下丘脑-垂体-肾上腺轴 (The hypothalamic–
pituitary–adrenal axis ,HPA or HTPA axis),也被叫做
边缘系统-下丘脑-垂体-肾上腺轴(LHPA轴),是一个
直接作用和反馈互动的复杂集合,包括
下丘脑(脑内的一个中空漏斗状区域),
脑垂体(下丘脑下部的一个豌豆状结构),以及
肾上腺(肾脏上部的一个小圆椎状器官)。这三者之间的互动构成了HPA轴。HPA轴是
神经内分泌系统的重要部分,参与控制应激的反应,并调节许多身体活动,如消化,
免疫系统,心情和情绪,
性行为,以及
能量贮存和消耗。从最原始的
有机体到人类,许多物种,都有HPA轴。它是一个协调腺体,
激素和部分
中脑(特别是参与介导一般适应综合征 (
GAS)的中脑区域)相互作用的机制。
下丘脑室旁核。室旁核有可以进行
神经内分泌的
神经元,该神经元可以合成并分泌
抗利尿激素和
促肾上腺皮质激素释放激素(corticotropin-releasing hormone,CRH)。这两种
多肽激素可以作用于以下这种种
组织器官:
促肾上腺皮质激素释放激素和
抗利尿激素从一些特殊神经元的末端释放出来。这些神经元位于下丘脑
正中隆起,可以进行神经内分泌活动。这些多肽激素通过血液,经由垂体束中的门脉系统运输到
垂体前叶。在垂体前叶,促
肾上腺皮质激素释放激素和抗利尿激素协同作用,刺激
促皮质激素细胞释放储存促肾上腺皮质激素。促肾上腺皮质激素通过血液到达肾上腺的皮质区域,促进肾上腺迅速合成皮质激素,如:利用
胆固醇合成皮质醇。皮质醇是一种主要的
应激激素,可以作用于身体的多种组织器官,包括大脑。当作用于大脑时,皮质醇可以结合
盐皮质激素受体和
糖皮质激素受体这两种受体。这两种受体存在于许多不同种类的神经元中。例如:糖皮质激素的一个重要
靶组织就是脑中的海马核团,而
海马区正是HPA轴的一个主要的调控中心。
抗利尿激素可以看作是一种“保
水激素”,同时又被称作“
血管升压素”。当身体缺水时,抗利尿激素释放,并作用于肾脏产生保存水分的效果。抗利尿激素也是一种潜在的
血管收缩药物。
交感神经的刺激和皮质醇的作用(上调相关合成酶)可以促进
肾上腺髓质合成分泌
肾上腺素和去甲肾上腺素。这两种激素
正反馈地作用于垂体,促进阿黑皮素原分解为ACTH和β-内啡肽。
下丘脑释放
CRH受到多种因素影响,包括紧张刺激——指
神经冲动对于下丘脑的作用、血液中皮质醇含量和
昼夜节律。对于健康人来说,睡醒后皮质醇水平迅速升高,在30-45分钟内就可以达到血浓度峰值。然后,在一天中皮质醇含量逐渐下降,在接近傍晚时又再次升高。到了晚上,皮质醇含量又再度下降,大约在午夜时到达最低值。研究发现,不正常的皮质醇周期性波动与各种疾病有一定联系,比如:
慢性疲劳综合征(chronic fatigue syndrome) (MacHale, 1998),失眠(insomnia) (Backhaus, 2004)和倦怠(burnout) (Pruessner, 1999).
从解剖结构上看,大脑的
杏仁核、海马等核团与下丘脑存在物理上的联系,这种连接使得大脑核团可以刺激HPA轴。
感受器发出的神经冲动经
传入神经到达杏仁核侧面区域,经过处理与
其他信息一并汇总到
大脑皮层,
中枢系统可以将诸如恐惧等冲动投射到大脑的不同区域。在下丘脑,恐惧的神经冲动既可以激活
交感神经系统,又可以调节下丘脑-垂体-肾上腺轴。
机体受到紧张刺激后,皮质醇合成增加,这种激素水平的升高可以造成一种准备状态,身体的一些“警戒”反应,如
免疫应答,会暂时减弱,使得机体随时应对潜在的危险。
糖皮质激素有许多重要的作用,例如调节紧张程度;但是过量的糖皮质激素可能造成一定程度的伤害。下丘脑萎缩会使人或动物处于一种极度紧张、焦虑的状态,一般认为这种现象就是由于长时间高水平的糖皮质激素刺激导致的。下丘脑的缺陷减弱了机体正确应对紧张刺激的能力
HPA轴与神经学所涉及的情绪紊乱(mood disorders)和
官能性疾病都有一定关系,比如
焦虑症(anxiety disorder),
躁郁症(bipolar disorder), 失眠(insomnia), 创伤后心理压力紧张综合征(post-traumatic stress disorder), 注意力不足
过动症(
ADHD),
抑郁症(major depressive disorder), 倦怠(burnout), 慢性疲劳综合征(chronic fatigue syndrome),纤维
肌痛(fibromyalgia),
过敏性肠综合征(irritable bowel syndrome),和酗酒(alcoholism)。
抗抑郁药(Antidepressants)就是主要针对HPA轴,调节其功能的药物,这也是治疗许多疾病的常规、常用药物。
通过实验,科学家已经深入研究了多种不同的紧张刺激,以及在不同环境下他们对于HPA轴的影响。 紧张源可以有许多不同的类型——在以
大鼠为对象的实验中,经常用到两种紧张刺激:社群
性紧张和物理性紧张。通过不同的通路机制,这两种紧张源都能够激活HPA轴的功能。 许多
单胺类神经递质在对HPA轴的调控中起着重要的作用,特别是
多巴胺、
5-羟色胺和
去甲肾上腺素。中药中的
适应原药物(如人参、灵芝等)就可以通过调节HPA轴发挥作用。
哺乳动物和其他
脊椎动物也有HPA轴。例如:生物学家通过研究
鱼类发现下层
社会地位会引发慢性紧张,表现为缺乏
攻击性行为,缺乏支配能力和长期受到处于统治地位的鱼的威胁。5-羟色胺(5HT)可能是调节紧张反应的激活性
神经递质,5-羟色胺水平的升高可以提高细
胞质中α-
黑素细胞刺激素的浓度,使得皮肤变暗(这是
鲑鱼群体的一种
社会性信号)、激活HPA轴,同行抑制进攻
性行为。在
虹鳟鱼的饲料中加入
氨基酸L-
色氨酸(5-羟色胺的前体)使得鲑鱼的进攻性行为和对刺激的反应减弱。 但是,研究结果同时指出胞质中
皮质醇的含量不受这种食源L-色氨酸的影响。