下丘脑的发生与性分化、神经细胞分类与内分泌功能

下丘脑-垂体-睾丸轴(hypothalamic-pituitarygonad axis)由三个器官组成,在男子性(腺)的内分泌调控上起主导作用。性腺的活动、性激素的产生和分泌都受到下丘脑及垂体的调节,性激素可以通过反馈机制对下丘脑和垂体的活动进行调节,同时也起到对性腺自身活动进行自我调节的作用,从而使下丘脑、垂体和睾丸相互影响,协调一致地调节男性生殖系统的分化、发生、发育和成熟。

下丘脑(hypothalamic)是大脑基部较小的区域,它位于中脑的后下部与前脑的前上部之间,习惯上以下丘脑沟为下丘脑的上界,外侧界为大脑基底核、低丘脑和视束;在头侧,下丘脑和嗅区的分界不清楚;在尾侧,下丘脑和中脑的中央灰质及被盖的分界也不清楚。下丘脑被第三脑室分为左右两半,第三脑室中充满脑脊液。

下丘脑功能解剖图

尽管下丘脑的体积较小,但是它的结构复杂,具有多种功能,如对性行为与摄食行为的调节、对体温和自主活动完整性的调控。每一个功能都与下丘脑的一个或多个神经元聚集区(下丘脑神经核)有关。与生殖相关的下丘脑的神经核,包括视上核、室旁核、弓状核、腹正中核和视交叉上核。此外还有两个后来才发现的区域,下丘脑前区和视前区。这些神经核通过神经或血管而与垂体发生联系。

不同种属动物神经核的大小、形状、位置以及分界清楚与否是不同的。在人类,除视上核、室旁核、结节核及乳头核之外,其他神经核的轮廓不清楚,常称之为区。下丘脑大部分神经核的神经元具有产生肽类物质并将其释放入血的功能,称之为神经分泌神经元(neurosecretory neuron)。它们具有神经元和腺细胞两种结构特征,胞质内除含有丰富的粗面内质网、游离核糖体及发达的高尔基复合体外,还含有神经内分泌颗粒。

下丘脑的发生与性分化

下丘脑胚胎期是由间脑翼板下部演化而来,其分化大约于胚胎8~16周左右完成。雄性激素对下丘脑内某些神经核团结构的发育起着重要作用。研究证实,中枢神经系统在正常发育过程中,下丘脑视前区、杏仁核及大脑边缘系统等部位均有雄激素受体,如无雄激素作用,则自然向雌性方向发展,人胚胎6周时以核素实验可见脑部有标记的睾酮,下丘脑的性分化取决于胚胎期间雄激素的供应,如胚胎为雄性,胎儿睾丸间质细胞产生的睾酮能诱导下丘脑分化,形成一个张力中心与雄性交配中心,如胚胎为雌性则无睾酮产生,下丘脑自然分化形成一个周期性中心与一个雌性交配中心,以支配雌性生殖器官的周期性变化和性行为。所以人脑性分化时间在外生殖器分化(7~8周)以后,并且取决于其分泌激素的类型。

在发育的关键期,未成熟的下丘脑组织可因性激素的作用发生不可逆改变,造成永久性雄性或雌性脑回路,从而控制成年期性特异的性行为方式和促性腺激素的分泌,性激素的这种作用被称为组构作用。成年哺乳动物中枢神经系统结构性别双态性表现最明显之处是与生殖行为密切相关的下丘脑的视前周核、视前内侧核。在人、鼠等哺乳动物的视前周核、视前内侧核存在明显的性别差异。成年女性视前周核的核团细胞数比成年男性多,导致前者容积比后者大;而成年男性视前内侧核的容积是女性的两倍。上述两核团的性别差异性随年龄呈相关性变化,在2周岁以前无明显差异,2周岁后差异逐渐明显,直至青春期,但至老年期异型性随核团细胞总数减少(仅为幼年期10%~15%)而降低。

下丘脑神经细胞分类与神经内分泌功能

下丘脑的神经分泌细胞可分为两系:大细胞神经分泌系统和小细胞神经分泌系统。大细胞神经分泌细胞聚集于视上核及室旁核,其发出的纤维走向漏斗,集合成视上垂体束,将缩宫素与加压素运输分泌至神经垂体。小细胞神经分泌散在分布于下丘脑,可用免疫组织化学方法来显示。近30年来的研究,已从下丘脑提取近10种多肽激素,这些激素分别对腺垂体各种腺细胞的激素分泌起促进作用,一般统称为促垂体激素,如促甲状腺激素释放因子(TRH)、促肾上腺激素释放激素(CRF)及促性腺激素释放激素(GnRH)。

近半个世纪以来,人们已明确了下丘脑为中枢神经系统与内分泌系统的转调点,下丘脑细胞与其他神经细胞同样接受中枢神经递质的调控,将信息通过下丘脑细胞的触突直接传送给其他细胞。它将所接受的神经信息在细胞内转化为合成激素的信息,激素合成后释放入血液循环运行至其他内分泌腺对之进行调控。研究证明,下丘脑是较高级的调节内脏活动的中枢,对体温、营养摄取、水平衡、睡眠、内分泌和情绪反应有着重要的调节作用,特别是对性行为和生殖具有重要的生理调节能力。

性行为调控功能

对大鼠、猫、猴等动物刺激内侧视前区,雄性或雌性动物均会出现性行为。破坏该部分则显示出对异性的冷淡、性行为丧失等。因此内侧视前区被认为是促进性行为的中枢。在该区注入性激素也可诱发性行为。用放射自显影法研究表明,该部位雌激素受体结合位点最多。内侧视前区存在性激素敏感神经元。内侧视前区还接受边缘系统中的内侧前脑束、嗅觉系统等处胆碱能纤维的传入。有人认为这种胆碱能纤维可能与性兴奋有关,而单胺能纤维则可能起抑制作用。另有研究发现,大鼠视上核与室旁核内有神经纤维下行投射至骶髓的运动神经核团,如球海绵体肌脊髓核与背外侧核,从而对阴茎或阴蒂的勃起起调控作用,向室旁核注射一氧化氮前体——左旋精氨酸可以促进阴茎勃起与缩短射精频数。

生殖功能的调控

下丘脑主要通过由下丘脑、垂体和性腺(卵巢或睾丸)组成的生殖功能调节轴,进而对生殖功能进行内分泌调控。即由下丘脑合成与脉冲式分泌GnRH,调节垂体合成与释放LH和FSH,再作用于卵巢或睾丸来调控性激素的合成与生殖细胞的发育、成熟。

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