甲狀腺激素的獨特性在于其生物學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。生物在進化中形成了一種復雜的機制來獲得和保有這種關鍵元素，并將其轉化為適宜摻入有機成分的形式。同時，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)過合成、貯存、碘化、重吸收、分解和釋放六個過程：

　　1. 濾泡上皮細胞從血液中攝取氨基酸，在粗面內質網(wǎng)合成甲狀腺球蛋白的前體，繼而在高爾基復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貯存。

　　2. 濾泡上皮細胞能從血液中攝取I-，I-經(jīng)過過氧化物酶的作用而活化。

　　3. 活化后的I-進入濾泡腔與甲狀腺球蛋白結合，形成碘化的甲狀腺球蛋白。

　　4. 濾泡上皮細胞在腺垂體分泌的促甲狀腺激素的作用下，胞吞濾泡腔內的碘化甲狀腺球蛋白，成為膠質小泡。

　　5. 膠質小泡與溶酶體融合，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濃集,經(jīng)過氧化酶轉變成有機碘,并和在甲狀腺濾泡細胞基層細胞表面的膠狀質中濾泡內甲狀腺球蛋白上的酪氨酸結合.酪氨酸碘化是在1(單碘酪氨酸)或2(二碘酪氨酸)個位置上產(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 自甲狀腺內借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釋放,但只小部分進入血流.經(jīng)細胞內脫碘酶脫碘,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入血流,與甲狀腺激素結合蛋白結合轉運.主要甲狀腺激素結合蛋白是甲狀腺素結合球蛋白(TBG), 其對T4 和T3 具 有高親和力,但結合容量低.TBG正常約占結合激素的75%.其他甲狀腺激素結合蛋白---主要是甲狀腺素結合前白蛋白,又稱轉甲狀腺蛋白 (transthyretin),對T4 有高親和性,低結合容量,和白蛋白對T4 和T3 有低親和性,高結合容量---占結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),與結合激素動態(tài)平衡.唯有FT4 和FT3 在周圍組織起甲狀腺激素作用.

　　垂體甲狀腺興奮激素(TSH),亦稱作促甲狀腺素,可興奮甲狀腺內濾泡細胞,是影響和控制T3 和T4 形成的整個序列反應所必需的.TSH與濾泡外表面上甲狀腺細胞漿膜受體結合,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TSH細胞內效應.垂體TSH分泌受循環(huán)中FT3 ,FT4 和垂體促甲狀腺細胞內T4 轉換至T3 的負反饋調節(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氨基酸肽.TRH釋放至下丘腦和垂體之間門脈系統(tǒng),與垂體前葉促甲狀腺細胞上的特異TRH受體結合,引起TSH系列釋放.雖然甲狀腺激素對TRH合成和釋放起作用,但精確的機制仍不清.

　　約20%循環(huán)中T3 由甲狀腺產(chǎn)生,其余80%主要來自肝臟,由T4 的外環(huán)脫碘(5'D-Ⅰ)轉換產(chǎn)生.T4 的內環(huán)單脫碘酶[5-脫碘酶(5D-Ⅲ)]同樣可發(fā)生于肝內和肝外,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.約99%rT3 是在周圍組織T4 內環(huán)脫碘產(chǎn)生.在許多情況出現(xiàn)rT3 增加,此時T3 水平降低是因為外環(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 增高主要是因為外環(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)生降低可能是機體對疾病的適應性反應.