甲狀腺激素的獨(dú)特性在于其生物學(xué)活性需要微量元素碘。在世界上大部分地區(qū)碘是土壤中的稀有成分，因此食物中含碘稀少。生物在進(jìn)化中形成了一種復(fù)雜的機(jī)制來(lái)獲得和保有這種關(guān)鍵元素，并將其轉(zhuǎn)化為適宜摻入有機(jī)成分的形式。同時(shí)，甲狀腺必須合成甲狀腺素，這種合成發(fā)生在甲狀腺球蛋白。

　　甲狀腺素的形成經(jīng)過(guò)合成、貯存、碘化、重吸收、分解和釋放六個(gè)過(guò)程：1. 濾泡上皮細(xì)胞從血液中攝取氨基酸，在粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成甲狀腺球蛋白的前體，繼而在高爾基復(fù)合體加糖并濃縮形成分泌顆粒，再以胞吐方式排放到濾泡腔內(nèi)貯存。2. 濾泡上皮細(xì)胞能從血液中攝取I-，I-經(jīng)過(guò)過(guò)氧化物酶的作用而活化。3. 活化后的I-進(jìn)入濾泡腔與甲狀腺球蛋白結(jié)合，形成碘化的甲狀腺球蛋白。4. 濾泡上皮細(xì)胞在腺垂體分泌的促甲狀腺激素的作用下，胞吞濾泡腔內(nèi)的碘化甲狀腺球蛋白，成為膠質(zhì)小泡。5. 膠質(zhì)小泡與溶酶體融合，碘化甲狀腺球蛋白被水解酶分解形成大量四碘甲狀腺原氨酸（T4）和少量三碘甲狀腺原氨酸（T3），即甲狀腺素。6. T3和T4于細(xì)胞基底部釋放入血。

　　甲狀腺激素合成總程序。從食物和水中攝入碘被甲狀腺主動(dòng)濃集，經(jīng)過(guò)氧化酶轉(zhuǎn)變成有機(jī)碘，并和在甲狀腺濾泡細(xì)胞基層細(xì)胞表面的膠狀質(zhì)中濾泡內(nèi)甲狀腺球蛋白上的酪氨酸結(jié)合。酪氨酸碘化是在1（單碘酪氨酸）或2（二碘酪氨酸）個(gè)位置上產(chǎn)生，然后偶聯(lián)形成活性激素[二碘酪氨酸 二碘酪氨酸→四碘酪氨酸（T4 ）；二碘酪氨酸 一碘酪氨酸→三碘酪氨酸（T3 ）]，另一些T3 來(lái) 自甲狀腺內(nèi)借I5'脫碘酶T4 外環(huán)脫碘產(chǎn)生。甲狀腺球蛋白（含有T3 和T4 的糖蛋白）從濾泡被甲狀腺細(xì)胞吸取成膠滴小粒。

　　溶酶體中的蛋白酶使球蛋白中的T3 和T4 裂解，結(jié)果游離T3 （FT3 ）和游離T 4 （FT4 ）釋放。碘化酪氨酸（單碘酪氨酸和二碘酪氨酸）也從甲狀腺球蛋白中同時(shí)釋放，但只小部分進(jìn)入血流。經(jīng)細(xì)胞內(nèi)脫碘酶脫碘，這些碘被甲狀腺重新利用。

　　T 4 和T3 經(jīng)蛋白分解從甲狀腺釋放進(jìn)入血流，與甲狀腺激素結(jié)合蛋白結(jié)合轉(zhuǎn)運(yùn)。主要甲狀腺激素結(jié)合蛋白是甲狀腺素結(jié)合球蛋白（TBG），其對(duì)T4 和T3 具 有高親和力，但結(jié)合容量低。TBG正常約占結(jié)合激素的75%.其他甲狀腺激素結(jié)合蛋白——主要是甲狀腺素結(jié)合前白蛋白，又稱(chēng)轉(zhuǎn)甲狀腺蛋白（transthyretin），對(duì)T4 有高親和性，低結(jié)合容量，和白蛋白對(duì)T4 和T3 有低親和性，高結(jié)合容量——占結(jié)合血清甲狀腺激素其余部分。約0.03%的總血清T4 和 0.3%的總血清T3 呈游離狀態(tài)，與結(jié)合激素動(dòng)態(tài)平衡。唯有FT4 和FT3 在周?chē)M織起甲狀腺激素作用。

　　垂體甲狀腺興奮激素（TSH），亦稱(chēng)作促甲狀腺素，可興奮甲狀腺內(nèi)濾泡細(xì)胞，是影響和控制T3 和T4 形成的整個(gè)序列反應(yīng)所必需的。TSH與濾泡外表面上甲狀腺細(xì)胞漿膜受體結(jié)合，激活腺苷酸環(huán)化酶，因此增加了腺苷3'：5'-環(huán)化磷酸化（cAMP）形成，核苷酸介導(dǎo)TSH細(xì)胞內(nèi)效應(yīng)。垂體TSH分泌受循環(huán)中FT3 ，F(xiàn)T4 和垂體促甲狀腺細(xì)胞內(nèi)T4 轉(zhuǎn)換至T3 的負(fù)反饋調(diào)節(jié)控制。T3 是代謝上有活性碘甲腺原氨酸。游離甲狀腺激素（T4 和T3 ）增加抑制垂體TSH分泌，而T 4 和T3 水平降低導(dǎo)致垂體TSH釋放增加。TSH分泌也受TRH影響，這是由下丘腦合成的三個(gè)氨基酸肽。TRH釋放至下丘腦和垂體之間門(mén)脈系統(tǒng)，與垂體前葉促甲狀腺細(xì)胞上的特異TRH受體結(jié)合，引起TSH系列釋放。雖然甲狀腺激素對(duì)TRH合成和釋放起作用，但精確的機(jī)制仍不清。

　　約20%循環(huán)中T3 由甲狀腺產(chǎn)生，其余80%主要來(lái)自肝臟，由T4 的外環(huán)脫碘（5'D-Ⅰ）轉(zhuǎn)換產(chǎn)生。T4 的內(nèi)環(huán)單脫碘酶[5-脫碘酶（5D-Ⅲ）]同樣可發(fā)生于肝內(nèi)和肝外，產(chǎn)生3，3'，5'-T3 （反T3 或rT3 ）。這些碘甲腺原氨酸代謝活性小，但存在于正常人的血清中和極小量在甲狀腺球蛋白內(nèi)。約99%rT3 是在周?chē)M織T4 內(nèi)環(huán)脫碘產(chǎn)生。在許多情況出現(xiàn)rT3 增加，此時(shí)T3 水平降低是因?yàn)橥猸h(huán)5'D-Ⅰ活性降低（如慢性肝病，腎病，急性和慢性病，饑餓和碳水化合物缺乏）。rT3 增高主要是因?yàn)橥猸h(huán)（5'D-Ⅰ）活性降低，明顯減少了rT3 的清除。這些慢性病因此導(dǎo)致活性激素（T3 ）產(chǎn)生減少和由于清除減少而rT3 增高。T3 產(chǎn)生降低可能是機(jī)體對(duì)疾病的適應(yīng)性反應(yīng)。