FSH与LH在许多情况下是平行分泌的，但其合成和分泌的调控是一个复杂的过程。从到达促性腺细胞上的许多信号的反应来看，如促性腺激素细胞对下丘脑GnRH脉冲分泌的幅度及频率变化的不同敏感性，对性腺类固醇激素（E2、P4）和肽类激素如抑制素（INH）、激活素（ACT）和卵泡抑素（FS）分泌环境的不同反馈应答，对垂体内ACT-FS旁分泌/自分泌调节的不同依赖性，以及对下丘脑兴奋性氨基酸刺激下的不同反应均引发了这两种激素分泌的不同步现象。虽然对促性腺细胞分泌的不同步机制尚不完全明确，但人们对输入至垂体促性腺激素细胞的不同信号如何影响垂体促性腺激素的转录、合成及储存等已有所了解。
一.GnRH对FSH和LH分泌的差异化调控
根据体内、体外实验及自然周期中观察到的促性腺激素变化结果，发现垂体LH/FSH对GnRH的刺激有不同反应。首先，体内单独注射GnRH引起血清FSH和LH水平升高，但LH峰值与基线值的比率比FSH大。相反，注射GnRH拮抗剂后，血清中LH在几小时内迅速下降，而FSH则缓慢下降，下降曲线中还会出现一段高水平的平台期。进一步研究，当动态测定大鼠正常周期中GnRH、FSH和LH水平，发现LH易形成脉冲式变化且常伴随GnRH脉冲出现，而FSH虽有脉冲变化但与LH脉冲不同步。
细胞分泌LH对GnRH脉冲刺激敏感，而分泌FSH则较少受GnRH脉冲影响。究其原因，一方面可能是LH（人类半衰期19~38min）在血液循环中清除率较FSH（人类半衰期约60min）快造成的。另一方面，FSH的分泌可能存在着不依赖于GnRH调节的方式：FSH的分泌机制可能不同于其合成过程，FSH的合成可能是一种固有和内在的过程，很少受GnRH调控，但是FSH的分泌则需要受到来自性腺和垂体局部产生因子如ACT、INH及FS的结合调节作用。ACT可使FSH保持分泌，而INH和FS的作用则可能是抑制FSH的过高分泌。ACT可能是FSH合成与分泌必需的内在信号。以上结果说明FSH的合成与分泌机制很复杂。
二.调控FSH/LH分泌的其他下丘脑因子
下丘脑肽类物质如甘丙肽、P物质和神经肽Y等在体外实验中均能增强GnRH促进垂体LH和FSH分泌的反应，但对LH作用比FSH强。
三.性腺激素反馈和垂体内反馈环路
1、性腺激素E2和P4反馈调节性腺激素分泌的特点
一般来说，促性腺激素分泌的波动性在卵泡期增加，而在黄体期降低。具体表现：雌激素升高可降低促性腺激素分泌的波幅而提高波的频率（低幅高频），而孕酮含量升高则主要降低促性腺激素分泌波的频率但增加波的幅度（低频高幅）。这说明，在卵泡期，波的频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现。这种频率增加而波幅下降相结合的特征对于发育中的有腔卵泡最后发育成优势卵泡是非常重要的。
下丘脑和腺垂体对持续升高的雌激素分泌发生的反应，是使促性腺激素分泌增加，这种关系是正反馈关系。在有腔卵泡最后发育阶段的一天或几天内，雌激素突然持久性地分泌增加，并通过增加GnRH波动性释放的频率来促进促性腺激素分泌的增加。促性腺激素峰的作用是诱导卵泡内的变化，导致卵泡破裂排卵。促性腺激素峰的持续时间相对较短，这可能是由于随着卵泡对促性腺激素排卵前峰的反应，卵泡中雌激素的浓度下降。可见这种启动卵泡排卵的特殊生理机制是有反馈性的，因为卵泡能够将自己的成熟状态通过雌激素信号传递给下丘脑和腺垂体，随着卵泡的成熟，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负反馈调节。特别是雌激素能够反馈抑制促性腺激素的分泌，这是因为在雌激素低浓度时，负反馈机制敏感。在卵巢摘除后，由于雌激素的抑制作用被清除了，促性腺激素浓度大幅度增加。关于孕酮对促性腺激素波动频率的影响，通过认为是在下丘脑水平。而雌激素则通过影响垂体和下丘脑两个水平来影响促性腺激素的分泌。
在雌性动物中，促性腺激素分泌的控制与雌性的相似。下丘脑GnRH的波动性释放影响促性腺激素的波动性分泌。后者反过来引起睾酮的波动性分泌。性别之间的一个主要差异是雄性中不存在雌性那样的促性腺激素的正反馈释放。精子在导管系统中不断地生成和排出。这一过程不需要促性腺激素峰的出现。
2、非类固醇激素调节FSH的表达及分泌
性腺类固醇激素能较大幅度减少血液中LH浓度，但较少抑制FSH分泌，而非类固醇激素ACT和INH的正、负反馈作用仅限于血液FSH、垂体FSH及FSHβ亚基的mRNA水平。卵巢产生的FS与ACT结合后，可以抑制ACT本身的活性，因而可协助INH抑制FSH分泌。另外，研究发现垂体前叶也有ACT亚基及FS的mRNA表达，说明其在垂体内也可以发挥局部旁分泌信号作用（和性腺内作用机制一致）。可见，INH和ACT均选择作用于FSH的分泌，独立调控着FSH的表达作用。促性腺激素细胞分泌的ACT及结合蛋白FS可通过其受体调节FSH的分泌，构成垂体内局部反馈环路；亦可通过卵巢颗粒细胞膜ACT受体以旁分泌/自分泌方式改变FS的分泌比率，来调控FSH的合成与分泌，而不影响LH的合成与分泌。
因此，垂体局部调节环路中ACT/FS与外周性腺E2、P4、INH的长反馈信号一起构成调控网络，分别以旁分泌/自分泌/正和负反馈方式共同专一地调控垂体FSH的合成与分泌，而不影响LH的分泌。
四.影响FSH/LH差异化分泌的其他因子
LH和FSH分泌有性别差异。在雄性，用纯化INH单克隆抗体免疫组化研究发现新生大鼠睾丸有INH A和BB亚基，主要在支持细胞表达，间质细胞内亦有少量表达。但成年雄鼠血循环中几乎测不到INH，其FSH值也明显高于成年雌性大鼠。当给予成年雄鼠INH抗血清时，其血清中FSH的水平亦不增加。说明睾酮有抑制INH而升高FSH水平的作用。动物处于应激状态时，其LH/FSH分泌的情况不同于正常，表现为FSH表达与分泌增加，而LH分泌受到限制。
季节、光照等环境变化或交配活动等外界刺激可通过神经系统调节下丘脑GnRH的分泌，进而影响促性腺激素的分泌。仓鼠从短（非繁殖期）转到长（繁殖期）的光周期时，其血清中FSH的水平上升是先于LH出现的，此时出现低频的GnRH脉冲。这与LH分泌较FSH分泌更依赖于GnRH刺激的观点不一致。对该现象的解释一种是动物可能在长的光周期情况下，低频的GnRH脉冲刺激适于FSH分泌；而高频的GnRH脉冲刺激则适于LH分泌。另一种可能是INH负反馈的选择性下降或ACT旁分泌途径激活所致。因配子的形成较性激素合成需更长时间，故选择性地促进FSH的水平升高，是有利于配子优生形成的。
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