胸腺素可使由骨髓产生的干细胞转变成T细胞，因而有增强细胞免疫功能的作用，对体液免疫的影响甚微。动物试验表明，它能使去胸腺小鼠部分或接近全部地恢复免疫排异和移植物抗宿主反应，能使萎缩的淋巴组织复生，淋巴细胞增殖，使幼淋巴细胞成熟，变为有免疫功能的淋巴细胞。
胸腺素的作用可能是：①能连续诱导T细胞分化发育的各个阶段；②具有调节机体的免疫平衡的作用：③能增强成熟T细胞对抗原或其它刺激的反应。胸腺素无明显的种属特异性。
胸腺素已试用于胸腺发育不全综合征、运动失调性毛细血管扩张症、慢性皮肤粘膜真菌病等免疫缺陷病。对胸腺发育不全症患儿可长期应用作替代性治疗。用于肿瘤病人，可见大部分患者T细胞数增多，也见有临床症状改善。对全身性红斑狼疮、类风湿性关节炎等自身免疫性疾病有一定疗效。
国内猪胸腺素试用于治疗复发性口疮、麻风、重症感染、慢性肾炎等等伴有细胞免疫功能低下的患者时，发现对麻风和重症感染的效果最为满意，对病毒性肝炎、恶性肿瘤、某些眼病也有一定疗效。
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