第一章 家畜生殖内分泌学

第一节 内分泌学概述

激素是机体内一种奇妙的化学物质，动物的各种生命活动都受到激素的精确调控。没有激素的参与，精子和卵子就不能生产，胚胎也不能再母体内孕育，新的生命就不可能诞生，动物就失去来繁衍后代的能力。所以，我们要了解或调控动物的生殖活动，就必须掌握内分泌和激素的有关知识。

一、内分泌和激素的概念

（一）内分泌和激素的经典定义

在动物体内，有许多腺体或组织能分娩一种或多种生物活性物质，直接进入血液，通过血液循环到达靶器官或靶组织，调节其生理活动。人们将这种现象称为内分泌；将具有内分泌功能的腺体称为内分泌腺，如脑垂体、甲状腺、肾上腺、胰岛素、性腺等；它们所分泌的生物活性物质则成为激素。这些经典定义就是人们对内分泌和激素的传统认识。

（二）内分泌和激素概念的发展

随着研究的深入，人们发现除内分泌腺以外，体内一些无典型腺体结构的组织或细胞，如下丘脑、胎盘、子宫内膜、胃、肠，以及全身多种组织都能分泌激素或激素样物质，而这些组织均不属于传统认识上的内分泌腺。另外，激素的运输也不仅仅限于血液循环的方式，有些激素可通过局部弥散或细胞间传递等方式到达邻近的组织或细胞，还有的就在自身分泌的细胞内发挥作用。因此，激素的经典概念已不能完全反映其本质和特征。1982年，Roth等提出”激素是细胞与细胞之间传递信息的化学信号物质”。1990年，Hyland又将激素定义为“激素是机体分泌的、在局部或通过运输到达靶组织而起调节分泌或代谢作用的物质”。按照这些定义，除了经典的激素以外，一些非内分泌腺组织或细胞的分泌物、某些神经递质、细胞因子，以及一些小分子化合物（如一氧化氮等）等都可看做是激素。由此可见，现代的激素概念在激素的产生部位、种类、运输方式和作用等方面都突破来传统激素的范畴。

从生命活动的本质来看，化学信息的传递是一切细胞的基本特性。从这个意义上讲，所有的细胞可能都有内分泌功能。因此，现在一般认为，激素是细胞产生和分泌的一种特殊的化学物质，它们可以通过血液循环、局部弥散、细胞间传递等多种方式到达作用部位而发挥调节作用。由此推测，目前已发现的数十种激素仍可能仅是机体所产生激素的一小部分。

随着激素概念的扩大，人们又在经典内分泌概念的基础上，提出了旁分泌、自分泌、远距分泌、胞内分泌和外分泌等概念。旁分泌是指激素分泌后通过局部弥散或细胞间传递，到达邻近的组织或细胞；自分泌是指激素分泌后直接作用于自身的分泌细胞；远距分泌是指激素分泌后通过血液循环运输，到达远距离的靶细胞，即传统的内分泌；胞内分泌是指胞浆分泌的激素转运到胞核，调节自身分泌细胞靶基因的表达；外分泌则指体表有管腺体或细胞分泌的生物活性物质（外激素）经空气等媒介传播，作用于其他动物，从而引起特定的生理反应。

二、激素的分类

已知动物体内分泌的激素（包括活性代谢物）有上百种，但研究的较为清楚的有60余种。这些激素可按一定的方式分类，最常见的是按化学性质和组织来源（或产生部位0分类。

（一）按化学性质分类

1.         含氮激素

这类激素的分子中都有含氮，包括蛋白质或多肽、胺类激素（氨基酸的衍生物）。

2.         类固醇激素

类固醇激素因分子中含有甾环，故又称甾体激素，其化学结构中有一个基本成分——环戊烷多氢菲。

3.         脂肪酸类激素

这类激素是不饱和脂肪酸的衍生物，如前列腺素。

4.         其他类激素

这类激素主要是维生素D₃的酸衍生物，属固醇类物质，如25-羟胆钙化醇，1，25-二羟胆钙化醇等。

（二）按组织来源分类

按组织来源或产生部位可大将激素分为以下几类（表6页）。

三、激素的特点

（一）分泌或释放特点

激素是一种生理调节物质，其产生、分泌或释放具有一定的规律性。一是随着机体的生理状态的不同，激素分泌呈现节律性或周期性，如促肾上腺素、松果腺激素等的分泌呈现昼夜波动（昼夜节律）；季节性繁殖动物，其性激素的分泌具有明显得季节性（季节节律）；雌性动物的生殖激素分泌则随着发情周期而显现周期性变化。二是激素的分泌并不是恒定的，而是呈脉冲式或阵发性分泌，如在雌性动物的发情周期中，垂体促性腺激素出现有规律的分泌脉冲。

（二）运输特点

蛋白质或多肽激素是水溶性的，在血液中主要以游离的形式运输，只有其中的神经垂体激素（催产素、抗力尿素）在下丘脑合成后与大分子蛋白质结合，通过轴突转运至神经垂体，并且以这种结合的形式释放如血液中，随血液循环运输。

类固醇激素是脂溶性的，在血液中以与载体蛋白结合的形式运输，但这种结合是可逆的，所以在血液中，类固醇激素存在结合的和游离的两种形式，此两种形式保持着动态平衡。类固醇激素与其载体蛋白的可逆结合关系具有重要的生物学意义：一是它可保护激素在运输过程中免被代谢清除，降低代谢速率，维持体内基础激素水平；二是能调节激素到达靶细胞的量，起到平衡内分泌和保护机体的作用，因为只有游离的激素才能进入组织细胞而发挥其生物学效应，若某种激素分泌过多，就可通过这种结合机制使组织中呈游离状态的激素保持生理水平。如某些动物在妊娠期间，血中的雄激素结合蛋白显著增多，起到防止大量雄激素对母体和胎儿的敏感组织的有害作用。

（三）代谢特点

激素在体内的代谢代谢地点主要有两处，一是在靶细胞，即当激素进入靶细胞发生作用后，激素本身就被降解失活；二是在肝脏和/或肾脏。肝脏中的多种酶可使激素代谢转化为低活性的甚至是无活性的代谢产物，从尿中排出。

激素在体内的代谢速率一般用“半衰期”表示。半衰期的长短视激素的种类不同而异，短的只有几分钟至十几分钟，如促性腺激素释放激素、促肾上腺皮质激素等；长的达数小时，有的甚至能维持数天，如孕马血清促性腺激素等。

因为激素在体内不断地被代谢清除，所以机体需要持续不断地分泌激素，以维持体内激素的基础水平和内分泌的平衡。了解激素的代谢特点非常重要，因为在临床上常见有些内分泌失调的动物出现某种激素基础水平升高的现象，而这种激素水平升高并不是因为分泌过多，而是体内激素代谢机制失调所致。如肝脏疾病时，由于醛固醇与雌激素代谢性灭活减少，出现钠水潴留、乳腺增大现象，就是典型的例子。

（四）作用特点

激素虽然种类繁多，作用复杂，但它们仍有一些共同的特点。

1.         传递生物信息的功能

激素在体内起着“信使”的作用，将生物信息传递给靶细胞，从而调节靶细胞的功能和物质代谢，但不能产生新的功能或反应。所以任何激素对组织或细胞的作用，只是使其功能加强（刺激）或减弱（抑制），而不能出现原先没有的活动，如促性腺激素可以刺激卵巢上的卵泡发育，而不能使卵巢以外的组织产生卵泡。

2.         作用的特异性

激素分泌后虽然能随血液循环或组织扩散分布到多种组织或细胞，甚至全身，但其作用是有选择性的，即某种激素只作用于某些或某种特定的组织或细胞，如垂体分泌的促性腺激素虽然能随血液循环分布到全身各种组织，但只对性腺组织起作用，这种特点的组织或细胞就叫该激素的靶组织或靶细胞。激素的这种选择性作用现象称为激素作用的特异性，它与靶细胞上特异的激素受体有关。

3.         作用的高效性

激素在血液或组织中的生理浓度都很低，一般只有纳克（ng/ml），甚至皮克（pg/ml）水平，但对机体的功能或代谢的影响却很大。如几皮克的促性腺激素释放激素就可使动物的垂体促性腺激素分泌量成倍增加，几微克的血管紧张素就可使动物血管强烈收缩，血压迅速升高。

4.         作用的可饱和性

因为激素需要与相应受体结合才能发挥作用，虽然细胞的受体结合位点很多，但毕竟是有限度的，因此当某种激素与其受体的结合达到最大结合值后，就不再随激素浓度的增加而加大，机体表现出对增加激素的不反应性，甚至出现相反的作用，如在临床上长期大剂量使用高活性的促性腺激素释放激素类似物，不但不能刺激动物性腺发育，反而引起性腺退化。

5.         激素间的相互作用

当多种激素参与某一生理活动的调节时，各激素之间往往存在互相作用的关系，在生物学效应上则表现出协同作用、颉颃作用和允许作用三种形式。

协同作用是指两种不同的激素作用于同一生理过程时，产生的效应比其中一种激素单独作用时要强，颉颃作用则与协同作用相反。如雌二醇和催产素都能促进子宫收缩，二者同时应用时，促进子宫收缩的效应就会增强；但如果将雌二醇与孕酮同时应用，因孕酮有抑制子宫收缩的作用，所以两者的作用就会相互抵消一部分。

允许作用是指某种激素本身虽然不能直接对某些组织或细胞产生生理效应，但有它存在时，可使另一种激素的作用增强，即对另一种激素的作用有调节和增强的效果，如糖皮质激素本身对心肌和血管平滑肌无收缩作用，但只有当糖皮质激素存在时，儿茶酚胺才能很好地发挥对心血管的调节作用。

四、激素与受体的相互作用

（一）受体的概念及基本功能

激素受体是指存在于细胞膜或细胞内的、能与激素发生特异性结合，将激素的生物信息转导为细胞的生物效应的生物发分子。

激素只有与其特异性的受体结合后才能发挥其调节功能。如图9页所示，受体在激素的作用过程中担负两个相关联的功能，一是识别与结合功能，即能准确地识别相应的激素并与之发生特异性结合；二是信息转导功能，即受体与激素结合后，能将激素的生物信息通过信息转导，触发细胞产生相应的生物效应。在信息转导过程中，激素起着第一信使的作用，它负责将生物信息传给受体，而不参与以后的反应；受体则负责将这种生物信息通过另外的信号转导分子，如环磷酸腺苷（cAMP），传给细胞内的效应器，产生相应的生物学效应。cAMP在这一过程中起着第二信使的作用。

与受体的概念相对应，能与受体特异结合的物质称为配基或配体。配基有两类：与受体结合后产生效应的称为激动剂，不产生效应或妨碍激动剂与受体结合的称为颉颃剂。而且，颉颃剂也分两类：在受体分子中，与激动剂的结合部位相同者称为竞争性颉颃剂；与激动剂的结合部位不同者称为非竞争性颉颃剂。

（二）激素受体的分类与结构

激素受体按其在细胞中的定位，可分为如下两类：

1.         细胞膜受体

种类受体一般是细胞膜上的糖蛋白或脂蛋白，含氮激素（甲状腺等少量胺类激素除外）的受体均属此类。含氮激素与靶细胞膜上的受体结合，激活腺苷酸环化酶，引起细胞cAMP或其他激素第二信使含量的变化，从而发挥生理作用。

2.         细胞内受体

细胞内受体包括细胞核内受体和细胞浆内受体，它们一般是可溶性蛋白质分子，类固醇激素的受体均属于此类。类固醇激素进入细胞后，直接进入细胞核与其受体结合，或先与胞浆内受体结合形成激素-受体复合物，再进入细胞核而发挥生物学效应。

（三）激素与受体相互作用的特点

1.         专一性

一种激素（配基）只与特定的受体结合。激素作用的特异性是由其与受体结合的专一性所决定的。所以有些激素虽然可随血液循环到达多种组织或细胞，但只对那些带有激素特定受体的靶组织或靶细胞产生调节作用。

2.         亲和力高

激素与受体的结合力称为亲和力。受体和激素的亲和力高。蛋白质类激素受体的亲和力一般为10^-9-10^-6mol/L。所以，激素在极低的浓度下就能发挥明显得生物学效应。

3.         结合的可逆性

激素与其受体的结合是可逆的。也就是说，结合到受体上的激素被亲和力更高的或浓度更高的其他配基所置换。

4.         可被竞争性颉颃剂阻断

竞争性颉颃剂与配基的结构非常相似，可与受体的结合部位结合，从而阻断受体与配基结合，也可与配基-受体复合物作用，将配基置换下来。

（四）激素对受体的调节

受体与细胞的其他物质一样，一方面处于不断合成与降解（更新）的动态平衡之中；另一方面它又受到体内各种因素，特别是激素的调节而发生变化，如数量、亲和力变化等。激素对受体的调节是机体生理调节的重要组成部分，也是维持机体内环境稳定的重要因素。

1.         降调节

降调节，也叫衰减调节或反向调节，是指当体内某种激素浓度过高，或长时间受高活性激动剂的作用，靶细胞上的受体减少，表现为靶细胞对该种激素的敏感性降低，出现失敏、脱敏、耐受等现象。激素与受体作用的这一特性，一方面可阻止当某种激素的量过大是细胞的反应过于强烈，另一方面也使激素的功能受到受体表达水平的制约。

根据激素与受体的对应关系，降调节又分为同种降调节和异种降调节两种情况。前者是指体内某种激素增多时，引起该激素特异的受体数量减少；后者是指某种激素增多，引起与之无直接关系的受体减少的现象，如雌激素过多引起生长激素受体减少，这种现象可以解释某些女性雌激素分泌过多，女性副性征发育良好，但身材相对矮小，而雌激素分泌不足者常呈现瘦高个子。

降调节一般具有如下特点：①剂量依赖性，即激素浓度越高或给予的激素剂量越大，受体减少就越明显；②时间依赖性，即激素作用的时间越长，受体减少越明显；③可逆性，即去除激素后，受体在较短的时间内能恢复到原有的水平。

2.         升调节

升调节，也叫上调节或正向调节。升调节也有两种情况，一种是当体内某种激素浓度升高时，靶细胞的受体数量随之增多，亲和力增加，表现为靶细胞对激素的敏感性增高，出现增敏或超敏现象。这种情况实际上是激素作用的放大机制，类似于正反馈作用，如在发育接近成熟的卵泡，随着雌激素增多，其促黄体素（LH）受体数量增加，亲和力增高，促进卵泡发育成熟、排卵。另一种情况是当体内某种激素浓度低或长期受到阻滞作用，可使该种激素的受体数量增加或受体对激素的敏感性增强，从而出现增敏或超敏现象。