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41 下丘脑与垂体

学习目标

完成本章后，学生应能够回答以下问题：

描述垂体的结构和组成，及其与下丘脑大细胞和小细胞神经元的结构和功能关系。

讨论神经激素抗利尿激素（ADH）和催产素（oxytocin）在大细胞神经元中的合成、运输和释放机制。

绘制一个基本示意图，说明典型内分泌轴的组成部分和反馈环路，包括中枢输入、下丘脑释放因子、垂体激素和外周内分泌腺。解释设定点的概念。

列出腺垂体的内分泌细胞类型及其产生的促激素，注意哪些激素共享共同的亚基。

比较生长激素细胞和催乳激素细胞的内分泌轴与经典内分泌轴，并解释它们的不同之处。

讨论生长激素（GH）和胰岛素样生长因子I（IGF-I）在生长调节中的作用，以及GH在禁食状态下的作用。

描述催乳素在启动和维持泌乳中的作用。

垂体（也称为hypophysis）是位于前脑底部的一个小而复杂的内分泌结构（重量约为0.5克）（图41.1）。它由称为腺垂体（adenohypophysis）的上皮成分和称为神经垂体（neurohypophysis）的神经结构组成。腺垂体由五种细胞类型组成，分泌六种激素。神经垂体释放多种神经激素。垂体的所有内分泌功能都受下丘脑以及负反馈和正反馈环路的调节。

解剖学

显微镜下观察垂体可发现两种不同类型的组织：上皮组织和神经组织（图41.2）。人类垂体的上皮部分称为腺垂体。腺垂体构成垂体的前部，通常被称为垂体前叶，其激素被称为垂体前叶激素。腺垂体由三部分组成：（1）远侧部（pars distalis），约占腺垂体的90%；（2）结节部（pars tuberalis），环绕垂体柄；（3）中间部（pars intermedia），在成年人类中退化并消失。

垂体的神经部分被称为神经垂体(neurohypophysis)，它是下丘脑向下生长的部分。神经垂体最下方的部分称为神经部(pars nervosa)，也称为垂体的后叶(posterior lobe of the pituitary)或简称后垂体(posterior pituitary)。在神经垂体的上端，形成了一个漏斗状的膨大，称为正中隆起(median eminence)。从正中隆起向下延伸到神经部的神经垂体部分称为漏斗(infundibulum)。漏斗和结节部(pars tuberalis)共同构成了垂体柄(pituitary stalk)——下丘脑和垂体之间的物理连接（见图41.2）。

垂体（前叶和后叶）位于蝶骨的一个凹陷处，称为蝶鞍(sella turcica)。通常，垂体中的肿瘤只能向一个方向扩展，即向上进入大脑并压迫视交叉(optic chiasma)。因此，垂体的任何增大通常都与视野缺损和头痛有关。蝶鞍通过一层称为鞍膈(diaphragma sellae)的膜与大脑隔开。

神经垂体

神经部(pars nervosa)是一个神经血管结构，是神经激素释放的部位，靠近丰富的毛细血管床。释放的肽类激素是抗利尿激素(antidiuretic hormone, ADH，或精氨酸加压素)和催产素(oxytocin)。投射到神经部的神经元胞体位于下丘脑的视上核(supraoptic nuclei, SON)和室旁核(paraventricular nuclei, PVN)（核是指位于中枢神经系统[CNS]内的神经元胞体集合；神经节是指位于CNS外的神经元胞体集合）。这些神经元的大胞体被称为大细胞(magnocellular)，它们的轴突沿着漏斗柄向下投射，形成下丘脑-垂体束(hypothalamohypophyseal tracts)。单个大细胞神经元是激素特异性的，产生ADH或催产素。这些轴突终止于神经部（图41.3）。除了来自SON和PVN的轴突过程和终末外，还有类似胶质的支持细胞，称为垂体细胞(pituicytes)。后垂体有丰富的血管分布，毛细血管是有孔的(fenestrated)，从而促进激素扩散到体循环中。

• 图41.1  头部的横截面图像，显示下丘脑和垂体的接近性以及它们通过神经垂体（垂体）柄的连接。

A

• 图 41.2  A，垂体的大体结构。垂体位于下丘脑下方，并通过垂体柄与之相连。垂体位于蝶骨的蝶鞍内，并被硬脑膜反折（鞍膈）覆盖。远侧部（pars distalis）构成了垂体前叶的大部分。B，远侧部来源于上皮组织，由嗜酸性细胞（acidophils）(A)（生长激素细胞和催乳激素细胞）和嗜碱性细胞（basophils）(B)（促甲状腺激素细胞、促性腺激素细胞和促肾上腺皮质激素细胞）组成。C，垂体后叶来源于神经组织，具有无髓鞘神经的组织学外观。C p，嫌色细胞（chromophobes）；H，赫林体（Herring bodies）。(A，改编自 Stevens A, Lowe JS. Human Histology. 3rd ed. Philadelphia: Elsevier; 2005. B 和 C，来自 Young B, Lowe JS, Stevens A, Heath JW, Deakin PJ. Wheater’s Functional Histology. 5th ed. Philadelphia: Churchill Livingstone; 2006.)

• 图 41.2  续

• 图 41.3  下丘脑的大细胞神经元（室旁核和视上核）的轴突向下延伸至漏斗突，并终止于神经部（后叶），在那里它们将激素（ADH 或催产素）释放到毛细血管床中。（改编自 Larsen PR, Kronenberg HM, Melmed S, et al. Williams Textbook of Endocrinology. 10th ed. Philadelphia: Saunders; 2003.)

• 图 41.4  前加压素原（preprovasopressin）或前催产素原（preprooxytocin）的合成与加工。

ADH 和催产素的合成

ADH 和催产素是仅有两个氨基酸差异的小肽（九个氨基酸），但它们的活性重叠有限。ADH 和催产素以前激素原（preprohormones）的形式合成（图 41.4）。每个激素原包含催产素或 ADH 的结构以及一个共分泌的肽，即神经垂体素 I（neurophysin I，与 ADH 相关）或神经垂体素 II（neurophysin II，与催产素相关）。这些前激素原被称为前加压素原（preprovasophysin）和前催产素原（preprooxyphysin）。当肽被转运到内质网时，N 端信号肽被切割。在视上核（SON）和室旁核（PVN）的细胞体内，激素原被包装在内质网和高尔基体的膜结合分泌颗粒中（图 41.5）。分泌颗粒通过一种“快速”（即每小时数毫米）的依赖 ATP 的轴突运输机制，沿着漏斗柄运输到神经部的轴突末端。在分泌颗粒运输过程中，激素原被蛋白水解切割，产生等摩尔量的激素和神经垂体素。含有完全加工肽的分泌颗粒储存在轴突末端。由于储存的分泌颗粒的存在，轴突末端的扩张可以通过光学显微镜观察到，这些扩张被称为赫林体（Herring bodies）。

<nowiki>ADH（抗利尿激素）和催产素（oxytocin）主要由SON（视上核）和PVN（室旁核）中的细胞体及其树突检测到的刺激所引发，从神经垂体（pars nervosa）释放。这些刺激主要来自下丘脑中间神经元释放的神经递质。在足够的刺激下，神经元会去极化并沿轴突传播动作电位。在轴突末端，动作电位会增加细胞内\left[\mathrm{Ca^{++}}\right]的浓度，从而引发刺激-分泌反应，ADH或催产素与神经垂体素（neurophysins）一起通过胞吐作用释放到神经垂体的细胞外液中（见图41.5）。激素和神经垂体素进入外周循环，两者都可以在血液中检测到。</nowiki>

ADH和催产素的作用与调节

ADH主要在肾脏中发挥作用，以保留水分（抗利尿作用）。ADH的作用及其分泌调节在第35章中进行了描述。催产素主要作用于妊娠子宫以诱导分娩，并在哺乳期间作用于乳腺的肌上皮细胞以促进乳汁排出。催产素的作用和调节在第44章中讨论。

临床相关

由于垂体后叶激素是在下丘脑而非垂体中合成的，垂体切除术（hypophysectomy）不一定会永久性地中断这些激素的合成和分泌。垂体切除术后，激素的分泌会立即减少。然而，经过数周的时间，切断的近端部分会显示出组织学上的改变，神经元末端周围会形成垂体细胞（pituicytes）。可以看到分泌泡，激素的分泌会从这一近端恢复。激素的分泌甚至有可能恢复到正常水平。相比之下，垂体柄上方的病变可能导致PVN和SON中神经元细胞体的丧失。

• 图41.5  前加压素原（preprovasopressin）的合成、加工和运输。人类ADH（也称为精氨酸加压素\bar{\cal B}{\cal V}{\cal P}\bar{\cal J}）在下丘脑的大细胞体（magnocellular cell bodies）中合成，并包装成神经分泌颗粒。在颗粒沿漏斗突（infundibular process）向神经垂体运输的过程中，前加压素原（provasopressin）被蛋白水解切割成活性激素(\mathsf{A}\mathsf{V P}=\mathsf{A}\mathsf{D}\mathsf{H},、神经垂体素（NP）和C端糖蛋白(G P)。NP排列成四聚体，结合五个AVP分子。所有三个片段都从神经垂体（垂体后叶）的轴突末端分泌，并进入全身血液。只有AVP（ADH）具有生物活性。SP，信号肽。（改编自Larsen PR, Kronenberg HM, Melmed S, et al. Williams Textbook of Endocrinology. 10th ed. Philadelphia: Saunders; 2003。）

腺垂体细胞类型：激素的产生与作用、下丘脑调节及41.1反馈调节

a包括卵泡和黄体化的卵泡膜和颗粒细胞。 b雌激素在女性中也可能具有正反馈作用。 c抑制素选择性地抑制促性腺激素细胞释放 FSH。

腺垂体

垂体远侧部由五种内分泌细胞类型组成，产生六种激素（表 41.1）。由于这些细胞类型的组织学染色特性，促肾上腺皮质激素细胞、促甲状腺激素细胞和促性腺激素细胞被称为垂体嗜碱性细胞，而生长激素细胞和催乳激素细胞被称为垂体嗜酸性细胞（见图 41.2B）。

内分泌轴

在讨论腺垂体（adenohypophysis）的各个激素之前，理解腺垂体在内分泌轴（endocrine axes）中的结构和功能组织非常重要（图41.6；另见表41.1和第38章）。每个内分泌轴由三个层次的内分泌细胞组成：（1）下丘脑神经元（hypothalamic neurons），（2）腺垂体细胞（anterior pituitary cells），以及（3）外周内分泌腺（peripheral endocrine glands）。下丘脑神经元释放特定的下丘脑释放激素（hypothalamic-releasing hormones，在此通用方案中称为XRH），这些激素刺激特定的垂体促激素（pituitary tropic hormones，XTH）的分泌。在某些情况下，垂体促激素的产生还受到释放抑制激素（release-inhibiting hormone，XIH）的次级调控。垂体促激素随后作用于特定的外周靶内分泌腺，刺激它们释放外周激素（X）。外周激素X有两个主要功能：它调节人类生理的多个方面，并且它通过负反馈作用于垂体和下丘脑，分别抑制促激素和释放激素的产生和分泌（见图41.6）。

在细胞水平上

在理解腺垂体远侧部（pars distalis）的五种内分泌细胞从单一前体细胞分化的过程中，已经取得了显著进展。同源域转录因子PROP-1在Rathke囊（Rathke’s pouch，腺垂体的胚胎前体）形成后不久表达，并促进生长激素细胞（somatotropes）、催乳激素细胞（lactotropes）、促甲状腺激素细胞（thyrotropes）和促性腺激素细胞（gonadotropes）的细胞谱系分化。在人类中，PROP1基因的罕见突变会导致一种联合垂体激素缺乏症。这些个体由于缺乏生长激素（GH）而表现出侏儒症，由于甲状腺功能减退而出现认知缺陷，以及由于缺乏促性腺激素而导致不孕。随后表达的垂体特异性同源域转录因子POU1F1（以前称为Pit-1）是促甲状腺激素细胞、生长激素细胞和催乳激素细胞分化所必需的，它直接刺激促甲状腺激素（TSH）、生长激素（GH）和催乳激素（PRL）的转录和表达。受POU1F1突变影响的个体会出现侏儒症和智力障碍。核激素受体相关转录因子类固醇生成因子-1（steroidogenic factor-1，SF-1）最初在肾上腺皮质和性腺中被鉴定为类固醇生成酶基因表达的调节因子。SF-1也在下丘脑的促性腺激素释放激素（GnRH）神经元和垂体促性腺激素细胞中表达，调节黄体生成素（LH）和卵泡刺激素（FSH）的转录。S F\eta基因的突变会破坏肾上腺和性腺的功能，包括垂体促性腺激素细胞的丧失。TPIT是一种参与促肾上腺皮质激素细胞（corticotropes）分化的转录因子。TPIT与其他转录因子共同作用，促进促肾上腺皮质激素细胞的分化和前阿黑皮素（POMC）基因的表达（见促肾上腺皮质激素细胞部分）。人类TPIT基因的突变会导致孤立性促肾上腺皮质激素（ACTH）缺乏症。这会导致一种继发性肾上腺功能不全，需要终身使用糖皮质激素替代治疗（见第43章）。

• 图41.6  典型的下丘脑-垂体-外周腺轴中调节激素分泌的负反馈环路。X，外周腺激素；X I H_{:}，下丘脑抑制激素；XRH，下丘脑释放激素；X T H，垂体促激素。

下丘脑对垂体前叶功能的调节是神经激素性的。下丘脑的一个区域统称为垂体调节区（hypophysiotropic region），该区域包含由小细胞（parvocellular）体组成的核团，这些核团的轴突投射到正中隆起（median eminence）。它们与投射到神经垂体的PVN和SON的大细胞（magnocellular）神经元不同。小细胞神经元在正中隆起的轴突末端分泌释放激素（releasing hormones）（图41.7）。释放激素进入有孔毛细血管的初级丛，然后通过下丘脑-垂体门脉血管（hypothalamohypophyseal portal vessels）输送到位于垂体远侧部（pars distalis）的次级毛细血管丛（门脉血管定义为在毛细血管之间开始和结束而不经过心脏的血管）。在次级毛细血管丛中，释放激素从血管系统中扩散出来，并与垂体远侧部特定细胞类型上的同源受体结合。下丘脑和垂体之间的神经血管连接（即垂体柄）较为脆弱，可能会因物理创伤、手术或下丘脑疾病而中断。垂体柄的损伤以及随后垂体前叶的功能隔离会导致除PRL（稍后讨论）外的所有垂体前叶促激素水平下降。

腺垂体（adenohypophysis）的细胞构成了内分泌轴的中层。腺垂体分泌的蛋白质激素被称为促激素（tropic hormones）——促肾上腺皮质激素（ACTH，也称为促皮质素）、促甲状腺激素（TSH）、促卵泡激素（FSH）、黄体生成素（LH）、生长激素（GH）和催乳素（PRL）（见表41.1）。除少数例外，促激素与外周内分泌腺上的同源受体结合。由于这种安排，垂体促激素通常不直接调节生理反应（见第38章）。

• 图41.7  下丘脑与垂体前叶（远侧部）之间的神经血管连接。下丘脑各个核团中的小细胞“垂体调节”神经分泌神经元将轴突投射到正中隆起，在那里它们分泌释放激素（RHs）。RHs通过下丘脑-垂体门脉血管流下垂体柄到达垂体前叶。RHs（以及释放抑制激素[见正文]）调节垂体前叶五种细胞类型的促激素分泌。（来自Larsen PR, Kronenberg HM, Melmed S, et al. Williams Textbook of Endocrinology. 10th ed. Philadelphia: Saunders; 2003。）

内分泌轴具有以下重要特征：

特定内分泌轴的活动通常维持在某个设定点(set point)，该设定点因个体而异，但通常在正常范围内波动。设定点由下丘脑刺激和外周激素负反馈的整合决定。重要的是，负反馈通常不是由特定内分泌轴调节的生理反应施加的，而是由外周激素本身作用于垂体和下丘脑产生的（见图41.6）。因此，如果外周激素水平下降，下丘脑释放激素和垂体促激素的分泌将会增加。随着外周激素水平的上升，下丘脑和垂体由于负反馈作用会减少分泌。尽管某些非内分泌的生理参数（如急性低血糖）可以调节某些内分泌轴，但这些轴在它们产生的生理变化方面是半自主运行的。这种配置意味着外周激素（如甲状腺激素）可以调节多个器官系统，而这些器官系统不会对该激素施加竞争的负反馈调节。临床上，这种部分自主性意味着患者的多个生理方面都受到特定内分泌轴内可能存在的紊乱的影响。

下丘脑的促垂体神经元通常以脉冲方式分泌，并通过中枢神经系统的输入与每日和季节性节律同步。此外，下丘脑核团接收来自大脑高低层次的各种神经元输入。这些输入可以是短期的（如各种压力/感染）或长期的（如青春期生殖功能的启动）。因此，将下丘脑纳入内分泌轴可以整合大量信息，以设定或改变该轴的设定点。临床上，这意味着广泛的复杂神经源性状态可以改变垂体功能。心理社会性侏儒症是一个显著的例子，其中遭受虐待或强烈情绪压力的儿童由于垂体分泌的生长激素减少而导致生长速度降低。

• 图41.8  前阿黑皮素原(proopiomelanocortin)的原始基因转录物包含多种生物活性化合物的结构。ACTH，促肾上腺皮质激素；CLIP，促肾上腺皮质激素样中间肽；MSH，促黑素细胞激素。注意，ACTH是人类促肾上腺皮质激素细胞释放的唯一生物活性肽。

外周激素（如甲状腺激素）水平异常低或高可能是由于外周内分泌腺（如甲状腺）、垂体或下丘脑水平的缺陷引起的。这些病变分别被称为原发性、继发性和三级内分泌疾病（见图41.6）。对内分泌轴内反馈关系的深入理解使医生能够确定缺陷的位置。原发性内分泌缺陷往往最为严重，因为它们通常涉及外周激素的完全缺失。

腺垂体的内分泌功能

腺垂体由以下内分泌细胞类型组成：促肾上腺皮质激素细胞（corticotropes）、促甲状腺激素细胞（thyrotropes）、促性腺激素细胞（gonadotropes）、生长激素细胞（somatotropes）和催乳激素细胞（lactotropes）（见表41.1）。

促肾上腺皮质激素细胞（Corticotropes）

促肾上腺皮质激素细胞作为下丘脑-垂体-肾上腺轴（hypothalamic-pituitary-adrenal axis, HPA轴）的一部分，刺激肾上腺皮质。促肾上腺皮质激素细胞产生激素ACTH（促肾上腺皮质激素，corticotropin），该激素刺激肾上腺皮质的两个区域（见第43章）。ACTH是一种由39个氨基酸组成的肽，它作为更大的前体激素——前阿黑皮素（proopiomelanocortin, POMC）的一部分被合成。因此，促肾上腺皮质激素细胞也被称为POMC细胞。POMC包含ACTH的肽序列、两种黑色素细胞刺激激素（melanocyte-stimulating hormone, MSH）的亚型、内啡肽（endorphins，内源性阿片类物质）和脑啡肽（enkephalins）（图41.8）。然而，人类的促肾上腺皮质激素细胞仅表达前激素转化酶-1（prohormone convertase-1），该酶产生ACTH作为这些细胞分泌的唯一活性激素。从POMC切割的其他片段是N端片段和\upbeta-促脂解激素（\upbeta-lipotropic hormone, \upbeta-LPH），这两者在人类中均无生理作用。

ACTH以未结合的形式在血液中循环，半衰期较短，约为10分钟。它与肾上腺皮质细胞上的黑色素皮质素-2受体（melanocortin-2 receptor, MC2R）结合（图41.9）。ACTH通过增加类固醇生成酶基因的表达，迅速增加皮质醇和肾上腺雄激素的产生。长期来看，ACTH促进肾上腺皮质内两个区域的生长和存活（见第43章）。

在细胞水平上

在超生理水平下，ACTH会导致皮肤变黑（例如在库欣病中）。表皮基底层中的角质形成细胞也表达POMC基因，但将其加工为\upalpha-MSH而不是ACTH。角质形成细胞在紫外线照射下分泌\upalpha-MSH，\upalpha-MSH作为旁分泌因子作用于邻近的黑色素细胞，使皮肤变黑。\upalpha-MSH与黑色素细胞上的MC1R结合。在极高的水平下，ACTH可以与皮肤黑色素细胞上的MC1R受体发生交叉反应（见图41.9）。因此，皮肤色素沉着增加是循环中ACTH过量的一个指标。

• 图41.9  正常水平的ACTH作用于MC2R以增加皮质醇。由于皮质醇生成减少导致的超生理水平的ACTH同时作用于MC2R和黑色素细胞上的MC1R，导致皮肤变黑。ACTH，促肾上腺皮质激素；CRH，促肾上腺皮质激素释放激素；MC1R，黑色素皮质素受体-1；MC2R，黑色素皮质素受体-2；MSH，黑色素细胞刺激激素；PKA，蛋白激酶A；POMC，前阿黑皮素。（改编自Porterfield SP, White BA. Endocrine Physiology. 3rd ed. Philadelphia: Mosby; 2007.）

ACTH受下丘脑的刺激控制。一部分小细胞下丘脑神经元表达肽类前促肾上腺皮质激素释放激素（pro-corticotropin-releasing hormone, pro-CRH）（见表41.1）。Pro-CRH被加工为CRH，一种由41个氨基酸组成的酰胺化肽。CRH迅速刺激ACTH分泌，并增加POMC基因的转录。表达CRH的小细胞神经元也表达ADH，ADH增强了CRH对促肾上腺皮质激素细胞的作用。ACTH分泌具有明显的昼夜节律，早晨达到峰值，下午晚些时候达到最低点（图41.10）。此外，CRH的分泌——以及ACTH的分泌——是脉冲式的。

HPA轴（下丘脑-垂体-肾上腺轴）有多个调节因子，其中许多是通过中枢神经系统（CNS）介导的（图41.11）。多种类型的压力，无论是神经源性的（如恐惧）还是系统性的（如感染），都会刺激促肾上腺皮质激素（ACTH）的分泌。这些压力效应通过中枢神经系统中的促肾上腺皮质激素释放激素（CRH）和抗利尿激素（ADH）介导。尽管高皮质醇水平会产生负反馈，但对多种形式的严重压力的反应仍可能持续存在。这意味着下丘脑能够根据压力改变HPA轴的设定点。严重的慢性抑郁症由于CRH的过度分泌可以重置HPA轴，并且是三级高皮质醇症发展的一个因素。皮质醇对垂体产生负反馈，抑制POMC基因表达和ACTH分泌；对下丘脑产生负反馈，减少前CRH基因表达和CRH的释放。由于皮质醇对免疫系统有深远影响（见第43章），HPA轴和免疫系统密切相关。此外，细胞因子——特别是白细胞介素（IL）-1、IL-2和IL-6——会刺激HPA轴。

• 图41.10  血清促肾上腺皮质激素（ACTH）的昼夜模式。（改编自Porterfield SP, White BA. Endocrine Physiology. 3rd ed. Philadelphia: Mosby; 2007.）

• 图41.11  下丘脑-垂体-肾上腺轴，展示了调节促肾上腺皮质激素释放激素（CRH）分泌的因素。ACTH，促肾上腺皮质激素。（改编自Porterfield SP, White BA. Endocrine Physiology. 3rd ed. Philadelphia: Mosby; 2007.）

促甲状腺激素细胞

促甲状腺激素细胞通过分泌促甲状腺激素（TSH）来调节甲状腺功能，这是下丘脑-垂体-甲状腺轴的一部分。TSH是三种垂体糖蛋白激素之一（见表41.1），另外两种是促卵泡激素（FSH）和黄体生成素（LH）（稍后讨论）。TSH是由一个\upalpha亚基（称为\upalpha-糖蛋白亚基，α-GSU）和一个\upbeta亚基（\upbeta-TSH）组成的异二聚体（图41.12）。\upalpha-GSU在TSH、FSH和LH中是相同的，而\upbeta亚基是激素特异性的（即\upbeta-TSH、\upbeta-FSH和\upbeta-LH都是独特的）。亚基的糖基化增加了它们在循环中的稳定性，并增强了激素对其受体的亲和力和特异性。TSH、FSH和LH（以及一种类似LH的胎盘糖蛋白激素，人绒毛膜促性腺激素[hCG]）的半衰期相对较长，从几十分钟到几小时不等。

TSH与甲状腺滤泡细胞上的TSH受体结合（见第42章）。如第42章所述，甲状腺激素的产生是一个复杂的多步骤过程，TSH几乎刺激了甲状腺功能的每一个方面。TSH还具有强烈的营养作用，刺激甲状腺上皮细胞的肥大、增生和存活。在碘化物供应有限的地区（碘化物是甲状腺激素合成所必需的），由于负反馈减少，TSH水平会升高。升高的TSH水平会导致甲状腺显著增大，形成颈部突出的肿块，称为甲状腺肿。

<nowiki>垂体促甲状腺细胞(thyrotrope)受到促甲状腺激素释放激素(thyrotropin-releasing hormone, TRH)的刺激(见表41.1)。TRH由下丘脑小细胞神经元的一个亚群产生，是一种三肽，其N端有一个环化的谷氨酰胺(pyro-Glu)，C端有一个酰胺化基团。TRH是作为一个较大的激素原合成的，其序列中包含6个TRH拷贝。它与促甲状腺细胞上的TRH受体结合(图41.13)。TRH神经元受到许多中枢神经系统介导的刺激的调节，TRH的释放遵循昼夜节律(夜间最高，晚餐时间最低)。TRH的分泌也受到压力的调节，但与CRH相反，压力抑制TRH的分泌。这包括身体压力、饥饿和严重疾病。三碘甲状腺原氨酸(\mathrm{T}_{3})和甲状腺素(\mathrm{T_{4}})(后者通过2型脱碘酶介导转化为\mathrm{T}_{3}；见第42章)对垂体促甲状腺细胞和产生TRH的神经元都有负反馈作用。甲状腺激素抑制\upbeta-TSH的表达和垂体促甲状腺细胞对TRH的敏感性，同时也抑制小细胞神经元产生和分泌TRH。</nowiki>

• 图41.12  垂体糖蛋白激素。hCG由胎盘产生(见第44章)并与LH受体结合。FSH，促卵泡激素；hCG，人绒毛膜促性腺激素；L H_{;}，促黄体生成素；TSH，促甲状腺激素。

临床相关

在胚胎发育过程中，GnRH神经元从鼻基板迁移到中基底下丘脑。Kallmann综合征患者患有三级低促性腺激素性性腺功能减退症，通常伴有嗅觉丧失(anosmia)。这是由于KAL基因突变，导致GnRH神经元前体未能正确迁移到下丘脑并建立与垂体远部的神经血管联系。

促性腺激素细胞

促性腺激素细胞(gonadotrope)分泌FSH和LH(统称为促性腺激素)，并调节两性性腺的功能。因此，促性腺激素细胞在下丘脑-垂体-睾丸轴和下丘脑-垂体-卵巢轴中起着不可或缺的作用(图41.14)。

FSH和LH被分隔在不同的分泌颗粒中，并且不以等摩尔量共同分泌(例如，与ADH和神经垂体素相反)。这使得促性腺激素细胞能够独立调节和分泌FSH/LH。FSH和LH对性腺功能的作用是复杂的，尤其是在女性中，将在第44章详细讨论。一般来说，促性腺激素促进男性睾酮分泌和女性雌激素和孕激素分泌。FSH还增加两性中一种称为抑制素(inhibin)的转化生长因子(TGF)-\upbeta相关蛋白激素的分泌。

FSH和LH的分泌受一种下丘脑释放激素——促性腺激素释放激素(gonadotropin-releasing hormone, GnRH；以前称为LHRH)的调节。GnRH是由下丘脑小细胞GnRH神经元的一个亚群产生的10个氨基酸的肽(见图41.14)。GnRH是作为一个较大的激素原产生的，并且在加工成十肽的过程中，其N端被修饰为环化的谷氨酰胺(pyro-Glu)，C端被酰胺化。

GnRH以脉冲方式释放（图41.15），其脉冲分泌和脉冲频率对促性腺激素细胞（gonadotrope）有重要影响。持续输注GnRH会下调GnRH受体，从而导致FSH和LH分泌减少。相反，脉冲分泌不会使促性腺激素细胞对GnRH脱敏，并导致正常的FSH和LH分泌。在每小时一次的脉冲频率下，GnRH优先增加LH分泌（图41.16）。在每3小时一次的较低频率下，GnRH优先增加FSH分泌。促性腺激素增加性类固醇的合成（见图41.14）。在男性中，睾酮和雌激素在垂体和下丘脑水平上负反馈调节。外源性孕酮也抑制男性的促性腺激素功能，并被认为是男性避孕药的可能成分之一。此外，抑制素（inhibin）在男性和女性中选择性地负反馈调节FSH分泌。在女性中，孕酮和睾酮在下丘脑和垂体水平上负反馈调节促性腺激素功能。在低剂量下，雌激素也对FSH和LH分泌产生负反馈。然而，持续3天的高雌激素水平会导致LH分泌激增，并在较小程度上增加FSH分泌。这种正反馈在促进排卵中至关重要，并在下丘脑和垂体中被观察到。在下丘脑，GnRH脉冲幅度和频率增加。在垂体，高雌激素水平通过增加GnRH受体水平和增强受体后信号传导，大大提高了促性腺激素细胞对GnRH的敏感性（见第44章）。

生长激素细胞（Somatotrope）

生长激素细胞产生GH（生长激素，somatotropin），并是下丘脑-垂体-肝轴的一部分（图41.17）。GH的主要靶器官是肝脏，在肝脏中它刺激胰岛素样生长因子（IGF）-I的产生。GH是一种191个氨基酸的蛋白质，与PRL和人类胎盘催乳素（hPL）相似；因此，这些激素在活性上有一定的重叠。血清中存在多种形式的GH，其中191个氨基酸（22 kDa）的形式约占循环中GH的75%。GH受体（GHR）是细胞因子/GH/PRL/促红细胞生成素受体家族的成员，因此与JAK/STAT信号通路相关（见第3章）。人类GH也可以作为PRL受体的激动剂。血清中约50%的22 kDa形式的GH与GH结合蛋白（GHBP）结合，GHBP来源于GHR的N端部分（细胞外结构域）。患有Laron综合征的个体缺乏正常的GHR，其血清中检测不到GHBP。GHBP减少肾脏清除率，从而增加GH的生物半衰期，约为20分钟。肝脏和肾脏是GH降解的主要部位。

• 图41.13  下丘脑-垂体-甲状腺轴。PKA，蛋白激酶A；P K C，蛋白激酶C；T_{3}，三碘甲状腺原氨酸（甲状腺激素的活性形式）；T_{4}，甲状腺素；TRH，促甲状腺激素释放激素；TSH，促甲状腺激素。（改编自Porterfield SP, White BA. Endocrine Physiology. 3rd ed. Philadelphia: Mosby; 2007。）

生长激素（GH）的分泌受到下丘脑的双重正/负调控（见图41.17）。下丘脑主要通过肽类生长激素释放激素（GHRH）刺激GH的分泌。这种激素属于血管活性肠肽（VIP）/促胰液素/胰高血糖素家族，是由一个较大的激素原加工而成的44个氨基酸的肽类，其C端被酰胺化。GHRH增强GH的分泌和GH基因的表达。下丘脑通过肽类生长抑素抑制垂体GH的合成和释放。在前垂体，生长抑素抑制GH和促甲状腺激素（TSH）的释放。GH的分泌也受到胃饥饿素（ghrelin）的刺激，胃饥饿素通过生长激素促分泌素受体作用于生长激素细胞。胃饥饿素主要由胃产生，但也在下丘脑中表达。胃饥饿素增加食欲，并可能作为协调营养获取与生长的信号。

生长激素细胞的主要负反馈由胰岛素样生长因子-I（IGF-I）介导（见图41.17）。GH刺激肝脏产生IGF-I，而IGF-I随后通过经典的“长反馈”环路抑制垂体和下丘脑的GH合成和分泌。此外，GH本身通过“短反馈”环路对GHRH的释放施加负反馈。GH还增加生长抑素的释放。

与促肾上腺皮质激素（ACTH）类似，GH的分泌表现出显著的昼夜节律，分泌高峰出现在清晨即将醒来时。其分泌在深度慢波睡眠（第三和第四阶段）期间受到刺激。GH的分泌在白天最低。这种节律与睡眠-觉醒模式相关，而不是与光暗模式相关，因此在夜班工作的人中会发生相位偏移。与典型的前垂体激素一样，GH的分泌是脉冲式的。血清中的GH水平变化很大（0-30 ng/mL，大多数值通常落在0到3之间）。由于这种显著的变化和循环中GH的异质性，血清GH水平的测量在临床上的应用有限。由于IGF-I的分泌受GH调节，并且具有较长的半衰期，可以缓冲GH分泌的脉冲性和昼夜变化，因此可以用于评估GH轴的状态，尤其是在年轻患者中。

GH的分泌根据生理状态的不同而受到不同的调控。GH被归类为“应激激素”之一，并受到神经性和身体应激的刺激而增加。它促进脂肪分解，增加蛋白质合成，并拮抗胰岛素降低血糖水平的能力。因此，急性低血糖是GH分泌的刺激因素，GH被归类为高血糖激素。某些氨基酸血清浓度的升高也会刺激GH的分泌；精氨酸的给药用于GH分泌的激发试验。相反，血糖或游离脂肪酸的增加会抑制GH的分泌。肥胖也会抑制GH的分泌，部分原因是胰岛素抵抗（相对高血糖）和循环中游离脂肪酸的增加。相反，运动和饥饿会刺激GH的分泌。

GH（生长激素）的分泌模式如图41.18所示。在新生儿期，随着生长逐渐依赖于GH和IGF-I（胰岛素样生长因子-I），GH的分泌增加。在整个儿童期，GH分泌保持较高水平，并在青春期达到峰值，此时雌激素（在女性中，以及在男性中通过睾酮的芳香化作用）促进GH分泌速率进一步增加。甲状腺激素也增强GH和IGF-I的分泌，以支持骨骼的生长和成熟。生长停止后，成年人继续产生GH，这与它在代谢中的作用一致。随后，GH水平在衰老过程中下降。

• 图41.14  下丘脑-垂体-性腺轴。F S H，促卵泡激素；GnRH，促性腺激素释放激素；L H，黄体生成素；P K A，蛋白激酶A；P K C，蛋白激酶C。（改编自Porterfield SP, White BA. Endocrine Physiology. 3rd ed. Philadelphia: Mosby; 2007。）

IGFs（胰岛素样生长因子）是多功能激素，调节细胞增殖、分化和代谢。这些蛋白质激素在结构和功能上与胰岛素相似。该家族中的两种激素，IGF-I和IGF-II，在许多组织中产生，并具有自分泌、旁分泌和内分泌作用。IGF-I是大多数成年组织中产生的主要形式。IGF-II是胎儿中产生的主要形式，它以不依赖GH的方式调节胎儿和胎盘的生长。这两种激素在结构上与胰岛素原相似，IGF-I与胰岛素原的结构同源性为42\%。IGFs和胰岛素表现出受体交叉反应性；高浓度的IGFs模拟胰岛素的代谢作用。IGF-I和IGF-II都通过I型IGF受体发挥作用，这些受体与胰岛素和表皮生长因子受体相似，并具有内在的酪氨酸激酶活性。然而，IGF-II也与II型IGF/甘露糖-6-磷酸受体结合。该受体与胰岛素受体不同，不具有内在的酪氨酸激酶活性，可能通过限制IGF-II通过I型受体的信号传导来发挥作用。IGFs刺激葡萄糖和氨基酸的摄取，以及蛋白质和DNA的合成。它们最初被称为生长介素，因为它们对软骨、骨骼和其他器官具有生长介导作用。最初认为IGF-I仅在GH刺激下在肝脏中产生。在青春期，当GH水平增加时（图41.19），IGF-I水平也随之增加。然而，现在已知IGFs在许多肝外组织中产生，表现出自分泌和旁分泌作用。其中一些受GH控制，而另一些则不受控制。例如，在骨骼中，IGF-I对线性生长具有内分泌和旁分泌作用，其中一些作用不依赖于GH。甲状旁腺激素（PTH）和雌二醇等激素也是成骨细胞产生IGF-I的有效刺激物。同时，GH对生长板具有不依赖于IGF-I的刺激作用。肝脏似乎是循环IGF-I的主要来源（见图41.19）。

• 图41.15  未麻醉、卵巢切除的母羊外周静脉血浆中LH（黄体生成素）水平和门静脉血浆中GnRH（促性腺激素释放激素）水平的波动。每个LH脉冲都与一个GnRH脉冲同步。这支持了LH释放的脉冲性依赖于GnRH对垂体的脉冲性刺激的观点。GnRH，促性腺激素释放激素；L H，黄体生成素。（来自Levine J等人，《内分泌学》，1982；111:1449。）

• 图41.16  促性腺激素细胞中FSH（促卵泡激素）和LH分泌的频率编码调节。高频率的GnRH（1次脉冲/小时）优先刺激LH分泌，而较低频率的GnRH则促进FSH分泌。FSH，促卵泡激素；GnRH，促性腺激素释放激素；LH，黄体生成素。（来自Larsen PR, Kronenberg HM, Melmed S等人，《威廉姆斯内分泌学教科书》第10版，费城：Saunders；2003。）

• 图41.17  下丘脑-垂体-肝轴。ALS，酸不稳定亚基；G H B P，生长激素结合蛋白；GHRH，生长激素释放激素；IGFBP，胰岛素样生长因子结合蛋白；I G F{-}I_{\mathrm{{i}}}，胰岛素样生长因子I；SS，生长抑素。（来自Porterfield SP, White BA，《内分泌生理学》第3版，费城：Mosby；2007。）

• 图41.18  生长激素（GH）分泌的终身模式。儿童的GH水平高于成人，青春期达到峰值。随着年龄增长，GH分泌逐渐下降。

• 图41.19  GH与IGF-I的关系。GH对生长具有直接的内分泌作用，并刺激肝脏中IGF-I、IGFBP-3和ALS的产生。循环中的IGF-I对靶器官发挥内分泌作用。IGF-1也在骨骼中局部产生，发挥旁分泌效应。局部IGF-I的产生部分依赖于GH，但并非全部。ALS，酸不稳定亚基；I G F{-}I，胰岛素样生长因子I。

几乎所有循环中的IGF都以与IGF结合蛋白（IGFBP）结合的形式在血清中运输。IGFBP-3与IGF结合后，再与另一种称为酸不稳定亚基（ALS）的蛋白质结合（见图41.19）。GH刺激肝脏产生IGF-I、IGFBP-3和ALS。IGFBP-3/ALS/IGF-I复合物介导IGF-I的运输和生物利用度。尽管IGFBPs通常抑制IGF的作用，但它们显著延长了IGF的生物半衰期（长达12小时）。IGFBP蛋白酶降解IGFBP，并在局部生成游离（即有活性的）IGF中发挥作用。这在IGF反应性癌症（如前列腺癌）的背景下具有重要意义，这些癌症可能过度表达一种或多种IGFBP蛋白酶。

生长激素的作用

GH在代谢中扮演着双重角色，这一角色高度依赖于生理环境。尽管有过度简化的风险，但其双重角色可以概括为：(1) 在营养状况良好时促进生长和蛋白质合成代谢；(2) 在空腹状态下将燃料消耗转向脂质，从而节省葡萄糖。

GH通过一种特定的GHR（生长激素受体）发挥作用，GHR是细胞因子受体家族的成员。GHR二聚体与GH结合，从而触发JAK/STAT信号通路的激活（见图41.17）。这导致STAT5b的磷酸化，随后STAT5b转移到细胞核中，刺激GH响应基因的转录。GH激活的其他信号通路还包括MAPK和PI3K等。

在进食状态下，GH是一种蛋白质合成代谢激素，能够增加细胞对氨基酸的摄取并将其整合到蛋白质中。因此，它会导致氮保留（正氮平衡）并减少尿素生成。伴随衰老发生的肌肉萎缩被认为至少部分是由于衰老过程中GH分泌减少所致。在儿童中，GH促进骨骼、肌肉和内脏的生长；缺乏GH的儿童会出现生长迟缓或侏儒症。GH促进软骨生长以及长骨的纵向和横向生长（图41.20，绿色箭头）。

尽管GH是IGF（胰岛素样生长因子）生成的有效刺激物，但这一反应需要胰岛素的参与，胰岛素支持肝细胞中GHR的表达和信号传导。当营养物质供应平衡时，高血糖水平会刺激胰岛素分泌，而高血清氨基酸水平会促进GH分泌（图41.21，顶部）。这些条件适合生长，而GH反过来刺激肝脏产生IGF-I。IGF具有促有丝分裂作用，并对许多器官和组织（包括肌肉、软骨和骨骼）具有显著的合成代谢作用。GH和IGF-I共同促进软骨内骨化过程中软骨细胞的增殖、分化和肥大（见图41.20，绿色箭头）。在骨骺闭合后，纵向生长停止，但长骨的横向生长仍在继续。IGF-I刺激成骨细胞的复制以及胶原和骨基质的合成。毫不奇怪，血清IGF水平与儿童的生长密切相关。GH的作用会随着营养状况的变化而改变。例如，如果饮食中热量高但氨基酸含量低，高碳水化合物供应会促进胰岛素分泌，但低血清氨基酸水平会抑制GH和IGF的生成（见图41.21，中部）。这些反应允许膳食碳水化合物和脂肪被储存，但条件不利于生长。

• 图41.20  GH和IGF-I的生物学效应。营养状况良好时发生的合成代谢促生长效应用绿色箭头表示。空腹状态下GH动员脂肪同时节省葡萄糖和蛋白质的代谢效应用红色箭头表示。IGF-I，胰岛素样生长因子I；IGFBP，胰岛素样生长因子结合蛋白。

在禁食状态下，当营养物质供应减少时，血清生长激素（GH）水平上升，而血清胰岛素水平则因低血糖（hypoglycemia）而下降（见图41.21，底部）。在缺乏胰岛素的情况下，外周葡萄糖利用减少，从而为大脑等重要组织保留葡萄糖。在这种情况下，GH分泌的增加是有益的，因为它将代谢转向脂质作为能量来源，从而节省碳水化合物和蛋白质。这涉及GH对肝脏、肌肉和脂肪组织的协调直接作用（见图41.20，红色箭头）。

GH是一种脂解激素（lipolytic hormone）。在脂肪细胞中，它通过直接和间接激活脂肪细胞脂肪酶，从三酰甘油中动员脂肪酸和甘油。GH的一个重要间接作用是使脂肪细胞对儿茶酚胺的脂解作用敏感，而儿茶酚胺在禁食期间也会升高。由于GH的作用，血清脂肪酸水平上升，更多的脂肪被用于能量生产。骨骼肌和肝脏中的脂肪酸摄取和\upbeta-氧化增加。当胰岛素缺乏时，GH可能具有生酮作用（ketogenic），这是由于脂肪酸氧化的增加。GH还会改变碳水化合物代谢，导致血糖水平上升。它的许多作用可能是脂肪动员和氧化增加的次要结果。例如，血清游离脂肪酸的增加会抑制骨骼肌和脂肪组织对葡萄糖的摄取。GH的升血糖作用比胰高血糖素和肾上腺素温和且缓慢。肝脏葡萄糖输出增加，但这并不是GH对糖原分解的影响。脂肪酸氧化的增加以及随之而来的肝脏乙酰辅酶A的上升刺激了糖异生（gluconeogenesis）。GH还通过激活STAT5b直接刺激糖异生酶PEPCK的表达。这些作用增加了肝脏从乳酸和甘油等底物中产生葡萄糖的能力。后者是由于GH诱导的脂肪细胞脂解作用而释放到循环中的。

GH在骨骼肌和脂肪组织（但不包括肝脏）的受体后水平上拮抗胰岛素的作用。垂体切除术（hypophysectomy，即切除垂体）可以改善糖尿病管理，因为GH与皮质醇一样，会降低胰岛素敏感性。由于GH会导致胰岛素不敏感，它被认为是一种致糖尿病激素（diabetogenic hormone）。因此，当GH分泌过多时（例如在肢端肥大症中），GH可能导致糖尿病，维持正常代谢所需的胰岛素水平也会增加。由于GH过多导致的胰岛素分泌过多可能会损害胰腺β细胞。在缺乏GH的情况下，胰岛素分泌下降。因此，正常的GH水平对于正常的胰腺功能和胰岛素分泌是必需的。

• 图41.21  GH、胰岛素和IGF-I分泌的差异调节协调了营养物质的可用性与生长和蛋白质合成代谢、热量储存或热量动员（主要是脂质）之间的关系。IGF-I，胰岛素样生长因子I

临床相关

GH（生长激素）在成年之前对生长是必需的。如果不进行治疗，GH缺乏会导致严重的生长缺陷，而过量则会导致巨人症。成年后，骨骺闭合后GH过量会导致肢端肥大症，其特征是手脚逐渐增大、面部特征粗糙、胰岛素抵抗和糖尿病。GH-IGF-I轴的遗传性疾病会导致严重的生长障碍。已识别的导致孤立性GH缺乏的突变最常见于GH和GHRH受体基因。这些患者可以通过重组hGH治疗来恢复下游轴的功能。在Laron综合征中，GH受体的突变导致GH抵抗。在这种情况下，由于缺乏长环反馈，尽管GH水平升高，肝脏仍不产生IGF-I。厄瓜多尔一大群患有Laron综合征的人表现出身材矮小和中心性肥胖，但有趣的是，糖尿病和癌症在这一人群中非常罕见。其他已报道的下游基因突变包括STAT5B、IGF-I和ALS的突变。

成年人的GH缺乏正逐渐被认为是一种病理综合征。如果GH缺乏发生在骨骺闭合后，生长不会受到影响。GH缺乏是导致低血糖的众多可能原因之一。最近的研究表明，长期的GH缺乏会导致身体组成的变化。脂肪占体重的比例增加，而瘦体重下降。此外，肌肉无力和早期疲劳是GH缺乏的症状。有人对在老年人群中使用GH以逆转与年龄相关的身体衰退和身体组成变化感兴趣，但迄今为止的研究显示，身体组成的变化很小，没有功能上的益处，并且增加了不良事件的风险。

泌乳素细胞

泌乳素细胞产生泌乳素（prolactin），这是一种由199个氨基酸组成的单链蛋白质。PRL在结构上与GH和hPL相关（见第44章）。与GH一样，PRL受体是细胞因子家族的成员，与JAK/STAT信号通路相连。由于PRL在人类中的主要作用与妊娠和哺乳期间的乳房发育和功能有关，PRL的调节和作用将在第44章详细讨论。

在垂体腺的背景下，应该认识到泌乳素细胞与腺垂体的其他内分泌细胞类型在两个主要方面有所不同：

泌乳细胞（lactotrope）并不属于内分泌轴的一部分。这意味着PRL（催乳素）直接作用于非内分泌细胞（主要是乳腺细胞）以诱导生理变化。

PRL的生成和分泌主要受下丘脑的抑制性调控。因此，垂体柄和下丘脑-垂体门脉系统（hypothalamohypophyseal portal vessels）的破坏（例如，继发于手术或物理创伤）会导致PRL水平升高，但ACTH、TSH、FSH、LH和GH水平下降。PRL在循环中不与血清蛋白结合，因此半衰期相对较短，约为20分钟。男性和女性的正常基础血清浓度相似。PRL的释放通常受下丘脑的紧张性抑制。这种抑制是由在中隆部（median eminence）分泌多巴胺的多巴胺能神经通路实现的。也有证据表明存在一种催乳素释放因子（prolactin-releasing factor）。尽管这种化合物的确切性质尚不清楚，但许多因素，包括TRH和胰高血糖素家族激素（secretin、glucagon、VIP和胃抑制多肽[GIP]），都可以刺激PRL的释放。

PRL是许多应激反应中释放的激素之一。手术、恐惧、引起觉醒的刺激和运动都是有效的刺激。与GH（生长激素）类似，睡眠会增加PRL的分泌，并且PRL具有显著的与睡眠相关的昼夜节律。然而，与GH不同的是，睡眠相关的PRL升高并不与特定的睡眠阶段相关。干扰多巴胺合成或作用的药物会增加PRL的分泌。许多常用的降压药和三环类抗抑郁药都是多巴胺抑制剂。溴隐亭（Bromocriptine）是一种多巴胺激动剂，可用于抑制PRL的分泌。生长抑素（Somatostatin）、TSH和GH也能抑制PRL的分泌。

关键概念

垂体（pituitary gland，也称为hypophysis）由上皮组织（腺垂体[adenohypophysis，前叶]）和神经组织（神经垂体[neurohypophysis，后叶]）组成。

下丘脑的室旁核（paraventricular nucleus）和视上核（supraoptic nucleus）中的大细胞神经元（magnocellular hypothalamic neurons）的轴突向下延伸至漏斗柄（infundibular stalk），并终止于神经部（pars nervosa）。神经部是一个神经血管器官，神经激素从这里释放到血管系统中。

两种神经激素，ADH（抗利尿激素）和催产素（oxytocin），在下丘脑的大细胞神经元胞体中合成。ADH和催产素通过轴突内运输沿下丘脑-垂体束（hypothalamohypophyseal tracts）到达神经部。下丘脑中胞体和树突接收到的刺激控制着神经部ADH和催产素的释放。

腺垂体分泌几种促激素（tropic hormones），这些激素是内分泌轴的一部分。内分泌轴包括下丘脑、垂体和外周内分泌腺。内分泌轴的设定点主要由中枢输入和外周激素对垂体和下丘脑的负反馈控制。

腺垂体包含五种内分泌细胞类型：促肾上腺皮质激素细胞（corticotropes）、促甲状腺激素细胞（thyrotropes）、促性腺激素细胞（gonadotropes）、生长激素细胞（somatotropes）和泌乳细胞（lactotropes）。促肾上腺皮质激素细胞分泌ACTH，促甲状腺激素细胞分泌TSH，促性腺激素细胞分泌FSH和LH，生长激素细胞分泌GH，泌乳细胞分泌PRL。

下丘脑通过分泌释放激素来调节前垂体。这些小肽通过垂体门脉系统被运送到前垂体，在那里它们控制垂体激素ACTH、TSH、FSH、LH和GH的合成和释放。PRL的分泌则通过儿茶酚胺多巴胺被下丘脑抑制。

GH直接刺激生长，并通过调节促生长激素IGF-I来间接刺激生长。当营养状况良好时，GH促进合成代谢的蛋白质合成和生长。在禁食期间，GH刺激脂肪分解以动员脂肪酸作为能量来源，节省葡萄糖和蛋白质。GH通过减少外周葡萄糖摄取和刺激肝脏糖异生来提高血糖水平。

PRL启动并维持泌乳。

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