下視丘--腦下垂體--睪丸軸的調節作用

人體利用下視丘─腦下垂體—睪丸軸

來調節保持睪丸製造出好品質的精子

及  分泌適量的男性荷爾蒙 

下視丘是位在大腦底層，是腦幹最上層網狀結構像船首突出部位的一個組織，它的位置大概在眼窩的內側，可收集上層大腦視丘傳來的訊息並往下傳遞，也可將腦幹的訊息往大腦傳遞。位在下視丘的很多神經體細胞群伸出其軸索走向並終止在第三腦室底層一種叫"中間高地"的組織處。有一種似莖的組織與腦下垂體相連。此莖內包涵很多血管可將下視丘細胞分泌的神經賀爾蒙傳到腦下垂體，使腦下垂體做出反應。此莖內的血流是身體血液流量最大的地方。腦下垂體是位在人體頭部蝶鞍內，位在下視丘和視神經交叉（Optic Chiasma）之下，並有蝶鞍橫隔蓋住，相當於鼻樑基部內側的位置，有莖與下視丘相連，腦下垂體內有多種細胞可分泌多種不同的賀爾蒙來調節身體的功能，像可分泌促甲狀腺賀爾蒙，促腎上腺賀爾蒙，及促性腺賀爾蒙。分泌促性腺賀爾蒙（Gonadotropin）的細胞散佈在腦下垂體的前葉，這些細胞可分泌黃體生成賀爾蒙(簡稱LH)和濾泡刺激賀爾蒙（簡稱FSH）來調節睪丸的功能。為什麼叫黃體生成賀爾蒙呢？因為這種賀爾蒙也可刺激卵巢素產生黃體賀爾蒙（俗稱為安胎素）。為什麼叫濾泡刺激賀爾蒙呢？因為這種賀爾蒙可使濾泡長大，使濾泡內的卵子成熟，在男性黃體生成賀爾蒙刺激睪丸的Leyding細胞製造分泌睪固酮(一種男性賀爾蒙)，濾泡刺激賀爾蒙則刺激Sertoli細胞(營養精細胞的細胞)，然後間接使精子成熟。

下視丘藉分泌一種叫促性腺賀爾蒙釋放激素（簡稱GnRH）的賀爾蒙來刺激腦下垂體前葉的促性腺賀爾蒙細胞分泌黃體生成賀爾蒙和濾泡刺激賀爾蒙。GnRH賀爾蒙由下視丘的細胞體分泌經細胞軸索釋放到位在第三腦室底層的中間高地，然後經連接中間高地與腦下垂體的莖內血流運送到腦下垂體。分泌GnRH的細胞與鼻子嗅覺上皮細胞是同源，在胚胎發育時期與鼻子上皮細胞分道揚鑣，向內移居到現在下視丘的位置，在移居的過程中，製造GnRH的基因開始打開表現，此細胞上的GnRH基因表現從這個時候開始終其一生沒有關閉。此GnRH細胞的內移需要一種「粘著蛋白質」的幫忙，有的人因為此種粘著蛋白缺少或是製造出的蛋白品質不良使得分泌GnRH的細胞不能內移，因而造成下視丘沒有分泌GnRH的細胞，因而造成腦下垂體機能低下症，最終造成睪丸發育不良，於是睪丸製造不出男性賀爾蒙和精子，此種疾病我們稱為卡勒曼（Kallmann）綜合徵。

GnRH是一種含有10個氨基酸的多胜月太蛋白質，夏利（A. Schally）博士解開它的氨基酸的種類和排列次序，因而得到一九七七年的諾貝爾醫學獎。這項發現使得體外合成GnRH變為可能，而能大量製造用於疾病治療上。GnRH是細胞內第８對染色體短臂上的某一片段基因打開表現而轉錄出來的小分子蛋白質。GnRH細胞分泌GnRH是以一種脈動式的方式分泌，它的分泌主要受血液中睪固酮（睪丸分泌的男性賀爾蒙）的控制。這種控制是以一種負返饋的方式進行，即是當血中睪固酮偏低時，即刺激GnRH細胞分泌較多的GnRH，反之如果血中的睪固酮偏高了，則GnRH細胞分泌GnRH的量會下降。睪固酮的代謝產物像5α-去羧基睪固酮及女性賀爾蒙（男性體內也會製造少量的女性賀爾蒙）均會調節GnRH的分泌量，還有大腦也會分泌一些化學物來調和GnRH的分泌。睪固酮可抑制GnRH的產生，這種作用使得睪固酮在臨床上被利用在製造男性避孕丸的主要成份。下視丘GnRH細胞所分泌的GnRH被釋放到連結下視丘與腦下垂體的莖內的血流之後被快速運送到腦下垂體前葉。腦下垂體前葉內分佈很多促性腺細胞，此促性腺細胞上有GnRH的接受體，此接受體會與GnRH分子結合，GnRH與它的接受體的結合體會促使性腺細胞內產生一連串的化學反應，最終的結果的是促使性腺細胞釋出儲存在其細胞內的黃體生成賀爾蒙和濾泡刺激賀爾蒙，然後此黃體生成賀爾蒙和濾泡刺激賀爾蒙經血液運送到睪丸組織用來刺激睪丸製造精子及男性賀爾蒙。 GnRH量多時能同時促使促血性腺性細胞同時分泌黃體生成賀爾蒙和濾泡刺激賀爾蒙，GnRH量少時只能促使促性腺細胞分泌濾泡刺激賀爾蒙，濾泡刺激賀爾蒙半衰期較長，黃體生成賀爾蒙半衰期較短，所以檢查血液中黃體生成賀爾蒙和濾泡刺激賀爾蒙時，一次的抽血報告不能判定血中黃體生成賀爾蒙量的高低，但血中濾泡刺激賀爾蒙的量，一次抽血檢查即可判定。

前面提及黃體生成賀爾蒙和濾泡刺激賀爾蒙是是由腦下垂體所製造分泌出來。這兩種賀爾蒙在男女都存在且構造相同，這一種賀爾蒙的功能在男性是促使睪丸發育成熟，最終目的是使睪丸完成製造精子和分泌男性賀爾蒙的任務，所以黃體生成賀爾蒙和濾泡刺激賀爾蒙我們統稱為促性腺賀爾蒙（Gonadotropin）。促性腺賀爾蒙是一種醣化蛋白質。所謂糖化就是與蛋白質鏈上的氨基酸分子接上寡糖分子做為側鏈的意思。黃體生成賀爾蒙和濾泡刺激賀爾蒙均含有α和β鏈，它們的α鏈相同，但是β鏈不同，β鏈決定分子的差異性與功能。兩種賀爾蒙的α鏈均由相同染色體上的基因所錄製，而它們的β鏈則由兩種不同對的染色體上的基因所錄製，當α和β鏈分別被製造完成之後，被運到細胞內一種叫內質網的細胞器內合攏組裝，並加以糖化，糖化作用對賀爾蒙的活性功能很重要。青春期前下視丘--腦下垂體--睪丸輔機制未能啟動的原因有幾點：第一是下視丘GnRH細胞，對男性賀爾蒙非常敏感，極為少量的男性賀爾蒙則可抑製GnRH細胞分泌促性腺賀爾蒙（前面提到的負返饋機制）。第二點是身體的總體積量還沒有到達一定數量。第三是大腦的強力控制。但當青春期一到下視丘--腦下垂體--睪丸軸機制便開始運作。這種機制主要由睪丸Leydig細胞所產生的男性賀爾蒙來調節。最近研究顯示睪丸Sertoli細胞所產生的抑制素（Inhibin）亦可調節腦下垂體分泌濾泡刺激賀爾蒙的量。黃體生成賀爾蒙和濾泡刺激賀爾蒙兩種荷爾蒙是如何執行其功能呢？這是因為睪丸的Leydig細胞上有黃體生成賀爾蒙的接受體，黃體生成賀爾蒙可與此接受體結合，使Leydig細胞產生一連串的化學反應，最終的目的則是促使各Leydig細胞製造並分泌男性賀爾蒙，男性賀爾蒙在啟動總精子的製造，並且與濾泡刺激賀爾蒙共同合作產生品質良好的精子，同時男性賀爾蒙也促使男性生殖器的發育及維持男性氣概。有的男性因不能製造黃體生成賀爾蒙接受體或產生的黃體生成賀爾蒙接受體功能不良，此種情形會造成睪丸發育不良或是男性女性化。製造黃體生成賀爾蒙接受體的基因位在人體第二對染色體上。濾泡刺激賀爾蒙藉和睪丸的Sertoli細胞上的濾泡刺激賀爾蒙接受體作用而得以執行其功能。濾泡刺激賀爾蒙和其接受體作用之後可促使Sertoli細胞產生很多營養生殖細胞的生長因子，來促使精祖母細胞發育為成熟的精子，濾泡刺激賀爾蒙需要男性賀爾蒙的幫助才能製造夠量及品質夠好的精子。錄製濾泡刺激賀爾蒙接受體的基因位在人類第十一對染色體上。如果此基因有問題則濾泡刺激賀爾蒙的功能便不能表達出來，而造成無精症或精蟲稀少症。

從以上的描述，我們才曉得位在大腦下方的下視丘好像是一個大的雷達站，收集各方傳來的訊息，這些訊息中由睪丸傳來的睪固酮（睪丸分泌的男性賀爾蒙）最重要，然後加以綜合分析，是否要下達讓促性腺賀爾蒙釋放細胞（GnRH細胞），釋放出促性腺賀爾蒙釋放激素(GnRH)的指令。當血液中的男性賀爾蒙量高時，GnRH細胞釋放GnRH的腳步即放緩，當血液中的男性賀爾蒙量變低時，GnRH細胞釋放GnRH的腳步即加快，這是一種蹺蹺板現象，我們稱為負返饋現象。當GnRH被釋放出之後馬上經高速公路（連接下視丘和腦下垂體的莖）進入腦下垂體前葉，促使位在腦下垂體前葉的促性腺細胞分泌促性腺賀爾蒙即黃體生成賀爾蒙和濾泡刺激賀爾蒙。然後黃體生成賀爾蒙經血流進入睪丸內作用在Leydig細胞促使Leydig細胞產生男性賀爾蒙，此男性賀爾蒙能啟動製精步驟並促使第二性徵發育及維持男子氣概。男性賀爾蒙經血液跑回到下視丘來調節GnRH細胞釋放GnRH的量。濾泡刺激賀爾蒙作用在Sertoli細胞，促使Sertoli細胞分泌很多生長因子來營養精祖母細胞，使精祖母細胞發育成為成熟的精子。同時Sertoli細胞受濾泡刺激賀爾蒙的作用也製造分泌一種抑制素（Inlibin）的賀爾蒙反過來抑制濾泡刺激賀爾蒙蒙的產生。在這些層層互相控制調節的機制下，如果有一個小地方出了毛病，即會影響整部機器的運作，在臨床上我們可藉由測定血液中這些賀爾蒙的含量大概可知整部機器何處出了問題，可供下一步診治的參考。