甲状腺癌的确切病因尚不确定，但从流行病学调查、肿瘤的实验研究和临床观察来看，甲状腺癌的发生可能与以下因素有关。
(1)遗传因素
约5~10%的甲状腺髓样癌有明显的家族史，并常伴有跳跃性铬细胞瘤。推测这种癌症的发生可能与染色体遗传因素有关。
(2)碘和促甲状腺激素
碘摄入过多或不足都会改变甲状腺的结构和功能。瑞士甲状腺肿瘤流行区甲状腺癌发病率为2ermil，比柏林等非流行区高20倍。相反，高碘饮食也容易诱发甲状腺癌。冰岛和日本是碘摄入量最高的国家，甲状腺癌检出率高于其他国家。这可能与TSH刺激甲状腺增生的因素有关。实验证明，长期TSH刺激可促进甲状腺增生，形成结节和癌变。
(3)其他
临床上已有甲状腺癌、慢性甲状腺炎、结节性甲状腺肿或中毒性甲状腺肿癌变的报道，但这些甲状腺疾病与甲状腺癌的关系尚不确定。以甲状腺肿瘤为例。甲状腺肿瘤多为滤泡型。伴有乳头肿瘤的甲状腺癌只有2~5%由腺体肿瘤转变而来，且多为滤泡型。但其实甲状腺癌有一半以上是头癌，甲状腺癌变的发生率很小。
(4)辐射损伤
用X射线照射实验小鼠的甲状腺，可以促进动物的甲状腺癌。实验证明，131I改变了甲状腺细胞的代谢，使细胞核变形，大大减少了甲状腺素的合成。一方面，辐射引起甲状腺细胞异常分裂，导致癌变；另一方面，它不能通过破坏甲状腺产生内分泌激素，可促进甲状腺激素(TSH)的分泌和甲状腺细胞的癌变。
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