第二节　正常青春发动与调控机制

一、青春期生殖神经内分泌概述

（一）生殖神经内分泌概念

人体神经系统与生殖内分泌系统之间同样存在着广泛而密切的生物学联系，它们共同承担着指挥和调节机体生殖器官发育和功能成熟的重要生理功能，由此形成了一门专注生殖神经内分泌研究的分支学科。

青春期生殖神经内分泌系统涉及下丘脑-垂体 -性腺轴（hypothalamic-pituitary-gonadal axis，HPGA），主要包含三个层面，①下丘脑：下丘脑相关神经核团细胞合成释放GnRH，促性腺激素抑制素（Gonadotropin-inhibitory hormone，GnIH）；②垂体：垂体前叶促性腺激素细胞在GnRH刺激下合成和释放Gn，即LH和FSH；③性腺：卵巢（女性）和睾丸（男性）在Gn刺激下主要合成并释放性腺类固醇激素，如E₂或睾酮等。

1.下丘脑

下丘脑对青春期发育、内环境恒定及思维情绪稳定等皆有重要功能，并在介导神经、激素和环境对生殖内分泌影响中发挥重要作用，是人类生殖活动的高级调节中枢，故下丘脑往往是生殖神经内分泌基础研究的焦点领域。关联生殖内分泌研究的下丘脑主要涉及视前区和结节区中央隆起，视前区中的视前核、前室旁核（anteroventral periventricular nucleus，AVPV）和中央隆起中的弓状核（arcuate nucleus，ARC，亦称漏斗核）均是相关的重要神经元细胞核团，能够合成和释放多种神经递质或神经激素（如GnRH、KISS1和GnIH等），调控HPGA的生物功能活性。

2.垂体

垂体位于下丘脑下方，由前至后被分为垂体前叶、垂体后叶两部分，并由垂体柄与下丘脑相连。从功能上又可将垂体分为腺垂体和神经垂体，腺垂体约占垂体总量的75%，由远侧部、中间部和结节部组成，远侧部（即垂体前叶）是腺垂体的主要部分，包含许多表达下丘脑激素受体的细胞群，具有合成Gn、TSH、促肾上腺皮质激素（adrenocorticotropic hormone，ACTH）、GH、PRL 的作用，其中Gn（LH、FSH）是机体生殖内分泌的重要组成部分；神经垂体可分成漏斗部和神经部，具有分泌催产素、抗利尿激素功能。

3.HPGA及反馈调节

下丘脑、垂体和性腺共同构成了HPGA的主体部分，是青春期生殖内分泌的主要器官，具有复杂的相互联系和影响作用，一方面，它们之间存在着相互依存、相互刺激的程序性功能联系，如阻断GnRH神经元功能可造成垂体合成Gn功能障碍，导致垂体激素缺乏；另一方面，在不同层面的激素之间也存在相互制约联系，即不仅同一层面激素可由自分泌或旁分泌机制进行自身调节，而且下游激素也可对上游激素进行反馈调节。所谓反馈调节具有两种类型，即负反馈和正反馈。负反馈是指反馈信息与控制信息的作用方向相反，因而可以抑制或减弱控制层面功能；正反馈是指反馈信息与控制信息方向一致，由此促进或增强控制层面的生理活动。赖以维持HPGA功能稳定的传统反馈调节形式包括：性腺类固醇激素（E₂、睾酮）反馈作用于下丘脑调节GnRH分泌（长反馈）；垂体LH、FSH反馈作用于下丘脑影响GnRH分泌、或性腺激素反馈作用于垂体影响Gn分泌（短反馈）；下丘脑垂体门脉系统血液中的GnRH浓度变化反过来调节下丘脑自身激素分泌（超短反馈）。上述论点的科学依据是，在下丘脑GnRH神经元上证实存在Gn受体、在垂体促性腺细胞上除存在GnRH受体外还表达性激素受体，这些神经元细胞均具有不同类型反馈调节的作用靶点，由此形成协调而稳定的HPGA内分泌功能。

（二）青春期生殖轴内分泌功能

【下丘脑对垂体的作用】

人类下丘脑和垂体是生殖轴的重要组成部分，两者不仅在结构和功能上存在密切联系，也是生殖内分泌的高级控制中枢。下丘脑能够感应和整合来自大脑皮质的各种生物神经信号，并转变为具有内分泌特性的化学信号传送至垂体，进而发挥调节靶细胞功能。下丘脑与垂体之间形成重要的生物学功能单位，即“下丘脑-腺垂体系统”和“下丘脑-神经垂体系统”两大部分。下丘脑-腺垂体系统与青春期生殖内分泌相关，主要涉及GnRH、GnIH、LH、FSH 和 PRL。下丘脑分泌的GnRH作用于垂体促性腺细胞上的GnRH受体，刺激合成分泌Gn（LH、FSH）。既往认为下丘脑与腺垂体之间没有直接的神经结构联系，而是用过相对独立的门脉血管系统实现两者的直接双向沟通。然而，目前认为下丘脑与垂体之间可能存在更为微观的神经传导和生物分子调控系统，既有神经纤维传导，又有细胞之间的分子信号转导途径。

【垂体对性腺的作用】

垂体前叶和性腺组织也是青春期生殖内分泌系统的重要组成部分。垂体前叶促性腺细胞接受GnRH刺激，合成释放Gn，后者作用于下游性腺靶器官（男性睾丸、女性卵巢）。性腺细胞能够感应垂体LH、FSH的刺激指令，当Gn与Gn受体结合即可触发性腺合成、分泌类固醇激素，引发卵巢或睾丸发育、生殖细胞成熟，并刺激第二性征发育。

垂体Gn对性腺的作用机制与相关特异性受体及其受体后型号通路有关。性腺靶细胞表达LH受体和FSH受体，两者均属于G蛋白偶联受体（G-protein coupled receptors），由 7个跨膜螺旋结构组成。G蛋白包含α、β和γ三个亚基，β和γ亚基由共价键结合锚定于细胞膜上，发挥稳定α亚基作用，α亚基自身具有GTP酶活性。目前认为，Gn受体在介导相关配体功能中起着重要的分子开关作用，即当G蛋白偶联受体游离时，Gα亚基与GDP分离，开关处于关闭状态；相反，当配体与受体结合时，受体发生构型改变，使受体的膜内结构域与Gα亚基偶联，触发GDP转换为GTP，使开关处于开放状态，进而启动细胞内信号转导通路。

垂体Gn对睾丸与卵巢的作用模式不尽相同：①男性：睾丸间质细胞表达LH受体，LH与靶细胞表面特异性受体结合，促进睾丸生成睾酮；睾丸支持细胞表达FSH受体，FSH与靶细胞上的特异性受体结合，刺激合成抑制素B（Inhibin B，Inh-B）及抗米勒管激素（anti-Müllerian hormone，AMH）等，形成血-睾屏障，合成和释放一些睾丸特异性活性物质，促进前体生殖细胞分化和发育；在FSH的作用下，促进睾丸细胞内雄激素受体表达上调，在局部芳香化酶作用下将部分雄激素转化为雌激素，这与调节精子发生、促进类肌细胞收缩和助力精子排出相关；FSH具有促进支持细胞分泌精曲小管内液、驱动生精细胞具有时空模式的精子生成，故垂体释放的FSH是成年男性睾丸持续性生精功效的重要保证。值得注意的是，在LH和FSH作用下，只有睾丸内生成的睾酮与雄激素受体结合，才能有效协助生殖细胞的生精功能。睾丸产生的激素还能分别对睾丸局部的LH受体和FSH受体发挥反馈调节作用。②女性：由腺垂体分泌的Gn作用于卵巢，主要体现在对卵巢内分泌周期的调节效应。卵巢颗粒细胞携带FSH受体，在卵泡发育早期，FSH募集窦状卵泡群，促进窦前卵泡和窦卵泡发育，并诱导源自卵泡膜细胞的Δ4雄烯二酮被芳香化作用转化为E₂。当卵泡发育至后期，FSH也诱导卵泡膜细胞表达LH受体，让其以自分泌、旁分泌方式促进合成分泌 IGF1及其受体、抑制素 A（inhibin A，Inh-A）、ACT等生物活性物质，进而协同调节优势卵泡的选择，为排卵后黄素化作准备。因此，FSH一直被视为是刺激卵泡发育的首要激素；在卵巢组织的细胞中广泛表达LH受体，如卵泡膜细胞、黄体细胞、成熟卵泡颗粒细胞皆具有LH受体。卵泡期LH与卵泡膜细胞上的LH受体结合，增强其生成类固醇激素功能，为合成E₂提供代谢底物。但在卵泡晚期LH也与颗粒细胞表面LH受体结合，进一步促进卵泡成熟；LH可在排卵前形成特征性的分泌激增峰波，并进一步促进卵母细胞成熟、阻止卵泡闭锁和排卵，这是卵巢周期性内分泌的关键特征。LH在黄体期能促进孕酮、Inh-A及E₂的合成分泌，助力和维护黄体的内分泌功能。总之，垂体Gn与性腺功能之间存在相互依赖和协同互进的生物学特征，共同调节性腺的发育、成熟、生精或排卵等生殖内分泌活动。

【性腺生殖内分泌的作用】

人类HPGA的作用本质是控制性腺的两个重要生理过程，其一是产生性激素，其二是产生配子（精子或卵子），而且两者彼此关联，所以性腺是人体最直接和重要的生殖内分泌器官。胚胎发育期的双能性腺在第6周就已开始出现明显的性别分化差异，最终使双能性腺发育为女性的卵巢或男性的睾丸。在出生前分化发育的双侧卵巢位于盆腔，分别与双侧的输卵管呈不完全相连；双侧睾丸则在出生后降至阴囊，而且输精管与尿道共享同一输出通道，因此两性生殖器官的分化发育最终在解剖定位上存有差异。然而，不同性别的性腺组织具有一致的类固醇生成代谢途径。卵巢和睾丸都以胆固醇作为性腺类固醇代谢的原始底物，产生E₂和睾酮以及其他性腺激素（ACT、Inh素等），只是睾丸以合成雄激素为主，并产生精子；而卵巢以合成雌激素为主，并产生卵子。

女性卵巢合成的类固醇激素主要包括：18碳类固醇的雌激素衍生物、21碳类固醇的孕激素衍生物和19碳类固醇的雄激素衍生物。LH刺激卵巢的卵泡膜细胞，启动19碳类固醇的生物学代谢，合成足量的雄烯二酮，其中大部分转移至颗粒细胞作为合成雌激素原料，仅少量经17β-羟类固醇脱氢 酶（17β-hydroxysteroid dehydrogenase，17β-HSD）催化转化为T；FSH作用卵巢颗粒细胞，参与雄烯二酮的生物学代谢。由于富含19α羟化酶（19 α-hydroxylase，CYP19A1）、氧化还原酶（cytochrome P450 oxidoreductase，POR）和 HSD17B，可由雄烯二酮转化合成雌酮（Estrone，E₁）、再由 E₁或睾酮合成E₂，故卵巢能大量合成雌激素。

青春期后期，女性卵巢可依据内分泌激素变化将其分为卵泡期（雌激素占优势）、排卵期、黄体期（黄体酮占优势），最后月经来潮，其中涉及类固醇激素的周期性变化，故也被称为“盆腔生物钟”。在卵泡发育早期，由于卵泡未发育成熟，雌激素、孕激素分泌量较少，故对垂体的反馈抑制作用也较弱，使LH、FSH逐渐增高，E₂水平呈持续性稳定升高；在进入卵泡发育晚期，随着垂体对GnRH敏感性增加及下丘脑GnRH的分泌增强，优势卵泡发育成熟，卵泡颗粒细胞增量分泌雌激素，阻止下丘脑抑制性神经递质释放，促进兴奋性神经递质（如吻素，Kisspeptin）合成分泌，间接发挥对HPGA的正性反馈作用，诱导LH分泌激增形成LH峰，并最终引发排卵。排卵后的黄体细胞则在LH的作用下分泌孕激素和雌激素，并阻断E₂的特异性正反馈作用，继之启动E₂对下丘脑、垂体的负反馈作用，即诱导抑制因子的表达和释放，减少兴奋因子表达，使GnRH合成减少，进而降低垂体FSH和LH。在黄体晚期，随着性腺类固醇水平降低，对FSH、LH的遏制影响又逐渐减弱，使GnRN和Gn水平再次升高，由此开始新的月经周期。

男性睾丸类固醇激素的变化不同于女性卵巢，呈现持续而稳定的状态，无周期性变化，亦无诱导HPGA的正反馈调节，但仍具有负反馈调节机制，即睾酮可以通过改变对GnRH、LH刺激的敏感性，选择性调节雄激素的合成，以维持HPGA的功能稳定。睾丸间质细胞由LH受体介导激活，具备合成雄激素所需的所有代谢酶，并优选Δ5的代谢途径合成雄激素，并经特异性外周组织的5α还原酶（SRDA2/SRDA1）作用，合成高活性的双氢睾酮（dihydrotestosterone，DHT）。睾丸支持细胞合成的Inh-B只能对垂体产生负反馈调节，主要抑制FSH生成，而睾酮仅仅起部分协调作用。

综上所述，性腺组织对生殖轴的内分泌作用具有性别差异，男性睾丸释放的雄激素突显负反馈的调节作用，抑制下丘脑GnRH和垂体Gn分泌；而女性卵巢分泌的雌激素和孕激素，随卵巢周期变化对下丘脑垂体具有正性和负性反馈的双重作用。

二、青春期GnRH神经内分泌调控

促性腺激素释放激素（gonadotropin-releasing hormone，GnRH）又称黄体生成素释放激素（luteinizing-releasing hormone，LHRH），是由中枢下丘脑GnRH神经元合成释放，具有调控HPGA功能的关键主导地位。

（一）GnRH神经元胚胎学特点

在胚胎发育初期，随着神经外胚层发育机体逐步形成初级前脑、中脑和后脑结构。前脑分为端脑和间脑，间脑位于端脑和中脑之间，逐渐分化形成丘脑和下丘脑。1989年，由Pfaff and Wray首先提出，GnRH神经元并非起源于下丘脑，可能在胚胎早期来自其他组织。之后人们又逐步认识到嗅球（olfactory bulb）起源于胚胎早期的端脑，它才是GnRH神经元的唯一来源。目前认为，人类GnRH神经元最初发生于原始端脑的嗅球，随着胎儿发育而逐步迁移到达下丘脑。起源于嗅球的GnRH神经元是以嗅觉犁鼻轴突作为迁移支架，沿犁鼻神经分支延伸到达下丘脑作为最终位置。在人类胚胎第5.5～6周时，嗅球中就可检测到GnRH神经元，第9周到达下丘脑，在第13～16周完成全部迁移过程，可见GnRH神经元的早期发育和迁移与嗅觉神经系统密切相关。由于GnRH神经元伴随嗅神经的迁移发育，故一旦发生迁移障碍就可导致GnRH联合嗅觉神经障碍，如临床见有伴嗅觉丧失的低促性腺激素性腺功能减退（卡尔曼综合征）。

有关GnRH神经元时空迁移模式的发生机制亦逐步被了解和认识。胚胎期GnRH神经元的迁移和发育涉及许多定向活性因子及其分子通路的调控，并与局部的黏附分子、引导因子、神经元生长因子及细胞凋亡因子均密切相关，如成纤维细胞生长因子 8（fibroblast growth factor 8，FGF8）及其受体（fibroblast growth factor receptor 1，FGFR1）、硫酸乙酰肝素6-O-磺基转移酶1（heparan sulfate-6-O-sulfotransferase 1，HS6ST1）和胚胎负延伸因子（negative elongation factor，NELF）以及由 ANOS1、SEMA3A、PROK2和 PROKR2、SEMA3E 等基因表达的活性因子均参与GnRH神经元的迁移分化。

（二）GnRH神经元定位特征

GnRH神经元主要分布于下丘脑的视前区和中央隆起。在电镜下可见GnRH神经元呈梭状外形，表面有胶质鞘覆盖，绝大多数细胞外形有刺状突起，延伸至邻近的非GnRH神经元，并由神经轴突向其他神经核团发散。这种放射状的神经轴突可能具有两种意义：一是释放GnRH至垂体门脉系统；二是与某些特异性神经元细胞直接传导或由信号分子间接传导有关。例如下丘脑视前区和中央隆起区域发现具有酪氨酸羟化酶和谷氨酸脱羧酶免疫标记阳性的神经元末端与GnRH神经元存在神经触突联系，表明儿茶酚胺和γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric acid，GABA）作为神经递质在调节GnRH释放中发挥作用。目前已知下丘脑GnRH神经元具有多种神经递质或神经激素标记，并存在神经元轴突之间的特异性交互联系。因此，GnRH神经元被认为是中枢生殖内分泌调控系统信息整合的靶中心。

（三）GnRH分子生物学特征

20世纪70年代人们在中枢神经系统的下丘脑中发现和鉴定了GnRH，其生物学本质是下丘脑GnRH神经元合成释放的一种神经肽类激素，是一种具有控制机体生殖内分泌功能的重要神经递质。人类GnRH的编码基因GNRH1（OMIN：152760；Gene：2796）定位于第 8 号染色体短臂（8p21.2），包含 4个外显子，基因全长 5.783kb。GNRH1主要表达下丘脑的视前区和结节区正中隆起中的神经核团，但亦见于性腺、胎盘和乳房等非中枢神经组织。1984年，由Seeburg和Adelman首先克隆GnRH和互补脱氧核糖核酸（complementary deoxyribonucleic acid，cDNA），转录编码GnRH前体蛋白，其蛋白结构包含：①信号肽，由23个氨基酸残基构成，具有调节蛋白内修饰功能；②功能十肽结构（焦谷-组-色-丝-酪-甘-亮-精-脯-甘酰胺），其中第 2、6位氨基酸是决定GnRH功能的重要活性位点，一旦出现异常可导致功能拮抗或功能增量效应，从而影响HPGA功能，这也是临床研发治疗性发育异常的药理作用靶点；③Gly-Lys-Arg氨基酸序列，是蛋白水解位点和末端酰胺化位点；④GnRH相关蛋白（GnRH associated peptide，GAP），功能尚不清楚。成熟的GnRH由92个氨基酸残基组成，分子量10 380Da，其半衰期为2～4分钟。

GnRH具有两种不同的释放模式，即基础模式和脉冲模式。基础模式为无脉冲非节律的低值分泌，是青春期性发育之前的分泌模式，HPGA处于静息状态；脉冲模式为一种有固定节律的高值释放状态，是性发育及性成熟期的分泌模式，由此启动激活HPGA功能。只有脉冲分泌模式才能有效下传GnRH的生物学功效，由下丘脑正中隆起的毛细血管丛输送达垂体，刺激增量合成和分泌LH及FSH，使机体获得成熟的生殖内分泌功能。有研究表明，GnRH神经元之间具有轴突相连，其膜电压在青春期可呈现固定的节律变化，以彼此联动方式将生物电信号转化为化学信号，被称为“GnRH脉冲发生器”。总之，脉冲性释放GnRH才是启动激活HPGA和确保生殖功能的重要前提。

GnRH曾一度被认为是经典的促性腺激素释放激素的唯一形式，但后继研究发现，大多数哺乳脊椎动物（包括人类）还存在另一种形式的 GnRH，被称为 GnRH2（亦称 GnRH-Ⅱ）。人类GnRH2的编码基因GNRH2（MIN 602352/Gene ID：2797）定位于 20号染色体短臂（20p13），基因全长2.1kb。其编码蛋白GnRH2与经典GnRH享有70%的序列相似性。GNRH2亦有多器官表达，在肾脏、骨髓和前列腺等组织呈高表达，中枢神经系统表达较低（约 ＜ 30倍），主要在颅内的尾状核表达最高，其次是海马和杏仁核，以及视上核（suprachiasmatic nucleus，SCN）、室旁核（paraventricular nucleus，PVN）等，其蛋白功能可能与性行为的神经调节相关，提示GnRH2实际并无明显促性腺激素细胞作用，可能涉及机体其他功能。

（四）GnRH受体生物学特征

人类GnRH受体（gonadotropin releasing hormone receptor）也被称为LHRH受体（luteinizing-releasing hormone receptor），是GnRH发挥生物学功能的重要桥梁。其编码基因GNRHR（OMIN 138850；Gene 2798）定位第 4号染色体长臂（4q13.2），由 3个外显子和2个内含子组成，基因全长18.712kb。其编码蛋白GnRH-R含328个氨基酸残基，分子量为37 731Da，主要在垂体前叶的促性腺细胞表达，另有少量表达于乳房、卵巢、前列腺组织以及淋巴细胞。GnRH-R也是一种七螺旋的跨膜结构，属于G蛋白偶联受体。GnRH与GnRH-R结合可形成配体-受体复合物，激发细胞内Gα亚基的GDP转化为GTP，诱导生成磷脂酶C（PLC），由此激活2个主要分子级联路径：①催化PLC激活二磷酸磷脂酰肌醇（PIP2），并使PIP2转化为三磷酸肌醇（IP3），进而刺激内质网钙动员，使细胞外Ca2+内流，提高细胞内Ca2+浓度；②催化PLC转化甘油二酯（GAD），促进蛋白激酶C（PKC）活性，激活丝裂原活化蛋白激酶通路（mitogen-activated protein kinase，MAPK），使磷酸化的细胞外信号调节激酶（extracellular regulated protein kinases，ERK）转入细胞核，促进靶基因转录合成LH和FSH。GnRH脉冲频率影响ERK1/2的磷酸化水平，ERK1/2可被视为是GnRH脉冲信号的解码器。此外，GnRH对自身受体（GnRH-R）表达还具有上调作用，称为“自启效应”，使垂体靶细胞的感应敏感性增高。

已知青春期前GnRH呈低值非脉冲的基础释放模式，阻止激活GnRH-R，以维持HPGA功能处于静止状态。然而，高值无脉冲释放GnRH则会明显降调垂体Gn细胞上GnRH-R，进而抑制HPGA活性。在临床上可见非脉冲性持续暴露促性腺激素释放激素类似物（gonadotropin-releasing hormone analogue，GnRHa），可造成 GnRH-R 被长时间竞争占据而内耗脱敏，导致明显降低FSH、LH释放，这是GnRHa治疗中枢性性早熟药物靶点的关键作用机制。由此可见，下丘脑脉冲释放GnRH是激活GnRH受体的重要前提。

GnRH脉冲频率模式也可影响下游Gn及其比值水平，如强势高频脉冲可明显增强LH的合成分泌，使LH与FSH的比值（LH/FSH）增高；而弱势高频脉冲则促使FSH相对增高明显，比值降低，主要是影响垂体靶基因表达，相关机制与LH、FSH的β亚基密切相关。LHβ亚基的编码基因（LHB）启动子区具有特异性转录因子结合位点，如早期发育蛋白（early growth response 1，EGR1）、类固醇生成因子 1（steroidogenic factor 1，SF-1）及SP1、NFY和CArG元件等。当 GnRH与GnRH-R结合，选择性激活细胞内PKC/MAPK和IP3/钙/钙调素依赖的蛋白激酶Ⅱ（calcium calmodulin dependent protein kinaseⅡ，CaMKⅡ）的信号通路，刺激靶细胞核内转录因子EGR1放大增效，并诱导辅助激活剂（SNURF和p300）联接启动子转录因子的结合位点。当GnRH强势脉冲释放时可促进募集和增强EGR1活性，明显助力LH表达及其脉冲分泌；但当弱势脉冲释放时则优先刺激核内的辅助阻遏因子Ngfi-A结合蛋白（NAB1/2），减弱靶基因的 EGR1、SF1 结合位点，导致低量转录表达LH，可见EGR1对于GnRH-LH的正性作用至关重要，临床已见EGR1不足所致LH低下的不孕不育症。然而，FSHB基因启动子区鉴定尚不完善，目前认为靶基因启动子环腺苷酸（cyclic adenosine monophosphate，cAMP）应答元件（cAMP-response element binding protein，CREB）/AP1的结合位点对细胞效应至关重要。如前所述，强势脉冲的GnRH仅能选择性激活PKC/MAPK通路，刺激细胞内高表达ICER，募集磷酸化转录因子CREB与启动子位点（CRE/AP-1）呈半量结合，并同时诱导阻遏因子SKIL和TGIF1占位FSHB基因启动子结合位点，导致低效转录表达FSH；相反，在弱势脉冲下GnRH-R直接激活cAMP/PKA/CREB通路，募集磷酸化的CREB与启动子CRE-AP1位点结合，刺激FSH高能转录表达。由此可见，不同GnRH的脉冲效应解释了调控LH、FSH表达的差异性转录模型，即强势脉冲促进LH的高表达，而相对弱势脉冲则会促进FSH的高表达。在临床上可见青春期性发育初期先有FSH明显升高，当完全激活HPGA功能则有LH显著增高、LH/FSH比值也随之增高的变化特征。

（五）GnRH调控机制

调节GnRH释放原理是生殖内分泌调控的核心机制。早在1955年Harris就首先提出，人体生殖功能调控与中枢神经系统密切相关。至20世纪80年代，人们已普遍接受HPGA关联生殖内分泌功能的初级概念，其中毋庸置疑的是大脑存在GnRH“脉冲发生器”，并逐步认识到经典的内分泌反馈调节是调控GnRH释放的基本模型，但其内在的分子作用机制一直高深莫测，困扰突破性的研究进展。近年来，一些研究发现GnRH神经元上存在特异性活性因子受体，但不表达类固醇激素受体（如E₂、孕酮），提示HPGA的反馈作用靶点可能并不在GnRH神经元，于是该传统调控的失联点就成了引人关注的热点。2015年，Herbison等基于神经分子生物学理论提出两种学派假设，一种认为是与GnRH神经元自身固有的“脉冲发生器”有关，即GnRH神经元通过自身细胞间的生物信息直接传导和同步协调其功能；另一种则认为是通过非GnRH的神经元释放的特异性神经递质间接调控GnRH神经元。直至发现了GnRH神经元的上游调控因子——吻素（KISS1）才得以获解谜团，这也成为生殖内分泌领域具有里程碑式的研究进展。

【KISS1及其受体】

目前认为KISS1是调控脉冲释放GnRH的定向决定因子，具有强效的直接促进作用，故被称为是人类启动激活HPGA的重要“守门者”（gatekeeper）。2005 年，Kinoshita和 Navarro 等相继发现，在下丘脑视前区和结节区中均存在KISS1和GnRH神经元，两者在解剖位置上高度重叠，并证实在GnRH神经元上表达KISS1受体。动物研究发现，外源性输入KISS1能触发GnRH依赖的垂体Gn释放，导致LH、FSH水平显著增高，提示KISS1是GnRH神经元的上游调控元件，能够调节下游GnRH-LH通路功能激增，是直接激活GnRH脉冲发生器关键枢纽因子。在临床上也发现相应的病理性疾病，如KISS1信号通路障碍可导致低促性腺激素性性腺发育不良（hypogonardotropic hypogonardism，HH），最 终 影响性器官发育及成年不育；相反，若过早激活该信号通路则可出现中枢性性早熟，导致提前出现性征发育和性腺功能成熟。

KISS1编码基因命名为KISS1（MIN 603286/Gene 3814），定位于第 1 号染色体长臂（1q32.1），包含3个外显子，基因全长6.151kb。编码蛋白KISS1由138个氨基酸残基组成，分子量14 705Da，表达于下丘脑正中隆起的ARC和视前区的AVPV神经元，另外，在胎盘组织中也有明显表达，最早被认为是一种转移抑制基因。KISS1特异性受体GPR54的编码基因KISS1R（OMIN 604161；GENE 84634）定位于第19号染色体短臂（19p13.3），包含5个外显子，基因全长3.729kb。编码蛋白由398个氨基酸残基组成，分子量42 586Da，具有七螺旋的跨膜结构，属于Gq蛋白家族成员，可表达于下丘脑GnRH神经元。

下丘脑不同的KISS1神经元核团对相同刺激的应答效应不尽相同。在动物实验中发现，虽然雌鼠下丘脑ARC与AVPV都富含KISS1神经元，但两者对E₂的刺激反应可截然不同。ARC的KISS1神经元呈现为负向反馈效应，抑制GnRH神经元活性，使垂体Gn降低；而对AVPV的KISS1神经元则可呈现正向反馈效应，增强GnRH神经元活性，使Gn分泌激增。这种不同核团的差异效应可能与性发育启动和女性生殖周期密切相关，但存在明显性别差异，在雄鼠实验中尚未得到明确的证实，其中的解释机制仍不清楚。

虽然KISS1是GnRH的直接上游调控因子，亦被视为是GnRH脉冲发生器的主要组成部分，但也存在很多其他中枢活性因子对其的定向影响作用，共同参与生殖内分泌的程序化调节。因此，KISS1是上游调控因子的重要效应器，在中枢与GnRH神经元之间扮演着承上启下的枢纽角色。目前已有很多实验验证了KISS1神经元与诸多神经肽或激素存在相互联系。这些因子可作为中间介质，以兴奋性或抑制性生物作用方式参与调控KISS1-GnRH的神经内分泌系统。

【神经激肽B及其受体】

神经激肽B（neurokinin B，NKB）是又一个被发现的具有调节GnRH神经元的重要因子。2007～2009年，临床相继报道类似KISS1-R突变所致的低促性腺激素性腺功能减退症，但均未找到KISS1/GPR54异常，由此引发探究GnRH神经元的未知调控路径。NKB的编码基因 TAC3（OMIN 162330；Gene 6866）位于第12号染色体长臂（12q13.3），有9个外显子，基因全长18.887kb。NKB由121个氨基酸残基组成，分子量13 438Da。主要表达在中枢和外周的神经系统，作为神经递质发挥作用。NKB特异性受体（NK-3R）的编码基因 TACR3（OMIM 162332；Gene 6870）定位于第 4号染色体长臂（4q24），含5个外显子，基因全长133.955kb，表达于大脑、肾脏、膀胱组织等组织。NK-3R含465个氨基酸残基，分子量52 202Da，属于G蛋白偶联受体。早年已发现GnRH神经元上表达NKB及其受体，表明NKB在下丘脑水平发挥作用，并有TAC3突变所致临床病症报道。另外，下丘脑部分神经元能够共表达两种或以上神经肽，协同调节GnRH神经元活性，例如在ARC核团内具有能够释放K1SS1、NKB 和 Dynorphin（强啡肽）的神经元细胞，称为KNDy神经元。现已明确NKB亦具有促进GnRH神经元的增效功能，属于兴奋性神经递质，揭示了所谓NKB-KISS1-GnRH“三级瀑布”叠加效应的科学证据，而且目前已有基于该理论展开的新药研发工作。

【环指蛋白3】

环指蛋白 3（makorinring finger protein 3，MKRN3）也是参与特异性蛋白修饰的生物活性因子，它的发现揭示了在该领域研究的又一重要进展。其编码基因——MKRN3基因（MIN 603856；Gene 7681）定位于第 15 号染色体长臂（15q11.2），仅有1个外显子，是一个无内含子的母源印迹基因，仅有父源等位基因表达。编码蛋白MKRN3包含1个环锌指（C3HC4）和3个锌指（C3H）结构域基序。释放MKRN3神经元与下丘脑KISS1、GnRH神经元在解剖位置上高度重叠，尤其是与KISS1呈共存现象，故推测可能是一种具有靶向特异性调控的锌指蛋白。目前认为MKRN3是一种涉及蛋白泛素化连接酶E₃的活性因子，与体内选择性蛋白降解有关，并认识到对GnRH释放具有抑制性作用的科学观点，在青春期前参与中枢抑制性调控系统，使HPGA功能处于静止状态。2013年，Abreu等在临床上首次报道MRKN3失活变异导致的家族性CPP，进一步验证了上述观点的科学性。

【DLK1基因】

人类 DLK1（Delta Like Non-Canonical Notch Ligand 1）编码基因（OMIM 176290；Gene 8788）定位于第14号染色体长臂（14q32.2），有5个外显子，序列大小12.52kb。DLK1编码蛋白由383个氨基酸残基组成，分子量41 300Da，是一种为父源遗传、母源印迹的基因。DLK1包含6个表皮生长因子（epidermal growth factor，EGF）结构域，属于EGF家族成员，对脂肪组织的稳态和神经发育具有重要意义。已发现DLK1与Notch信号通路密切相关，具有竞争性抑制特异性受体功能，进而阻止Notch信号转导；当DLK1基因发生致病性变异即可激活Notch信号通路，兴奋KISS1神经元，导致激活GnRH发生器，在临床可见家族性CPP。

【代谢相关神经递质】

1.Leptin（瘦素）及其受体

Leptin是一种由脂肪组织分泌的代谢性激素，其血清中含量与机体脂肪含量呈正比，是反映机体能量平衡的重要参数。其编码基因LEP（OMIN 164160；GENE 3952）定位第 7号染色体长臂（7q32.1），含 3个外显子，基因全长16.428kb。Lpetin由167个氨基酸构成，分子量18 641Da，主要表达在脂肪组织。目前认为，Leptin对启动青春期性发育具有一定协调作用，在中枢神经系统中作为兴奋性因子调控GnRH神经元功能。Leptin特异性受体的编码基因LEPR（OMIN 601007 ；GENE 3953）定位在第1号染色体短臂（1p31.3），含24个外显子，基因全长220.9kb。LEPR编码蛋白含1 165个氨基酸，分子量132 494Da，在中枢神经系统和性腺等脏器组织表达。动物研究表明，增加体内Leptin水平能够促进雌鼠的性征发育提前，Leptin缺乏可导致性发育停滞和生殖功能障碍，均提示Leptin与性发育及其生殖功能存在关联，亦符合涉及性发育前“临界脂肪学说”的传统观点，是人体生殖功能不可或缺的活性因子。

2.神经肽Y及其受体

神经肽Y（neuropeptide Y，NPY）是哺乳动物中高度保守的一种神经多肽，NPY 的编码基因 NPY（OMIM 162640/Gene 4852）定位于第7号染色体长臂（7p15.3），含有4个外显子，基因全长7.678kb。该基因编码蛋白由97氨基酸残基组成，分子量10 851Da，主要表达于中枢神经系统不同部位的神经元，并也在肾上腺、脂肪和前列腺组织呈高表达，并与多种受体相结合，影响机体诸多生物学功能。NPR受体（NPY-R）编码基因NPY1R（OMIM 162641；GENE 4886）定位第 4号染色体长臂（4q32.2），含5个外显子，基因全长20.871kb。该基因编码蛋白属于G蛋白偶联受体，由384氨基酸残基组成，分子量44 392Da。NPY/NPY1R系统能够抑制腺苷酸环化酶，调节细胞内钙水平，以维持内环境稳态。有研究报道NPY助力拮抗GABA对GnRH神经元的作用，在能量负平衡的情况下可以抑制KISS1神经元，故被认为是调控GnRH的抑制性神经肽。

【氨基酸类神经递质】

这是一类具有神经递质功能的氨基酸，可分为兴奋性和抑制性神经递质。中枢氨基酸神经递质谷氨酸（L-Glutamic acid，GA）、GABA 和谷氨酰胺（L-Glutamine，GAM）是三个密切相关的非必需氨基酸，三者之间错综复杂地参与大脑中枢信息传递及其生物学功能。目前认识到GA和GABA与调控GnRH-Gn路径活性相关。

1.谷氨酸（GA）

是大脑中枢除天冬氨酸外含量最为丰富的氨基酸，所有的神经细胞中几乎均存在GA。GA是一种兴奋性神经递质，具有刺激神经元细胞活性，在平衡大脑生理活动中发挥了积极的作用。GA可由GAM或GABA转化生成，也可转化为GAM或GABA。有研究发现，GnRH神经元周围存在GA神经元，在HPGA处于静止状态的青春前期，这种GA神经元并不丰富，仅仅在HPGA激活的青春期或成年期GnRH神经元周围才初见富集GA神经元。

2.GABA/GABRA1

GABA是一种天然存在的非蛋白质氨基酸，是由GAM经谷氨酸脱羧酶（glutamic acid decarboxylase，GAD）催化转换为而来。GABA具有多种生物学功效，如参与调节生殖神经内分泌功能，是中枢系统的一种具有抑制性调控作用的神经递质，在哺乳动物中约30%的中枢神经突触以GABA为神经递质。GABA对GnRH神经元的抑制作用主要由GABA受体（GABRA1）介导，该受体编码基因GABRA1（OMIM 137160；Gene 2554）位于第 5号染色体长臂（5q34），包含13个外显子，基因全长52.919kb。编码受体由456个氨基酸残基构成，分子量51 802Da。已有研究发现GnRH神经元周围明显富集GABA神经元，而且是通过GABA发挥降调作用，阻止脉冲性释放GnRH。若采用GABRA1拮抗剂阻断GABA效应，可显著提升GnRH-LH系统活性。

【其他生物活性因子】

除了上述调控因子或系统外，另有一些其他下丘脑神经肽或神经激素亦参与激活或抑制GnRH神经元活性，但至今尚未得到相应的完整证据，包括临床病症的验证，有关这些因子的调控机制还有待于进一步深入研究。

1.LIN28B编码基因

LIN28B（OMIM 611044；Gene 389421）定位于第6号染色体长臂（6q16.3-q21），含7个外显子，基因全长146.717kb。编码蛋白包含250个氨基酸残基，具有冷休克和CCHC锌指结构域，是LIN28家族成员，分子量27 084Da。目前已认识到LIN28B与生物幼虫的成熟时间相关，可能提示它在人类性发育和性成熟过程中发挥一定作用，并在全基因组关联研究（genome wide association study，GWAS）中得到进一步支持。LIN28B基因多态性可能是女孩月经初潮年龄变化的重要标志，但其在调节GnRH神经元中的机制仍欠明确。

2.甲状腺转录因子1（thyroid transcription factor 1，TTF1）

TTF1 也是关联 GnRH 表达的转录活性因子。其编码基因NKX2-1（OMIM 600635；Gene 7080）定位于第 14号染色体长臂（14q13.3），包含3个外显子，基因全长4.758kb。其编码蛋白由371个氨基酸残基组成，分子量38 596Da。由于TTF1与甲状腺球蛋白启动子结合，能够调节甲状腺特异基因的表达，故被鉴定和命名为特异性的甲状腺活性转录因子。但此后的研究还发现，TTF1除对甲状腺的作用外，还在中枢神经系统表达，与人的早期形态发生及青春发育过程有关。

3.青春期增强子 1（enhanced at puberty，EAP1或C14orf4）

EAP1编码基因IRF2BPL（OMIN 611720；Gene 64207）定位于第 14号染色体长臂（14q24.3），含1个外显子，基因全长4.166kb，在下丘脑GnRH神经核团中富含IRF2BPL。它的编码蛋白EAP1含796个氨基酸残基，分子量为82 659Da。EAP1作为转录激活因子可在多种器官和组织表达，但在中枢下丘脑视前区和中央隆起具有调节女性生殖内分泌功能，也可能是作为泛素化连接酶E₃而发挥作用。2000年，Rampazzo等人报道在青春期时EAP1表达上调，若敲除雌鼠Eap1基因可造成垂体Gn水平降低，导致性发育延迟及卵巢发育障碍，提示EAP1具有协助激活GnRH脉冲发生器的潜在功能，但其确切的分子作用性质仍未确定。

三、青春期生殖内分泌轴相关激素

青春期生殖内分泌轴的相关激素包括：下丘脑的GnRH和GnIH、垂体的PRL、Gn和性腺（睾丸/卵巢）分泌的性腺激素（雄激素、雌激素等），它们共同构成了生殖系统的主体成分，对人体性器官和性征发育、维持成熟生殖功能意义重大。

（一）下丘脑激素

【促性腺激素释放激素】

详见本节“二、青春期GnRH神经内分泌调控”。

【促性腺激素抑制素】

促性腺激素抑制素（gonadotropin-inhibitory hormone，GnIH）亦称 RFRP（RFamide-related peptide），2000年，由Tsutsui等人在哺乳类动物颅内发现的一种多能神经肽，由下丘脑的背内侧核神经元合成释放。其编码基因NPVF（OMIM：616984；Gene ID：64111）定位第 7染色体短臂（7p15.3），含3个外显子，基因全长3.917kb。该基因编码GnIH是由196氨基酸残基组成，分子量22 309Da，是促性腺激素的有效负性调节因子。现已发现在下丘脑GnRH神经元和KISS神经元上均表达GnIH受体，故GnIH可直接作用或经KISS1的间接作用调节GnRH神经元功能，使垂体LH、FSH分泌下降，故是机体生殖内分泌轴的特异性调节因子。此外，GnIH还可直接作用大脑皮质，与GnRH共同参与性生理和性行为的相关调节机制。

（二）腺垂体激素

腺垂体主要分泌GH、PRL、TSH、ACTH及Gn，与生殖内分泌相关的主要是Gn（包括LH及FSH）和PRL。值得一提的是，垂体可以合成分泌一组同源家族的糖蛋白激素，包括LH、FSH和TSH，这类糖蛋白都由两个亚单位（α链、β链）组成，所有α链结构均完全相同，仅有β链才是这些激素各自的特异性结构。

【黄体生成素】

黄体生成素（luteinizing hormone，LH）由垂体前叶Gn细胞合成及分泌，分子量约30 000Da，由两条亚单位α链和β链组成。α链由116个氨基酸残基组成，分子量13 075Da，其编码基因CGA（OMIM：118850；Gene ID：1081）位于第 6号染色体长臂（6q14.3），具有5个外显子，基因全长6kb。编码蛋白的主要作用是决定和维持生物体活性；β链的编码基因 LHB（OMIM：152780；Gene ID：3972）位于第19号染色体长臂（19q13.33），包含3个外显子，基因全长1.11kb，编码蛋白的功能与决定LH特异性受体结合相关。

LH的作用靶点在性腺组织，男性睾丸间质细胞、女性卵巢卵泡膜和黄体细胞皆表达LH受体。LH受体亦是G蛋白偶联受体，当配体与受体结合后由G蛋白、腺苷环化酶和磷酸二酯酶的介导，激活cAMP/PKA信号通路，cAMP在PKA的作用下，通过与cAMP反应元件结合，调控类固醇急性调节蛋白（steroidogenic acute regulatory protein，StAR）基因的表达，促成靶细胞19碳类固醇的合成。在男性LH主要作用睾丸精曲小管，促进睾丸间质细胞分化发育，上调合成睾酮所需的相关代谢酶活性，增强睾酮的合成和分泌，并由睾丸内睾酮间接调控生精作用，故当垂体LH分泌不足时可出现男性化不全的临床表现；在女性，LH需与FSH有协同作用，促进卵巢发育及调节卵巢周期性变化，当进入性发育后随着GnRH分泌增加，LH及FSH分泌也随之增加，卵巢发育成熟开始出现周期性变化，即卵泡生长发育、排卵及黄体形成。当LH及FSH分泌不足时，卵巢发育不良，雌激素分泌不足，不会出现正常的青春发育及卵巢周期。

【卵泡刺激素】

卵泡刺激素（follicle-stimulating hormone，FSH）也是由垂体前叶Gn细胞合成及分泌，分子量约33 000Da，其蛋白分子结构也由α链和β链两条亚单位组成，α链同LH，β链的结构和序列具有特异性，其编码基因FSHB（OMIM：136530；Gene ID：2488）位于第 11号染色体短臂（11p14.1），包含3个外显子，由此形成了LH和FSH在序列结构上的差异。FSH的合成和分泌同样受到GnRH的调控，目前认为GnRH的分泌频率可直接影响不同的Gn分泌，即频率低时促进FSH分泌增多，仅频率高时才促进LH优先分泌。GnRH调节FSH的信号通路类似LH，同样涉及MAPK、钙信号通路、NFAT及PKA通路。FSH的受体也属于G蛋白偶联受体，作用机制与LH相类似类似，主要通过cAMP/PKA通路完成其生物学效应。在男性，FSH主要作用于睾丸精曲小管，诱导和滋养生精细胞分化增殖，影响精子的生成；FSH受体主要表达于睾丸支持细胞，促进分泌性激素结合蛋白（sex hormone binding globulin，SHBG），其与睾酮结合后进入精曲小管内，提高睾丸内局部雄激素浓度，并间接协助睾酮的合成。在女性，卵巢颗粒细胞表达FSH受体，具有促进芳香化酶活性及增量合成雌激素功能，并协同雌激素促进卵泡发育，诱导排卵前LH达峰而诱发排卵，是卵泡发育、成熟、排卵不可缺少的调节因素。

【催乳素】

催乳素（prolactin，PRL）是由垂体前叶的催乳素细胞合成分泌，是一种含有199个氨基酸残基的蛋白质，分子量约22kD。其编码基因PRL（OMIM 176760；Gene ID：5617）定位于第 6号染色体短臂（6p22.3），含有7个外显子。该基因与第17号染色体上的生长激素基因（GH1；OMIM：139250；Gene ID：2688）和绒毛膜生长激素基因（CSH1；OMIM：150200 ；Gene ID：1442）具有 16%序列同源性。PRL具有自身不同的组织特异性启动子，并已发现选择性剪接编码相同蛋白质的多个转录异构体。已发现除在垂体、乳腺等生殖相关组织表达外，还可在其他组织表达，包括免疫系统细胞等，故PRL亦是许多组织的重要生长调节剂，并在抑制细胞凋亡中发挥作用。PRL基因近端启动子区可以介导各种刺激对PRL的转录调节，Pit-1和Ets-1介导FGF和促甲状腺激素释放激素（TRH）经Ras/MAPK通路诱导的PRL表达。另外，PRL-1P位点可以经雌激素受体反应元件（estrogen receptor element，ERE）介导雌激素诱导的PRL转录。PRL具有昼夜节律和分泌脉冲特征，在成人血浆中浓度常低于20μg/L，而在妊娠末期可高达 200～500μg/L。

（三）性腺激素

性激素主要来源于性腺组织，具有促进性器官成熟、第二性征发育以及维持正常性功能等作用。在男性主要是来自睾丸的雄激素，在女性主要是来自卵巢的雌激素和孕激素。

【雄激素】

雄激素（androgen）主要由男性睾丸的间质细胞分泌，包括睾酮（testosterone）、雄烯二酮（androstenedione）和雄酮（androsterone）等，其中以睾酮的生物活动较强。卵巢卵泡膜细胞及肾上腺皮质网状带也可分泌雄激素。睾酮进入靶组织可代谢转化为活性更强的DHT。睾酮和DHT是雄激素发挥生物学效应的主要雄激素。人体多种相关的羟化酶、脱氢酶和裂解酶均参与雄激素的合成代谢。首先胆固醇经过羟化作用转变为孕烯醇酮，后者经过Δ4或Δ5途径合成雄烯二酮，并由17β-羟脱氢酶的作用转化为睾酮。睾酮的靶细胞富含“后门途径”代谢所需的所有代谢酶，可由17-OHP直接代谢合成DHT。血浆内T占总体雄激素的80%，DHT约占20%。约2%的睾酮在血浆中以游离形式存在，游离睾酮（free testosterone）是雄激素的生物活性形式。绝大部分睾酮与血浆蛋白结合，其中65%的睾酮与SHBG结合，其余与血浆白蛋白或其他蛋白结合，少量睾酮还可经芳香化酶作用合成雌激素。睾酮及DHT主要在肝脏内降解、灭活，最终转变为17-酮类固醇，包括雄酮、异雄酮及胆烷醇酮等代谢产物经肾脏排出体外，少量经肠道排出。

已知男性从胚胎第9周起，胎儿期睾丸间质细胞就已开始分泌T，并作用于沃尔夫管系统，使其向附睾、输精管、精囊分化。5α-还原酶2型基因 SRD5A2（OMIM：607306 ；Gene ID：6716）定位于第2号染色体短臂（2p23.1），含有10个外显子，基因全长143.12kb，编码5α-还原酶，催化睾酮转化为DHT，二者共同通过雄激素受体（androgen receptor，AR）发挥作用，刺激男性前列腺、阴茎和阴囊的发育。AR（OMIM：313700；Gene ID：367）定位于X染色体长臂（Xq12），含有11个外显子，基因全长186.6kb。DHT与AR的亲和力约是睾酮的4～20倍。

睾酮及DHT的生理作用包括：①对胚胎期性分化具有不可替代的重要作用。当含有Y染色体的双能性腺发育为睾丸，其间质细胞开始分泌睾酮，才能作用于沃尔夫管系统发育成男性内生殖器官（附睾、精囊、输精管等），而DHT刺激胎儿尿生殖窦原基分化成男性外生殖器（阴茎、阴囊、男性尿道等），并刺激前列腺的分化；②维持男性青春期第二性征（如胡须、腋毛、阴毛）发育；③促进精子生成：睾酮、DHT进入精曲小管后可直接与生精细胞表面的雄激素受体结合，促进生精细胞分化和生精；④睾酮与男性的性行为及正常性欲的维持有关。睾酮分泌不足者常呈现阳痿和性欲减退；⑤睾酮能促进蛋白质合成，抑制蛋白质分解，这种促进作用不仅能促进附属性器官组织的蛋白质合成，还可以促进肌肉、骨骼组织的蛋白质合成，维持骨骼肌生长、增强肌肉强度与质量，促进骨密度、骨强度的增加。在性发育期可与GH协同促进青春期体格增长。睾酮还参与调节机体的水和电解质代谢，有类似于肾上腺皮质的作用。此外，睾酮可以作用于肾脏合成促红细胞生成素，刺激红细胞的生成。在女性体内也有少量雄激素，主要由卵泡膜细胞和肾上腺皮质网状带细胞产生，适量的雄激素和雌激素协同作用可以刺激女性阴毛及腋毛的生长，但是过量的雄激素则导致女性男性化表现。

【雌激素】

雌激素（estrogen）主要来源于女性卵巢组织。人体内的雌激素包括雌一醇（estogen，E₁）、雌二醇（estradiol，E₂）、雌三醇（estriol，E₃）三种形式，其中E₂的活性最强，E₁次之，约为E₂活性的10%，E₃活性最低，仅为E₂活性的1%。卵巢组织分泌E₂和E₁，二者可以相互转化，最终代谢产物是E₃。E₂为人体内雌激素的主要形式，其合成亦以胆固醇为原料，首先合成孕烯醇酮，再经Δ4或Δ5途径合成雄激素、雌激素及孕激素等性激素。虽然卵巢细胞含有合成雄激素、雌激素和孕激素所需的酶系统，但卵巢的不同细胞（包括卵泡内膜细胞、颗粒细胞及黄体细胞）中各种酶的浓度存在差异，从而决定最终产物的差异。血中主要是结合型E₂，约70%与特异性SHBG结合，约25%与血浆白蛋白结合，其余为游离型。E₂主要在肝脏代谢失活，以葡萄糖醛酸盐或硫酸盐的形式经肾脏排出，小部分经肠道以粪便形式排出。

E₂通过雌激素受体（estrogen receptor，ER）发挥效应，可位于细胞膜、细胞质和细胞核。根据ER分布部位不同可将ER分为核受体、膜受体两大类：雌激素的核受体包括ERα和ERβ，位于细胞核内，当雌激素与核受体结合可引发靶基因的转录机制，故主要介导雌激素的慢速“基因型”调节效应；雌激素的膜受体包括属于G蛋白受体家族的 GPER1（GPR30）、Gaq-ER，以及近年来不断被发现的ER-X，当E₂与ER 结合后，通过调节第二信使系统活性，如腺苷酸环化酶（AC）、丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）、磷脂酰肌醇3激酶（PI3K）等，发挥间接的转录调控作用，故主要介导快速的“非基因组”效应。这两类ER在机体内分部具有组织细胞的特异性，参与生殖、认知等多功能调节。

α 雌激素受体（estrogen receptor α，ERα）：ERα编码基因 ESRRA（OMIM：601998；Gene ID 2101）定位于第11号染色体长臂（11q13.1），含8个外显子，基因全长11.220kb，可在中枢神经系统表达。其编码蛋白包含423个氨基酸残基，是一种细胞核受体，分子量为45 510Da。雌激素是生殖内分泌的重要终末环节，已发现ERα基因突变或多态性改变可能引起ERα敏感性增高，与女性初潮年龄关联，也可能参与中枢性性早熟的相关病因。

雌激素的生理功能包括：①促进女性子宫、输卵管、阴道、外阴等生殖器官的发育和成熟，并维持正常功能。E₂可以协同FSH促进卵泡发育，诱导排卵前LH达峰，从而促进卵泡的分化、发育和成熟。雌激素具有促进子宫发育功效，助力子宫内膜增生、平滑肌细胞增生肥大，使子宫收缩力增强，增加子宫平滑肌对缩宫素的敏感性，并对输卵管的发育、阴道黏膜上皮细胞的增生等也有积极的促进作用。②促进乳房发育，刺激乳腺导管和乳腺结缔组织增生，并可见及乳头、乳晕的着色。同时促进脂肪沉积于乳房、臀部等部位，维持女性第二性征。③对非生殖系统影响：具有促进青春期骨成熟及骨骺愈合，刺激成骨细胞的活动，抑制破骨细胞功能，从而促进骨中钙的沉积、增加骨骼坚硬度、减少骨量丢失。女性绝经后由于雌激素分泌减少，骨骼中钙逐渐流失，容易引起骨质疏松；E₂可以作用于心血管系统，使血管内皮细胞中一氧化氮等血管活性物质的合成增加，促进血管内皮细胞修复，抑制血管平滑肌增殖，并降低血浆低密度脂蛋白（low density lipoprotein，LDL），具有保护心血管的作用，故雌激素减少者心血管疾病发生率增加；E₂还可以促进神经细胞的生长、分化和再生，促进合成神经肽或神经递质。促进肝脏内多种蛋白质的合成以及胆固醇代谢酶的合成，降低血浆LDL水平，改善血脂成分，同时也有促进肾小管对水钠的重吸收，调节水盐平衡。

【孕激素】

生物学特征：女性孕激素（progesterone）合成主要源自卵巢，主要包含孕酮（progesterone）和17α-羟孕酮（17 α-hydroxyprogesterone，17-OHP），前者生物活性更强。孕酮主要经过Δ4途径合成，在成熟卵泡排卵前孕酮合成量很低，但在排卵后黄体细胞能够合成分泌大量孕酮，使其达峰，以后逐渐下降。妊娠时胎盘合成大量孕酮，以维持正常妊娠过程。孕酮通过其受体发挥效应，孕酮受体的编码基因 PGR（OMIM：607311；Gene ID：）定位于第 11号染色体长臂（11q22.1），含 10个外显子，基因全长101.1kb，孕酮受体表达量受雌激素水平的影响。孕酮受体类似雌激素，也分为经典核受体及非经典基因组受体，经过磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B、RAS/MAPK及酪氨酸激酶JAK信号转导及转录激活因子信号途径发挥作用。孕激素主要作用于子宫内膜和子宫平滑肌，为受精卵的着床做好准备并维持妊娠。孕激素的生理功能包括：影响生殖器官的生长发育及其功能，能促使处于增生期的子宫内膜进一步增厚，并转化为分泌期内膜，为受精卵的着床提供适宜的环境；能够降低子宫肌细胞膜的兴奋性，降低妊娠子宫对缩宫素的敏感性，也可以抑制母体对胎儿的免疫反应，有利于胚胎在子宫内的生长发育。孕激素还能与雌激素共同促进乳腺腺泡的发育和成熟，为分娩后的泌乳做好准备。孕激素还具有升高基础体温的作用，也有促进水、钠排泄的作用。

【其他性腺激素】

1.抑制素（inhibin，Inh）

生物学特征：是一种糖蛋白激素，属于转化生长因子β（TGFβ）家族成员，由α和β两个亚单位组成，根据不同的β亚单位分为Inh-A和Inh-B。编码α亚单位的基因为INHA（OMIM：147380；Gene ID：3623），其定位于第2号染色体长臂（2q35），含2个外显子，基因全长6.552kb。由366个氨基酸残基组成，分子量39 670Da，主要表达睾丸、肾上腺、卵巢。编码β亚单位的基因不同，Inh-A的β亚单位编码基因 INHBA（OMIM 147290 ；Gene 3624）定位于第7号染色体短臂（7p14.1），含7外显子，基因大小38.667kb。编码蛋白由426个氨基酸残基组成，分子量47 442Da，表达于子宫内膜、胆囊、膀胱等组织。Inh-B的β亚单位编码基因为INHBB（OMIM 147390；Gene ID 3625）定位于第2号染色体长臂（2q14.2），含2个外显子，基因全长5.672kb。其编码蛋白由407氨基酸残基组成，分子量45 122Da，主要在表达脂肪、睾丸、肝脏、前列腺。

男性睾丸支持细胞及女性卵巢窦卵泡细胞均分泌Inh-B，而Inh-A主要由女性卵巢颗粒细胞和黄体细胞分泌，在妊娠期主要由胎盘合体滋养层细胞合成分泌。血清Inh-B水平在出生后逐渐增加，4～12月龄达到高峰，4岁左右开始下降，在青春期启动时再次增加，20～30岁时达到另一峰值，此后随年龄增加慢慢下降。Inh-B的分泌受FSH及IGF-1的调节，而EGF及FST对其分泌起抑制作用。

卵巢可分别产生Inh-B和Inh-A。在女性月经周期中，Inh-B在卵泡增殖早期呈缓慢提升，至卵泡发育中期达峰，排卵前降低。排卵后因卵泡碎裂Inh-B明显增高，之后快速降低，在黄体期处于持续低浓度水平。Inh-B分泌不受GnRH、LH、E₂等因素的影响，但与FSH 相关，且能通过HPGA负反馈作用选择性地抑制垂体分泌FSH，但不影响LH释放，因为Inh只是抑制FSHβ亚单位的形成，而不影响α亚单位。由于Inh-B影响优势卵泡发育成熟，故能够在一定程度上反映卵巢的储备功能。当Inh与抑制素结合蛋白结合后，能与活化素受体结合，干扰活化素与其受体结合，形成Inh对ACT信号系统的竞争阻断，从而影响相关靶基因信号肽转导。Inh-A主要参与妊娠期内分泌的调节，具有促进子宫内膜蜕膜化作用，若Inh-A合成受损可抑制子宫内膜组织结构蜕膜化和血管生成障碍，使滋养细胞不能在子宫内膜内正常种植，导致异位妊娠，故Inh-A是早期诊断异位妊娠的特异而敏感的指标。

男性血清Inh-B水平与生精功能状态密切相关，能够反映睾丸精曲小管生精状态，故是判断睾丸生精功能的敏感指标。血清Inh-B与精子总数及睾丸体积显著相关，且比FSH更具相关性。

2.抗米勒管激素（anti-Müllerian hormone，AMH）

同样是一种二聚体糖蛋白，亦属TGFβ超家族成员，其编码基因AMH（OMIM：600957；Gene ID：268）定位于第19号染色体短臂（19p13.3），含有 5个外显子，基因全长 2.75kb。AMH主要由睾丸间质细胞和卵巢生长卵泡（包括初级卵泡、窦前卵泡及小窦状卵泡）的颗粒细胞产生，由560 氨基酸残基组成，分子量为59 195Da，其体内半衰期平均为（27.6±0.8）小时。血清AMH从出生后开始增长，4～8岁呈现直线式明显增长，8～25岁时增长相对缓慢而稳定，青春期前出现轻微波动，24.5～25岁达峰后逐渐降低，直至绝经期无法检出。AMH通过和其受体结合发挥作用，AMH有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ种受体型。Ⅰ型和Ⅱ型受体结构类似，均为丝氨酸/苏氨酸受体，Ⅲ型受体不直接参加信号转导，只起间接调节TGF-β作用，故AMH主要由Ⅱ型受体介导发挥效应。AMH首先与AMHR Ⅱ形成一个复合体，然后磷酸化激活AMHRⅠ，随后AMHRⅠ磷酸化下游的Smad蛋白，磷酸化的受体特异性的Smads与Smad4 结合形成Smad蛋白复合物，并移入细胞核中与特异的脱氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid，DNA）序列结合，调控靶基因的表达与转录，发挥其生物学效应。AMH的生物功能主要呈现为在男性胚胎发育中引起米勒管退化，促进男性正常生殖系统的形成和分化；在女性与卵巢功能、卵泡发育、卵泡数量及生殖内分泌系统密切相关，它具有起始募集和循环募集、抑制原始卵泡过快消耗及促进优势卵泡形成的作用。AMH最先凸显在初级卵泡之中的颗粒细胞层，与L H、FSH、E₂等激素不同，AMH不受月经周期的影响，是周期非依赖性的血清学标志物，可以反映卵巢池中始基卵泡和窦前卵泡的数量和质量，所以是评估卵巢反应性和储备功能的良好指标。在生育期女性，AMH可以通过旁分泌及自分泌与颗粒细胞膜表层的AMHR结合，阻碍原始卵泡的初始汇集，降低卵泡耗费。AMH还能够减弱成长卵泡对于FSH刺激产生的反应性，影响优势卵泡的选择。

3.激活素（activin，ACT）

属于 TGFβ 超家族，是由两个亚单位链构成的二聚体糖蛋白激素。目前已发现4种ACT的异构体，分别命名为ACT A（2个βA亚基组成）、ACT B（2个βB亚基组成）、ACT AB（βA和　βB 亚基组成）及 ACT AC（βA和βC亚基组成）。ACT的βA亚基及βB亚基和Inh的β亚单位一致，其编码基因分别为INHBA和INHBB（详见前述）。而βC亚基的编码基因为INHBC（OMIM：601233；Gene ID：3626）定位于第 12号染色体长臂（12q13.3），含2个外显子，基因全长 17.378kb。这些异构体的生物学活性类似，其中ACT A主要与女性生殖功能相关。ACT最初从卵泡液中提取而来，主要由卵巢颗粒细胞分泌，在窦卵泡中具有较高浓度，是卵巢对垂体Gn的反馈调节因子，参与卵巢内在生物学功能变化。ACT是一种多能生长因子，对胚胎发育及组织内在平衡至关重要。ACT还是合成分泌FSH的正性调节剂，促进卵巢颗粒细胞增殖及FSH受体表达，同时具有促进卵母细胞发育、延迟卵泡黄体化和/或闭锁、参与黄体溶解等功能；参与调节类固醇激素的合成过程，可诱导下调孕酮水平，并可促进雌激素合成关键酶CYP19的表达，上调E₂水平。此外，ACT还参与调控各种细胞生物学效应，如细胞分化、增殖、凋亡和迁移等信号通路的调控过程。

4.卵泡抑素（follistatin，FST）

是一种富含半胱氨酸的单链糖蛋白，具有对抗FSH的作用。其编码基因FST（OMIM：136470；Gene ID：10468）定位于第5号染色体长臂（5q11.2），含9个外显子，编码蛋白由344 氨基酸残基组成，分子量38 007Da，主要在卵巢、睾丸、胎盘和肝脏表达，另外，在心、脑、肾、肾上腺、骨骼肌、皮肤、垂体等组织中也有表达。FST是通过影响PKC系统或Ca2+-钙调速系统发挥作用，并与ACT、FSH等活性因子具有很强的亲和力，是ACTA、FSH的特异性负性调节剂。目前认为FST可通过自分泌和旁分泌模式，在卵泡或精曲小管局部通过ACTInh-FST共交联而实现其调控作用，当卵母细胞中ACT A 及Inh-A不足时，FST则对其成熟起促进作用，进而调节卵泡成熟或精子发生，这一作用主要通过BMPs信号通路及Samd信号蛋白完成。此外，FST还促进骨骼肌发育与分化、促进脂肪棕色化、稳定肝功能、促进伤口恢复及抑制炎症反应等多种功能。

四、青春期性发育启动机制

青春期是人体由儿童过渡至成人的特殊时期，也是机体驱动生殖系统发育的重要生理阶段，期间经历了性腺和第二性征发育、身高快速增长及青春期心理行为的变化，最终塑成具有成熟生殖能力和体格的成年个体。青春期性发育源于启动下丘脑GnRH发生器，使GnRH脉冲释放增加，进而激活HPGA功能。目前认为，青春期性发育启动年龄是人体复杂的性状表型，在人群中呈现正态分布状态，其中过早或过迟启动性发育在临床上被界定为“性早熟”或“性延迟”（参考本章“第五节 与性腺相关青春发育异常”）。青春期启动性发育主要受遗传和环境因素的综合影响，50%～80%的个体差异可能涉及遗传因素，20%～30%与环境因素有关。近年来，青春期启动HPGA的关键机制研究已成热点，但认识仍然有限。

（一）HPGA功能活动模式变化

在人类生命周期中，依据HPGA的活动变化可呈三个阶段。①婴幼儿期：主要指男童的婴儿早期、女童的幼儿早期，该时期下丘脑GnRH神经元功能活跃，HPGA功能处于相对活跃状态，可伴随GnRH、Gn和性腺激素分泌增多，被称为“小青春期”，但不同于后期的性发育期，处于该阶段的婴幼儿一般无性腺和性征发育，部分女童可有一过性乳腺增大；②儿童期：GnRH和Gn水平降低，HPGA功能回归静止状态，步入相对稳定的性幼稚阶段；③青春期：直至儿童期结束，HPGA功能再次活跃，GnRH发生器启动激活，大量脉冲释放GnRH，并促进合成分泌Gn，使性腺和第二性征发育，进入传统意义的青春期性发育阶段。因此，可见机体HPGA的生理活动具有“激活→静止→再激活”的变化模式特征，最终实现和维持生殖功能成熟。

曾有两种学术观点，其一是“性腺稳定学说”，是针对小青春期现象的机制解释，认为在婴儿和幼儿早期，由于HPGA的发育和功能尚不健全，外周性腺激素对中枢负反馈调节的敏感性较低，导致GnRH和Gn处于持续高分泌状态；其二是“中枢调节学说”，主要针对青春前期HPGA功能处于暂停期的现象，认为随着年龄的增加，该时期的HPGA功能逐步成熟，已具备“低值标准”的调定机制，即对中枢负反馈作用的敏感性增强，使GnRH和Gn回落至低值水平。但对其内在的作用解释仍知之甚少。

（二）青春期前的中枢抑制系统

已有证据表明，大脑神经系统存在对HPGA功能活性的高级调控中枢，其中包括所谓的“抑制系统”与“兴奋系统”，但对两者的调控分子机制一直认识有限。在青春发育至前，中枢抑制系统功能相对活跃，在调节生殖内分泌中占据主导地位，使HPGA功能处于暂时性的静止状态。其中涉及两方面机制：①负反馈调节机制，即下丘脑、垂体在性发育前已具备应对外周刺激因子的负反馈应答能力。由于性激素诱导的高敏反馈抑制机制，使低水平的类固醇激素就能明显抑制下丘脑和垂体功能，促成低值Gn分泌，使性腺处于幼稚状态，以确保幼童性腺持续平静。一旦启动青春发育，这种负反馈机制将重新设定调节标准，使负反馈抑制的感应标准值升高；②中枢内在抑制系统：下丘脑存在诸多特异性神经元细胞，具有合成和释放多种神经递质或信号分子功能，其中包含兴奋性神经递质（如 KISS1、NKB、GA、去甲肾上腺素、神经胶质细胞等）和抑制性神经递质（如MKRN3、GABA、EOP等），它们能够激活或抑制靶细胞的生物学信号转导通路，通过相互协调和平衡，综合调控GnRH神经元功能，由此决定HPGA功能的沉默或启动激活，即所谓的中枢神经内在调控学说。目前认为，由于在性发育之前下丘脑是以释放抑制性神经递质为主，并阻止兴奋性神经递质释放，故HPGA的沉默状态主要与中枢的抑制系统调控作用有关。

（三）启动性发育与中枢兴奋系统

青春期性发育启动机制一直是神秘莫测的研究难点。已知激活HPGA功能是青春期启动的重要标志，其关键角色与GnRH脉冲释放发生器相关，过早或过迟激活该发生器均可导致青春期启动年龄异常。如何决定性发育的正常启动年龄直接关系到中枢神经内分泌的调控系统，也是近年来具有挑战性的热点研究领域。有学者把下丘脑比喻为启动性发育的“生理时钟”，一旦大脑接受特异性传感信号，即能解锁中枢下丘脑生理时钟，激活兴奋性调控系统，唤醒GnRH脉冲发生器，启动青春期性发育。从既往研究可见，激活的中枢兴奋系统也可减少抑制性神经递质释放，解除抑制调控系统功效；相反，若中枢兴奋性神经递质输入低下可增强抑制性神经信号，抑制GnRH释放，使HPGA功能低下。实际上，机体具有调控不同时间窗内HPGA活性的平衡机制，高级中枢能够整合内外生物分子信息，通过调控GnRH神经元的兴奋时间，维持人体正常性发育及生殖功能。因此，青春期启动性发育的关键机制是中枢调控系统出现“去除抑制”和“重新激活”HPGA功能的生理过程。

如上所述，激活HPGA的重要前提是下丘脑GnRH明显增量释放，其中KISS1-KISS1R信号转导是激活GnRH神经元的定向决定因素，即KISS1-GnRH途径的单向活跃功效。然而，在临床上并未获得大量证据，仅有KISS1R（GPR54）突变所致的少见临床病例报道，提示KISS1/KISS1R系统的缺陷只是特发性中枢性性早熟的罕见病因。同样，NKB及其受体（TAC3/TAC3R）也是调控GnRH神经元激活的重要因子，但未见报道关联ICPP，而是在IHH患者中发现KISS1/KISS1R、TAC3/TAC3R系统异常的致病性分子病因。此外，在针对调控KISS1-GnRH途径候选基因（GABAR1、NPYY1R、LIN28B、TTF1、EAP1、ERα、LEPTIN和LEPTINR等）的筛查分析中，迄今还未获得确切致病性基因变异的预期结果。鉴于上述罕见候选基因变异的客观证据，目前认为不能简单地用单一基因或单一途径全面解释启动青春性发育的调控机制，其中可能涉及更多的影响因素。

（四）启动性发育的影响因素

人类启动青春期性发育的影响因素一直是引人关注的研究热点，包括中枢内在因素和各种外在影响因素。

【中枢神经递质】

在中枢内在的神经内分泌调控系统中，存在各种具有生物活性的兴奋性和抑制性神经递质，它们可以通过不同的生物学路径，综合影响启动HPGA的开关激活。一旦在中枢允许因子与遏制因子之间发生偏移失衡，就可导致性发育启动年龄异常。如降低GABA神经递质信号途径，可引起GnRH神经元的功能减弱，促进GAM转化为GA代谢亢进，导致提前激活HPGA功能；反之，降调GA能神经元信号途径则阻止兴奋GnRH发生器，使HPGA功能处于静止状态。

【环境因素】

青春期性发育启动年龄除受中枢内在因素影响外，还受环境因素影响，如宫内环境、营养、社会经济、心理压力，以及受内分泌干扰物（endocrine disrupting chemicals，EDCs）暴露等。这些外在影响因素可刺激中枢下丘脑的相关信号通路，从而影响青春期启动年龄。已有研究者指出，由于印迹基因异常［如Chr.7母源单亲双体的拉塞尔 -西尔弗综合征（Russell-Silver syndrome）、14q32.2母源单亲双体、父源缺失或表观基因变异的Temple-Baraitser 综合征（Temple-Baraitser syndrome，TMBTS）等］造成胎儿发育受限，导致胎儿宫内营养不良，部分患儿可出现日后过早性征发育；在精神心理层面亦可有一定程度的影响作用，如在收养或移民儿童中由于精神心理压力，易发生青春早发育或中枢性性早熟；另外，在应急状况及对EDCs暴露等所致的性早熟和成年不孕不育在临床亦比比皆是。因此，目前认为各种环境因素可在一定程度上影响生殖内分泌轴功能。

影响生殖内分泌功能的环境因素主要依据干扰效应归纳促进因素和抑制因素。①促进因素：如过度营养造成脂肪堆积（主要是女童）、宫内生长发育受限、持续暴露EDCs等往往提前激活生殖内分泌轴功能，导致青春早发育或性早熟；②抑制因素：主要包括极度营养不良或肥胖（主要是男童）、EDCs、过度压力（如环境改变、精神紧张等）、过度运动和慢性疾病等，这些因素均可遏制青春期启动及其生殖功能，导致出现性发育延迟及性功能减退。

体内许多生物活性物质或代谢因子可被视为影响性发育启动的外周信号，如类固醇激素、E₂、IGF1、GH、胰岛素、脱氢表雄酮（dehydroepiandrosterone，DHEA）等，经信号交互作用触发中枢调控系统的信号转导，影响GnRH发生器激活，从而启动青春期的HPGA内分泌功能。当然，外周信号E₂则具有激活性或抑制性双重效应，可能涉及GAM能神经元的GA/GABA循环机制。总之，关于外周因子与中枢神经系统调控HPGA功能之间的复杂机制仍扑朔迷离，其中确切机制有待进一步深入研究。

【营养和能量代谢】

有关营养代谢对中枢、生殖、神经内分泌的影响机制是目前研究较为深入的领域，营养和肥胖与性发育启动年龄之间联系早已为人所知。在50多年前，Frisch和Revelle依据流行病学资料就提出了“临界脂肪学说”是判断性发育启动的重要临床征象，即机体需要一定占比的体脂成分才能有效启动青春发育，尤其是指女孩，这是性发育和性成熟的关键影响因素之一。近期全球发病率逐年增高的青春前期及青春期肥胖已引人关注，而且横向和纵向观察均揭示肥胖（尤其是女童）影响青春期性发育的启动年龄，GWAS发现多个基因多态性位点与女性月经初潮年龄与BMI相关，女童肥胖与青春早发育风险之间具有很强的因果关系，这些都足以显示能量代谢与性发育启动之间存在密切关联，也强调了营养对生殖轴的重要影响作用。但其中的确切机制无法预测。

1.能量代谢与KISS1神经元

早年动物研究证实了能量代谢影响KISS1神经元功能的科学证据。在能量不足或缺乏情况下，外周血Leptin水平显著下降，并可见同时伴随明显降调KISS1表达，但若外源性补充Leptin或胰岛素后可见KISS1表达回升。相反，当外源性补充胃饥饿素（Ghrelin）时则可见抑制KISS1表达，导致关闭卵巢生殖内分泌功能。在BMI达标的女童临床观察中，随着血Leptin和胰岛素浓度渐增同样可见KISS1表达增加，促进青春期性发育和获得成熟生殖功能。由此可见，Leptin和Ghrelin作为营养和能量代谢因子，影响中枢KISS1-GnRH路径活性。

然而，在KISS1神经元细胞上并未证实存在Leptin和Ghrelin受体表达，故Leptin和Ghrelin不可能直接作用于KISS1神经元，推测应该具有其他靶点神经元，通过间接作用介导KISS1神经元功能。目前认为，下丘脑ARC区域（非AVPV）存在两组神经元核团，即释放褪黑素原（proopiomelanocortin，POMC）和NPY的神经元，均有具有控制机体食欲和能量平衡的生物学功能。在解剖位置上POMC、NPY神经元与KISS1神经元之间毗邻或重叠，具有高度相互接触或作用的机会。KISS1神经元表达POMC受体，而且POMC神经元上存在Leptin受体，故能获得外在代谢生物信息，并整合传递给中枢KISS1神经元。在Leptin及其受体缺陷的小鼠实验中显示，除肥胖表型外，POMC表达亦呈下降趋势，在给予外源性Leptin注射后能恢复POMC表达，充分证实POMC神经元扮演了将能量代谢信号传递给生殖系统的角色，是营养代谢影响生殖系统的重要高级枢纽。此外，ACR区可能存在表达其他能量因子（如胰岛素等）受体的中间神经元，介导调节KISS1神经元功能，进而调控机体生殖内分泌活动。下丘脑ARC区域还富集NPY神经元，作为摄食信号的NPY在节食情况下表达明显增多，亦是参与机体能量代谢的高级中枢。ARC区域也富含KISS1神经元，当NPY水平增高时KISS1表达下降，进而抑制GnRH释放，但这种间接介导而影响KISS1神经元功能的推断尚未形成确凿证据。外在营养代谢因子Leptin、Ghrelin是由POMC和NPY神经元发挥桥梁作用，间接影响KISS1神经元的作用。但其中更为精准的分子机制仍有待进一步阐明。

2.肥胖与神经酰胺

值得一提的是，在临床实践中仍然可见有悖常理的现象，如下丘脑KISS1被视为是外周营养因子与启动HPGA活性之间的关键枢纽，但在动物模型中并未显示过度营养所致的肥胖与KISS1基因表达之间的相关性，提示“肥胖”（非一般营养）诱导的青春早发育尚存在未被认识的复杂机制。最近Heras等研究提出，肥胖诱导雌鼠性早熟与中枢重要的神经递质“神经酰胺”及其非经典分子路径相关。神经酰胺是一类脂质信号分子，在介导Leptin和Ghrelin调节大脑摄食中枢中发挥重要作用。肥胖雌鼠具有明显促进下丘脑神经酰胺的表达和释放，并表现为性早熟；相反，阻断神经酰胺合成则可延迟卵巢发育时间，由此揭示神经酰胺影响调节卵巢发育。然而，这种中枢神经酰胺变化并不改变下丘脑KISS1表达，也不影响GnRH-Gn的内分泌系统活性。目前的研究初步揭示，导致肥胖雌鼠性早熟的发生机制涉及另外一个崭新的分子致病机制，即下丘脑PVN与卵巢之间由交感神经支配的神经酰胺代谢路径，可能是作为肥胖引起的性早熟的主要决定因素。

总之，机体的营养和能量代谢是通过中枢及外周机制调控生殖内分泌系统。能量代谢传感器（Leptin、Ghrelin或 Mtor、AMPK 等细胞信使）通过下丘脑KISS1发挥经典的中枢调控路径作用，直接或间接调节GnRH-Gn神经分泌活动，另通过一种新的下丘脑PVN-Ovarian的交感神经支配路径调节卵巢发育，极大拓展了目前对女性青春期性发育启动的代谢调控机制的认识。

然而，对于肥胖所致的性早熟存在明显的性别“两态性”差异，如明显肥胖者（尤其在男性）Leptin水平显著增高，但并不出现性发育年龄提前，而且往往易患性发育延迟或生殖功能障碍，其中的相关机制可能涉及脂肪细胞出现代谢异常。由于脂肪细胞分泌过量的炎性因子、Leptin、胰岛素等，造成Leptin抵抗、胰岛素抵抗及外周生成雌激素，可以加剧代谢性炎症反应，进而明显抑制KISS1神经元功能，降调KISS1-GnRH的定向路径活性。

（五）遗传调控

性发育启动机制与调控基因的程序化转录有关。随着分子生物学理论和技术的不断发展，基于基因组学或转录组学的筛查手段应用，已为该研究领域打开新的认识局面。

【相关基因的转录调控】

性发育启动的核心机制与中枢调控网络的相关基因转录密切相关，其中的关键基因可被视为：①固有的定向基因。如KISS1、GPR54和TAC3、TACR3等；②时间窗的掌控基因。如编码神经胶质细胞信号分子、突触信息转化分子、与GnRH神经元信号传导的特异关联基因等；③其他隶属基因。即参与性发育启动的转录因子编码基因，如 OCT2、TTF1/NKX2.1、EAP1和 LIN28B 等。基于DNA微阵列分析证据显示，在复杂的调控网络中部分关键基因的转录将有助于启动激活HPGA活性。

目前所知，大多数相关调控的基因一般均具有参与肿瘤抑制的共同特征，故也被称为“肿瘤抑制基因”（tumor suppressor gene，TSG）网络。然而，也有部分涉及性发育启动的基因（如OCT2、TTF1和EAP1）并不具有TSG网络特征，故所谓TSG网络模型目前仍无法获得理想的解释。有证据表明锌指基因表达与LH水平相关，LIN28B可能与TSG网络系统有关，在中枢抑制调控系统中扮演重要的枢纽角色，使儿童持续保持性幼稚，避免发生性发育；此外，在泛LIN28B基因型人群筛查中发现早发育女童存在一定的多态性变异；在比较雌鼠基因表达谱分析中显示，下丘脑具有两类重要转录调控基因家族，一类是POZ 和 Krüppel（POK）的家族成员基因，而另一类则是多梳蛋白（polycomb group protein，PCG）家族成员，均有抑癌基因特征。POK基因亦属于沉默基因家属，当启动性发育时呈转录上调，表达明显增加，通过去除性发育的抑制因子，达到开启性发育开关的功效，从而激活GnRH发生器；而PCG基因是随着性发育启动呈现表达明显下降，通过去除发育前的沉默抑制影响，使GnRH发生器激活。由此可见，TSG转录调控模型初步显现了中枢遗传调控网络的假设雏形。

【表观遗传机制的作用】

目前人们已认识到表观遗传学机制参与性发育启动的程序化调控。已知诸多外周影响因子可通过特殊机制作用于中枢调控网络，影响关键因子的生物学作用，共同参与调节生殖内分泌功能，其中就有表观遗传学机制介入其中。表观遗传学（epigenetics）是指在DNA序列不发生改变而仅是基因功能发生改变所导致的表型变化，它的调节方式包括DNA甲基化、组蛋白修饰、非编码RNA编辑、染色质重塑等。目前人们已意识到表观遗传机制与机体多种功能变化相关，如EDCs、雌激素诱导的相关基因表达、神经递质的相互作用、昼夜节律、大脑性别的形成等。已有研究表明，表观遗传机制对下丘脑特异性因子的转录调控发挥积极作用。如前所述，性发育启动时PCG复合物成分（EED、CBX7）的基因启动子被甲基化，使相关抑制性的靶基因呈现沉默标记，启动兴奋性调控中枢，从而转录激活KISS1-GnRH功能，由此佐证表观遗传机制参于HPGA功能激活的贡献。此外，对印迹基因的研究进一步扩展性发育启动复杂机制的认识视野。MKRN3基因是一个母源印迹、父源遗传的印迹基因，在幼年时该基因表达水平增加，进入青春期则表达水平显著下降。有研究提示，MKRN3可能是通过蛋白泛素化作用抑制下游靶基因的启动激活，发挥幼年期抑制性发育效应。在临床观察中也得到证实，MKRN3功能缺失性突变可导致家族性中枢性性早熟。同样，DLK1亦是一种母源印迹、父源遗传是印迹基因，具有竞争性抑制Notch信号通路信号转导，阻止KISS1-GnRH信号激活，可见表观遗传基因MKRN3和DLK1的表达模式均可影响调控青春期性发育启动。

总之，遗传因素和环境因素共同决定青春期性发育的启动年龄，其确切的分子调控机制涉及中枢神经内分泌的网络调控系统，中枢内在的信号和外在信号交互联系，通过表观遗传修饰机制决定相关基因的转录表达，程序性整合复杂的网络信息系统，启动激活青春期性发育。鉴于目前研究所获得初步认识，仍有很多神秘机制有待揭晓，故期待不断深入探索或验证质疑问题，以期提高对该领域的新知识和新认识。

五、松果体与青春期性腺轴（褪黑素神经调控）

松果体（pineal gland）是机体合成和分泌褪黑素（melatonin）的内分泌器官，褪黑素在人体生殖内分泌、神经、心血管、免疫学等系统的生命活动中具有重要作用，如昼夜节律、睡眠节律和致瘤作用等。已知青春期生殖系统的发育和成熟是一个非常复杂的生理过程，既往研究表明，亲代正常的松果体功能及其褪黑素水平是其子代生殖功能成熟的必要条件，可见松果体的核心功能可能涉及生殖系统发育和成熟。

（一）松果体的解剖学

人类松果体（epiphysis cerebri），是一个附着于中枢第三脑室后壁、形似豆状大小的组织，其净重100～150mg，属于大脑的附属物，是机体的内分泌器官之一。松果体的结构和功能在一定程度上受到人类进化的影响，通常在青春期后出现不同程度的钙化改变，甚至可能更早。这一现象可能与成熟的代谢活动无关，只是预示松果体功能随年龄增长而逐渐下降。松果体自身血供丰富，主要受起源于颈上神经节的交感神经支配，同时也受副交感神经、连合神经和肽能神经支配，但主要功能仅与交感神经支配的表现相关。

（二）褪黑素生物学特征

褪黑素是一种遍在的周期性光敏激素，其化学结构的本质为一种亲脂性吲哚胺，属于胺类激素，分子量为232Da。褪黑素是由色氨酸为底物，先经羟基化为5-羟基色氨酸而转化为血清素，后者通过限速酶烷基胺N-乙酰转移酶（N-acetyltransferase，NAT）形成 N-乙酰血清素，再经乙酰血清素O-甲基转移酶（acetylserotonin O-methyltransferase，ASMT）转化为褪黑素，化学名称为N-乙酰基-5-甲氧基色胺（N-acetyl-5-methoxytryptamine）。

褪黑素的分泌具有日少夜多的昼夜节律，并受下丘脑SCN调控。当机体视网膜接收自然光的刺激后刺激视网膜-下丘脑路径，将光感信息传输至SCN，它是人体生物钟的中枢，旨在维持生物钟与昼夜节律的一致性。SCN神经轴突通过下丘脑PVN、前脑内侧束和网状结构影响脊髓中外侧角细胞，后者包含神经节前交感神经，神经节后颈上神经节交感纤维终止于松果体细胞，并分泌去甲肾上腺素，通过β-肾上腺素受体调节褪黑素的合成和释放。该生物学通路仅在夜间被激活，因为日光可以抑制颈上神经节的活动，故黑暗是合成褪黑素的唯一条件，而与睡眠状态无关。若在夜间暴露照射光时就会抑制褪黑素的合成和分泌，导致昼夜不同步，进而引发各种疾病和细胞老化。一般匹配生物钟的褪黑素开始分泌时间：成年人平均在 19：30～21：30，6～12岁儿童在19：00～21：00；褪黑素分泌的持续时间则取决于白昼长短的光感周期特性。在人类，出生后3～4月龄开始分泌褪黑素，这与训练婴儿固定夜间睡眠相关，以后随着月龄增加褪黑素水平亦逐渐增高，1～3岁褪黑素分泌达高峰，随后缓慢下降至平台期，在成年期均稳定维持在此水平。35～40岁后开始出现持续下降，直至老年时降至低谷。然而，褪黑素分泌节律存在较大的个体差异，这些差异是否影响机体健康尚不清楚。褪黑素分泌的昼夜节律不仅存在于血液中，也同时见于其他体液中，如唾液、脑脊液、卵泡液，以及母乳中，这是由松果体外合成的褪黑素所致。

褪黑素的内分泌功能是与两种高亲和力的特异性受体（MT1和MT2）结合而发挥功效。MT1编码基因 MTNR1A（OMIM：600665 ；GeneID：4543）定位于第4号染色体长臂（4q35.2），包含3个外显子，基因全长22.568kb，其编码蛋白MT1由350个氨基酸残基组成，分子量39 375Da。MT2编码基因 MTNR1B（OMIM：600804 ；Gene：4544）定位于第11号染色体长臂（11q14.3），包含4个外显子，基因全长16.618kb，编码MT2由362氨基酸残基组成，分子量40 188Da。MT1和MT2都是跨膜G蛋白偶联受体，能够介导褪黑素的诸多生物学效应。在下丘脑SCN、垂体结节部均表达褪黑素受体，前者参与视网膜的光依赖功能和昼夜节律调控，后者与生殖内分泌功能相关。此外，核受体也部分参与褪黑素生物功效的指向性介导，如视黄醇 Z 受体（retinoid Z receptor，RZR）、类视黄醇孤儿受体（retinoid orphan receptor，ROR）；另外，也有细胞质蛋白也参与介导褪黑素的生物学功能，如钙结合蛋白钙调素、微管蛋白等。褪黑素与核受体结合后可改变靶细胞的许多增殖基因转录（如5-脂氧合酶，p21或骨唾液蛋白等）。在人体的许多器官组织上都分布褪黑素受体，包括大脑、脊髓、垂体、视网膜、脾脏、胸腺、肾上腺，肝、肾、心、肺、睾丸、卵巢、血管、淋巴细胞和成骨细胞，调节这些细胞的生理功能，如助力生殖功能，减少更年期疾病、心脏病和某些类型肿瘤等。

（三）褪黑素与青春期性腺内分泌功能

褪黑素参与机体多种生理活动，其中在调控人类生殖内分泌方面具有重要影响。有研究表明，褪黑素与Gn和/或类固醇激素密切相关，尤其对女性的研究更为深入，如调控青春期启动、卵巢卵泡的发育和成熟、怀孕和绝经。褪黑素的昼夜分泌节律亦有季节性的分泌变化，主要依赖生殖器官活动的相关因素，如排卵的季节变化，夏天通常发生在早晨，而冬天常发生在晚上。另外，大脑局部表达的DHEA水平也存在地域差异性的光周期变化，其对性发育效应的影响则与褪黑素截然相反。可见褪黑素与HPGA或其他神经内分泌调控中枢之间存在着复杂的调节联系。

1.褪黑素与GnRH

（1）直接作用机制：

卵巢或睾丸的发育成熟主要依赖下丘脑GnRH的脉冲性释放，由此启动激活HPGA，但其精确机制仍存有争议，而褪黑素作用的研究成果可能贡献了部分解释。研究显示褪黑素的夜间分泌模式能够抑制GnRH分泌，青春期前高水平的褪黑素有助于HPGA功能处于静止状态，而进入青春期后可见褪黑素水平下调，故有学者假设褪黑素可能也是一种下丘脑GnRH发生器的触发调控因素。在临床上也观察到青春发育延迟者具有高水平的褪黑素，而性早熟患儿则褪黑素水平较低。1988年，Waldhauser等在一项不同年龄健康人群的横断面研究中发现，夜间高水平褪黑素主要分布在低龄组（1～3岁），随年龄增长而逐渐下降，至青春期、成年早期（15～20岁）可下降80%。这些结果均提示褪黑素水平下降是伴随着性发育和性成熟的进展，褪黑素表达下调与性发育的Tanner分期进展相关。由此推论，褪黑素可能参与了青春期HPGA觉醒的系列级联反应，但其确切机制仍知之甚少。动物实验有报道，褪黑素本身既不是直接的性发育阻遏因子，也不是促性腺发育抑制素的直接增强子，而且又与神经肽、神经递质和神经甾体存在复杂的交互联系。因此，目前认为HPGA的部分低功状态可由褪黑素抑制GnRH释放所致，其中的分子机制可能与细胞钙离子信号通路有关。褪黑素抑制电压依赖性钙通道流动，阻碍细胞内钙离子向细胞外转移，从而延迟钙信号的识别，该作用依赖cAMP/蛋白激酶C的参与。然而，褪黑素对GnRH的这种强效抑制作用在生物进化过程中已呈现逐渐衰减趋势，这可能与靶细胞褪黑素受体的功能性表达功能趋减有关。

（2）间接作用机制：

褪黑素对生殖功能的影响也可通过KISS1间接完成。已知KISS1是兴奋GnRH神经元的核心激动剂，大于90%的GnRH神经元表达KISS1受体。已知哺乳动物的生殖功能是由GnRH的脉冲释放所启动，而KISS1则是GnRH神经元的强效功能驱动子。然而，值得注意的是并非所有的GnRH神经元细胞都接受KISS1神经元影响，机体可能还存在其他调节机制。曾有动物研究发现，在延长光周期的条件下，外源性补充褪黑素可明显降低KISS1水平；若切除松果体后抑制内源性褪黑素的生成，就可消除光周期对KISS1的影响，提示褪黑素具有下调KISS1表达的作用。另外，最近一项研究显示，虽然外源性褪黑素首先造成的应急反应是KISS1表达减少，但长期的作用效应则截然相反。由此可见，褪黑素对人体生殖系统的作用可由KISS1间接调控，但外源性补充褪黑素的不同阶段效应可能存在一定差异，其中的确切机制仍待确认。

2.褪黑素与GnIH

下丘脑GnIH是Gn的负性调节因子，褪黑素可能是参与调控GnIH神经元功能的主要协调因子。动物实验发现，当给予去除松果体的动物补充褪黑素后，可引发剂量依赖性的GnIH增量效应，提示褪黑素能够上调下丘脑GnIH表达，抑制LH分泌。此外，缩短日照时间可延长褪黑素分泌，随即引起GnIH上调表达。在PVN-GnIH神经元上也发现具有褪黑素受体的表达，并由放射自显影技术进一步显示存在GnIH与特异性受体结合的证据，表明褪黑素对GnIH神经元存在直接的调节作用，它可将光周期信息通过GnIH转导而影响生殖内分泌功能。

3.褪黑素与性腺功能

褪黑素对卵巢功能的影响是目前研究热点。卵巢是女性生殖系统的主要器官，能够合成大量的性腺激素，如类固醇激素和其他旁分泌/自分泌的活性因子，其中包括褪黑素。在卵泡颗粒细胞、卵泡膜细胞和黄体中均存在褪黑素受体，有研究定量卵巢滤泡液中的褪黑素浓度发现显著高于血浆水平，而且随着滤泡生长而同步增加，其中主要由卵巢颗粒细胞合成所致，仅少部分是从血液转移而致。过去一直认为褪黑素对性腺功能的作用主要是抑制性的功效，但最近有研究提示，性腺局部分泌的褪黑素实际上是具有积极的促卵巢功效，如促进类固醇激素合成，以及卵泡发生、卵泡闭锁、排卵、卵母细胞成熟、黄体功能及早期胚胎发育等。

褪黑素还具有清除自由基的重要功能。事实上，体内外实验均证实，褪黑素可刺激促进卵母细胞成熟的卵母细胞成熟因子（maturationinducing hormone，MIH），同时降低高活性的羟基自由基浓度，不仅促进了抗氧化酶（超氧化物歧化酶、谷胱甘肽过氧化物酶）的表达，而且抑制一氧化氮合酶的表达。褪黑素能减少卵巢滤泡液中受损的DNA产物［8羟基-2-脱氧鸟嘌呤核苷（8-hydroxy-2-deoxyguanosine，8-OHdG）及脂肪氧化产物（己酰赖氨酸加合物）］。已知排卵过程是类似于局部炎症反应，会产生活性氧（reactive oxygen species，ROS）和活性氮（reactive nitrogen species，RNS），可导致卵母细胞氧化损伤。由于卵巢滤泡液中氧化损伤分子的浓度与卵子的质量直接相关，故褪黑素能有效抑制损害卵母细胞的有害因素。虽然局部生成ROS似乎在卵泡破裂中起一定作用，而且ROS也能作为第二信使调节卵母细胞成熟过程的基因表达，但若残余过量ROS，也易于发生氧化应激反应，导致卵母细胞和颗粒细胞结构受损，故目前普遍认识到，在卵泡液和输卵管液中存在内源性抗氧化酶与非酶抗氧化剂（如褪黑素及其代谢衍生物）可有效清除或减少ROS和RNS，一旦缺乏这些防御要素，卵母细胞可能遭受氧化应激打击而损伤。近期的临床实践显示，褪黑素有被用于治疗不孕妇女接受辅助生殖技术（assisted reproductive-technique，ART）/体外受精-胚胎移植术（in vitro fertilization and embryo transfer，IVF-ET），即受试者从上一个月经周期的第5天起每天服用3mg褪黑素，直至卵母细胞回收日，良好胚胎的回收率明显增于对照组。褪黑素通过增加滤泡内褪黑素浓度随之降低氧化损伤，从而提高受精率和妊娠率，达到修复生殖功能的治疗目的。

此外，褪黑素还能够促进胚胎发育和卵母细胞成熟。在小鼠受精卵的培养基中加入褪黑素，可以提高受精率和囊胚率，其中的关键机制亦涉及褪黑素的抗氧化特性；褪黑素可能有利于提高卵巢功能、卵母细胞质量和不孕妇女的胚胎发育，尤其是那些由于卵母细胞质量差及生殖生命即将结束的人群。此外，褪黑素还为不同卵巢疾病（子宫内膜异位症、慢性排卵障碍、多囊性疾病卵巢综合征，以及卵巢功能早衰）提供新的治疗机会。总之，褪黑素可通过直接或间接途径影响人体的性腺内分泌功能，是人类生殖健康的重要调控因子。

六、肾上腺功能初现

肾上腺功能初现（adrenarche）是指人体出生后肾上腺皮质网状带结构和功能再现发育成熟的一种生理现象，一般在青春期性发育启动前完成，使肾上腺来源的雄激素前体代谢产物合成增加，包括DHEA、硫酸脱氢表雄酮（dehydroepiandrosterone sulfate，DHEAS）和Δ4雄烯二酮等。在临床上可见雄激素敏感部位出现阴毛、腋毛发育生长、成人型体味、皮肤油脂增加和面部痤疮等表现。因此，肾上腺功能初现的核心概念亦可被视为是肾上腺的“青春发育”。

（一）组织学基础及其变化特征

肾上腺是机体重要的内分泌器官，由不同胚胎来源的皮质和髓质两部分组成。肾上腺皮质来源于中胚层的腔上皮细胞，负责合成类固醇激素；肾上腺髓质来源于外胚层的神经嵴细胞，与交感神经节细胞同源，负责合成儿茶酚胺类的肾上腺激素。胎儿期的肾上腺体积大小与胎儿肾脏相似，依据组织学的细胞排列分为永久带（外侧）、过渡带（中间）和胎儿带（内侧），其中胎儿带容积占比最大，可达80%，是胎盘性激素的重要原料生产基地。出生后发育成熟的肾上腺皮质则由外向内演变为球状带、束状带和网状带。球状带负责合成分泌糖皮质激素，束状带负责盐皮质激素，而网状带则是负责肾上腺雄激素前体代谢物的合成和分泌，皆属于类固醇激素，又称类甾体。所谓肾上腺功能初现的组织学基础主要涉及网状带，位居肾上腺皮质的最内侧，紧邻髓质，约占肾上腺皮质的10%。

人类肾上腺皮质网状带具有主要的生命周期变化特征。在胎儿时期网状带相对发育呈强势，DHEA、DHEAS明显增高，为胎盘合成类固醇性激素提供足量原料；而出生后肾上腺胎儿带出现生理性退化凋亡，使性激素前体类固醇（如DHEAS）降至谷底，血、尿中源自肾上腺雄激素前体代谢产物明显低下。随着年龄的增长，肾上腺皮质网状带在结构和功能上逐步重建，再现组织发育和功能重塑。因此，目前认为肾上腺功能初现是一个逐步启动恢复和渐进发育的生理过程，表现为“发育-退化-在发育”的特殊模式。

（二）网状带类固醇代谢及认识进展

肾上腺皮质可以合成多种类型的类固醇激素，均以胆固醇作为代谢底物，催化生成各中类固醇代谢衍生物，它们的生化本质都是环戊烷多氢菲，即由3个环己烷、1个环戊烷组成的共同结，依次被称为A、B、C和D环，每个碳原子用数字标序。在环戊烷多氢菲的不同碳原子的位上，添加各种变化就可形成各种不同的肾上腺类固醇，如在第13位碳原子上连一甲基即形成雌激素衍生物的母体结构（雌烷），也称18碳类固醇；又如在雌烷的第10位碳原子上再外连一甲基，可形成19碳雄激素衍生物的母体结构（雄烷），称为19碳类固醇（C19类固醇）；在雄烷的第17位碳原子上外接一个乙基即构成孕激素、糖皮质激素和盐皮质激素的母体结构，即21碳类固醇。肾上腺网状带主要合成雄激素的前体物质，均属于C19类固醇，而球状带和束状带分别合成21碳类固醇的盐皮质激素、糖皮质激素以及孕激素，可见肾上腺皮质类固醇的化学结构与其生物学功能密切相关。

肾上腺C19类固醇存在三种生物代谢途径，即Δ 5途径、Δ 4途径和后门途径（图2-2-1），均由诸多代谢酶参与其中的催化步骤，形成系列C19类固醇衍生物，其中3β-羟类固醇脱氢酶（3β-hydroxysteroid dehydrogenase，3β-HSD）能够催化Δ5类固醇进入Δ4类固醇代谢步骤，均是早年被认识的传统代谢途径。①Δ 5途径：是具有代表性的以胆固醇为底物的传统程序性级联反应。首先是StAR将胆固醇由线粒体外转移至线粒体内，再由20，22碳链酶（20，22-dihydroxycholesterol desmolase，CYP11A1）将胆固醇转化为孕烯醇酮，并在17-羟化酶（17 alpha-hydroxylase，CYP17A）/17，20 裂解酶、POR、细胞色素 b5（Cytochrome b5，CYB5A）的共同参与下，将孕烯醇酮转化成为独具特异性的中间代谢产物 DHEA，经硫酸酯酶（sulfatase，SULT2A1）作用由DHEA转化为 DHEAS；②Δ 4途径：肾上腺网状带的DHEA还可在HSD3B2的作用下合成Δ4雄烯二酮，并经17-羟类固醇脱氢酶（17-hydroxy steroid dehydrogenase，HSD17B5，或称AKR1C3）作用转化生成睾酮；③后门途径：其核心特征是在合成高活性雄激素的DHT中，无需传统的DHEA、雄烯二酮和睾酮作为中间代谢产物，而是直接由17-羟孕酮（17-hydroxyprogesterone，17-OHP）独立代谢合成DHT，其中需包括由5α-还原酶（SRDA1或SRDA2）、AKR1C2/4等的酶促作用，将17-OHP催化成为5α孕烷二酮（pdione）和3α孕烷二醇（pdiol），后者再经CYP17A1的指向性作用生成雄酮、雄烯二醇，最终合成DHT。由此可见，机体同时具备Δ5、Δ4经典途径和后门途径共同生成高活性雄激素的生理功能。

值得一提的是，DHEA和DHEAS是最丰富的C19类固醇，尤其是DHEAS，属于低活性的雄激素前体物质，具有平衡机体活性雄激素的重要生理作用。由于肾上腺网状带是SULT2A1在体内的唯一表达组织，90%的DHEAS来自肾上腺，仅少量由性腺及大脑组织合成，故外周血DHEAS是肾上腺的特异生化标志物，也是将其作为界定肾上腺功能初现标准的科学依据。

近年来，人们已经认识到11β-羟化酶1（Steroid 11-beta-hydroxylase1，CYP11B1）也是肾上腺网状带的唯一表达器官，具有将Δ4雄烯二酮和睾酮特异性催化合成11-羟雄烯二酮（11 hydroxyandrostenedione，11-OHA）和 11-羟睾酮（11-hydroxytestosterone，11-OHT），并在外周组织中经 11β-羟类固醇脱氢酶（11 β-hydroxysteroid dehydrogenase，HSD11B）作用，转化生成 11-酮雄烯二酮（11-keto androstenedione，11-KA）和 11-酮睾酮（11-ketotestosterone，11-KT）；而外周 5α-还原酶（SRD5A1/2）又可进一步将11-OHT和11-KT催化为11-羟双氢睾酮和11-酮双氢睾酮，这些均被统称为“11氧合雄激素”。由于人类CYP11B1几乎仅在肾上腺皮质网状带组织表达，故11-OHA和11-OHT是唯一源自肾上腺的C19类固醇，尤11-OHA是最具特异性和最丰富的11氧合雄激素，近年来已引起临床关注，如探索应用质谱方法高敏定量肾上腺C19类固醇标志物，为提升临床生化诊断肾上腺疾病提供更为有效的检测手段。

肾上腺C19类固醇是一组具有不同雄激素活性的特殊代谢产物。除睾酮外肾上腺其他C19类固醇均可视为是合成雄激素的前体物质，具有相对较弱的雄激素活性，是肾上腺为外周组织提供合成高活性雄激素（DHT）的重要原料。当这些原料经血液达诸多外周器官或组织（如肝脏、皮肤毛囊、脂肪组织和前列腺等），并可代谢合成高活性雄激素。目前已知肾脏表达HSD11B2，可将11-OHA和11-OHT转化为11-KA和11-KT，而其他外周组织能表达HSD17B5（AKR1C3），使雄烯二酮、11-OHA和11-KA转换为T、11-OHT和11-KT，并由SRD5A1/2催化合成DHT，其中11K-DHT的生物活性等同于DHT，是活性最强的雄激素，其次为11-KT和T，再次则是11-OH-DHT、11-OHT，而11-OHA和11KA等同于DHEA，是最弱雄激素效能的C19类固醇。

（三）肾上腺功能初现特征

肾上腺功能初现是指肾上腺19碳类固醇发生代谢旺盛的一个生理过程，它意味着机体自出生后肾上腺网状带结构的再次发育及其功能成熟，最突出的生化标志是肾上腺网状带类固醇代谢产物增高，包括 DHEA、DHEAS、Δ 4A、T、11-OHA和11-OHT，故也习惯称为“肾上腺雄激素”的功能再现。

1.组织生化学

人体出现肾上腺功能初现的关键前提涉及两个方面，其一是肾上腺网状带的组织细胞明显分化增殖；其二是肾上腺19碳类固醇代谢酶的表达及其活性明显增强。从以往的组织学和生化研究结果已证实，在肾上腺功能初现时网状带组织形态明显增宽，网状带细胞分化增殖活跃。同时，17α-羟化酶（CYP17A）、17-20裂解酶、SULT2A1、磷酸腺苷磷酸酯合成酶（PAPSS2）、POR、CYB5A 和 HSD17B 等相关代谢酶的表达和活性亦呈显著上调，19碳的雄激素前体物质合成旺盛，为肾上腺功能初现提供重要的组织功能学保障。

2.临床界定标准

传统观念是以血DHEAS作为肾上腺功能初现的临床界定标准，并将血D HEAS浓度大于40g/dl作为肾上腺功能初现的生化启动标志。一般认为7～8岁才是机体生理性的启动年龄，此时的HPGA功能仍处于静止状态，仅仅是肾上腺网状带的组织功能变化。随着临床生化检测技术的敏感性不断提升，有学者采用气相色谱 -质谱（GC-MS）技术，对 3～18岁健康人群进行24小时尿19碳类固醇的定量检测，结果发现低浓度的DHEAS等代谢产物往往不易被检出，即所谓幼年期肾上腺网状带功能并非完全“归零”，其再发育应该是呈逐年不断递增历程，只是在某一时间窗由量变引发质变，故认为人类肾上腺功能初现的年龄应该会更小，即早于传统的依据生化认定的标准，这是基于检测技术的明感性差异而产生的界定分歧。由于当今我国缺乏人群的大数据观察及其临床佐证，且DHEA或DHEAS一直被公认是具有代表性的肾上腺雄激素标志物，故目前观点认为，应该仍以传统共识为客观的界定标准。然而，直面临床仍可见存在较大的人种或个体差异，如在发生年龄和程度上存在较大变异。因此，肾上腺功能初现可被分为“生化型”和“临床型”，生化型者可仅有DHEAS增高而无临床相关表型，而临床型者除DHEA增高外，还可呈现相关表型特征，如出现阴毛和腋毛生长（多为TannarⅡ期）、皮肤油脂增加、头面部痤疮、成人型体味等，这些皆与肾上腺19碳类固醇转运外周组织深化代谢、转化生成高活性雄激素（DHT）有关，由此参与相关内分泌活动所致，但无生殖器官发育。

（四）发生机制

人体肾上腺功能初现的发生机制尚未完全知晓。目前研究显示，肾上腺网状带的某些关键酶出现功能性变化与该机制相关，如CYP17A/17-20裂解酶、3βHSD2及 11βHSD1等。当 3βHSD2 竞争性的相对弱势、CYP17A活性增强时，就会使肾上腺类固醇代谢优选Δ5途径，导致DHEA、DHEAS水平明显增高；肾上腺在介导21碳类固醇代谢中，皮质酮（corticosterone）转换为皮质醇（cortisol）代谢需要依赖特异性异构酶11βHSD1（亦称皮质酮还原酶）的催化助力，当该酶活性发生变异即可导致皮质酮还原皮质醇障碍，造成皮质醇水平降低，由此造成负反馈刺激ACTH上调，引起网状带发育和类固醇代谢旺盛。在观察临床疾病中也进一步佐证了上述观点，如3βHSD2、11βHSD1 缺乏患儿仍然具有肾上腺功能初现，ACTH受体缺陷者肾上腺19碳类固醇水平明显低下，但无肾上腺功能初现，而肥胖儿童及青少年的下丘脑-垂体-肾上腺（hypothalamicpituitary-adrenal，HPA）轴功能相对活跃，则常见过早肾上腺功能初现或功能过强。这些现象均进一步显示，相关代谢酶活性变化和糖皮质激素参与肾上腺功能初现的启动机制，但对于在特定时间窗内关键酶的调控机制仍迷惑不解。

有学者采用地塞米松抑制试验原理，观察ACTH受抑后类固醇代谢的差异变化，即同期比较19碳类固醇（如DHEAS）与21碳类固醇（如F）两者的抑制程度，结果显示皮质醇的抑制效率明显高于DHEAS，可见肾上腺雄激素既受控于HPA轴的内分泌反馈调节，但也部分脱离该系统的平衡调节，表明ACTH可能是作为一种允许因子参与控制肾上腺功能初现的发生。

纵观上述提示机体可能存在更为复杂的分子调控机制。有研究显示中枢高级神经系统可能参与肾上腺功能初现的启动机制。下丘脑弓状核具有释放POMC、β促脂解素、内啡肽等神经递质的神经元核团，这些内分泌神经元释放的关键活性物质可随DHEAS水平上升而同步增高，其中POMC 是脑垂体ACTH的重要前体物质，对维持肾上腺皮质功能至关重要，因此POMC被认为可能具有肾上腺雄激素刺激素（adrenal androgen stimulating hormone，AASH）样活性，是肾上腺功能初现的重要启动因子，但仍需进一步深入解释和论证。

（五）生理意义

肾上腺功能初现是人体正常发育的必然历程，但该现象的必要性及其生理意义值得深究。近年来，一些基础研究和临床观察结果引起人们关注，有些现象已获初步解答。鉴于肾上腺功能初现时网状带合成分泌雄激素前体物质增多，并引起与青春期性发育相关的性征发育表型，而且往往是先有肾上腺功能初现、后见青春期性发育，故最初被猜测可能与HPGA功能激活有关，然而仍缺乏确凿的科学依据。

在过早出现肾上腺功能初现的患儿中，虽有年龄提前的肾上腺雄激素增高，但其性发育启动年龄仍与同龄人群一致，而且并未发生性早熟，似乎提示肾上腺功能初现与青春期性发育两者之间无相关性；又如肾上腺功能初现可使人体身高增长轻微而短暂增速（约每年增加1.5cm），持续1～2年，但DHEA、DHEAS仍呈持续增加，直至青壮年（20～30岁）达高峰，可见青春期生长加速并非完全依赖肾上腺类固醇激素；在慢性肾上腺皮质功能减退症患儿中，虽然肾上腺雄激素减少甚至缺乏，临床亦缺乏肾上腺功能初现的证据，但采用糖皮质激素替代治疗后，仍可见正常年龄启动性发育；临床采用GnRHa治疗中枢性性早熟患儿，当抑制提前启动激活的HPGA时，阴毛和腋毛发育仍可持续存在。这些临床现象均显示，肾上腺功能初现与青春期HPGA激活之间似乎呈现独立的启动和运行机制。

另外，机体性腺功能似乎可影响肾上腺雄激素分泌。动物实验显示，性腺切除后可增加DHEA水平，并伴随网状带发育的形态学变化；临床可见高促性腺激素性腺发育不良（如特纳综合征）者血清DHEAS水平明显高于同龄健康儿童；当GnRHa将CPP患儿HPGA功能恢复至静止状态时，血DHEAS水平较治疗前明显增高。这些均提示，肾上腺功能初现时19碳类固醇的增量为性腺合成性激素提供必要和充足的原料，进而可使机体出现性激素临床效应的一系列性征发育征象，一旦终止合成性激素即可出现合成原料堆积，故已被认为肾上腺功能初现是启动青春期性发育的生理前奏曲。

下丘脑POMC神经元与中枢调控HPGA启动机制密切相关。POMC与KISS1神经元之间存在指向性功能联系，KISS1神经元表达POMC受体，外周能量代谢因子（Leptin、Ghrelin）能够经POMC神经元间接刺激KISS1神经元，进而影响GnRH发生器的启动激活。围青春期儿童多见食欲改善、体重增加、胰岛素敏感性降低，这些变化均符合性发育前的“邻近脂肪学说”特征，其中涉及下丘脑POMC系统在调控机体代谢中的重要作用。POMC如前所述被视为是一种AASH，是肾上腺功能初现的重要调控因素；另外，大脑亦存在类固醇（DHEA）代谢的神经神经元细胞，直接参与下丘脑氨基酸能受体的信号转导，调控GnRH发生器脉冲释放。因此，目前认为肾上腺功能初现（HPA轴）与青春期性发育（HPGA）是两个完全独立启动的重要生理现象，但两者之间又存在着相互依赖的复杂联系。

（六）临床变异

依据出现肾上腺功能初现的年龄差异，临床可见三种变异状况：肾上腺功能早现、肾上腺初现延迟和肾上腺初现缺失，其中以肾上腺功能早现最多见。临床评估肾上腺功能初现的价值是鉴别异常雄激素效应的疾病。

1.肾上腺功能早现（premature adrenarche）

肾上腺功能早现是指女孩8岁前、男孩9岁前出现肾上腺网状带功能发动，临床表现为腋毛和阴毛发育（多为Tanner Ⅱ～Ⅲ期）、成人型体味、面部痤疮等雄激素效应体征，血或尿中肾上腺19碳类固醇水平增高，但无性腺发育所致的男童睾丸增大、女童卵巢增大和乳房发育。肾上腺功能早现多见于女童，男女之比约为9：1。目前已知一些致病性基因（如 SULT2A1、PAPSS2、CYB5、CYP11B1等）变异是导致肾上腺功能早现的重要分子病因。宫内发育缺陷所致的低出生体重及其相关遗传综合征、出生后过度追赶生长皆是该病症的易感人群，并易患青春早发育和增加成年疾病（代谢综合征、肥胖和心血管病）风险，其中涉及表观遗传机制。肾上腺功能早现者往往较同龄儿偏高偏重，明显超重或肥胖患儿血IGF1水平较高，胰岛素抵抗、骨龄超前及性早熟等。约50%的肾上腺功能早现患儿青春期峰生长速率减低或消失，青春期突增时程较短，但并未显示影响身高增长，大多数患儿的成年终身高仍可达遗传身高范围。此外，肾上腺功能早现女童常见初潮年龄偏早，易患功能性卵巢高雄（functional ovarian hyperandrogenism，FOH）或多囊卵巢综合征（polycysticovary syndrome，PCOS），皆与肾上腺和性腺19碳类固醇代谢酶的功能紊乱相关。

值得强调的是肾上腺功能早现必须是排他性的临床诊断。由于临床常见多毛表型（尤其是女童）就诊，故首先应除外毛囊皮脂腺对雄激素高敏所致的假性阴毛早现，其血DHEAS水平仍在正常同龄范围。在临床上还须注意鉴别下列疾病：①单纯阴毛早发育（premature pubarche）。由于过早阴毛发育是该病的突出体征，故与肾上腺功能早现的临床表型可以完全重叠，过去曾被视为“同义词”，现在认为是不同机制的两种疾病。单纯阴毛早发育被定义为女童在8岁前、男童在9岁前单纯出现阴毛发育，并伴随部分激活HPGA功能，是部分性中枢性性早熟的一种特殊类型。单纯阴毛早发育与肾上腺功能早现的主要鉴别要点是，由源自性腺雄激素决定其临床表型，且往往进展较缓慢，所以随病程进展可见促性腺激素（LH、FSH）水平逐步增高、性腺逐步发育成熟，但无D HEAS等肾上腺雄激素增高。②非经典型先天性肾上腺皮质增生症。其中占比绝大多数的是由CPY21A2基因异常变异所致21-羟化酶缺乏症（21-hydroxylase deficiency，21-OHD），临床缺乏经典型先天性肾上腺皮质增生症的典型特征，血17-OHP、雄烯二酮等均正常，在女性无外生殖器男性化，可仅表现为多毛、月经不规律或成年后不育，常见迟发现象；在男性可无任何症状，仅在家系筛查中被发现。故非经典型先天性肾上腺皮质增生症与肾上腺功能早现是涵盖了不同分子缺陷的异质同象性疾病。非经典型先天性肾上腺皮质增生症的临床鉴别重点是ACTH激发后血17-OHP可升高，或采用LC-MS/MS方法清晨取样检测17-OHP、雄烯二酮、睾酮、11-OHA增高，并可通过基因检测明确诊断。③肿瘤。肾上腺皮质腺瘤和腺癌，可分泌皮质醇和雄激素，但无睾丸增大；睾丸或卵巢肿瘤，如男性睾丸间质细胞瘤，表现为性早熟（阴茎增大、勃起、阴毛增多、肌肉发达和变声），非对称性睾丸增大；又如女性卵巢塞尔托利-莱迪希细胞瘤（亦称卵巢睾丸母细胞瘤），分泌大量雄激素，表现为女童异性性早熟（阴蒂肥大、明显痤疮和阴毛生长，声音变粗）或青春期月经稀发、闭经等；分泌人绒毛膜促性腺激 素（human chorionic gonadotropin，HCG）的 生殖细胞肿瘤，由于HCG与LH 受体呈交叉应答效应，故能刺激男童睾丸产生雄激素而产生假性性早熟，但女童则需FSH才能产生E₂，故往往缺乏性早熟表现。肿瘤与肾上腺功能早现的共性鉴别是负反馈抑制LH、FSH的外周性性早熟，临床进展迅速，肿瘤标志物（如甲胎蛋白）增高，影像学有助于鉴别诊断。④其他。如家族性限男性性早熟（familial male-limited precocious puberty，FMPP）、外源性雄激素制剂暴露、糖皮质激素抵抗等。

大多数儿童期肾上腺功能早现者至青春期或成年后无医学健康问题，故无需特殊处理。但仍建议临床随访观察，尤其是超重、肥胖患儿，并注意青春期早发育及代谢异常。

2.肾上腺初现延迟（delayed adrenarche）

目前尚无明确的临床界定，主要是在肾上腺糖皮质激素和盐皮质激素代谢正常情况下不会产生网状带功能缺陷的临床症状，因为源自性腺（卵巢或睾丸）的雄激素均可诱导阴毛生长等青春期的雄激素效应。若14岁后仍无阴毛生长，且血D HEAS浓度低于正常范围，需考虑存在肾上腺初现延迟。①先天性遗传性病变：包括遗传性肾上腺发育不全（如DAX1和SF1缺陷）、肾上腺脑白质营养不良等，部分肾上腺初现延迟病因与促性腺激素性腺功能减退重叠，如共同控制下丘脑垂体性腺轴和肾上腺轴发育的中枢调节基因（如POU1基因）缺陷；②后天性肾上腺病变，如感染、免疫性炎症、肿瘤、药物、颅外伤等。

3.肾上腺初现缺失

除可见于引发生肾上腺初现延迟的病因外，另可见继发于家族性糖皮质激素缺乏（ACTH抵抗），该疾病多有明确的基因变异；另有部分其他的ACTH抵抗综合征：MC2/ACTH受体缺陷、MRAP和3A综合征，也可引起肾上腺功能缺失。其他引起肾上腺功能缺失的有全垂体功能减退（ACTH缺乏）、长期接受糖皮质激素治疗的患者（ACTH分泌被抑制）、下丘脑-垂体缺血后发生的希恩综合征（Sheehan syndrome）等。

（王伟　陆文丽　肖园　董治亚）