动物个体由大量不同类型的细胞组成，特定的细胞发挥特定的生理作用。为了维持机体整体的功能和生存，不同的细胞需要协同合作，各自在特定的时间发挥特定的功能。所以，一个系统的、高效的、稳定的调控系统是每个动物个体所必需的。在这个精密的调控系统中，机体不同种类和不同部位的细胞之间需要进行信息传递和交流，从而协调全身各系统的功能，使其发挥协同作用，应对机体自身需求或针对外界环境变化作出合适的反应，维持机体的生存。

细胞间的相互调控作用大致可以分为三类:①局部调控。指细胞分泌特定的信号分子至局部小范围的微环境中，并使周围细胞和(或)自身对信号作出反应。②神经介导的调控。指通过神经细胞细胞突触将信号分子传递至远处的靶细胞。③内分泌调控。指由特定的内分泌细胞释放激素并通过血液循环调控其他部分的靶细胞功能。通常情况，这几种调控方式协同作用，共同精确控制细胞的行为。其中，激素作为全身性的信号传递系统，扮演着重要的角色。激素的分泌均极微量，为皮克水平，但其调节作用极明显，仅需很小剂量的激素便可以改变细胞的新陈代谢。激素作用甚广，但不参加具体的代谢过程，只对特定的代谢和生理过程起调节作用，调节代谢及生理过程的进行速度和方向，从而使机体的活动更适应于内外环境的变化。

激素( hormone)，在希腊文原意为“兴奋活动”。1902年，英国生理学家威廉·贝利斯和恩斯特·亨利·斯塔林发现了第一个激素———促胰液素，并使用“荷尔蒙( hormone)”一词来代表这类由身体一部分产生而可以影响远处的其他部分的化合物。

经典的激素定义是指由正常机体某些组织产生，然后微量释放入血，由血液循环运输到机体其他组织，发挥特殊生理作用的一类化学物质。可以说激素是一种从一个细胞传递到另一个细胞的化学信使。它通过调节各种组织细胞的代谢活动来影响人体的代谢、生长、发育、繁殖、性别、性欲和性活动等生理功能。

根据传统的激素定义，激素仅通过内分泌细胞分泌，并通过血液循环进行传递而到达靶细胞发挥作用。但是近年来随着对激素研究和认识的发展，发现传统定义已无法准确地描述激素。首先，研究发现细胞局部能够产生大量的激素样的因子，主要包括生长因子( growth factor)和细胞因子( cytokine)，这些因子对于免疫细胞功能，细胞分化、分裂及凋亡均发挥重要作用。这些因子通常情况下通过自分泌( autocrine)和旁分泌( paracrine)方式发挥作用，但也能进入血液循环调控远处的细胞，发挥激素样的作用。另一方面，经典的激素也能发挥自分泌或旁分泌作用，并且有的非内分泌器官也能分泌激素。最新研究还发现，多种激素往往存在一个家族或超家族。例如生长激素和催乳素就属于同一个蛋白超家族( protein superfamily)，而胰岛素样生长因子和胰岛素也属于同一个超家族。最后，在分子水平上，生长因子和细胞因子无论从产生、分泌、还是作用方式上均跟经典的激素相类似。所以有研究人员提倡将细胞间传递信号的非能量物质的化学物质均统称为激素。因为经典激素的作用方式最为典型和具有代表性，本章中探讨激素对于干细胞的作用及方式，仍主要以经典定义的激素为主。

经典的激素按化学结构大体分为三类。

第一类为类固醇类激素( steroids)，如皮质醇、醛固酮、雌激素、孕激素及雄激素、维生素D等。

第二类为酪氨酸衍生物( tyrosine derivatives)，如肾上腺素、异丙肾上腺素、三碘甲状腺原氨酸，甲状腺素等。

第三类为肽与蛋白质类( peptides and proteins)。绝大多数激素属于此类。如胰岛素、高血糖素、促肾上腺皮质激素、促甲状腺激素、促胰液素、促胃动素、催产素等。

其中，氨基酸衍生物和肽与蛋白质类激素的作用机制基本相同，又统称为含氮类激素。

其他一些小分子物质( small molecule)，如一氧化氮、氨基酸和脂肪酸衍生物等，通常发挥旁分泌和神经递质作用，不归入经典的激素，仅当其发挥激素样作用时才在本章进行讨论。

激素作为信号，主要发挥转导信号的作用。激素进行信号转导包含以下几个过程:①激素的产生;②激素的存储及分泌;③将激素运输至靶细胞;④通过细胞膜的膜蛋白受体或者胞内受体对激素进行识别;⑤激素信号的传递与放大;⑥激素的降解。激素作用的基本方式详见图8-1。

激素一般由内分泌细胞( endocrine cell)合成，特定的内分泌细胞合成并分泌特定的激素。内分泌细胞是一类特定类型的细胞，其分布有群集和散在两种。群集的内分泌细胞形成了内分泌腺( endocrine gland)，如脑垂体、甲状腺、甲状旁腺，肾上腺、胰岛、卵巢及阴囊里的睾丸。散在的内分泌细胞存在于其他组织器官中，如胃肠黏膜中有胃肠激素细胞，丘脑下部分泌肽类激素细胞等。

不同激素的合成途径不同。蛋白质和肽类激素一般由特定基因编码，其合成需要经过基因转录、运输、翻译、蛋白修饰和成熟等一系列过程。与蛋白质和肽类激素不同，胆固醇类激素并非由特定基因编码，而是通过一系列的酶促反应对其共同前体胆固醇进行不同加工修饰而产生。

多数激素都存储于内分泌细胞中，当受到外来的刺激后通过胞吐( exocytosis)作用或者其他细胞膜转运途径从细胞内被运输出来，从而确保其响应外界环境改变的速度。而胆固醇类激素因为具有脂溶性，一般在合成之后便立即进入血液循环，没有存储和分泌过程。

内分泌系统分泌的激素分子通常都会直接被释放进入血液中，通过血液循环运输。其中，类固醇激素及甲状腺激素的水溶性有限，需要与循环中特定的蛋白载体结合。某些氨基酸和蛋白类激素在运输过程中也要与特定结合蛋白形成复合物。激素与蛋白结合可以减少其被肾脏清除、降低其降解速率，并对于激素的水平变化起到一定缓冲作用。但是，结合后激素不能发挥生理作用。只有未结合的激素才能通过血小管内皮到达特定的靶细胞，所以，激素的结合比例直接影响着激素的生理功能。

激素通常通过血液运输到体内指定位置，细胞通过其特殊的接受某种激素的受体( receptor)来对激素进行反应。因为激素在血中的浓度极低，这样微小的数量能够产生非常重要的生理作用，其先决条件是激素能被靶细胞( target cell)的相关受体识别与结合，再通过一系列的信号放大过程引起细胞作出相应反应。激素分子与受体蛋白结合后，信号转导( signal transduction)过程，调控特定基因的表达、生化反应的速度和结构变化，最终使细胞做出特异性反应。

激素分泌的适量是维持机体正常功能的一个重要因素，故机体在接受信息后，相应的内分泌腺是否能及时分泌或停止分泌，这就需要机体的调节，使激素的分泌能保证机体的需要;又不至于过多而对机体有损害。引起各种激素分泌的刺激多种多样，但是其调节机制具有许多共同的特点，简述如下。

激素分泌调控中主要存在两种反馈机制:负反馈和正反馈。负反馈是指激素下游的信号反过来抑制激素的分泌;正反馈指激素下游的信号进一步促进激素的分泌。因为激素的高效性和实效性，负反馈是最主要的机制，可以控制激素分泌的量和时间长短。而正反馈较为少见。激素分泌负反馈的大致过程如下:当某一激素开始分泌后，会引起下游产生停止其分泌的信息，该信号反馈回来使相应内分泌细胞分泌减少。最典型的反馈回路之一是血糖的调控。血中葡萄糖浓度增加可以促进胰岛素分泌，使血糖浓度下降;血糖浓度下降后，则对胰岛分泌胰岛素的作用减弱，胰岛素分泌减少，这样就保证了血中葡萄糖浓度的相对稳定。又如下丘脑分泌的调节肽可促进腺垂体分泌促激素，而促激素又促进相应的靶腺分泌激素以供机体的需要。当这种激素在血中达到一定浓度后，能反馈性的抑制腺垂体、或下丘脑的分泌，这样就构成了下丘脑———腺垂体———靶腺功能轴，形成一个闭合回路。

激素发挥了生理作用之后需要及时被失活和清除。适时地被清除与其分泌共同维持激素在体内的适应浓度。激素的失活和清除一般通过酶的作用，可以发生在血液中、细胞间隙、肾脏和肝脏的细胞内，以及靶细胞内。肽类和蛋白质内激素一般通过细胞内吞作用进入细胞内，并运送到溶酶体和蛋白酶体进行降解。不同种类激素被清除的速率不同。大多数激素从释放入血后很快就被破坏，有的激素半衰期仅几秒，有的半衰期持续数分钟，有的则可长达几天。

　激素只调控特定细胞的功能，所以其作用必须具备特异性。其特异性主要依靠特定受体与激素的特异性结合来实现。激素受体可以定义为细胞中与特定激素高度特异性结合并起始下游反应的分子或分子复合体。激素受体都是蛋白质或糖蛋白，具有如下特性:①能够将特定激素和其他具有类似结构的分子区分开;②与极低浓度的激素结合;③与激素结合后发生构象改变;④催化生化反应或引发相邻分子的构象改变以引发生化改变。哺乳动物细胞中一般表达数千种受体分子。根据这些受体分子的核酸序列和蛋白结构，可以归类为几个家族( family)或超家族( superfamily)。特定家族的受体作用方式大致相同。

　类固醇类激素是脂溶性的，通过扩散方式通过细胞膜的脂质双分子层。甲状腺激素具有大量的非极性成分，可以通过扩散方式通过细胞膜，但主要是依靠载体介导的运输进入细胞内。这些激素与细胞核内或胞质内的受体结合，主要发挥改变基因表达速率的作用。细胞内的激素受体属于一个非常大的转录因子家族，其基本结构中具有一个用于结合至激素反应元件位点的锌指结构，以及一个激素结合区域。与类固醇激素结合后，其受体结合至染色体上特定的DNA序列。该序列称为激素反应元件( hormone response elements，HREs)，位于基因的转录起始位点。这类激素作用的最终结果是影响了基因的读取，使新蛋白合成起始或原有蛋白合成速率改变。

类固醇激素受体在未激活之前与90 000Da的热休克蛋白( heat shock protein，Hsp90)非共价的结合，热休克蛋白被认为可以维持受体的构象，使其易于与激素结合，而不与HREs结合。但受体与激素结合后，受体与Hsp90脱离，并与另一个结合激素的受体形成二聚体，结合于DNA上，调控特定基因的表达。而甲状腺素受体及维生素D受体属于类固醇受体家族的另一群。这些受体在没有激素的情况下就能结合于HREs，也不与Hsp90结合，而是与其他的核蛋白形成复合体，激活或抑制基因的转录。而当与激素结合后，受体的构象改变，与原有核蛋白脱离，而与新的核蛋白结合，引起基因转录的激活或抑制。

　蛋白质/肽类激素和酪氨酸衍生物不能轻易通过胞膜，主要通过与细胞膜上的受体的胞外侧相结合，通过受体的胞内部分将信号传导至适宜的胞内效应器。

最常见的膜受体是G蛋白偶联受体( G-protein coupled receptor)，属于一个非常大的蛋白超家族，其通过与鸟苷酸结合蛋白( G-蛋白)相连，与细胞内的效应分子沟通。G蛋白偶联受体广泛存在于各种真核生物中，对于感受外界环境中的各种信号(光、味觉、嗅觉以及激素信号)等至关重要。下面就以其为例说明膜受体介导的激素反应。

G蛋白偶联受体都由一条单链蛋白构成，具有七个约含25个氨基酸的跨膜α螺旋区域，这样的结构使其跨越蛋白7次，并形成3个细胞内的茎环和3个细胞外的茎环。位于细胞外的氨基端尾部与其他保外结构组成了激素识别和结合区域。位于胞内的羧基端尾部与特定的G蛋白相结合。G蛋白是一个异三聚体，具有α、β、γ三个亚单位，α亚基是一个三磷酸鸟苷酶( GTPase)，能够催化GTP转化为GDP。G蛋白的α亚基至少有三类，第一类为Gαs( stimulatory class)，此类刺激跨膜的腺苷酰环化酶( adenylyl cyclase)，催化从ATP产生环化的单磷酸腺苷( cyclic AMP，cAMP) ;第二类为Gαi( inhibitory class)，该类抑制腺苷酰环化酶的活性;第三类为Gαq，该类催化膜磷脂( phospholipid)的水解，释放三磷酸肌醇( inositol 1，4，5 triphosphate，IP3)和二酰基甘油( diacylglycerol，DAG)。因为激素信号发挥作用必须将信号传递至细胞内的细胞器和酶，所以G蛋白需要依靠称为第二信使( second messenger)的分子来传递信号。第二信使不仅激活细胞内的酶类，还能将信号进一步放大。上面提到的cAMP、IP3、DAG均能发挥第二信使的功能。虽然激素的种类很多，但是第二信使的数量相对较少，如此少的第二信使如何特异性地传递不同激素的信号现在仍不清楚。