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  从甲状腺激素的结构可以看出,甲状腺激素合成的主要框架是酪氨酸的碘化。

  

  主要以碘离子(I)的形式在小肠处被肠黏膜上皮吸收,转运机制与氯离子(Cl)相似。世界卫生组织推荐的每日摄入量(膳食营养素参考摄取量,)是:儿童90～120μg,成人150μg(孕妇200μg)。美国医学研究所食物与营养委员会(Food and Nutrition Board, Institute of Medicine)推荐的每日摄入量则是:0～6月龄110μg,7～12月龄130μg,1～8岁90μg,9～13岁120μg,青春期以后150μg(孕妇220μg,哺乳期妇女290μg)。

  进入循环的I分布在细胞外液,仅有1/5被甲状腺吸收利用,其余的主要经尿液排出(少数由汗腺排出)。由于尿碘值约为摄入量的70%～80%,所以,尿碘是监测碘营养的公认指标。  I依靠甲状腺滤泡上皮细胞基底部的钠-碘共同转运体(又名碘泵)以继发性主动转运的形式进入上皮细胞,再顺着电-化学梯度进入腺泡腔。最终,甲状腺的I浓度是血液的20～250倍,含碘总量在800μg左右,占全身含碘总量的90%。高锝酸盐(TcO)、高氯酸盐(ClO)、硫氰酸盐(SCN)可与I竞争碘泵的结合位置。  碘为构成甲状腺素的主要成分,当缺乏时会造成甲状腺合成减少,引起甲状腺组织肿胀,即「缺碘性甲状腺肿」,俗称「大脖子病」。甲状腺素有促进细胞代谢,增加氧消耗,刺激组织生长、成熟和分化的功能,并且有助于肠道中葡萄糖的吸收。血液循环中的甲状腺素大多为半生期较长的T。T和T在血液中的比例大约为1比20,而T在细胞中会被脱碘酶(deiodinase)转为活性较强的T,并更进一步脱羧及脱碘形成3-碘类甲腺质(Ta)及类甲腺质 (Ta)。三种脱碘酶皆为含硒元素的酵素,因此硒元素的摄取在T的制造上十分重要。 甲状腺对碘的吸收主要受TSH调节。

  主要来源于甲状腺球蛋白(英语:thyroglobulin,Tg),它是一种大小约660kd的糖蛋白,分子内约有一百个酪氨酸残基。正常情况下只有10%左右的残基能够被碘化。甲状腺球蛋白在滤泡上皮细胞的粗面内质网中合成,以胞吐作用释放。

  这一过程主要由分布在滤泡上皮细胞的游离面的甲状腺过氧化物酶(英语:thyroid peroxidase,TPO)催化。I在TPO催化下被过氧化氢氧化为新生态碘I或I(也可能是次碘酸根IO)。甲状腺球蛋白即将或刚刚释放时,又在TPO催化下与活性碘发生反应,最终生成一碘酪氨酸(英语:monoiodotyrosine,MIT)残基和二碘酪氨酸(英语:diiodotyrosine,DIT)残基。  TSH可调节过氧化氢的生成和甲状腺过氧化物酶的活性。

  在TPO的催化下,碘化酪氨酸残基之间可以相互缩合: 正常情况下,只有少数处于特定位置的碘化酪氨酸残基能够发生缩合反应。在正常情况下,平均每个经过加工的甲状腺球蛋白分子上含有6个MIT残基,4个DIT残基,2个T残基,0.2个T残基。  由于TPO广泛参与了碘离子的活化、酪氨酸残基的碘化和缩合,因此,是调节甲状腺功能的分子机制之一。它的活性受TSH调节,也是硫<unk>类和咪唑类抗甲状腺药物的作用靶点。

  甲状腺球蛋白以胶质的形式大量储存在腺泡腔内。这种细胞外的储存形式比较特殊,其生理意义在于保证甲状腺激素在相当长(2～3个月)的时间内稳定供应。同样道理,甲状腺功能亢进症患者需要服用较长时间的抗甲状腺药物后才能控制病情。 正常情况下,每日有25mg的甲状腺球蛋白被摄取,水解出甲状腺激素释放入循环(见下文);另有100μg直接“泄露”到循环中。

  滤泡上皮细胞以胞吞作用摄取胶质。胞吞作用形成的胶质小滴随后与溶酶体融合,在多种蛋白酶的催化下,胶质小滴里的甲状腺球蛋白水解出MIT、DIT、T、T和rT。小部分T还可以转化为T。  T、T、rT释放入循环。由于主要的缩合产物是T,因此甲状腺分泌的甲状腺激素以T为主(>90%)。  MIT和DIT则在滤泡上皮细胞微粒体脱碘酶的作用下脱碘,碘在细胞内重新利用。如果脱碘酶存在缺陷,患者极容易出现碘缺乏症。  TSH可加速甲状腺球蛋白的吸收及水解过程。锂盐、碘离子、秋水仙碱、细胞松弛素B可以抑制甲状腺球蛋白的吸收。碘离子还可以抑制甲状腺球蛋白的水解。所以,短期内大量给予碘离子可导致甲状腺抑制,此现象称为Wolff-Chaikoff效应。

  循环中的甲状腺激素几乎全部与血浆蛋白结合,主要的结合蛋白包括甲状腺素结合球蛋白(英语:thyroxine-binding globulin,TBG)、甲状腺素结合前白蛋白(英语:thyroxine-binding prealbumin,TBPA)、白蛋白和脂蛋白 。  由于绝大多数的甲状腺激素处于结合状态,所以,甲状腺素结合球蛋白和甲状腺素结合前白蛋白的浓度可显著影响总T和总T的水平;但几乎不会影响游离和游离T的水平,也不会影响和T的代谢速率。  甲状腺激素进入靶细胞后,大部分仍与细胞蛋白结合,形成细胞内储存库。  只有游离的甲状腺激素才具有生理活性。绝大多数甲状腺激素以无活性的结合态存在,其生理意义在于:

  

  此为主要途径,依靠脱碘酶。脱碘酶是一种含硒的蛋白质,广泛分布于全身多种组织,主要的亚型有:  脱碘作用的临床意义:

  约15%的T和15%的T在肝细胞中与葡醛酸或硫酸结合,经胆汁外排。

  约5%的T和5%的T在肝脏和肾脏中发生脱氨基和脱羧基作用,分别形成四碘甲腺醋酸和三碘甲腺醋酸,经尿外排。

  甲状腺激素的生理作用,几乎全部都是T核受体介导的。

  广泛作用于各种细胞;可激活多种转录因子,从而激活多种基因的表达。此外,其生理作用还与机体所处的发育阶段、细胞所处的分化阶段有关。大致而言,可使全身各系统的生理功能增强。

  甲状腺素在正常发育及细胞分化上扮演了重要的角色,它控制了蛋白质、脂肪以及碳水化合物的代谢,并且刺激维生素的代谢。数种生理上及病理上刺激影响了甲状腺素的合成。此外,甲状腺素还控制人类的恒温机制。在体温骤降的状况下,甲状腺素也影响了哺乳赖的冬眠以及鸟类的换羽。  甲状腺激素维持哺乳动物的生长发育,尤其是中枢神经系统和骨骼。假如幼年期罹患甲状腺功能减退症,则可导致永久性智障和矮小,称呆小病。

  由于来源于动物的甲状腺片的甲状腺激素含量不稳定,且人工合成的甲状腺激素已能量产,目前广泛使用的是T或T的人工合成品。

  甲状腺素分泌过多或过少都会导致疾病:
甲状腺激素(英语:thyroid hormones)是由甲状腺滤泡上皮细胞合成的酪氨酸碘化物。主要是四碘甲腺原氨酸(又名甲状腺素,缩写为T)和三碘甲腺原氨酸(缩写为T),此外,还有少量逆-三碘甲腺原氨酸(缩写为rT)。注意,甲状腺分泌的激素除了甲状腺激素外,还有降钙素。由于降钙素是甲状腺滤泡旁细胞产生的,所以,不属于甲状腺激素的范畴。