FSH與LH在許多情況下是平行分泌的，但其合成和分泌的調控是一個復雜的過程。從到達促性腺細胞上的許多信號的反應來看，如促性腺激素細胞對下丘腦GnRH脈沖分泌的幅度及頻率變化的不同敏感性，對性腺類固醇激素（E2、P4）和肽類激素如抑制素（INH）、激活素（ACT）和卵泡抑素（FS）分泌環境的不同反饋應答，對垂體內ACT-FS旁分泌/自分泌調節的不同依賴性，以及對下丘腦興奮性氨基酸刺激下的不同反應均引發了這兩種激素分泌的不同步現象。雖然對促性腺細胞分泌的不同步機制尚不完全明確，但人們對輸入至垂體促性腺激素細胞的不同信號如何影響垂體促性腺激素的轉錄、合成及儲存等已有所了解。
一.GnRH對FSH和LH分泌的差異化調控
根據體內、體外實驗及自然周期中觀察到的促性腺激素變化結果，發現垂體LH/FSH對GnRH的刺激有不同反應。首先，體內單獨注射GnRH引起血清FSH和LH水平升高，但LH峰值與基線值的比率比FSH大。相反，注射GnRH拮抗劑后，血清中LH在幾小時內迅速下降，而FSH則緩慢下降，下降曲線中還會出現一段高水平的平臺期。進一步研究，當動態測定大鼠正常周期中GnRH、FSH和LH水平，發現LH易形成脈沖式變化且常伴隨GnRH脈沖出現，而FSH雖有脈沖變化但與LH脈沖不同步。
細胞分泌LH對GnRH脈沖刺激敏感，而分泌FSH則較少受GnRH脈沖影響。究其原因，一方面可能是LH（人類半衰期19~38min）在血液循環中清除率較FSH（人類半衰期約60min）快造成的。另一方面，FSH的分泌可能存在著不依賴于GnRH調節的方式：FSH的分泌機制可能不同于其合成過程，FSH的合成可能是一種固有和內在的過程，很少受GnRH調控，但是FSH的分泌則需要受到來自性腺和垂體局部產生因子如ACT、INH及FS的結合調節作用。ACT可使FSH保持分泌，而INH和FS的作用則可能是抑制FSH的過高分泌。ACT可能是FSH合成與分泌必需的內在信號。以上結果說明FSH的合成與分泌機制很復雜。
二.調控FSH/LH分泌的其他下丘腦因子
下丘腦肽類物質如甘丙肽、P物質和神經肽Y等在體外實驗中均能增強GnRH促進垂體LH和FSH分泌的反應，但對LH作用比FSH強。
三.性腺激素反饋和垂體內反饋環路
1、性腺激素E2和P4反饋調節性腺激素分泌的特點
一般來說，促性腺激素分泌的波動性在卵泡期增加，而在黃體期降低。具體表現：雌激素升高可降低促性腺激素分泌的波幅而提高波的頻率（低幅高頻），而孕酮含量升高則主要降低促性腺激素分泌波的頻率但增加波的幅度（低頻高幅）。這說明，在卵泡期，波的頻率的增加是由于孕酮的缺失，而波幅的降低是由于雌激素的出現。這種頻率增加而波幅下降相結合的特征對于發育中的有腔卵泡最后發育成優勢卵泡是非常重要的。
下丘腦和腺垂體對持續升高的雌激素分泌發生的反應，是使促性腺激素分泌增加，這種關系是正反饋關系。在有腔卵泡最后發育階段的一天或幾天內，雌激素突然持久性地分泌增加，并通過增加GnRH波動性釋放的頻率來促進促性腺激素分泌的增加。促性腺激素峰的作用是誘導卵泡內的變化，導致卵泡破裂排卵。促性腺激素峰的持續時間相對較短，這可能是由于隨著卵泡對促性腺激素排卵前峰的反應，卵泡中雌激素的濃度下降。可見這種啟動卵泡排卵的特殊生理機制是有反饋性的，因為卵泡能夠將自己的成熟狀態通過雌激素信號傳遞給下丘腦和腺垂體，隨著卵泡的成熟，雌激素的生成量增加。
在非排卵期，促性腺激素的分泌受卵巢性激素的負反饋調節。特別是雌激素能夠反饋抑制促性腺激素的分泌，這是因為在雌激素低濃度時，負反饋機制敏感。在卵巢摘除后，由于雌激素的抑制作用被清除了，促性腺激素濃度大幅度增加。關于孕酮對促性腺激素波動頻率的影響，通過認為是在下丘腦水平。而雌激素則通過影響垂體和下丘腦兩個水平來影響促性腺激素的分泌。
在雌性動物中，促性腺激素分泌的控制與雌性的相似。下丘腦GnRH的波動性釋放影響促性腺激素的波動性分泌。后者反過來引起睪酮的波動性分泌。性別之間的一個主要差異是雄性中不存在雌性那樣的促性腺激素的正反饋釋放。精子在導管系統中不斷地生成和排出。這一過程不需要促性腺激素峰的出現。
2、非類固醇激素調節FSH的表達及分泌
性腺類固醇激素能較大幅度減少血液中LH濃度，但較少抑制FSH分泌，而非類固醇激素ACT和INH的正、負反饋作用僅限于血液FSH、垂體FSH及FSHβ亞基的mRNA水平。卵巢產生的FS與ACT結合后，可以抑制ACT本身的活性，因而可協助INH抑制FSH分泌。另外，研究發現垂體前葉也有ACT亞基及FS的mRNA表達，說明其在垂體內也可以發揮局部旁分泌信號作用（和性腺內作用機制一致）。可見，INH和ACT均選擇作用于FSH的分泌，獨立調控著FSH的表達作用。促性腺激素細胞分泌的ACT及結合蛋白FS可通過其受體調節FSH的分泌，構成垂體內局部反饋環路；亦可通過卵巢顆粒細胞膜ACT受體以旁分泌/自分泌方式改變FS的分泌比率，來調控FSH的合成與分泌，而不影響LH的合成與分泌。
因此，垂體局部調節環路中ACT/FS與外周性腺E2、P4、INH的長反饋信號一起構成調控網絡，分別以旁分泌/自分泌/正和負反饋方式共同專一地調控垂體FSH的合成與分泌，而不影響LH的分泌。
四.影響FSH/LH差異化分泌的其他因子
LH和FSH分泌有性別差異。在雄性，用純化INH單克隆抗體免疫組化研究發現新生大鼠睪丸有INH A和BB亞基，主要在支持細胞表達，間質細胞內亦有少量表達。但成年雄鼠血循環中幾乎測不到INH，其FSH值也明顯高于成年雌性大鼠。當給予成年雄鼠INH抗血清時，其血清中FSH的水平亦不增加。說明睪酮有抑制INH而升高FSH水平的作用。動物處于應激狀態時，其LH/FSH分泌的情況不同于正常，表現為FSH表達與分泌增加，而LH分泌受到限制。
季節、光照等環境變化或交配活動等外界刺激可通過神經系統調節下丘腦GnRH的分泌，進而影響促性腺激素的分泌。倉鼠從短（非繁殖期）轉到長（繁殖期）的光周期時，其血清中FSH的水平上升是先于LH出現的，此時出現低頻的GnRH脈沖。這與LH分泌較FSH分泌更依賴于GnRH刺激的觀點不一致。對該現象的解釋一種是動物可能在長的光周期情況下，低頻的GnRH脈沖刺激適于FSH分泌；而高頻的GnRH脈沖刺激則適于LH分泌。另一種可能是INH負反饋的選擇性下降或ACT旁分泌途徑激活所致。因配子的形成較性激素合成需更長時間，故選擇性地促進FSH的水平升高，是有利于配子優生形成的。
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