內分泌系統由內分泌腺和分布于各組織的激素分泌細胞(或細胞團)以及它們所分泌的激素組成。
一、內分泌腺和激素分泌細胞
1 .內分泌腺人體的內分泌腺主要包括:① 下丘腦和神經垂體(垂體后葉);② 松果體;③ 腺垂體(垂體前葉和中葉);④ 甲狀腺;⑤ 甲狀旁腺;⑥ 內分泌胰腺(包括胰島和胰島外的激素分泌細胞);⑦ 腎上腺皮質和髓質;⑧ 性腺(皋丸或卵巢)。此外,也有人將胸腺和胎盤列為內分泌腺,但它們的主要功能不是內分泌調節。
2 .彌散性神經-內分泌細胞系統 亦稱為胺前體攝取和脫羧(amine precursor uptake and de -carboxylation , APUD)細胞系統。這些細胞主要分布于腦、胃、腸、胰和腎上腺髓質。在其他組織中,也散布有數目不等的APUD 細胞,主要合成和分泌肽類與胺類激素。
3 .組織的激素分泌細胞非內分泌組織的細胞也往往具有激素和/或細胞因子的合成和分泌功能如心房肌細胞(ANP)、脂肪細胞(leptin)、血管內皮細胞(內皮素)、成纖維細胞(FGF)等。
二、激素分泌細胞的結構特點
1 .合成肽類激素的細胞 這類細胞的共同特點是:① 與激素合成相關的內質網和高爾基體含量豐富;② 胞漿內含有膜包裹的分泌顆粒,顆粒內含膚類激素及其前體;③ 細胞常排列成索狀或團塊狀,有時形成濾泡或具有特殊分化的膜結構。神經內分泌(neuroendocrine)細胞除上述特征外,還具有神經電活動、神經元突觸連接結構和對神經遞質有生理反應等特點。胃、腸、胰等組織的APUD細胞胞漿透明,可單個或三五成群夾雜在主質細胞間隙中。
2 .合成類固醇類激素的細胞 此類細胞的共同特點有:① 與激素合成有關的滑面內質網含量豐富,線粒體晴常呈管泡狀,但無分泌顆粒;② 胞漿的脂質小滴較多,其中含有供激素合成的膽固醇;③ 細胞呈彌散性或成群分布。
三、激素
內分泌激素(endocrine hormone) 是細胞分泌的微量活性物質,由血液輸送至遠處組織并通過受體而發揮調節作用的化學信使物質。但現代內分泌學已將激素的范圍擴展到具有局部調節作用的旁分泌活性物質和具有細胞自身調節作用的自分泌活性物質。分子結構清楚者稱為激素,結構尚不明確者稱為因子(factors)。
(一)激素分類
在人體內,已知的激素和因子已有200 多種,一般根據化學結構分為四類。
1 .胺類激素和蛋白質激素 亦稱為含氮激素,均由氨基酸殘基組成分子的一級結構。由前激素原(prepro-hornlone)基因(DNA)編碼,轉錄mRNA 后在核糖體翻譯出肽鏈,形成的前激素原再經裂肽酶作用和化學修飾加工,形成具有生物活性的激素。
2 .胺類激素 其原料為氨基酸,如兒茶酚胺由酪氨酸轉化而來;色氨酸在脫羧酶或羧化酶催化下生成血清素或褪黑素(melatonin)。
3 .氨基酸類激素 由氨基酸衍生而來,如甲狀腺激素(thyroid hormones,TH)由酪氨酸經碘化、偶聯而成。
4.類固醇類激素 其骨架結構為環戊烷氫菲。在腎上腺皮質、性腺或其他組織內,經鏈裂酶、羥化酶、脫氫酶、異構酶等作用后,轉變為糖皮質激素(如皮質醇)、鹽皮質激素(如醛固醇)、雄激素(如睪酮與二氫睪酮)、雌激素(如雌二醇)、孕激素(如孕酮)。在肝和腎內,膽鈣化醇可被先后羥化為25-(OH)D3及1,25-(OH)2D3。
(二)激素的合成與貯存
如前所述,肽激素的合成與一般蛋白質相同,激素以分泌顆粒形式貯存。非肽類激素的合成方式各異。激素在體內的貯存量十分有限,但貯存在甲狀腺濾泡細胞外腔中的TH可滿足機體數個月之需。
(三)激素分泌方式
1.內分泌(endocrine)分泌的激素先進入毛細血管,再經腺體靜脈進入體循環(下丘腦激素先進入垂體門脈系統,內分泌胰腺激素先進入門靜脈),隨血液分布于機體各組織器官中,與靶細胞的特異受體結合發揮調節作用。
2.旁分泌(paracrine)一般不進入血液,僅(或主要)在局部發揮作用。
3.自分泌(autocrine)自分泌激素反饋作用于自身細胞,是細胞自身調節的重要方式之一。
4.胞內分泌(intracrine)由胞漿合成的激素直接轉運至胞核,影響靶基因的表達。
5.神經分泌(neurocrine)神經激素由神經細胞分泌,借軸漿流沿神經軸突運送至所支配(或貯存)的組織(如神經垂體),或經垂體門脈系統到達腺垂體,調節靶細胞的激素合成和分泌。
此外,還有并鄰分泌(juxtacrine)、腔分泌(solinocrine)和雙重分泌(amphicrine)等激素分泌方式,后兩者是激素進入腺腔、腺導管或消化道的一種分泌現象,腔分泌只分泌激素而雙重分泌可同時分泌激素和外分泌物質。
(四)激素轉運
激素的轉運載體為蛋白質,具有與激素結合的相對特異性。例如,血漿白蛋白和甲狀腺素轉運蛋白(transthyretin)可轉運小分子激素物質,其特異性不高。特異性轉運蛋白主要有甲狀腺素結合球蛋白(TBG)、性激素結合球蛋白(SHBG)、皮質醇結合球蛋白(CBG)、胰島素結合蛋白、醫.學教.育網搜.集整理GH 結合蛋白、IGF 結合蛋白、胰高糖素樣肽-1 結合蛋白等。
(五)激素的降解與轉換
肽類激素的半衰期短,一般約3~7min 。類固醇類激素的半衰期依激素的類型和分子結構而異,但一般均較膚類激素長,多數為數小時,少數可長達數周以上。激素在改變分子結構或在體內代謝后,其半衰期可縮短或延長,例如25-(OH) D3 的半衰期約2~3 周,經腎小管上皮細胞1a-羥化轉變為l,25-(OH)2D3后,其半衰期明顯縮短(6~8h)。T4和睪酮在外周組織中可分別轉化為T3 和二氫睪酮,其生物活性均增加。
多數激素在肝、腎和外周組織降解為無活性的代謝產物,故肝、腎功能減退往往影響激素的滅活。例如,肝功能嚴重障礙者,雌激素的降解明顯減慢,半衰期延長。膚類激素亦可在合成該激素的細胞內降解,并形成調節激素代謝和生物活性的另一途徑。例如,甲狀旁腺主細胞內的PTH 水解酶與PTH 顆粒共存于同一分泌顆粒中,這可能是防止過多PTHS 、分泌的一種保護性機制。
(六)激素的分泌節律
1 .生物節律 人體中的生物節律(biological rhythms)可發生于一個細胞、一種組織或器官、一個生物個體或一個生物群體。許多激素的分泌具有脈沖節律性。在激素清除率相對恒定狀態下,激素的血濃度主要受分泌脈沖頻率和振幅的影響。血濃度變化周期自數分鐘(如神經遞質)、數小時(如LH 、TRH 、睪酮、皮質醇、生長激素、泌乳素、TSH 、醛固酮等)、數天(如FSH) ,至數周(月經周期調節激素)、數月(季節性節律,如T4 、l ,25 -(OH ) 2 D3 、妊娠)不等。在人的一生中,同一激素的節律分泌也是變化的。一般來說,激素的半衰期越短、脈沖變化越明顯。
2 .晝夜節律 個體的生長、發育、代謝和環境變化及神經-內分泌的“生物鐘”現象與下丘腦的視上核活動有關,并與褪黑素的晝夜節律分泌有密切聯系,而褪黑素的分泌又是由光照和血清素能神經調節的。在病理情況下,激素的節律性分泌可有顯著改變,如Cushing 綜合征患者的皮質醇晝夜節律消失往往先于血皮質醇濃度的升高,測定皮質醇及ACTH 的晝夜節律性有助于Cushing 綜合征的早期診斷。
3 .血液激素濃度的晝夜變化 下丘腦晝夜活動的節律性和激素脈沖性分泌引起垂體激素的血濃度波動。例如,血皮質醇的晝夜節律是垂體ACTH 節律性分泌(來源于CRH 分泌的節律性)的反映。
4 .尿液成分濃度的晝夜變化 尿液中的激素、激素分解產物、電解質或其他成分的晝夜變化是代謝調節激素、進食、體力活動、腎臟調節等多種因素共同作用的結果。在相對恒定條件下,尿量、鈣、鉀、鈉、兒茶酚胺及其他代謝產物均有晝夜節律性波動。白晝排出較多,夜間排出減少,差值可達1 倍以上。
(七)血漿激素組分的不均一性
激素組分包括激素原、活性激素變異體、活性激素單體、二聚體、多聚體、激素的分解片段等,肽類激素和類固醇類激素均存在血漿激素組分的不均一現象。分析測定結果時必須考慮測定的組分范圍及其臨床意義。
(八)激素合成與分泌的調節途徑
1 .內分泌調節 激素要發揮對靶組織(靶細胞)的調節作用,必須具備下列基本條件:① 激素具有正常的“生物活性”(即激素的分子結構正常),變異型激素或激素原的活性下降或缺乏;② 如激素為非水溶性物質,轉運時要與激素轉運蛋白結合,將激素運抵靶細胞。有時,水溶性激素(如胰島素、IGF 、GH 等)也以與轉運蛋白結合的形式運輸,其意義可能是減少游離激素的濃度波動和降解,轉運蛋白起著貯存、緩沖和調節激素活性的功能;③ 靶細胞受體的結構、受體-激素結合的特異性和親和力正常;④ 受體后信號轉導系統和級聯反應(cascade reaction)系統的結構和功能正常;⑤ 促激素與靶激素或被調節代謝物之間形成正性興奮或負性抑制的反饋調節環,使激素的分泌量或代謝物濃度迅速而嚴格地控制在機體所需的范圍內;⑥ 靶細胞對激素的反應性和激素整體活動的協調性需要免疫調節和(或)神經調節參與。以上調節環路的任何步驟異常都可能導致內分泌代謝疾病。
2 .旁分泌/自分泌調節 旁分泌和自分泌是局部激素調節和組織重建(remodehng)調節的主要方式。機體根據各組織器官的功能不同,表現出不同的局部調節系統和調節機制。例如,內分泌胰腺的A 、B 、D 細胞的調節具有同種細胞之間的整合性和協調性,以保證對血糖濃度快速而精細的調節。而在睪丸組織中,由內分泌和旁分泌激素、細胞因子、生長因子、代謝產物等組成的局部調節系統是維持正常的睪丸激素分泌和睪丸生殖功能所必需的。
(九)激素與神經系統及免疫系統的相互聯系
神經系統主要借下丘腦與內分泌系統建立起神經一內分泌調節聯系。下丘腦的活動由更高級神經中樞(大腦皮質)通過神經遞質控制,外部環境刺激通過傳入神經在神經中樞轉換成化學信號,并由一些神經元進行分析整合,最后通過興奮性或抑制性神經遞質影響下丘腦的神經激素分。下丘腦的釋放激素或釋放抑制激素經垂體門脈系統進入腺垂體,促進或抑制垂體激素的分,并進一步影響靶腺的功能。另一方面,垂體激素也可通過血液循環、腦脊液或垂體門脈系統的逆向血流與擴散作用反饋作用于下丘腦甚至更高級神經中樞。其他內分泌激素(如皮質醇、T3、T4、兒茶酚胺、雌二醇等)也對中樞神經系統有重要調節作用。
免疫系統的免疫應答、免疫調節和免疫監視等功能均與神經-內分泌有密切聯系。一方面,神經-內分泌調控著免疫功能;另一方面,免疫應答的信使物質和免疫效應物(抗體、細胞因子等)又對神經一內分泌系統有明顯影響。許多內分泌疾病的病因與自身免疫反應有關,激素對靶細胞的效應常需局部細胞因子的介導,形成復雜的細胞水平及基因水平的調節網絡。
許多激素本身具有免疫活性。例如,褪黑素可透過細胞膜(吲哚胺類易透過胞膜的雙脂質層),與胞漿的自由基結合,起著抗氧化作用,是使細胞核、細胞活性蛋白及其他生物大分子免受自由基破壞的細胞保護劑。又如,糖皮質激素可作用于免疫反應的多個環節,具有顯著的免疫抑制作用。
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