由動、植物某些特異細胞合成和分泌的高效能調節生理活動的有機物質。動物激素是體內起資訊傳遞作用的一類化學物質,它們可以經血液迴圈或局部擴散達到另一類細胞,調節後者的生理功能(代謝、生長、發育及繁殖)或維持內環境的相對恒定。植物激素主要是指一些生長調節物質,就來源和傳遞方式而言和動物激素有很大差異。合成和釋放植物激素的細胞不是充分分化的內分泌細胞,其傳遞方式是靠細胞-細胞間的擴散。“激素”一詞來自希臘語hormon(音譯荷爾蒙),具有“激發”或“興奮”的意思。。這一術語不能完全表示激素的含義,因為體內的激素除有“興奮”作用外,還有“抑制”作用。

  激素一詞是英國生理學傢W.M.貝利斯與E.H.斯塔林發現促胰液素後3年(1905)由W.B.哈迪提議使用的。它專指正常地產生於機體的某些器官或組織,彌散入血液並經體循環攜帶至機體的遠處組織,以發揮其特殊的生理作用的一類化學物質。

  人們對激素的經典定義已進行修改,更強調激素的傳遞信息作用,而少註重傳遞方式,即不論是通過血液循環、組織間液或細胞內液起傳遞信息作用的化學物質都可稱為激素。

  信息素也稱外激素,是分泌到體外的化學信使,最初用來表示昆蟲的性引誘劑,現已擴大到包括各類釋放到外界環境調節動物群體的物質。信息素大部分是一些簡單的小分子化合物,如脂肪酸或萜烯類的衍生物,它主要通過機體表面吸收或經嗅覺傳入並引起動物行為、發育或生殖方面的反應。在以下幾方面它與激素不同:①信息素是通過外環境傳遞的,激素是通過內環境傳遞的;②信息素有更明顯的種屬差異性;③信息素能引起其他個體的調整作用,而激素的作用隻限於產生這些激素的個體本身;④信息素是由外分泌腺分泌的,激素是由內分泌腺分泌的。

  分類和一般性質 從化學性質上可以把脊椎動物的激素分為兩大類:含氮類激素和類固醇激素。

  含氮類激素 含氮類激素包括氨基酸衍生物、肽類激素及蛋白質激素。例如甲狀腺激素、腎上腺素和去甲腎上腺素都是酪氨酸的衍生物。體內的肽類激素包括下丘腦合成的釋放激素和抑制激素,例如促甲狀腺激素釋放激素(TRH)是由3個氨基酸組成的小肽;由下丘腦神經分泌細胞合成並從垂體後葉處分泌的加壓素和催產素都是含有九個氨基酸的肽類分子。此外,許多胃腸胰道激素,某些垂體的激素(如促腎上腺皮質激素和黑色細胞刺激素等)也屬於肽類激素。蛋白質激素的分子量較大,例如甲狀旁腺激素由84個氨基酸組成,人的生長素由191個氨基酸組成等。有些蛋白質激素的分子更大且帶有碳水化合物側鏈,稱為糖蛋白激素,比如垂體分泌的促甲狀腺激素和兩種促性腺激素均為含有兩條肽鏈(或亞基)的糖蛋白激素。

  類固醇激素 結構均類似於膽固醇的甾體激素具有一個環戊烷多氫菲核。體內的類固醇激素主要由腎上腺皮質、睪丸、卵巢和胎盤所分泌。它們來源於同一前身分子(由27個碳原子組成的膽固醇),經過一系列酶促過程合成的,而且其合成過程也是相互關聯的。因此,上述產生類固醇激素的各腺體,除可產生一種主要的類固醇激素外,尚可產生少量其他的類固醇激素。例如,腎上腺皮質主要合成和分泌由21個碳原子構成的腎上腺皮質激素,也可合成少量雄激素(由19個碳原子組成)及少量雌激素(由18個碳原子組成)。睪丸主要合成雄激素,也能合成少量雌性激素,卵巢主要合成雌性激素,也能合成少量雄性激素。此外,這些類固醇激素在血液和組織中還可以相互轉換,即由碳原子較多的類固醇激素經側鏈裂解,轉化為碳原子數較少的類固醇激素。例如,雄激素(C19)可轉化為雌激素(C18)等。

  在節肢動物中有兩種激素的結構已完全確定,即蛻皮激素,是一種甾體激素;保幼激素,是一組類萜化合物。(見昆蟲激素)

  植物激素 主要是一些促生長因子,按其結構屬甾體類化合物和簡單有機酸類。

  生物合成和轉運 肽類和蛋白質類激素一般是在核糖體上合成的,貯存於高爾基器的小顆粒內,在適宜的條件下釋放出來。

  肽類或蛋白質類激素在合成過程中幾乎都是衍生於比它們分子量更大的或肽鏈更長的前身物質,稱為激素原。激素原又產生於比它更大分子的前身物質,稱為前激素原。這些無活性的激素前身先在有關的分泌細胞內合成,然後依次地經特殊蛋白水解酶的加工剪裁才轉變成為具有生理活性的激素。

  內分泌腺體都有豐富的血管與之聯系,從而使激素可通過血液循環分佈全身各處。個別激素(如下丘腦釋放激素)雖經垂體門脈系統進入靶器官(腺垂體),但隻經幾毫米距離,故未受體循環稀釋。

  激素在體內有特殊的運輸方式,當它分泌進入血液循環後,有些激素(如腎上腺皮質激素,性激素等)可常與起運載作用的血漿蛋白質相結合。或與某些特定蛋白質形成牢固但可逆的大分子復合物。例如,腎上腺皮質的糖皮質激素和孕激素可與皮質素結合球蛋白結合,雌激素和雄激素則與性激素結合蛋白結合;甲狀腺素在血中可與甲狀腺素結合球蛋白及甲狀腺素結合前清蛋白結合。這種結合形式的激素不易透過膜結構,可防止激素從循環系統中迅速進入組織、受分解酶的作用或自尿排出,從而對激素起一定保護作用。結合與遊離形式的激素之間的動態平衡還能保證血液中激素的有效濃度處於特定的水平。

  許多激素進入靶細胞後就迅速降解並失去生物活性;也有的激素,如甲狀腺激素或甾體激素,則主要在肝臟或腎臟被降解而排出體外。

  作用特點 量微、壽命短、作用大 激素在血液中的含量極微,一般在若幹毫微克/毫升甚至微微克/毫升范圍之內。激素從釋放到消失所經歷的代謝過程有長有短,一般采用半衰期作為衡量激素更新速度的標志。大多數激素的半衰期很短,僅為多少分鐘;少數激素(如甲狀腺激素)的半衰期較長,可達數天。也有極少數激素(如腎上腺素),其半衰期僅為多少秒、激素的半衰期短對於其調節作用的靈活性甚有意義。激素尚有多級層次的調控,如通過下丘腦-垂體-外周內分泌腺體各級水平的激素調節作用,逐步放大信息量。

  由於激素在血中含量甚微,半衰期又極短,但其作用極為廣泛而且具有信息放大作用,因此一般稱之為高效能的生理活性物質。

  起調節或許助作用 激素作用甚廣,但它們並不參加到具體的代謝過程中去,而是對某個代謝過程或生理活動起調節作用,當激素不存在時,體內的代謝仍在進行,生理活動也在發生(如心臟跳動,胃腸運動等),但是,有激素存在時,可以調節代謝及生理過程的進行速度及方向,從而使機體的活動更適應於內外環境的要求。

  有些激素可允許其他激素更好地發揮調節作用,前者的作用則稱為許助作用。例如,腎上腺皮質糖皮質激素具有縮血管升壓作用,這類激素本身並不改變血管平滑肌的緊張性,而是允許去甲腎上腺素更好地發揮縮血管升壓作用。激素發揮許助作用的機制包括幾個方面,可能是破壞瞭某些激素失活酶的作用;也可能是通過提高某些激素受體的數量或敏感性等。

  特異性 激素隨著血流分佈到全身各處,隻對那些能識別該激素信息並對它發生反應的組織細胞(靶組織或靶細胞)產生作用。靶細胞所以能夠識別特異的激素信息,是因為靶細胞表面或胞漿內存在著能與該激素發生特異性結合的受體。但是,各種激素所作用的靶細胞的數量和廣泛性卻有很大差異。有些激素隻作用於某個靶腺或靶器官,如腺垂體的促甲狀腺激素隻作用於甲狀腺細胞,另一些激素既有局限的靶細胞,也有更為廣泛的作用,如性激素,既作用於特殊的靶器官(附性器官),也具有廣泛影響細胞代謝的作用;第三類激素,如生長素、甲狀腺激素、胰島素和氫化可的松等幾乎對全身的組織細胞都發生作用,而沒有特別局限的靶器官。但是,不論那類激素都必須與受體結合才能發揮調節作用。

  作用機制 激素作用包括幾個過程:①首先是靶細胞的識別,即激素能與靶細胞表面或細胞內部的專一性受體的特定部位相互作用,②作用後產生原初效應,以及隨之發生的一系列連鎖變化,③最後表達為激素的生理效應。

  激素的作用機制涉及以下3種假設:①激素調節細胞各種膜結構的通透性,影響瞭細胞內外物質的交換以及細胞內部各細胞器之間酶及代謝物的運轉,從而調控細胞的各種生化變化。例如胰島素即可促使葡萄糖、氨基酸、電解質進入肌肉細胞或脂肪細胞。但增進細胞膜通透性的效應顯然不足以完全解釋此激素的作用。②激素可以改變靶細胞某些關鍵性酶的活力,例如腎上腺素能與靶細胞膜上的特異受體蛋白結合,從而激活膜上腺苷酸環化酶。此酶使腺苷三磷酸(ATP)變成環腺苷酸(cAMP),後者又使蛋白激酶發生別構作用而使之激活,催化糖的磷酸化,使糖原分解為葡萄糖,以提供能量代謝所需的底物。在這種激素作用方式中,激素起著第一化學信使的作用,而cAMP則有傳遞和放大信息的作用,故它也有“第二信使”之稱。③許多激素直接或間接參與基因的表達,從而調控某些特定蛋白質或酶的生物合成,這已用來解釋幾乎所有甾體激素,包括1,25二羥基維生素d3的作用機制。它們與細胞質內特定的受體蛋白質結合後能進入細胞核,與染色質上一定位點相互作用,導致或加速某些特定的轉錄作用,使信使核糖核酸(mRNA)的合成發生量或質的變化,繼而引起新的蛋白質合成,使整個細胞活動發生變化。

  以上3種方式並不相互排斥,許多激素可能兼而有之,因為在同一靶細胞內,一種激素常常引起不止一種單一的效應。

  受體主要分兩類,一類在細胞質中,一類位於細胞質膜上,前者有時稱作胞質可溶性受體,後者又稱作膜受體。像一切脂溶性激素(如甾體類),可能還包括某些小分子氨基酸類激素,通過擴散方式很易透過細胞膜進入細胞與其受體結合;絕大多數水溶性激素(包括數十種蛋白質激素、肽類激素以及兒茶酚胺等),不能直接通過細胞膜,而是首先同其靶細胞表面特異膜受體結合,一般認為激素與受體結合後才導致生理效應。

  分泌的調節 見內分泌系統。

  激素測定 激素測定方法很多,早期的激素測定大多使用其特異生物效應為指標,特異性強。缺點是靈敏性差,手續繁瑣,周期較長,並受生物個體差異的影響。化學結構已弄清楚的激素如類固醇激素,或已有純品制劑的許多肽類激素均可用層析、質譜、光譜或放射免疫分析等方法加以測定。

  

參考書目

 R.F.Goldberger,K.R.Yamamoto,eds,Biological Regulation and Development,Vol.Ⅲ,Hormone Action.,Plenum Press,New York,1984.

 J.Z.H.O'Riordaa et al.,eds,Essentials of Endocrinolog,Blackwell Science Publications,Oxfcrd,1932.