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相比于基底外侧膜的碘摄取机制，碘在顶端膜的流出并没有确切的说法。在低分化的FTRL-5细胞和猪甲状腺滤泡细胞的研究中发现，碘可以在TSH的刺激下流出 [26] 。对于生长在跨膜培养系统中的原始猪甲状腺细胞进行双向测量，结果是TSH会刺激碘在顶端膜侧流出，然而碘在基底方向的流出并没有改变 [27] 。因而推测TSH可以快速地促进碘向滤泡腔转移。电生理实验提示碘在甲状腺滤泡上皮细胞顶端膜的流出有两处碘通道，其中一个通道对碘具有高渗透性和高特异性（K m ～70μm），另一个通道则对于碘具有低亲和力（K m ～33mm） [28] 。然而这些通道的特性并没有在分子水平被明确。阴离子通道Pendrin转运碘以及Pendred综合征的患者的基因型提示了Pendrin是促进顶端碘流出的一种通道。
Pendred综合征临床主要以前庭水管扩大、感音神经性耳聋和碘有机化功能障碍为特征，后者表现为甲状腺肿大和（或）高氯酸盐释放试验阳性 [29] 。Pendred综合征在遗传上表现为常染色体隐性遗传。1997年，Everett等成功地克隆了Pendred综合征的致病基因PDS，该基因属于离子转运体26A基因家族（SLC26A4） [30] 。PDS基因位于染色体7q22-q31.1，定位PDS基因于D7S501和D7S692之间约长1.7cm长的DNA序列，PDS基因具有21个外显子并含有一个2343bp的开放阅读框，编码一个含780个氨基酸的蛋白质，即潘特林（Pendrin），该蛋白含有11个跨膜区域。SLC26A家族是一组阴离子转运蛋白，包括表达于耳蜗外毛细胞上的动力蛋白Prestin（SLC26A5）、DRA/CLD（SLC26A3）。编码Pendrin、Prestin（SLC26A5）和DRA/CLD（SLC26A3）的基因都位于染色体7q21-q31附近并且有相似的基因结构，这提示它们可能有一个共同的祖先基因。
PDS编码的蛋白Pendrin是一个分子量为86kD，含有780个氨基酸高度疏水性膜蛋白，具有11次或12次跨膜区域 [31] 。由于Pendrin蛋白与其他硫酸盐转运因子具有同源性，故以往认为它是硫酸盐转运子。现证实Pendrin蛋白为碘/氯转运蛋白。目前研究发现Pendrin表达于甲状腺、内耳、肾脏、子宫内膜和胎盘等。人的Pendrin是一个含有3个细胞外N-糖苷酶位点的糖蛋白，经糖基化修饰后该蛋白的相对分子量为110～115kD，但是去糖基化后分子量则减少至86kD [30] 。小鼠、大鼠和人的Pendrin蛋白表达相类似，Pendrin能够调节氯离子/碳酸氢盐的交换，但是具体的作用机制尚待进一步研究。研究发现小鼠Pendrin的糖基化不会影响氯离子/碳酸氢盐交换过程中的膜嵌入和基底活性的维持，但是删除小鼠的糖基化位点会破坏Pendrin对细胞外液pH的敏感性 [32] 。
类似与其他SLC26A家族成员，Pendrin的羧基末端包含一个STAS（硫酸盐转运体和抗转录起始因子拮抗剂）区域（图7-4）。这个区域和细菌的抗转录起始因子拮抗剂类似，STAS可以促进转录起始因子与RNA聚合酶相结合，从而使靶向基因具有特异性。SLC26A的STAS区域可能参与核苷酸绑定或者与其他蛋白质的相互作用，但是其明确的意义尚待研究。研究发现在Pendrin的细胞内羧基末端包含一个蛋白激酶A（PKA）共有位点，TSH会刺激Pendrin插入细胞膜并导致碘流出增加，这个过程依赖于蛋白激酶位点（PKA site）的磷酸化作用 [33] 。
图7-4 PDS基因的染色体位置和蛋白结构示意图
基因的5 ′ 和3 ′ 非翻译区为红色，编码区为蓝色；蛋白的二级结构中，绿色为糖基化位点，细胞内羧基末端含有STAS结构域，STAS结构域在Pendrin与其他蛋白的相互作用中起重要作用。
1997年，PDS基因被克隆分离，通过Northern杂交发现PDS基因的转录产物表现出高度的组织特异性，主要在人甲状腺组织表达，少量表达于成人和胎儿肾脏。随后通过RT-PCR发现Pendrin mRNA也可以在其他组织被检测到，例如内耳、子宫内膜、胎盘、肺、乳腺、前列腺、肝脏、气道上皮细胞 [34] 。
免疫组化显示Pendrin蛋白的表达局限在甲状腺滤泡上皮细胞的游离缘膜上，正常的甲状腺几乎所有滤泡上皮细胞均有Pendrin蛋白的表达 [35] 。在Graves病患者的甲状腺组织的研究中发现，Pendrin在Graves病患者甲状腺组织的表达要远高于正常甲状腺组织。同样，Pendrin在高功能腺瘤甲状腺组织的表达较正常甲状腺组织明显增高 [36] 。在低功能的甲状腺腺瘤的甲状腺组织中，RT-PCR检测到Pendrin蛋白的mRNA表达水平和Graves病患者甲状腺组织相似，但是低功能甲状腺腺瘤组织的免疫组化结果变化较大。用免疫组化和RT-PCR均发现，甲状腺乳头状癌组织中Pendrin蛋白表达明显降低，甚至表达完全呈阴性；Pendrin在甲状腺滤泡癌和髓样癌中几乎没有表达 [37] 。以往认为，Pendrin的表达与甲状腺癌的分化程度没有关系，但是近年来实验证明了Pendrin蛋白表达与甲状腺癌分化程度有关，分化好的癌系其表达水平要高于分化差的癌系。
使用FRTL-5细胞系验证不同生长因子和激素对Pendrin表达的调控作用，结果发现，低浓度的Tg可以明显增加Pendrin的表达，而TSH、胰岛素和IFN-γ对Pendrin的表达无明显影响 [38] 。这说明了当甲状腺滤泡中Tg储存过少时，细胞内碘增加的机制，一方面由于Tg降低会上调NIS表达，从而增加血中碘转运；另一方面，Pendrin表达减少引起流入滤泡腔内的碘减少。但是其他研究则显示FRTL-5细胞在给予TSH和毛喉素后，RT-PCR检测到Pendrin表达水平增加 [39] 。在PCCL3细胞加入TSH、毛喉素和8-溴-环腺苷酸后，Pendrin表达水平增加 [40] 。
研究证实在碱性条件下，分析肾HEK293、甲状腺LA2和内耳VOT36上皮细胞系的5 ′ 调控区，Pendrin基因启动子的活性增加 [41] 。深入研究HEK293肾细胞发现，酸性条件和醛固酮会使Pendrin表达下降，碱性条件会使Pendrin表达增加 [40] 。Frinsch等分别用NH 4 Cl、NaHCO 3 饲大鼠（NH 4 C1：每克体重0.033mmol，用7d; NaHCO 3 ：每克体重0.0033mmol，用7d），发现前者可显著减少Pendrin蛋白的表达，后者可显著增加Pendrin蛋白的表达 [42] 。因此pH和酸碱水平对Pendrin蛋白均有调节作用，同样Pendrin蛋白对维持酸碱平衡也有重要作用。
Pendrin是一个电中性的阴离子交换剂，可以转运碘、氯离子、碳酸氢盐、氢氧根、硫氰酸盐和甲酸盐。由于Pendrin蛋白与其他硫酸盐转运因子具有同源性，所以以往认为它是一个硫酸盐转运子，但是后来对于PDS基因转染的爪蟾卵母细胞和PDS基因重组杆状病毒转染Sf9昆虫细胞以及Pendred综合征患者的培养甲状腺细胞中研究证实，Pendrin不是一种硫酸盐转运子，而主要是一种碘/氯转运体。在爪蟾卵母细胞的研究中发现，Pendrin可以介导氯离子和碘的摄取而不依赖于钠离子 [43] 。Pendrin为甲状腺滤泡细胞顶端游离缘上的碘/氯转运子，并且Pendred综合征患者会出现碘有机化障碍，所以推测碘在甲状腺滤泡上皮细胞顶端游离缘上通过Pendrin蛋白进入滤泡腔，并在过氧化物酶的作用下与甲状腺球蛋白相结合。一个同时表达NIS和Pendrin的犬肾传代细胞（MDCK）的研究也证实了Pendrin可以介导顶端碘的流出。爪蟾卵母细胞的研究证实了Pendrin还能调节碘/氯化物、碘/碳酸氢盐、氯离子/碳酸氢盐的交换，以1∶1的比例 [44] 。Pendrin会优先转运碘，并且在氯离子浓度很高的情况下碘也可以被转运，这个现象使得Pendrin介导碘流进滤泡腔这种说法更为可信，因为只有在Pendrin对于碘的亲和力高于氯离子的情况下碘才会被优先转运。同样在腮腺导管也发现了腔侧碘分泌，这提示了Pendrin可能对于碘有优先的亲和力。在PDS转染的PCCL3鼠甲状腺细胞的研究中发现，给予毛喉素后会导致蛋白激酶A通路介导的膜插入增加和碘流出增加 [45] 。另外，当PCCL3鼠细胞长时间接触胰岛素会导致Pendrin在从细胞质到细胞膜的过程中出现延迟性染色体易位。
Pendrin蛋白在肾脏的表达具有区域性，研究证实Pendrin位于B型楔细胞游离缘的胞浆囊泡内以及肾皮质集合管、连接管、远端小管的非A非B细胞型楔细胞游离缘膜上。一般来说，远端集合管是吸收还是分泌取决于机体当时的酸碱平衡状态。重碳酸盐的分泌是由位于基底膜的B细胞的H + -ATP酶完成的，然而位于细胞游离膜的A细胞可以介导重碳酸盐的吸收 [46] 。用去氧皮质酮新戊酸酯和重碳酸盐饲养鼠可刺激游离的集合管分泌重碳酸盐，然而无PDS基因的鼠则不会发生此现象。上述研究提示Pendrin可以介导重碳酸盐的分泌，同时也可以通过调节肾脏氯离子的吸收来控制血压。Frinsch等分别用氯化铵和碳酸氢钠饲喂大鼠，发现酸负荷会导致皮质集合管的Pendrin蛋白表达减少，相反，碱负荷会导致Pendrin蛋白表达增加 [47] 。在肾脏，Pendrin蛋白还受醛固酮和血管紧张素2的调节，醛固酮和血管紧张素2通过调节Pendrin介导的氯离子重吸收和ENaC介导的钠离子重吸收来管理肾脏的血压，因此可以认为Pendrin是高血压治疗的靶向目标 [48] 。许多Pendred综合征患者出现代谢性碱中毒，证实了Pendrin蛋白在代谢性碱中毒的发生发展中也起了重要作用 [49] 。
PDS基因在内耳的表达首先通过PCR方法对胚胎耳蜗cDNA库的分析而证实的。Pendrin表达于内淋巴管、内淋巴囊，Pendrin作为阴离子泵在内耳具有氯/甲酸转运作用，在保持内耳液体的离子平衡、维持正常听力中具有重要作用。部分学者推测在胚胎发育时，PDS基因突变导致内耳Pendrin蛋白表达异常，氯离子转运缺陷导致内耳离子平衡受损且内耳压异常，最终影响内耳的正常发育。
Pendrin在子宫内膜上也有表达，而且随着月经周期其表达位置也呈周期性的改变，但是在子宫平滑肌内没有表达。Pendrin蛋白在呼吸道也有表达，哮喘和COPD患者的Pendrin表达会上调，并且相关研究认为Pendrin和病情严重程度有关 [50] 。
Pendred综合征最早由英国全科医生Pendred于1896年报道 [51] 。其发病率从7.5/100000至10/100000不等，可以导致大约10%的遗传性耳聋，是引起耳聋综合征的主要原因，其耳聋常伴有内耳发育异常，最常见为前庭水管扩大（Enlarged Vestibular Aqueduct, EVA）。在新生儿中，Pendred综合征发病率为1/25000，占先天耳聋的7.5%。
过氯酸盐试验是传统的Pendred综合征诊断方法，阳性结果（服用过氯酸盐后，甲状腺内已摄入的放射碘被排泄出来，其量大于服用过氯酸盐前甲状腺摄 131 I的10%）。这是由于过氯酸竞争抑制了碘的转运，使未有机化的放射碘被排泄出来，提示Pendred综合征患者存在碘有机化缺陷。PDS基因的变异会导致碘有机化部分障碍，尽管如此，大部分Pendred综合征患者的甲状腺功能仍然是正常的 [52] 。目前已经报道的PDS基因突变位点超过100个，其中大部分是错义突变，另外还有框移突变和剪接位点突变，这些突变在mRNA链上的分布无明显聚集现象，除外显子20尚未发现突变外，其余各个外显子上均检测到了突变位点。在国外，Pendred综合征患者进行PDS基因检测是分子诊断实验室的常规，PDS基因p.T416P和p.L236P是欧洲Pendred综合征患者最常见的两种突变类型 [52] 。Pryor提出PDS基因突变数目与表型相关，他们对39名有前庭水管扩大表现的感音神经性耳聋患者进行PDS基因测序，发现所有11名Pendred综合征患者均携带有2个等位基因突变，而19名伴前庭水管扩大的非综合征感音神经性耳聋患者只携带1个或者不携带突变基因，两组比较有统计学意义 [53] 。为了深入研究突变的PDS基因编码的Pendrin蛋白的致病机制，Taylor等观察了9个PDS基因的错意突变的突变体在细胞的等位和功能上的变异，绿色荧光蛋白标记的Pendrin蛋白突变体在哺乳动物系的瞬时表达显示，正确定位到细胞膜上的突变体仅有两个（L117F和G209V），与正常的Pendrin蛋白的定位类似。其余的突变体均没有到达细胞膜，而是分布在细胞质内的不同区域。Taylor推测这些突变体没有到达细胞膜的正确区域可能是因为蛋白在内质网和高尔基体内加工的过程出现了异常。接下来用ConcavalinA和高尔基体特异性抗体标记这些细胞器，发现细胞质内的Pendrin突变体均局限在内质网膜上。为了弄清突变体的特异性碘离子转运功能，Taylor使细胞同时转染了NIS，以便使细胞内开始便有足够的碘离子，结果显示，仅转染NIS的细胞碘离子多聚集在细胞内，外流量很低；转染正常PDS基因和NIS的细胞，碘离子外流量高达66%；转染突变PDS基因和NIS的细胞，除了L117F和G209V外，其余突变体所致的碘离子外流量与仅转染NIS的细胞相近，这些结果提示PDS基因的突变导致Pendrin蛋白不能准确定位在相应的细胞膜上，而局限在内质网膜，也失去了转运碘离子的能力。
研究显示，高碘地区的PDS等位基因突变的Pendred综合征患者并没有出现甲减 [54] ，这提示甲减的发展可能只出现在低碘摄取的情况下。并且PDS等位基因突变患者的临床表现是多变的，甚至有些患者的甲状腺并没有肿大，血清Tg水平也没有提高。许多双等位基因突变的患者也没有出现甲状腺病变，这说明碘可能是通过其他通道穿过顶端膜而不依赖于Pendrin，所以Pendrin在甲状腺中的作用需要进一步的研究。