甲状腺激素
甲状腺激素（Thyroid hormone，缩写TH）由甲状腺分泌，为酪氨酸的含碘衍生物，主要有甲状腺素（thyroxine，别称四碘甲腺原氨酸，即T4）和三碘甲状腺原氨酸（3,5,3′-triiodothyronine，即T3），与特异性受体结合作用，几乎作用于人体全部细胞。其中，左甲状腺素（L-T4）的分子式为C15H11O4I4N，相对分子质量为776.93，为人工合成的甲状腺激素，即3,5,3′,5′-四碘甲状腺原氨酸，为白色或浅棕色结晶粉末，无臭无味，微溶于水，作用同人体自身合成的甲状腺素。T3的分子式为C15H12O4I3N，相对分子质量为650.96，是生物活性最强的甲状腺激素。
目前中国已研究出各种甲状腺激素检测试剂盒，检测指标主要有：TT3（三碘甲状腺原氨酸）、TT4（总甲状腺素）、FT3（游离三碘甲状腺原氨酸）、FT4（游离甲状腺素）和TSH（促甲状腺激素）等。甲状腺激素对生长发育、体内新陈代谢、水、电解质、心血管系统、神经系统等具有重要影响。
发现历史
甲状腺激素的发现
在中国，早在公元6世纪，已经有利用羊甲状腺治疗呆小症的记载。动物干甲状腺提取物（desiccated thyroid extract，DTE）可缓解此类患者的临床症状，包括体温上升、体重快速减轻、面部浮肿减退等。
1883年，Theodor Kocker等明确了切除甲状腺与黏液水肿的因果关系。1890年，葡萄牙医生Bettencourt R和Serrano JA使用绵羊甲状腺提取物经皮下注射首次成功治疗了甲状腺机能低下症患者。1年后，英国George Redmayne Murray发表了相似成功经验的英文报道，即著名的“Murray Injection”。
甲状腺激素化合物的发现
1914年圣诞节，美国Mayo Clinic的Edward Calvin Kendall教授成功地从牛甲状腺中分离得到了结晶物并命名为“Thyroxin”，并坚持认为其含有碘，每个分子结合3个碘原子。然而根据这个假说的合成实验一直失败。
1926年，英国学者Charles Robert Harington发现Thyroxin每分子结合4个碘原子，合成并命名该分子为thyroxine，即甲状腺素（T4）。
1949年，甲状腺素钠盐的研制成功克服了T4口服生物利用度有限的不足。1952年，英国生化学家Pitt-Rivers和博士后Gross在《柳叶刀》上发表了1篇论文《The identification of 3: 5: 3'-L-triiodothyronine in human plasma》，报道了在人类血浆中发现的第二种甲状腺激素——三碘甲状腺原氨酸（3，5，3′-triiodothyronine,T3），T3生物学效应高于T4。法国生化学家Jean Roche等早于该篇文章1周发表了1篇法语文章，使用与上述文章不同的方法为循环T3的存在提供了证据。
化学结构
甲状腺素
甲状腺素根据旋光性不同，分为左甲状腺素和右甲状腺素。利用密度泛涵理论（DFT）优化甲状腺素团簇的几何结构如下图：
三碘甲腺原氨酸
主要来源于甲状腺素的转化，与甲状腺素结构相近，不同的是三碘甲状腺原氨酸结构式中第二个环上缺少一个碘原子。
理化性质
左甲状腺素（L-thyroxine,L-T4）
L-T4为人工合成的甲状腺激素，即3,5,3′,5′-四碘甲状腺原氨酸。L-T4为白色或浅棕色结晶粉末，无臭无味，微溶于水。
三碘甲状腺原氨酸（L-T3）
T3为三碘甲状腺原氨酸钠，是生物活性最强的甲状腺激素，比L-T4高3~5倍。
生理作用
甲状腺激素是细胞新陈代谢、分化和细胞增殖的重要调节因子，主要有甲状腺素（thyroxine,T4）和三碘甲状腺原氨酸（3,5,3′-triiodothyronine,T3），由促甲状腺激素控制。甲状腺激素发挥生物学作用主要是与细胞内的甲状腺激素受体结合后激活相关基因的表达实现的，主要表现在以下方面：
（1）对生长发育的影响：脑垂体前叶分泌的生长激素必须有足够的甲状腺激素存在才能充分发挥作用。甲状腺激素促进生长发育作用在婴儿时期最为明显，尤其是出生后4个月内。它主要促进骨骼、脑和生殖器官的生长发育。甲状腺激素缺乏，生长激素也减少，两者之间存在着协同作用。先天性或幼年甲状腺素缺乏，将导致呆小症，即克汀病，除身材矮小外，还会引起脑发育不全，智力低下，性器官无法发育成熟。成年人甲状腺功能不足时引起黏液性水肿，表现为中枢神经兴奋性降低、记忆力减退、回应迟缓等。
（2）对体内新陈代谢的影响：甲状腺激素可加强机体许多组织的氧化作用，使体内氧消耗量增加，基础代谢率增加，产热量增多，产热效应增强。
在正常情况下甲状腺激素主要促进蛋白质的合成，特别是使骨、骨骼肌、肝等相关的蛋白质合成明显增加，对幼年生长、发育意义重大。但是当甲状腺激素分泌过多时，会使得蛋白质，特别是骨骼肌的蛋白质大量分解，从而感到消瘦无力，另外，甲状腺激素分泌过多也会引起骨代谢异常基骨密度下降，增加骨质疏松症的风险。
除此之外，甲状腺激素还能促进肠道对葡萄糖和半乳糖的吸收和糖原异生及肝糖原的合成，同时还可以刺激脂肪合成，促进脂肪分解，但总的作用是减少脂肪贮存量，降低血脂。
（3）对水、电解质的影响：增强糖类的分解和合成，甲状腺功能下降和不足时发生黏液浮肿，甚至发生浆膜腔积液，包括心包积液、胸腔积液以及关节腔积液。
（4）对心血管系统的影响：适量的甲状腺激素可以维持心血管功能正常，加强心血管系统的活动，使得心率加快，心搏有力，心输出量增加，还能为组织供给适量的氧和代谢物质。甲状腺功能不足时心跳变慢，心排出量下降，且人体会惧怕寒冷，感觉干燥少汗。
（5）对神经系统的影响：对中枢神经系统的影响主要表现为发育成熟和维持其正常功能。甲状腺激素能促进哺乳动物小脑的发育成熟。甲状腺激素缺乏影响脑部生长发育，使得子代的神经发育受损，造成不可逆损伤。甲状腺激素缺乏导致后代智力低下，运动失调。
形成过程
甲状腺激素在甲状腺合成分泌，调节机体代谢，作用于人体几乎全部的细胞。机体摄入的无机碘化物经胃肠道吸收进入血循环，迅速被甲状腺摄取浓缩。碘化物进入细胞后，经过氧化酶的作用，产生活性碘，然后活性碘迅速与甲状腺球蛋白（TG）分子上的酪氨酸残基结合，形成一碘酪氨酸（MIT）和二碘酪氨酸（DIT）。碘化酪氨酸在过氧化酶的作用下，两分子的DIT偶联生成T4，一分子DIT和一分子MIT则偶联成T3，贮存与胶质腔内。在蛋白水解酶作用下，TG分解并释放T4、T3进入血液。
T4仅在甲状腺中生成，含量较多，是甲状腺激素的主要形式。而T3可在甲状腺和许多其他组织中由T4脱碘而来。参与甲状腺激素代谢的酶有三种：
（1）1型脱氨酸酶（type Ⅰ iodothyronine deiodinase,DIO1），在肝脏、甲状腺和肾脏中主要负责将细胞外T4转化为T3；
（2）2型脱氨酸酶（type Ⅱ iodothyronine deiodinase,DIO2），主要在脑、垂体和骨骼肌中调节细胞内T3浓度，将T4转化为T3；
（3）3型脱氨酸酶（type Ⅲ iodothyronine deiodinase,DIO3），负责激素的灭活，分别将T3和T4代谢成没有生物活性的二碘甲状腺原氨酸（Diiodothyronine，即T2）和反三碘甲状腺原氨酸（reverse triiodothyronine，即rT3）。
甲状腺激素进入血液循环后大部分与血浆蛋白质结合，其中75%的T4和甲状腺结合蛋白（TBG相结合，其余与甲状腺素视黄质运载蛋白（TTR）、白蛋白和脂蛋白结合。同时，垂体分泌的促甲状腺激素，促进甲状腺激素的合成和分泌，而TSH的分泌又受下丘脑分泌的促甲状腺激素释放激素的调节。
作用机制
基因作用
甲状腺激素与甲状腺激素受体（thyriod hormone receptor,TR）结合形成激素受体复合物，启动靶基因转录，加速相关蛋白和酶的生成，从而产生生理或药理学作用，T3与受体亲和力比T4大10倍，故TR又称为T3受体。
甲状腺激素受体（TR）有两种亚型，即甲状腺激素α受体（TRα）和甲状腺激素β受体（TRβ），TRα1和TRβ1主要分布于组织脏器。脑和心脏，TRα1主要分布于脑和心脏，与心率及心肌舒缩密切相关。TRβ1主要分布于肝脏组织，也分布于肾脏和甲状腺，主要影响血脂代谢。
甲状腺激素受体的分子作用机制：TR通过识别并结合靶基因启动子的甲状腺激素反应元件（TREs）来调节基因转录。在有T3存在时，TR与T3结合使TR中的丝氨酸残基磷酸化发生构象改变，阻遏复合物被释放。同时，在TRs调节的转录中，调控元件复合物和局部T3水平相互协调，改变辅助抑制物和辅助激活物的离解或聚集。
甲状腺激素受体的作用：
（1）TRα在骨发育及其功能中起相对主要的作用。
（2）TRα1、TRα2、TRα3共同作用，使得甲状腺激素最终对心肌生长和基因表达作用。
（3）与激素结合的TRα1对星形胶质细胞分化有正性作用，TRβ1则有相反的作用，因此星形胶质细胞的发育成熟需要这两种受体活性作用的平衡。
非基因作用
甲状腺激素与核蛋白体、线粒体和细胞膜上的受体结合，影响转录后的过程、能量代谢和膜的转运功能，增加葡萄糖、氨基酸等摄入细胞内，使多种酶和细胞活性加强。T3还可直接激活细胞膜Na+ - K+ - ATP酶，使ATP分解加速，产热增多；同时使ADP/ATP比例增大，刺激氧化磷酸化，耗氧量增加，进而调节细胞的能量代谢和物质代谢。
临床意义
目前中国甲状腺功能疾病的诊断主要依赖于实验室的检测指标，敏感性较好，其主要的检测指标包括TT3（三碘甲状腺原氨酸）、TT4（总甲状腺素）、FT3（游离三碘甲状腺原氨酸）、FT4（游离甲状腺素）和TSH（促甲状腺激素）等。
常用的检测技术有时间分辨荧光分析法（TRFIA）、化学发光免疫分析技术（CLIA）、电化学发光免疫分析（eclia）等。
为研究甲状腺激素含量，各厂家还研制了多种甲状腺激素检测试剂盒，主要有5种：TT3、TT4、FT3、FT4和TSH试剂盒。例如TSH与FT4检测试剂西门子-C、西门子-I、雅培试剂、罗氏试剂和化学发光免疫试剂；FT3检测试剂时间分辨荧光免疫分析试剂盒、T3检测的定量检测试剂盒等。
各项指标在不同疾病中的意义：
（1）糖尿病：a.在治疗之前，糖尿病患者的rT3的值明显高于正常人，总三碘甲状腺原氨酸（TT3）的值明显低于正常人。b.妊娠糖尿病患者血清T3、FT3、T4及FT4水平低于正常孕妇，而TSH水平高于正常孕妇。c.2型糖尿病患者空腹血糖水平高于正常人，TSH、FT3以及FT4水平均低于正常人。
（2）多囊卵巢综合症：TSH水平显著高于正常人，T3、T4、FT3水平均显著低于正常人。
（3）甲状腺乳头状癌：TSH在患者血清中水平较高。
（4）精神分裂症：血清甲状腺激素水平低于正常人。
（5）抑郁症：单相抑郁症患者FT3水平显著低于双相抑郁症患者，FT4水平显著低于双向抑郁症患者和正常人。
（6）重型颅脑损伤：临床上在诊治重型颅脑损伤时，通过预估甲状腺激素与皮质醇的变化情况评价治疗结果、治疗风险及相关问题具有高度科学性。
（7）乳腺癌：血清甲状腺激素T3水平下降、甲状腺过氧化物酶抗体表达过高，是乳腺癌程度的主要反映指标。
（8）心力衰竭：随心功能分级的升高，T3、T4、FT3、FT4水平降低，TSH浓度升高。心力衰竭患者存在甲状腺激素代谢紊乱现象，监测甲状腺激素水平变化有利于合理应用药物治疗，改善预后。
（9）肺心病心力衰竭：随着心衰程度的加重，T3、FT3逐渐降低，rT3逐渐升高，T4、FT4仅在心功能达4级者才明显低于正常人。治疗有效者随着心功能的改善，T3、FT3逐渐升高，rT3逐渐降低，T4、FT4、TSH无明显变化。
（10）冠心病心力衰竭患者、心肌梗死（急性心肌梗死）患者和肺心病患者血清中T3、FT3及T3/rT3较正常人明显降低，而血清rT3明显增高。冠心病心力衰竭患者的血清T3、FT3及T3/rT3随心力衰竭的严重程度明显降低；肺心病急发期较缓解期降低明显，rT3则增加明显。
（11）甲状腺功能亢进症：甲亢患者较正常人的FT3、FT4、T3、T4水平高，TSH水平低。
（12）甲状腺机能低下症：甲减患者较正常人的FT3、FT4、T3、T4水平低，TSH水平高。
甲状腺激素类似物
甲状腺激素类似物是一类新兴药物，通过与甲状腺激素受体选择性结合，一方面在特定组织中发挥拟甲状腺激素作用，尤其在降血脂和能量代谢方面，另一方面避免不良反应，具有广泛应用前景。高选择性的甲状腺激素类似物与TH相比，存在氨基酸侧链结构的不同，且具有优于TH的特异作用，除调脂、减重外，其对心血管、骨骼肌肉无副反应。主要甲状腺激素类似物有MB07811、MB07811、KB2115、T-0681及3,5-二碘甲状腺丙酸（DITPA）等。
甲状腺激素相关疾病及影响因素
碘对甲状腺的影响
碘是合成甲状腺素、三碘甲状腺原氨酸的一种必需组成成分，碘缺乏、碘过量均会导致甲状腺疾病的增加。碘缺乏病（IDD）是一种地方病。碘摄入不足会使甲状腺激素合成减少，导致IDD，影响胎儿和儿童神经发育，严重者称为呆小症，成人会引起结节性甲状腺肿。碘摄入过多时会抑制激素的合成及释放，诱发和加重甲状腺的自身免疫损伤，可致甲状腺疾病的增加，主要为甲状腺功能减低（甲减）及自体免疫性疾病甲状腺疾病。目前碘过量与甲状腺癌的关系尚不明确。
硒对甲状腺的影响
是人体必需的一种微量元素，存在于多种组织器官中，在甲状腺中含量最高。人体主要从食物中摄取硒，它在体内以硒代半胱氨酸形式存在，将含硒代半胱氨酸的蛋白称为“硒蛋白”。硒蛋白在甲状腺抗氧化系统及甲状腺激素的合成、活化、代谢过程中发挥重要作用。硒蛋白不仅参与甲状腺激素的合成，同样可调节甲状腺激素的代谢。甲状腺素（T4）在脱碘酶的作用下，脱碘形成三碘甲状腺原氨酸（T3）和逆-三碘甲腺原氨酸（rT3）。而体内三种脱碘酶ID1、ID2、ID3经证实均为含硒酶。此外，硒对免疫系统的调节及抗炎症作用对自体免疫性疾病甲状腺疾病也有保护作用。
自身免疫性甲状腺病
目前发现硒的补充对自身免疫性甲状腺病有预防及保护作用。但是目前并没有研究证明补充硒后使AITD的甲状腺功能恢复到正常，因此目前硒制剂只作为AITD的一种辅助治疗。
甲状腺癌
甲状腺癌是一种恶行肿瘤疾病。按照组织学分型可分为:乳头状甲状腺癌、滤泡状甲状腺癌、甲状腺髓样癌及未分化型甲状腺癌。甲状腺组织中硒的低含量，可能增加甲状腺分化癌发生的危险。
甲状腺肿
硒含量与甲状腺肿的关系仍存在争议。
低T3综合征
低T3综合征是指非甲状腺疾病原因引起的血中T3降低的综合征，也称为甲状腺功能正常的病态综合征（ESS），常常出现在严重疾病的重症患者中，在这类患者中硒水平明显低于正常人。而补充硒会使ESS患者的甲状腺激素水平更早恢复正常。
铁对甲状腺的影响
铁对于碘的有效利用和甲状腺激素的合成至关重要。甲状腺过氧化酶（thyroid peroxidase，缩写TPO）是一种与甲状腺滤泡细胞膜结合的铁依赖性酶，作用是催化甲状腺激素的合成。
铁缺乏是常见的营养性疾病。缺铁易导致TPO活性降低，T4转化为T3的转化率降低，从而导致其相应的生理功能发生障碍。因此，缺铁引起的疾病主要通过降低血红依赖性甲状腺或氧化物酶的活性来影响甲状腺素的合成。轻度缺铁和缺铁性贫血的孕妇较正常人TSH更高，FT4更低。
铁过载指由于机体供铁过多或铁利用障碍导致的铁含量超出正常代谢范围而沉积，常见于血液系统疾病。铁过载可以引起甲状腺、垂体、肾上腺等内分泌功能紊乱，其中甲状腺对铁过载状态最为敏感。
甲状腺功能亢进症
甲状腺功能亢进症是甲状腺激素生成过剩而引起的全身代谢亢进。典型症状包括体重减轻、心悸病、焦虑、眼球凸出、颤抖、易怒、月经失调、疲劳、不耐热，以及食欲增加，还会经常脱发。
（1）铁蛋白与甲状腺功能亢进症。
男性甲亢患者的血清铁蛋白（SF）对甲状腺素的反应强于女性，这可能与女性月经的生理周期有关。
（2）血清铁与甲状腺功能亢进症
甲亢患者血红蛋白浓度的下降可能与铁吸收不良相关。
甲状腺功能减退症
血清铁降低，总铁结合力升高，T3、T4降低，TSH升高，表现为甲减或甲减趋势。甲状腺激素浓度与红细胞的形成之间存在共生关系：红细胞前体的增殖需要T3刺激，甲状腺激素的合成直接或间接通过提高红细胞生成素的产生来促进。甲减患者因甲状腺激素的缺乏导致增重、健忘、体冷、或不耐寒、抑郁、疲劳、皮服干燥、便秘、失去斗志、脱发、肌肉痉挛、月经过多或月经紊乱，胃酸分泌减少、铁吸收障碍而致缺铁，而缺铁又可能导致甲减加重。铁代谢平衡与甲状腺激素之间相互影响，相互作用。
Graves病
Graves病（Graves'disease，缩写GD）是以高代谢状态为特征的自体免疫性疾病甲状腺疾病。Graves甲状腺功能亢进可干扰铁代谢。GD时甲状腺激素影响血红素合成酶的活性，导致铁利用发生障碍，使之堆积于细胞内。
单纯性甲状腺肿
铁缺乏患者TSH明显升高，FT4明显降低，补充铁剂可改善缺铁患者对口服碘油的疗效。临床中提倡预防为主，婴幼儿在添加辅食后即注意添加富含铁的食物，饮食和营养均衡；青春期儿童，尤其是女孩若拟诊为缺铁性贫血，可口服补充铁剂，鼓励合理搭配饮食，促进铁的吸收。成人若确诊铁缺乏或缺铁性贫血，应先纠正贫血，一旦恢复铁的充足性，可通过饮食调理，食用富含铁的食物，包括肉、鱼、谷物、豆类等。
心血管疾病
甲状腺激素对心血管系统的影响：（1）改善心肌收缩功能；（2）加快心室率，提高心肌的兴奋性；（3）降低血管阻力，促进血管新生，影响心肌细胞线粒体功能等作用；（4）对心肌具有保护作用。甲状腺激素异常会导致心血管功能下降，严重时导致心力衰竭。
甲状腺疾病的预防
（1）妊娠甲状腺疾病主要分为甲状腺功能亢进、功能低下等，在妊娠妇女中甲状腺疾病的发生率相对其他人群更高，并且有70%无临床症状。妊娠期间应加强对于甲状腺功能的检查，采取早发现早治疗是减轻对新生儿的生理状和甲状腺功能伤害的最根本的预防措施。
（2）碘缺乏病可补充适量的食用碘盐（含碘量20-30mg/kg）；高碘或碘中毒的防治主要是限制人群的高碘摄入，不食用含碘盐，加强环境中碘的监测。
（3）有甲状腺疾病遗传背景者在常规体检中查甲状腺功能和甲状腺超声检查。
（4）普及甲状腺疾病的防治知识，对甲状腺疾病遗传背景的人群进行健康教育。
注意事项
（1）口服易吸收，T4、T3的生物利用度分别为50%~70%和90%~95%。
（2）严重性黏液水肿时口服吸收不良，需肠外给药。