為 THRB1-positive 佔 PVN neurons 六成、THRB2-positive 約一成；raw draft 所寫「約 80%」並非投影片數據，故不採用。少數 THRB2-positive cells 仍可能功能重要，數量較少不能排除其作用。

Adult-onset 與 developmental PVN THRB deletion

為測試 THRB 是否在 PVN 直接控制 TRH transcription，研究團隊在 adult Thrb-floxed mice 的 PVN 注射 AAV-Cre。GFP 確認注射位置，針對 floxed exon 的 in situ probe 顯示 target PVN 的 THRB expression 幾乎消失；此策略同時影響 THRB1 與 THRB2。

即使 knockout 很有效，TRH mRNA 與 controls 無差異，TSH 等量測亦未改變。Slides 延伸補充：adult local-knockout slide 標示術後至 5 weeks 的 blood-collection design；不能據此把每一週都解讀為獨立陰性試驗。

團隊接著將 Thrb-floxed mice 與 Sim1-iCre line 交配，使 PVN 在 embryonic development 期間缺失 Thrb。In situ hybridization 再次確認 Thrb mRNA 消失，但 euthyroid baseline 下的 TRH、TSH、T4、food intake 與 body mass 都未見差異。這表示不論 adult-onset local deletion 或 developmental deletion，在基準狀態下都沒有支持「PVN THRB 直接決定 TRH transcription set point」的結果；然而 physiological compensation 仍可能掩蓋 phenotype，因此必須加上 axis challenge。

Hypothyroid challenge：TRH transcription 與 TSH secretion 分離

研究團隊以 low-iodine diet 加 propylthiouracil（PTU）誘發 hypothyroidism，並在最後階段補充 T3；劑量為 1 microgram/100 g body weight/day，目標是讓 TSH 接近 euthyroid range，而非造成 overt hyperthyroidism。

Controls 與 Sim1-driven THRB knockouts 都有相似 TRH transcriptional response：hypothyroidism 提高 TRH mRNA，T3 replacement 在兩組均將其抑制。因此，在這套設計中仍沒有證據顯示 PVN THRB 直接調節 TRH transcription。

TSH 的結果則不同。Knockout mice 的 TSH 較高；即使 TRH transcription 沒有 genotype difference，缺失 PVN THRB 仍會提高 TSH。Slides 延伸補充：原圖顯示 week 0 與 low-iodine diet＋PTU week 3 的比較，在 week 3 knockout 組 TSH 高於 control；另一 time-course 呈現 hypothyroid 與 T3 conditions。這些資料支持 secretion-level regulation，但不能由此直接證明 median eminence 的 TRH release 已被實測。

講者因而提出 THRB 可能透過 transcription 之後的機制，例如 TRH-neuron excitability 或 median eminence release，調節 pituitary TSH secretion。

T3 與 TRH-neuron firing rate

團隊與 Joseph Madara、Zongfan Yang 合作，在 Trh-IRES-Cre mice 以 AAV-DIO-mCherry 標記 PVN TRH neurons，進行 electrophysiology。比較 euthyroid、PTU 4 weeks 的 hypothyroid，以及 PTU 4 weeks 加最後 5 days T3（1 microgram/100 g/day）三組；每組來自 4–5 mice、記錄超過 30 neurons。

Hypothyroid mice 的 TRH-neuron spontaneous firing rate 上升，T3 replacement 則將此上升壓低。這支持 thyroid state 與 TRH-neuron electrical activity 有關。目前較精確的結論是：T3 能抑制 hypothyroidism-associated firing-rate increase；THRB 是否直接介導這個 electrophysiologic effect，講者明確說仍需在 knockout models 中直接測試。

因此，不能把現有 firing experiment 寫成已證實「T3 透過 THRB 直接改變膜電位」。較保守的 working hypothesis 是：PVN THRB 對 TRH transcription 沒有主要直接作用，但可能參與 T3 對 neuronal excitability、TRH release 與 TSH secretion 的調控。

結論

講者歸納：少數 MC4R-positive TRH neurons 是 hypophysiotropic，活化後足以促進 TSH、隨後促進 T4；但只有少部分 TRH neurons 同時表達 THRB 與 MC4R，提示 hypophysiotropic TRH system 可能包含回應 metabolic signals 與 thyroid-hormone feedback 的不同 subpopulations。

PVN 中 THRB1 比 THRB2 豐富。Adult 與 developmental deletion 都未支持 THRB 直接主導 TRH transcription；相反地，PVN THRB deletion 影響 TSH，thyroid state 又與 TRH-neuron firing rate 有關。這把研究焦點從單純的 promoter repression，移向 neuronal activity 與 peptide release，但後兩者之間的直接 causal chain 仍待完成 knockout electrophysiology 與 release measurements。

現場問答

THRA 與 THRB 是否共表達？

聽眾詢問 THRA 在 hypothalamus 的表達，以及是否與 THRB 同時檢測。講者回答，目前還沒有完成同步共定位；現有 probes 主要分辨 THRB1 與 THRB2。THRA 在 PVN 也高度表達，但團隊仍在解決如何區分 THRA1 與 THRA2。對於 TRH neurons 是否同時表達 THRA 與 THRB，講者回答「是」，但尚不能說 THRA signal 屬於 THRA1 或 THRA2。

團隊已建立結合 dominant-negative THRA 與 THRB knockout 的 mice，未來可讓 PVN 表達 dominant-negative THRA、同時缺失 THRB，用以處理 receptor compensation 問題。

是否延伸到 non-thyroidal illness？

主持人問 fasting melanocortin pathway 是否也參與其他 non-thyroidal illness。講者認為 arcuate nucleus 對 TRH neurons 的影響可能比目前理解更廣，甚至可能涉及 feedback，但明確表示這仍是推測，尚無本講實驗可證實。

Setmelanotide 是否提高 thyroid hormone？

聽眾詢問 MC4R agonist setmelanotide 治療是否會提高 thyroid-hormone levels。講者說自己尚未直接審閱 trial data，只從臨床同事得到「未觀察到」的初步訊息，無法給出 definitive answer。另一位聽眾補充，其幾名接受 setmelanotide 的患者也未見升高。這些是非系統性臨床觀察，不能取代正式 safety／laboratory dataset。