垂体和下丘脑激素的作用机制

激素调节始于内分泌腺中激素的合成和分泌过程。它们功能上相互关联，构成一个整体。激素生物合成过程在特化细胞中进行，自发发生，并由基因决定。大多数蛋白肽类激素，尤其是促垂体激素，其生物合成的遗传控制通常直接在前体激素的多核糖体中或在激素本身的mRNA形成水平上进行；而下丘脑激素的生物合成则通过形成调节激素形成各个阶段的蛋白质酶的mRNA（即核糖体外合成）进行。蛋白肽类激素一级结构的形成，是由在激素产生细胞基因组活性位点合成的相应mRNA的核苷酸序列直接翻译的结果。大多数蛋白激素或其前体的结构是在多核糖体中按照蛋白质生物合成的一般方案形成的。需要注意的是，合成和翻译这种激素或其前体的mRNA的能力是特定细胞类型的核装置和多核糖体所特有的。因此，STH在腺垂体的小嗜酸性粒细胞中合成，催乳素在大嗜酸性粒细胞中合成，而促性腺激素在特殊的嗜碱性粒细胞中合成。TRH和LH-RH在下丘脑细胞中的生物合成方式略有不同。这些肽不是在mRNA基质上的多核糖体中形成的，而是在相应合成酶系统的作用下，在细胞质的可溶性部分中形成的。

在大多数多肽激素分泌的情况下，遗传物质的直接翻译通常会导致低活性前体的形成——多肽前激素原（前激素）。多肽激素的生物合成包含两个不同的阶段：核糖体在mRNA基质上合成无活性的前体，以及翻译后形成活性激素。第一阶段必然发生在腺垂体细胞内，而第二阶段也可以在腺垂体细胞外进行。

激素前体的翻译后激活可以通过两种方式实现：通过翻译的大分子前体的分子的多阶段酶促降解，从而降低激活激素分子的尺寸；以及通过激素原亚基的非酶促结合，从而增加激活激素分子的尺寸。

在第一种情况下，翻译后激活是 AKTU、β-促脂激素的特征，而在第二种情况下，翻译后激活是糖蛋白激素，特别是促性腺激素和 TSH 的特征。

蛋白质肽类激素的顺序激活具有直接的生物学意义。首先，它限制了激素在形成部位的作用；其次，它以最少的遗传和构建材料的使用为多功能调控效应的发挥提供了最佳条件，同时也促进了激素的细胞运输。

激素的分泌通常是自发的，不是连续均匀的，而是脉冲式地分成几个独立的部分。这显然是由于激素的生物合成、细胞内沉积和运输过程的周期性所致。在生理常态下，分泌过程必须在循环液中提供一定基础水平的激素。这个过程与生物合成一样，受特定因素的控制。垂体激素的分泌主要取决于下丘脑相应的释放激素和血液中的循环激素水平。下丘脑释放激素本身的形成取决于肾上腺素能或胆碱能神经递质的影响，以及血液中靶腺激素的浓度。

生物合成和分泌密切相关。激素的化学性质及其分泌机制决定了这些过程的结合程度。因此，类固醇激素的分泌（这类激素相对自由地通过细胞膜扩散）的结合程度最高。蛋白质肽类激素和儿茶酚胺的生物合成和分泌的结合程度最低。这些激素由细胞分泌颗粒释放。甲状腺激素的结合程度处于中间水平，其分泌方式是从蛋白质结合形式释放出来。

因此，需要强调的是，垂体和下丘脑的激素合成和分泌在一定程度上是分别进行的。

蛋白质肽类激素分泌过程的主要结构和功能元素是分泌颗粒或囊泡。它们是卵形的特殊形态，大小不一（100-600纳米），被一层薄薄的脂蛋白膜包裹。激素分泌细胞的分泌颗粒源自高尔基复合体。其成分包围激素原或激素，逐渐形成颗粒，这些颗粒在激素分泌过程中发挥着一系列相互关联的功能。它们可以作为肽类激素原的激活位点。颗粒的第二个功能是将激素储存在细胞内，直到特定分泌刺激物发挥作用。颗粒膜限制激素释放到细胞质中，并保护激素免受细胞质酶的作用，因为这些酶会使激素失活。颗粒内含有的特殊物质和离子在沉积机制中起着一定的作用。这些包括蛋白质、核苷酸、离子，其主要目的是与激素形成非共价复合物并阻止其穿透细胞膜。分泌颗粒还有另一个非常重要的特性 - 能够移动到细胞边缘并将沉积在其中的激素运输到质膜。颗粒的移动是在细胞内进行的，细胞器的参与下 - 由肌动蛋白构成的微丝（直径为 5 纳米）和由收缩蛋白微管蛋白和运动蛋白复合物组成的空心微管（直径为 25 纳米）。如果需要阻断分泌过程，通常使用破坏微丝或分离微管的药物（细胞松弛素 B、秋水仙碱、长春碱）。颗粒的细胞内运输需要能量消耗和钙离子的存在。在钙离子的参与下，颗粒膜和质膜相互接触，分泌物通过细胞膜上形成的“孔隙”释放到细胞外空间。这个过程被称为胞吐。在某些情况下，被排出的颗粒能够重建并返回细胞质。

蛋白质肽类激素分泌过程中的触发点是腺苷酸环化腺苷酸（cAMP）生成增加以及细胞内钙离子浓度升高，钙离子穿透质膜并刺激激素颗粒向细胞膜迁移。上述过程受到细胞内和细胞外的调控。如果垂体和下丘脑细胞激素分泌功能的细胞内调控和自身调控受到严重限制，则系统性调控机制会确保垂体和下丘脑根据身体的生理状态进行功能活动。调控过程的异常会导致腺体功能严重受损，进而影响整个身体。

调节作用可分为刺激作用和抑制作用。所有调节过程均基于反馈原理。垂体激素功能的调节主要由中枢神经系统的结构负责，尤其是下丘脑。因此，垂体的生理控制机制可分为神经机制和激素机制。

在探讨垂体激素合成和分泌的调节过程时，首先需要指出的是下丘脑，它能够合成和分泌神经激素——释放激素。如上所述，腺垂体激素的调节是在下丘脑特定核团合成的释放激素的帮助下进行的。这些下丘脑结构的小细胞成分具有传导通路，这些通路与初级毛细血管网的血管相连接，释放激素通过这些通路进入腺垂体细胞。

考虑到下丘脑作为神经内分泌中枢，即将神经冲动转化为特定激素信号（其载体是释放激素）的场所，科学家们研究了各种介质系统直接影响腺垂体激素合成和分泌过程的可能性。例如，研究人员利用改进的方法技术发现了多巴胺在调节腺垂体多种促激素分泌中的作用。在这种情况下，多巴胺不仅作为调节下丘脑功能的神经递质，而且还作为释放激素参与调节腺垂体功能。关于去甲肾上腺素也获得了类似的数据，它参与控制促肾上腺皮质激素的分泌。现已证实腺垂体促激素合成和分泌受到双重控制。各种神经递质在下丘脑释放激素调节系统中的主要作用点是合成它们的下丘脑结构。目前，参与调节下丘脑神经激素的生理活性物质范围相当广泛。这些物质包括经典的肾上腺素能和胆碱能神经递质、多种氨基酸、具有吗啡样作用的物质——内啡肽和脑啡肽。这些物质是连接中枢神经系统和内分泌系统的主要纽带，最终确保了它们在体内的统一性。下丘脑神经内分泌细胞的功能活动可以通过来自各种传入通路的神经冲动由大脑各个部位直接控制。

近年来，神经内分泌学出现了另一个研究课题——研究位于中枢神经系统其他结构（下丘脑之外，且与腺垂体功能的激素调节无直接关系）的释放激素的功能作用。实验已证实，它们既可以被视为神经递质，也可以被视为多种系统过程的神经调节剂。

在下丘脑中，释放激素位于某些区域或核团。例如，LH-RH 位于下丘脑前部和内侧基底部，TRH 位于下丘脑中部，而 CRH 主要位于下丘脑后部。这并不排除神经激素在腺体中的弥漫分布。

腺垂体激素的主要功能是激活多个外周内分泌腺（肾上腺皮质、甲状腺、性腺）。垂体促激素——促肾上腺皮质激素 (ACTH)、促甲状腺激素 (TSH)、促黄体生成素 (LH) 和促卵泡激素 (FSH)、促性腺激素 (STH)——可引起特异性反应。例如，促肾上腺皮质激素 (ACTH) 可引起肾上腺皮质束状区增生（肥大和增生）并增加其细胞中糖皮质激素的合成；促黄体生成素 (LH) 是甲状腺滤泡器形态发生、甲状腺激素合成和分泌各个阶段的主要调节器；LH 是卵巢排卵和黄体形成、睾丸间质细胞生长、雌激素、孕激素和性腺雄激素合成的主要刺激物； FSH加速卵泡的生长，使其对LH的作用敏感，并激活精子发生；STH作为肝脏分泌生长因子的刺激物，决定身体的线性生长和合成代谢过程；LTH促进促性腺激素作用的表现。

还应注意的是，垂体促激素作为外周内分泌腺功能的调节者，通常能够发挥直接作用。例如，促肾上腺皮质激素（ACTH）作为糖皮质激素合成的主要调节剂，可产生多种肾上腺外效应，尤其是脂肪分解和黑素细胞刺激作用。

源自下丘脑-垂体的激素，即蛋白肽类激素，在血液中消失得非常快。它们的半衰期不超过20分钟，大多数情况下持续1-3分钟。蛋白肽类激素在肝脏中迅速积聚，并在特定肽酶的作用下发生剧烈降解和失活。这一过程也可见于其他组织以及血液中。蛋白肽类激素的代谢物主要以游离氨基酸、其盐和短肽的形式排出。它们主要通过尿液和胆汁排出。

激素通常具有相当明显的生理作用趋向性。例如，促肾上腺皮质激素（ACTH）作用于肾上腺皮质、脂肪组织和神经组织的细胞；促性腺激素作用于性腺、下丘脑和许多其他结构（即器官、组织和靶细胞）的细胞。垂体和下丘脑的激素对不同类型的细胞以及同一细胞内的各种代谢反应具有广泛的生理作用。根据其功能对某些激素作用的依赖程度，身体结构可分为激素依赖型和激素敏感型。如果说前者在分化和功能发育过程中完全受激素的影响，那么激素敏感型细胞即使没有相应的激素也能清晰地表现出其表型特征，其表现程度受激素在不同范围内的调节，并由细胞中特定受体的存在决定。

激素与相应受体蛋白的相互作用归结为激素和受体分子之间的非共价可逆结合，从而形成特异性的蛋白质-配体复合物，该复合物能够在细胞中产生多种激素效应。如果细胞中缺乏受体蛋白，则其对激素的生理浓度作用具有抵抗力。受体是相应内分泌功能的必要外周代表，决定了反应细胞对激素的初始生理敏感性，即细胞接收、传导和实施激素合成的可能性和强度。

激素调节细胞代谢的有效性取决于进入靶细胞的活性激素的量和其中受体的水平。