激素｜第17章 內分泌系統 17.2《解剖學與生理學 2e》

原文傳送門：<17> The Endocrine System — 17.2 Hormones
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前言

儘管某種激素可能會透過血液流遍全身，但它只會影響其目標細胞的活動；也就是說，細胞具有該特定激素的受體。 一旦激素與受體結合，就會引發一系列事件，導致目標細胞做出反應。 由於激素能調節目標細胞的反應，因此激素在生理過程的調節中扮演重要的角色。 這些反應有助於人類的生殖、身體組織的生長發育、新陳代謝、體液和電解質平衡、睡眠和許多其他身體功能。 表 17.2 列出了人體的主要激素及其作用。

內分泌腺	相關激素	化學分類	作用
腦下垂體（前）	生長激素（GH）	蛋白質	促進身體組織生長
腦下垂體（前）	催乳素 (PRL)	勝肽	促進產乳量
腦下垂體（前）	促甲狀腺激素 (TSH)	糖蛋白	刺激甲狀腺激素釋放
腦下垂體（前）	促腎上腺皮質激素 (ACTH)	勝肽	刺激腎上腺皮質釋放激素
腦下垂體（前）	促卵泡激素 (FSH)	糖蛋白	刺激配子產生
腦下垂體（前）	黃體生成素 (LH)	糖蛋白	刺激性腺產生雄性激素
腦下垂體（後）	抗利尿激素（ADH）	勝肽	刺激腎臟對水的再吸收
腦下垂體（後）	催產素	勝肽	生產時刺激子宮收縮
甲狀腺	甲狀腺素 (T4 )、三碘甲狀腺原氨酸 (T3 )	胺	刺激基礎代謝率
甲狀腺	降鈣素	勝肽	降低血液 Ca2+水平
副甲狀腺	副甲狀腺素（PTH）	勝肽	增加血液 Ca2+水平
腎上腺（皮質）	醛固酮	類固醇	增加血Na+水平
腎上腺（皮質）	皮質醇、皮質酮、可的松	類固醇	增加血糖水平
腎上腺（髓質）	腎上腺素、正腎上腺素	胺	刺激戰鬥或逃跑反應
松果體	褪黑素	胺	調節睡眠週期
胰臟	胰島素	蛋白質	降低血糖水平
胰臟	胰高血糖素	蛋白質	增加血糖水平
睪丸	睪固酮	類固醇	刺激性別特徵的發育，包括低沉的聲音、增加肌肉質量、體毛發育和精子產生
卵巢	雌激素和黃體酮	類固醇	刺激性徵發育，包括脂肪和乳房組織的發育，並為身體分娩做好準備

激素的類型

人體激素依其化學結構可分為兩大類。 來自胺基酸的激素包括胺、勝肽和蛋白質。 從脂質衍生的物質包括類固醇（圖 17.3）。 這些化學基團會影響激素的分佈、與激素結合的受體類型，以及激素功能的其他方面。

胺類激素

由胺基酸修飾所衍生的激素稱為胺類激素。 通常，胺基酸的原始結構會被修改，例如去除 –COOH（或羧基），而保留−NH₃⁺（或胺基）。

胺類激素由胺基酸色氨酸〔tryptophan〕或酪氨酸〔tyrosine〕合成。 從色氨酸中衍生的激素的一個例子是褪黑激素，它由松果腺分泌，有助於調節晝夜節律。 酪胺酸衍生物包括調節代謝的甲狀腺激素，以及兒茶酚胺，如腎上腺素、去甲腎上腺素和多巴胺。 腎上腺素和去甲腎上腺素由腎上腺髓質分泌，在戰鬥或逃跑反應中發揮作用，而多巴胺則由下視丘分泌，可抑制某些腦下垂體前葉激素的釋放。

肽類和蛋白質激素

胺類激素源自單一胺基酸，而肽類和蛋白質激素則由多個胺基酸組成，這些胺基酸相互連接形成胺基酸鏈。 肽類激素由短鏈胺基酸組成，而蛋白質激素則是較長的多肽。 兩種類型的激素都像其他身體蛋白質一樣合成：DNA 轉錄成 mRNA，mRNA 再轉譯成氨基酸鏈。

肽類激素的例子包括抗利尿激素 (ADH)〔antidiuretic hormone〕，一種對液體平衡很重要的腦下垂體激素，以及心房利鈉胜肽〔atrial-natriuretic peptide〕，它由心臟產生，有助於降低血壓。 蛋白質激素的一些例子包括由腦下垂體產生的生長激素和促卵泡激素 (FSH)〔follicle-stimulating hormone〕，它帶有附著的碳水化合物基團，因此被歸類為糖蛋白。 FSH 有助於刺激卵巢中卵子和睪丸中精子的成熟。

類固醇激素

由脂質衍生的主要激素是類固醇。 類固醇激素來自脂質膽固醇。 例如，由生殖腺（睪丸和卵巢）產生的生殖荷爾蒙睪固酮〔testosterone〕和雌激素〔estrogens〕就是類固醇激素。 腎上腺產生類固醇激素醛固酮〔aldosterone〕，參與滲透調節，以及皮質醇，在代謝中發揮作用。

與膽固醇一樣，類固醇激素不溶於水（它們是疏水性的）。 由於血液以水為基礎，脂質衍生的激素必須透過與運輸蛋白結合的方式到達目標細胞。 這種更複雜的結構延長了類固醇激素的半衰期，遠遠超過由氨基酸衍生的激素。 激素的半衰期是指〝激素濃度降低一半所需的時間〞。 例如，脂質衍生的激素皮質醇的半衰期約為 60 至 90 分鐘。 相較之下，氨基酸衍生的激素腎上腺素的半衰期約為一分鐘。

激素作用的路徑

激素發出的訊息由激素受體〔hormone receptor〕接收，激素受體是一種位於細胞內部或細胞膜內的蛋白質。 受體將透過啟動其他訊號事件或細胞機制來處理該訊息，從而引起目標細胞的反應。 激素受體識別具有特定形狀和側基的分子，並且只對被識別的激素做出反應。 同一類型的受體可能位於不同身體組織的細胞上，並引發略有不同的反應。 因此，激素引發的反應不僅取決於激素，還取決於目標細胞。

一旦目標細胞接收到激素訊號，它就會以多種方式做出反應。 這種反應可能包括刺激蛋白質合成、激活或失活酵素、改變細胞膜的通透性、改變有絲分裂和細胞生長的速度，以及刺激產物的分泌。 此外，單一激素可能能夠在特定細胞中誘發不同的反應。

涉及細胞內激素受體的路徑

細胞內激素受體位於細胞內部。 與此類受體結合的激素必須能夠穿過細胞膜。 類固醇激素從膽固醇衍生而來，因此可以輕易地穿過細胞膜的脂質雙層到達細胞內受體（圖 17.4）。 甲狀腺激素透過〝依賴能量和 Na⁺ 的特定載體介導機制〞穿過細胞膜。

類固醇和甲狀腺激素結合的位置略有不同：類固醇激素可能與細胞質內或細胞核內的受體結合。 無論哪種情況，這種結合都會產生一種激素-受體複合物，該複合物會移動到細胞核中的染色質，並與細胞 DNA 的特定片段結合。 相反，甲狀腺激素與〝已經與 DNA 結合〞的受體結合。 對於類固醇和甲狀腺激素來說，激素-受體複合物與 DNA 的結合會觸發目標基因轉錄為 mRNA，mRNA 會移動到細胞質，並引導核醣體進行蛋白質合成。

涉及細胞膜激素受體的路徑

親水性或水溶性的激素無法透過細胞膜的脂質雙層擴散，因此必須將其訊息傳遞給位於細胞表面的受體。 除了脂溶性的甲狀腺激素外，所有胺基酸衍生的激素都會與至少部分〝位於細胞膜細胞外表面的細胞膜受體〞結合。 因此，它們不會直接影響目標基因的轉錄，而是啟動由分子（稱為第二信使〔second messenger〕）進行的訊號級聯。 在這種情況下，這種激素被稱為第一信使〔first messenger〕。

大多數激素使用的第二信使是環磷酸腺苷 (cAMP)〔cyclic adenosine monophosphate〕。 在 cAMP 第二信使系統中，水溶性激素與細胞膜上的受體結合（圖 17.5 的步驟 1）。 此受體與一種稱為 G 蛋白〔G protein〕的細胞內成分相關，激素的結合會激活 G 蛋白成分（步驟 2）。 激活的 G 蛋白反過來激活一種稱為腺苷酸環化酶〔adenylyl cyclase〕的酵素，也稱為腺苷酸環化酶〔adenylate cyclase〕（步驟 3），它將三磷酸腺苷 (ATP) 轉化為 cAMP（步驟 4）。 作為第二信使，cAMP 會激活一種稱為蛋白激酶〔protein kinase〕的酵素，這種酵素存在於細胞體內（步驟 5）。 激活的蛋白激酶啟動磷酸化級聯反應〔phosphorylation cascade〕，其中多種蛋白激酶磷酸化（添加磷酸基）多種細胞蛋白質，包括其他酵素（步驟 6）。

細胞蛋白質的磷酸化可以引發各種各樣的作用，從營養代謝到不同激素和其他產物的合成。 這些作用會根據目標細胞的類型、所涉及的 G 蛋白和激酶，以及蛋白質的磷酸化而有所不同。 使用 cAMP 作為第二信使的激素例子包括降血鈣素〔calcitonin〕，它對於骨骼構建和調節血鈣水平很重要；升糖素〔glucagon〕，在血糖水平中發揮作用；以及促甲狀腺激素〔thyroid-stimulating hormone〕，它會導致甲狀腺釋放 T₃ 和 T₄。

總體而言，磷酸化級聯反應顯著提高了激素反應的效率、速度和特異性，因為對於血流中極低濃度的激素，可以同時啟動數千個訊號事件。 然而，激素訊號的持續時間很短，因為 cAMP 很快就會被位於細胞質中的磷酸二酯酶 (PDE) 〔phosphodiesterase〕失活。 PDE 的作用有助於確保目標細胞的反應迅速停止，除非新的激素到達細胞膜。

重要的是，也有一些G 蛋白會因激素結合，而降低細胞內的 cAMP 水平。 例如，當生長激素抑制激素（GHIH）〔growth hormone–inhibiting hormone〕（也稱為體抑素〔somatostatin〕）與腦下垂體中的受體結合時，cAMP 水平就會降低，從而抑制人體生長激素的分泌。

並非所有水溶性激素都會啟動 cAMP 第二信使系統。 一種常見的替代系統使用鈣離子作為第二信使。 在該系統中，G 蛋白會激活酶磷脂酶 C (PLC)〔phospholipase C〕，其功能類似於腺苷酸環化酶〔adenylyl cyclase〕。 一旦被激活，PLC 就會將膜結合磷脂裂解成兩個分子：二醯甘油 (DAG)〔diacylglycerol〕 和肌醇三磷酸 (IP₃)〔inositol triphosphate〕。 如同 cAMP ，DAG 可激活蛋白激酶，引發磷酸化級聯反應。 同時，IP₃ 導致鈣離子從細胞質內的儲存位置（例如光滑的內質網內）釋放。 然後，鈣離子以兩種方式充當第二信使：它們可以直接影響酵素和其他細胞活動，或者它們可以與鈣結合蛋白結合，其中最常見的是鈣調蛋白〔calmodulin〕。 鈣調蛋白與鈣結合後能夠調節細胞內的蛋白激酶。 使用鈣離子作為第二信使系統的激素的例子包括血管緊張素 II〔angiotensin II〕，它透過血管收縮幫助調節血壓，以及生長激素釋放激素 (GHRH)〔growth hormone–releasing hormone〕，它導致腦下垂體釋放生長激素。

影響目標細胞反應的因素

你應該還記得，如果某種激素要觸發反應，那麼目標細胞必須具有該激素特有的受體。 但還有其他幾個因素會影響目標細胞的反應。 例如，血液中循環的某種激素水平較高，會導致其目標細胞減少該激素受體的數量。 這個過程稱為下調〔downregulation〕，它使細胞對過量的激素水平的反應性降低。 當激素水平長期降低時，目標細胞就會上調〔upregulation〕，增加其受體的數量。 這個過程使細胞對存在的激素更加敏感。 細胞還可以改變受體本身對各種激素的敏感性。

兩種或多種激素可以相互作用，以多種方式影響細胞的反應。 最常見的三種相互作用類型如下：

• 允許作用〔permissive effect〕，即一種激素的存在使得另一種激素能夠發揮作用。 例如，甲狀腺激素與某些生殖激素有複雜的允許關係。 因此，飲食中缺乏碘（甲狀腺激素的一種成分）會影響生殖系統的發育和功能。
• 協同作用〔synergistic effect〕，即兩種具有相似作用的激素產生放大反應。 在某些情況下，需要兩種激素才能產生充分的反應。 例如，女性卵子（卵細胞）的成熟需要兩種不同的生殖激素——來自腦下垂體的 FSH 和來自卵巢的雌激素。
• 拮抗作用〔antagonistic effect〕，即兩種激素具有相反的作用。 一個熟悉的例子是兩種胰臟激素——胰島素和升糖素的作用。 胰島素增加肝臟以肝醣的形式儲存葡萄糖，降低血糖，而升糖素則會刺激肝醣儲存的分解，增加血糖。

激素分泌的調節

為了防止激素水平異常和潛在的疾病狀態，必須嚴格控制激素水平。 身體透過平衡激素的產生和降解來維持這種控制。 反饋迴路控制著大多數激素分泌的啟動和維持，以對各種刺激做出反應。

回饋迴路的作用

這裡僅簡單回顧反饋迴路對體內平衡的貢獻。 正反饋迴路的特點是〝釋放額外的激素，以響應原始激素的釋放〞。 分娩過程中催產素的釋放是一個正反饋迴路。 催產素的最初釋放開始向子宮肌肉發出收縮訊號，將胎兒推向子宮頸，導致其伸展。 這反過來又會向腦下垂體發出訊號，釋放更多的催產素，導致分娩收縮加劇。 孩子出生後，催產素的釋放會減少。

較常見的激素調節方法是負反饋迴路。 負反饋的特徵是，當某種激素的水平足夠時，就會抑制該激素的進一步分泌。 這使得激素的血液水平能夠被調節在一個狹窄的範圍內。 負反饋迴路的一個例子是腎上腺在下視丘和腦下垂體的指揮下釋放糖皮質激素。 隨著血液中糖皮質激素濃度的升高，下視丘和腦下垂體減少向腎上腺發出的訊號，以防止額外的糖皮質激素分泌（圖 17.6）。

內分泌腺刺激的作用

〝由化學和神經刺激引發的反射〞控制內分泌活動。 這些反射可能很簡單，只涉及一種激素反應，或者它們可能更複雜並涉及多種激素，如下視丘控制各種〝腦下垂體前葉控制的激素〞的情況。

體液刺激是血液中非激素化學物質（如營養物質或離子）水平的變化，它會導致激素的釋放或抑制，進而維持體內平衡。 例如，下視丘中的滲透壓感受器可以檢測血液滲透壓（血漿中溶質的濃度）的變化。 如果血液滲透壓過高，即血液稀釋度不夠，滲透壓感受器就會向下視丘發出訊號，釋放抗利尿激素（ADH）。 這種激素會使腎臟重新吸收更多的水分，並減少尿液的產生量。 這種重吸收會導致血液滲透壓降低，從而將血液稀釋到適當的水平。 血糖的調節是另一個例子。 高血糖水平會導致胰臟釋放胰島素，從而增加細胞對葡萄糖的吸收，以及肝臟將葡萄糖儲存為肝醣〔glycogen〕。

一個內分泌腺也可能會分泌一種激素，以回應由不同內分泌腺產生的另一種激素的存在。 這種激素刺激通常涉及下視丘，下視丘產生釋放激素和抑制激素，控制多種腦下垂體激素的分泌。

除了這些化學訊號外，激素也會因神經刺激而釋放。 神經刺激的常見例子是交感神經系統啟動戰鬥或逃跑反應。 當個體感知到危險時，交感神經元會向腎上腺發出訊號，分泌去甲腎上腺素和腎上腺素。 這兩種激素會擴張血管、增加心率和呼吸頻率、並抑制消化系統和免疫系統。 這些反應促進身體向大腦和肌肉輸送氧氣，從而提高身體戰鬥或逃跑的能力。

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2025/01/28 發佈本文