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第二章生殖激素 第一节概述 一 内分泌学与动物繁殖内分泌学是研究激素及其受体的生化 生理 药理和分子生物学的一门学科 生殖内分泌学是内分泌学的一个组成部分 其研究内容包括与繁殖有关的激素及其受体的结构和功能 繁殖机能的内分泌调节规律及其人工调控等 二 调节繁殖机能的器官和组织动物的繁殖以性腺的活动为基础 即两性的性腺产生雌 雄配子 配子受精形成合子继而发育成新的个体 同时 性腺还产生性激素 引起一系列有关的形态 行为 生理生化变化 性腺的活动受垂体 下丘脑以及更高级神经中枢的调节 从而构成大脑 下丘脑 垂体 性腺相互调节的复杂系统 此外 繁殖过程还涉及其他外周器官的活动 一 大脑边缘系统大脑边缘系统包括大脑边缘叶的皮质及皮质下核 边缘中脑区和边缘丘脑核等部分 其中大脑边缘叶皮质主要包括海马和齿状回等组成的古皮层 前梨状区和内嗅区等组成的旧皮层 扣带回和海马回等组成的中皮层 以及新皮层 皮质下核有杏仁复合体 隔核 下丘脑诸核 丘脑上部缰核 丘脑前核及部分基底神经节 下丘脑内侧区主要神经核团 二 丘脑下部 丘脑下部与垂体关系 三 垂体 四 性腺雄性动物的睾丸和雌性动物的卵巢是重要的内分泌 旁分泌和自分泌器官 其组织结构详见第一章 五 其他器官和组织子宫 胎盘 松果腺 甲状腺 肾上腺 胰岛 免疫器官等器官和组织所分泌的激素或生长因子不同程度 不同范围地参与动物繁殖机能的调节 生殖激素种类 来源及主要生理功能 三 生殖激素的种类 生殖激素种类 来源及主要生理功能 LH RH分泌调节 几种反馈机制 E 排卵前LH峰 正反馈 负反馈 强烈负反馈 负反馈 短反馈 负反馈 超短反馈 E 正常情况下 性腺激素 体液 LH RH分泌 长反馈 下丘脑 调节 P 卵巢 黄体 胎盘 FSH LH 垂体前叶 LH RH 血液中 第二节神经激素 中枢神经系统内有些细胞能合成和分泌一些肽类物质 并通过血液循环到达靶器官发挥作用 这些细胞称为神经内分泌细胞 所分泌的神经肽称为神经激素 一 下丘脑激素 一 下丘脑激素的种类下丘脑的神经内分泌细胞可分为两类 一类是大型神经内分泌细胞 位于视上核和室旁核 可分泌加压素和催产素等肽类激素 此类激素沿神经垂体束的长轴索下行 贮存于垂体后叶 需要时释放入血液 另一类是小型内分泌细胞 主要位于下丘脑结节组 促垂体区 至少分泌9种肽类激素 通过垂体门脉系统调节腺垂体的功能 二 促性腺激素释放激素 GnRH 图2 3哺乳动物GnRH的分子结构 图2 4GnRH作用机理模式图 GnRH的应用 1 诱导母畜发情排卵 2 提高受胎率 3 治疗母畜不孕症 4 用于鱼类的催情和促排卵 二 催产素催产素 oxytocin OXT 是由下丘脑合成经神经垂体释放进入血液循环的一种神经激素 是第一个被测定出分子结构的神经肽 在下丘脑视上核和室旁核含有两种较大的神经元 一种合成催产素 一种合成加压素 这些神经元被称为大型神经内分泌细胞或大细胞神经元 催产素的生物学作用催产素和加压素虽然结构相似 但作用有很多的不同 加压素主要对血管平滑肌起收缩作用 加压作用 和抗利尿作用 又称抗利尿素 催产素有如下功能 1 对子宫的作用 2 对乳腺的作用 3 对卵巢的作用 三 松果腺激素 松果腺又名松果体 因形似松果而得名 位于下丘脑的下方 在低等脊椎动物如古爬行类的松果体是由能感受光刺激 类似视网膜的细胞构成 因此这些动物的松果体有 第三只眼睛 之称 而哺乳动物的松果体已进化为腺体组织 是一个神经内分泌换能器 眼睛把光照周期的信息通过一系列神经元传递给松果腺 影响其分泌活动 其神经通路如下 光 视网膜 视束 视交叉 中脑 桥脑 延脑 脊髓 颈上神经节 交感神经节后纤维 交感神经末梢释放的神经递质是去甲肾上腺素 松果腺激素的功能1 褪黑素的作用 1 对繁殖系统的作用褪黑素是对生殖机能作用最强的松果腺吲哚类激素 长日照繁殖动物 褪黑素对生殖系统表现明显的抑制作用 对于短日照动物 褪黑素具有促进繁殖的作用 2 对毛纤维生长的作用 3 褪黑素使鱼类和蛙等动物皮肤颜色变浅 这是褪黑素得名的缘由 2 8 精 赖 加催素的作用许多研究结果表明 分别来自牛和猪松果腺的这两种松果腺肽类激素具有抗生殖的作用 第三节促性腺激素 一 垂体促性腺激素垂体前叶可分泌多种激素 如嗜酸性细胞分泌的促乳素 PRL 嗜碱性细胞分泌的促卵泡素 FSH 促黄体素 LH 促甲状腺素 TSH 促肾上腺皮质激素 ACTH 等 其中FSH和LH主要以性腺为靶器官 被称为促性腺激素 PRL因与黄体分泌孕酮有关也被列为促性腺激素 垂体前叶腺细胞类型的关系及其分泌激素图解 促性腺激素作用的机理 图2 8腺苷酸环化酶依赖性膜结合激素受体系统 FSH和LH的生物学作用1 FSH的生物学作用FSH促进卵巢卵泡的生长 促进卵泡颗粒细胞的增生和雌激素合成和分泌 刺激卵泡细胞上LH受体产生 促进睾丸足细胞合成和分泌雌激素 刺激生精上皮的发育和精子发生 在次级精母细胞及其以前阶段 FSH起重要作用 此后由睾酮起主要作用 2 LH的生物学作用在雌性动物 LH促进卵泡的成熟和排卵 刺激卵泡内膜细胞产生雄激素 为颗粒细胞合成雌激素提供前体物质 促进排卵后的颗粒细胞黄体化 维持黄体细胞分泌孕酮 在雄性动物 LH刺激睾丸间质细胞合成和分泌睾酮 促进副性腺的发育和精子最后成熟 各种母畜垂体前叶促卵泡素及促黄体素含量比例与发情排卵特点的关系 FSH和LH的应用1 FSH的应用畜牧业上 FSH通常用于胚胎移植程序中的超数排卵 此外 在诱发排卵 治疗性欲缺乏 卵泡发育停滞和持久黄体等方面也有应用 2 LH的应用LH常用于诱导排卵 治疗黄体发育不全和卵巢囊肿等 一般先用PMSG或FSH促进卵泡发育 然后注射LH或hCG促进排卵 三 胎盘促性腺激素胎盘是保证胎儿正常发育的重要器官 它具有极为复杂的功能 其中重要的功能之一就是它可以分泌多种激素 包括GnRH 促性腺激素 雌激素 孕激素 松驰素 抑制素和激活素 促肾上腺皮质激素 肾上腺皮质激素 生长激素 促乳素等 马属动物胎盘分泌的孕马血清促性腺激素 PMSG 和灵长类胎盘分泌的 人 绒毛膜促性腺激素 hCG 是两种特殊的胎盘激素 50 100 8 45 90 150 45 90天采血 PMSG合成量随妊娠天数的变化 怀不同胎体时马驴PMSG和dCG含量比较 dCG PMSG g ml血清 妊娠天数 农大杜玉川教授1982年测定 A 驴怀骡B 马怀马C 驴怀驴D 马怀骡 400 800 1200 1600 2000 2400 35 55 75 95 115 PMSG的应用 1 用于超数排卵 2 治疗雌性动物乏情 安静发情或不排卵 3 提高母羊的双羔率 4 治疗雄性动物睾丸机能衰退或提高精液品质有一定效果 第四节性腺激素 动物的性腺除产生配子 精子或卵子 以外 另一重要的功能就是作为内分泌腺合成和分泌性腺激素 性腺激素包括两大类 即性腺类固醇激素和性腺多肽类激素 类固醇激素化学结构式 菲 环戊烷 环戊烷多氢菲 OH OH 雌二醇 雌三醇 雌酮 孕酮 睾酮 己烯雌酚 合成类激素 胆固醇 类固醇简化式 一 性腺类固醇激素 图2 11类固醇激素对靶细胞作用的机理模式图 类固醇激素作用机理 雄激素的生物学作用 1 在雄性胎儿性分化过程中 睾酮刺激沃尔夫氏管发育成雄性内生殖器官 附睾 输精管等 双氢睾酮刺激雄性外生殖器官 阴茎 阴囊等 发育 2 睾酮启动和维持精子发生 并延长附睾中精子寿命 双氢睾酮在促进雄性第二性征和性成熟中起不可替代的作用 3 雄激素刺激副性腺的发育 双氢睾酮对前列腺的分化形成起主要作用 4 睾酮作用于中枢神经系统与雄性性行为有关 5 睾酮对下丘脑或垂体有反馈调节作用 影响GnRH LH和FSH分泌 6 睾酮对生殖系统以外的作用 如增加骨质生成和抑制骨吸收 激活肝酯酶 加快高密度脂蛋白的分解 脂质沉积加快 雄激素的应用 1 睾酮在临床上主要用于治疗雄性动物性欲低下或性机能减退 但单独使用不如睾酮与雌二醇联合处理效果好 2 合成雄激素制剂 注射给母牛或阉牛 可使之作为试情牛 双细胞 双促性腺激素作用模式 睾丸组织 卵巢组织 睾丸间质细胞 卵泡内膜细胞 FSH 足细胞 睾丸 卵泡颗粒细胞 Leydigcell Sertolicell 雌激素卵巢 胎盘 肾上腺以及睾丸等是雌激素的来源 雌激素的生物学作用雌激素是促使雌性动物性器官发育和维持正常雌性性机能的主要激素 1 促进雌性动物的发情表现和生殖道生理变化 2 有的动物 如猪 胚泡产生雌激素作为妊娠信号 有利于妊娠的建立 3 雌二醇与促乳素协同作用 促进乳腺导管系统发育 4 通过对下丘脑的反馈作用调节GnRH和促性腺激素分泌 5 少量雌二醇促进雄性动物性行为 6 对骨代谢的影响 雌激素制剂的应用雌激素制剂最常用的是己烯雌酚和苯甲酸雌二醇 1 治疗母畜不发情 2 治疗母牛持久黄体 3 在牛和羊可用雌激素引产 4 雌激素与催产素配合可治疗母牛子宫疾病 5 利用雌激素制剂进行人工诱导泌乳有一定作用 孕激素的生物学作用 1 在黄体期早期或妊娠初期 促进子宫内膜增生 使腺体发育 功能增强 这些变化有利于胚胎附植 2 在妊娠期间 抑制子宫的自发活动 降低子宫肌层的兴奋作用 还可促进胎盘发育 维持正常妊娠 3 大量孕酮抑制性中枢使动物无发情表现 但少量孕酮与雌激素协同作用可促进发情表现 动物的第一个情期 初情期 有时表现安静排卵 可能与孕酮的缺乏有关 4 与促乳素协同作用 促进乳腺腺泡发育 孕激素制剂的应用 1 作为同期发情的药物 2 与其他激素如hCG合用治疗母畜不发情或卵巢囊肿 3 与雌激素和皮质类固醇联用可诱导母羊的母性行为 孕激素埋植工具与埋植方法示意图 二 性腺肽类激素松弛素 RLX 3 RLX的生物学作用 1 对胶原的作用 2 对卵泡发育的作用 卵泡RLX的另一个作用是作为生长因子 促进颗粒细胞增生 3 对子宫和子宫颈平滑肌的收缩有抑制作用 4 对子宫内膜 蜕膜的作用 RLX可能对子宫内膜细胞向蜕膜细胞转化有重要作用 5 前列腺和精液中的RLX 前列腺分泌的RLX不进入循环系统 而是进入精浆 对精子活力有影响 抑制素的生物学作用 对促性腺激素分泌作用 抑制素对基础的和GnRH刺激的FSH分泌都有抑制作用 在配子发生中的作用 抑制素除作为内分泌激素 抑制FSH分泌而间接影响配子发生外 在睾丸或卵泡中还通过自分泌或旁分泌作用 直接影响配子发生 据报道 抑制素抑制大鼠卵母细胞的成熟分裂 抑制卵泡生长和排卵 在妊娠中的作用 在啮齿类动物证实 抑制素可抑制胚胎附植 第五节前列腺素和外激素 图2 14前列腺素的基本结构式及几种PG