动物生殖系统的发育和功能维持受到下丘脑垂体性腺（HPG）轴的调控。下丘脑、垂体、性腺在中枢神经的调控下形成一个封闭的自动反馈系统，三者相互协调、相互制约使动物的生殖内分泌系统保持相对稳定。下丘脑接受经中枢神经系统分析与整合后的各种信息，以间歇性脉冲形式分泌促性腺激素释放激素（GnRH），刺激垂体前叶分泌促性腺激素（GTH），即卵泡刺激素（FSH）和黄体生成素（LH），然后促进睾丸或卵巢的发育并分泌睾酮或雌二醇。性腺、垂体、下丘脑释放的调控因子又可以作用于上级中枢或其自身，形成长轴、短轴和超短轴反馈调节通路。
1 GnRH
1971年GnRH首次从猪下丘脑分离得到，已被证明是HPG轴的关键信号分子。
1.1 结构、分布及生理功能 哺乳动物GnRH具有同一化学结构，是由9种氨基酸残基组成的十肽，禽类GnRH主要有cGnRHⅠ和cGnRHII两种存在形式。利用放射免疫和免疫酶标定位技术，现已确定GnRH主要由下丘脑产生，松果体、脊髓液脑外组织，包括肠、胃、胰脏、卵巢、输卵管、子宫内膜、胎盘及交感神经节等器官和组织中也发现有GnRH类似物存在。
传统观念认为，下丘脑GnRH以脉冲形式通过门脉系统（如高等脊椎动物）或神经细胞的轴突末梢（如鱼类）到达垂体前叶，特异地与垂体促性腺激素细胞上的受体结合，刺激GTH的合成和分泌，进而通过血液循环调节性腺类固醇激素的分泌和配子发生，从而调控动物的生殖功能，因此GnRH可在垂体、性腺等多个水平影响生殖机能。不同组织中GnRH具有不同的生物学功能：下丘脑中GnRH可调控促性腺激素的释放；胎盘中的GnRH可调控人绒毛膜促性腺激素的分泌；肿瘤中的GnRH可抑制癌细胞的增殖；消化系统中GnRH的功能目前还不确定，但有研究证明GnRH对消化系统有正向的调节作用。
禽类两种类型的GnRH虽然都能以相近的浓度刺激GTH的释放,但Ⅰ型主要存在于正中隆起并由此分泌,而II型主要存在于下丘脑以外的脑区,这表明Ⅰ型是脑垂体GTH释放的调节者,直接刺激FSH和LH的分泌，与生殖机能的关系较大,而II型在其他脑区起作用。GnRH脉冲式的释放决定了垂体促性腺细胞也呈脉冲式分泌GTH。同时，GnRH的脉冲式释放还可以调节LH/FSH的比值。
1.2 GnRH受体（GnRHR） GnRH通过与其受体结合，参与动物生殖机能的调节和维持。RNA印迹、RTPCR、原位杂交及受体结合分析等研究表明，垂体中GnRHR的mRNA水平最高，GnRHR分布于表达LH和FSH的促性腺细胞上，其次是卵巢和睾丸，分别占垂体含量的40％和50％，脑中GnRHR分布于弓状核、海马等部位，同时在分泌GnRH的下丘脑神经元上也存在GnRH特异结合位点，提示脑内存在GnRH自分泌调节机制。而卵巢颗粒细胞和黄体细胞、睾丸间质细胞、胎盘细胞、滋养层细胞和合体滋养层细胞、正常子宫组织、乳腺组织及前列腺均有GnRHR mRNA的表达，提示GnRH在生殖调控中除刺激腺垂体分泌GTH外，还可直接和生殖器官发生作用，调节这些器官和细胞的功能活动。
2 GTH
LH和FSH是由垂体前叶分泌的糖蛋白激素，均由两个非共价结合的多肽亚单位α和β组成，其中α亚单位结合两个寡糖群，无种属差异，β亚单位分别结合1个和2个寡糖群，决定GTH的特异性活性。GTH先与颗粒细胞和内膜细胞上的相应受体结合，并激活cAMPPKA系统，提高细胞中参与类固醇合成的一系列酶的活性，进而发挥其刺激性腺发育的生物学功能。在鸡胚孵化的第8天就可检测到FSH，第10天和第13天分别出现两个峰值,第10.5天在其血浆中才能检测到LH的存在。在雄禽，FSH作用于睾丸支持细胞，促进精细管的增长和分化，并刺激精子生成。LH则促进睾丸间质细胞分化并产生雄激素；在雌禽，FSH主要促进卵巢内卵泡的生长和发育，诱导卵泡细胞LHR形成,刺激类固醇激素的合成；LH主要促进卵泡成熟和排卵，并刺激孕酮的分泌。虽然FSH、LH都能促使卵巢合成类固醇激素，但LH的作用较大。LH能够诱导成熟卵泡颗粒细胞和膜细胞中cAMP的升高，刺激类固醇激素的合成，其刺激作用的强弱与细胞内类固醇激素合成酶活性呈正相关。FSH刺激细胞中的类固醇激素合成，主要作用在小卵泡和大卵泡的膜细胞上。在颗粒细胞中，FSH对类固醇激素合成的调节作用取决于卵泡的发育状态。尽管排卵前卵泡颗粒细胞上有FSHR存在，但其受体数目随卵泡成熟而下调，FSH不能刺激成熟卵泡颗粒细胞的类固醇激素的合成。体外短期培养时，FSH只能诱导6～8 mm卵泡颗粒细胞P450scc的升高，但细胞内P450scc mRNA的水平较低；经FSH预处理（>8 h）后，细胞内P450scc mRNA水平显著升高，并迅速表达P450scc，导致孕酮合成显著增加，此时这些细胞尚不能对LH刺激产生反应。卵泡发育至12～15 mm时，颗粒细胞开始呈现对LH刺激的反应，而逐渐失去对FSH刺激的反应。因此，FSH在禽类卵泡发育中的主要作用是诱导颗粒细胞分化和LHR形成，促进卵泡发育并使其进入排卵前的等级状态。〖JP〗
3 HPG轴对性腺发育的调控机理
性腺的发育受到HPG轴分泌的多种激素的调控。下丘脑和腺垂体激素及性腺内调节因子（性激素、卵巢肽类激素和生长因子）等控制生殖细胞的增殖、分化和凋亡。然而，Woods 等报道HPG轴在鸡胚发育第13.5天（雄性）和第14.5天（雌性）才开始发挥其作用，在这之前下丘脑、腺垂体、性腺各自独立发挥作用。
3.1 GTH对性腺发育的调控作用 FSH和LH是调控正常卵泡发育和精子发生的重要因素。FSH细胞和LH细胞最早出现在第4.5天鸡胚垂体中，FSHR mRNA在性腺未分化的孵化第4天的鸡胚中就可检测。FSHR属于G蛋白受体家族，主要存在于卵巢基质组织、颗粒细胞和膜细胞的质膜上，其表达量随鸡胚的发育而逐渐增
加，相应地刺激卵巢性激素的合成，并促进卵母细胞的发育。FSHR除能自发合成外，FSH的刺激能上调FSHR的表达。卵泡发育数量的差异可能与FSHR表达程度的不同有关。达到阈值的FSH启动卵泡的发育，FSH达阈值以上的持续时间及超过阈值的程度最终取决于成熟卵泡的数目。FSH作用于优势卵泡的颗粒细胞，诱导其增殖分化，并增加颗粒细胞P450arom的活性，使雄激素转变为雌激素。随着优势卵泡的出现，FSH浓度逐渐下降至基本浓度，并且一直维持到下一个峰值出现。随着成熟卵泡接受到的促性腺激素的刺激达到峰值就会诱发排卵。现在有观点认为阈值浓度的促性腺激素刺激是成熟卵泡排卵的根本原因。FSH能促进许多哺乳动物卵母细胞的体外成熟和未成熟小鼠腔前卵泡的体外发育。
此外，FSH还能刺激体外培养鸡胚卵巢细胞DNA合成和P450arom mRNA的表达，促进类固醇激素分泌和生殖细胞的增殖。LHR的分布比较广泛，除卵泡内膜细胞和睾丸间质细胞，在非性腺组织也有表达，但LHR的表达要迟于FSHR的表达。优势卵泡发育阶段表现出对LH的依赖，在优势卵泡选择颗粒细胞中FSHR数目不变，而LHR mRNA有了最初的表达，并且LHR数目逐渐增多，优势卵泡的选择开始由FSH依赖向LH依赖转变。动物的排卵是一个复杂的过程，涉及成熟卵泡的破
裂、卵子排出等一系列变化。对排卵有根本影响的激素是LH。经过选择的优势卵泡完成对促性腺激素依赖性的转变后，卵泡内的雌激素迅速增加，出现了雌二醇峰值。随着雌二醇峰的出现，垂体对GnRH的反应增加，垂体贮存的LH增加，排卵前到达峰值的LH可引起卵泡壁缺血形成一种“生理性萎缩”状态，导致排卵的发生。值得一提的是，LH必须和一定比例的FSH协调作用才能促使正常排卵。
雌禽繁殖周期分段明显，包括产蛋期、抱窝期和恢复期3个阶段。由于卵泡生长、成熟、排卵和抱窝时垂体释放的激素不同，卵巢进行着生长和萎缩时向的交替变化。产蛋期雌禽血浆雌二醇、孕酮、LH、FSH水平提高，开始产蛋时催乳素较低，以后逐渐上升。雌二醇、LH在产蛋后期下降，产蛋鸡的血浆GnRH比不产蛋时高；母鸡产蛋的最后一天，孕酮高峰消失。产蛋量及产双黄蛋较高的鸡具有较高水平的孕酮和LH。抱窝期HPG轴功能下降，血浆中高浓度的催乳素具有抑制GTH分泌以及抑制性腺功能的作用。动态观察结果表明，抱窝初期LH首先下降，并在整个抱窝期都很低，育雏时逐渐回升，为下次产蛋做准备，孕酮开始下降，再次是雌二醇，FSH最后下降，但是恢复期FSH最先升高，其次是雌二醇、孕酮和LH。
正常的精子发生需要生殖细胞与体细胞（如间质细胞、支持细胞）之间复杂的相互作用，需要LH、FSH、雄激素和雌激素的精密调节，而且还涉及到许多基因的相互作用。下丘脑垂体睾丸轴的平衡是精子发生起始和维持所必需的。FSH与支持细胞FSHR的相互作用可以影响雄激素的分泌；LH与间质细胞LHR相互作用刺激间质细胞睾酮分泌；FSH与间质细胞和支持细胞以及生殖细胞的增殖密切相关。支持细胞在精子发生过程中起着非常重要的作用，其数目与精子生成的数量密切相关，一定数目的支持细胞只能维持一定数目的生殖细胞的生长，因此支持细胞愈少，产生精子的上限愈低；同时，幼年期支持细胞的改变能影响成年后睾丸的大小和精子数量，并可能影响精子的质量。
3.2 性激素对性腺发育的调控作用 性腺的发育取决于胚胎发育早期的中胚层分化出来的生殖嵴中皮质部与髓质部的发育程度。用雌激素或雄激素处理鸡胚，可影响皮质和髓质的发育，进而控制性别。大量的性反转试验表明，禽类胚胎性腺产生的类固醇激素在性腺发育过程中起着重要作用。雄激素、17β雌二醇、雌酮在孵化第3天的鸡胚中已达可测浓度，在发育第6～8天的鸡胚卵巢中分泌旺盛。
在性腺分化时，右侧卵巢分泌的雄激素的量远远高于左侧卵巢，到孵化第12天，退化的右侧卵巢产生雌二醇和睾酮的量基本与左侧卵巢相同，到第15天，右侧的类固醇激素合成量降低到大约是左侧的一半。在整个胚胎期，左侧卵巢雌激素/雄激素合成比例超过了1.0。右侧卵巢内雌激素/睾酮比例的改变（从大于1.0到小于1.0）发生在第10天，与其退化同步。雌激素在禽类性腺和生殖器的分化过程中起着重要作用。雌激素通过与其受体结合，作用于靶细胞来发挥作用。雌激素受体首先出现在孵化第4.5天的性腺中，并且在左侧和右侧性腺有相同的表达强度。在性腺开始分化时，左侧性腺比右侧性腺表达量更多，并且一直持续到孵化第12.5天。此外，雌激素对生殖管道的分化也起着决定性作用。在胚胎发育期间及整个性成熟阶段，鸡胚卵巢会产生缪氏管抑制素，雌二醇会通过旁分泌的作用抑制其分泌，从而防止左侧缪氏管的退化，保证了生殖管道的正常发育。
除了雌激素外，雄激素也是性腺发育所必需的。在孵化第5天，用去甲睾酮处理可以影响鸡胚睾丸的发育，导致左侧睾丸发育为卵睾体，而卵巢的发育不受影响。用5α双氢睾酮处理，可以使左侧睾丸发育为卵睾体，说明雄激素不必转变成雌激素就可扰乱性腺发育。雄激素可以通过雄激素样和雌激素样两种作用方式促进鸡胚卵巢生殖细胞的增殖。合成的性激素也可影响性腺的发育，将己烯雌酚和乙炔雌二醇注射到孵化第3天的鸡胚中可导致性腺胚胎雌性化，左侧睾丸发育为卵睾样组织和稳定的输卵管结构。
综上所述，HPG轴在动物的生殖发育及功能的维持过程中发挥着重要的作用。生殖过程的完成，是一系列激素共同作用的结果。虽然目前对禽类HPG轴的研究较哺乳动物还有不少差距，但随着分子生物学、细胞生物学等在禽类研究中的广泛应用，对各激素受体、各激素作用机理、信号转导、相关基因表达，以及应激、细胞因子、衰老、营养、饮食等多种影响HPG轴功能的因素的深入研究都将更好的促进禽类HPG轴的完善和发展。
