甲状腺激素的全面解析：从分子结构到临床意义

mysmile 闻库 2025-09-12 1

甲状腺激素

甲状腺激素（Thyroid Hormone，简称TH）是由甲状腺分泌的一类关键激素，属于酪氨酸的碘化衍生物，主要包括甲状腺素（又称四碘甲腺原氨酸，T4）和三碘甲状腺原氨酸（T3）。它们通过与特异性受体结合，广泛调节人体几乎全部细胞的生理活动。左甲状腺素（L-T4）作为人工合成激素，其分子式为C₁₅H₁₁O₄I₄N，分子量776.93，外观呈白色或浅棕色结晶粉末，无臭无味，水溶性低，功能与内源性甲状腺素相同。T3的分子式为C₁₅H₁₂O₄I₃N，分子量650.96，是活性最强的甲状腺激素形式。

当前国内已开发多种甲状腺激素检测试剂盒，可测定TT3（总三碘甲状腺原氨酸）、TT4（总甲状腺素）、FT3（游离T3）、FT4（游离甲状腺素）及TSH（促甲状腺激素）等指标。甲状腺激素对人体的生长发育、新陈代谢、水盐平衡、电解质调节、心血管功能及神经系统活动均具有深远影响。

发现历史甲状腺激素的发现

中国早在公元6世纪就有利用羊甲状腺治疗呆小症的记录。干燥甲状腺提取物（DTE）能有效改善患者的体温过低、体重异常及面部水肿等症状。

1883年，Theodor Kocker等科学家确认了甲状腺切除与黏液性水肿之间的因果关系。1890年，葡萄牙医师Bettencourt R与Serrano JA首次通过皮下注射绵羊甲状腺提取物成功治疗甲状腺功能减退患者。次年，英国的George Redmayne Murray以英文报道类似成果，即“Murray注射疗法”。

甲状腺激素化合物的发现

1914年圣诞节，美国梅奥诊所的Edward Calvin Kendall教授从牛甲状腺中分离出结晶物质，命名为“Thyroxin”，并提出其含三分子碘的假说，但后续合成实验均未成功。

1926年，英国学者Charles Robert Harington修正其结构，发现每分子甲状腺素含四个碘原子，成功合成并命名为Thyroxine（T4）。

1949年，甲状腺素钠盐的研制显著提高了T4的口服生物利用度。1952年，英国科学家Pitt-Rivers与博士后Gross在《柳叶刀》发表论文，首次在人血浆中鉴定出第二种甲状腺激素——三碘甲状腺原氨酸（T3），其生物活性远高于T4。法国生化学家Jean Roche团队也在一周前以法语发表论文，通过不同方法证实T3的存在。

化学结构甲状腺素

甲状腺素依旋光性分为左旋与右旋构型。通过密度泛函理论（DFT）可优化其团簇几何结构，如下图所示：

三碘甲腺原氨酸

T3主要由T4转化而来，其结构式与T4相似，区别在于第二个苯环上少一个碘原子。

理化性质左甲状腺素（L-thyroxine,L-T4）

L-T4即人工合成的3,5,3′,5′-四碘甲状腺原氨酸，呈白色或淡棕色结晶粉末，无气味，微溶于水。

三碘甲状腺原氨酸（L-T3）

T3以钠盐形式存在，是活性最强的甲状腺激素，效能约为L-T4的3–5倍。

生理作用

甲状腺激素是调控细胞新陈代谢、分化与细胞增殖的核心因子，主要包括T4和T3。它们通过与细胞内受体结合激活基因表达，具体作用包括：

（1）促进生长发育：甲状腺激素是脑垂体生长激素发挥作用的必要条件，尤其对婴儿期骨骼、大脑与生殖器官发育至关重要。先天性缺乏会导致呆小症，表现为智力障碍与性发育迟缓；成人缺乏则引起黏液性水肿，伴有记忆减退与反应迟钝。

（2）调节新陈代谢：增强组织氧化代谢，提升耗氧量与产热，使基础代谢率上升。正常水平下促进蛋白质合成，过量则导致肌肉分解与消瘦，并可能引发骨密度下降及骨质疏松症。它促进糖与半乳糖吸收，调节糖原异生与肝糖原合成，同时加速脂肪分解，降低体脂与血脂。

（3）水盐平衡：调节糖类代谢，甲状腺功能低下时易出现黏液性水肿与浆膜腔积液（如心包积液、胸腔积液）。

（4）心血管功能：维持正常心功能，增强心肌收缩力与心输出量。缺乏时心率减缓、心排量降低，伴畏寒与皮肤干燥。

（5）神经系统：促进中枢神经系统发育与功能维持，尤其影响哺乳动物小脑成熟。缺乏可导致不可逆的神经发育损伤。

形成过程

甲状腺激素在甲状腺内合成并分泌，调节全身代谢。摄入的碘化物经吸收后由甲状腺摄取并活化，与甲状腺球蛋白（TG）上的酪氨酸残基结合形成MIT和DIT，进一步偶联成T4与T3并储存于滤泡腔。在水解酶作用下，TG分解释放激素入血。

T4仅由甲状腺生成，T3则可由T4在外周组织脱碘转化。脱碘过程由三种酶调控：DIO1（肝、肾、甲状腺）将T4转为T3；DIO2（脑、垂体、肌肉）调节细胞内T3；DIO3负责灭活T3、T4为无活性rT3与T2。

循环中大部分甲状腺激素与血浆蛋白（如TBG、TTR、白蛋白）结合。垂体分泌的TSH受下丘脑TRH调节，共同控制激素合成与释放。

作用机制基因作用

甲状腺激素与甲状腺激素受体（TR）结合形成复合物，启动靶基因转录，促进功能蛋白合成。T3与受体亲和力高于T4十倍。TR分为TRα与TRβ亚型：TRα1主导心脑功能，TRβ1调节肝脂代谢。TR通过结合靶基因启动子的TREs调控转录，T3诱导受体构象变化，释放阻遏复合物，招募辅激活物。

受体功能包括：（1）TRα主导骨发育；（2）TRα亚型协同调节心肌基因表达；（3）TRα1与TRβ1平衡调控星形胶质细胞分化。

非基因作用

甲状腺激素与核糖体、线粒体及细胞膜受体结合，影响转录后过程、能量代谢与膜转运，促进葡萄糖与氨基酸摄入。T3直接激活Na⁺-K⁺-ATP酶，加速ATP分解产热，并通过调节氧化磷酸化增强耗氧与代谢。

临床意义

中国临床依赖TT3、TT4、FT3、FT4及TSH等指标诊断甲状腺功能异常，常用检测技术包括时间分辨荧光法（TRFIA）、化学发光免疫分析（CLIA）与电化学发光（eclia）。现有多种试剂盒如TT3、TT4、FT3、FT4与TSH检测盒（如西门子、雅培、罗氏等品牌）。

各疾病中指标变化：
（1）糖尿病：rT3升高、TT3降低；妊娠糖尿病者T3、T4、FT3、FT4低于正常，TSH升高；2型糖尿病患者空腹血糖升高伴TSH、FT3、FT4降低。
（2）多囊卵巢综合症：TSH升高，T3、T4、FT3降低。
（3）甲状腺乳头状癌：血清TSH升高。
（4）精神分裂症：甲状腺激素水平降低。
（5）抑郁症：单相抑郁者FT3、FT4低于双相抑郁与正常人。
（6）重型颅脑损伤：甲状腺激素与皮质醇变化可评估预后。
（7）乳腺癌：T3下降与TPO抗体升高提示病情。
（8）心力衰竭：心功能越差，T3、T4、FT3、FT4越低，TSH越高。
（9）肺心病心衰：T3、FT3随心衰加重下降，rT3升高；治疗有效后T3、FT3回升。
（10）冠心病心衰、心肌梗死（急性心肌梗死）及肺心病：T3、FT3、T3/rT3降低，rT3升高。
（11）甲亢：FT3、FT4、T3、T4升高，TSH降低。
（12）甲状腺功能减退：FT3、FT4、T3、T4降低，TSH升高。