西 真弓
奈良県立医科大学 医学部 医学科
DOI：10.14931/bsd.10141 原稿受付日：2023年4月7日 原稿完成日：2023年4月17日
担当編集委員：渡辺 雅彦 （北海道大学大学院医学研究院 解剖学分野 解剖発生学教室）
同義語：脳下垂体
羅：glandula pituitary 英：pituitary gland 独：Hirnanhangsdrüse 仏glande pituitaire
下垂体は、頭蓋骨底部にある蝶形骨のトルコ鞍と呼ばれる凹みに収まるように位置している器官である。下流に存在する多くの内分泌腺の機能を調節する重要な役割を果たすとともに、さまざまな末梢臓器および組織に対して独立した内分泌作用を発揮する。分泌刺激ホルモンを分泌する下垂体前葉と、オキシトシンやバソプレッシンを分泌する神経終末を持つ下垂体後葉の2つの機能部位から構成される。
構造
解剖
大きさは7~8mm、重さ約0.7gで、下垂体漏斗部を介して視床下部につながり脳からぶら下がっている(図1)。ヒトでは、主に分泌刺激ホルモンを分泌する下垂体前葉(腺性下垂体; adenohypophysis)と、オキシトシンやバソプレッシンを分泌する神経終末を持つ下垂体後葉（神経性下垂体; neurohypophysis）の2つの機能部位から構成されている。中間葉は下等脊椎動物では顕著であるが、ヒトや他の哺乳類で明瞭な葉を構成しない（図2）。
下垂体前葉
内分泌細胞で構成され、胎生期の咽頭膨出（ラトケ囊；Rathke’s pouch）から発生する。一方、下垂体後葉の大部分は視床下部の視索上核と室傍核に細胞体を有するニューロンの軸索末端からなり、これらの核の延長として発生する。下垂体中葉がよく発達した生物種においては、中葉は胎生期にラトケ嚢の背側半分から作られるが、成熟すると下垂体後葉と密着する。
1950年代にGeoffrey Harrisによって下垂体前葉は視床下部小細胞生神経内分泌ニューロンによって間接的に制御されていると唱えられた[1] 。視床下部正中隆起から下垂体前葉へ血液を運ぶ下垂体門脈は、下垂体前葉ホルモン分泌を制御する視床下部ニューロンから分泌されるシグナルを輸送する（図2）。下垂体漏斗部における毛細血管網を一次毛細血管網、前葉におけるものを二次毛細血管網と呼び、両者をつなぐ下垂体門静脈を含め、このような血管系を下垂体門脈系hypophyseal portal systemと呼ぶ。
下垂体後葉
細胞体を視床下部にもつ軸索からなる。視床下部の視索上核や室傍核の大細胞性ニューロンはペプチドホルモンであるオキシトシンやバソプレッシンを合成する。それらホルモンは分泌顆粒に含まれ、視床下部―下垂体路を軸索流によって運ばれ下垂体後葉に至り、軸索末端に蓄えられ、血中に放出される。光学顕微鏡で下垂体後葉に向かう神経軸索を観察すると、ところどころにヘリング小体Herring bodyと呼ばれる数珠状の構造が認められる。
組織
下垂体前葉は細胞列が交錯し、その間に洞様毛細血管が発達して存在する。洞様毛細血管の内皮は他の内分泌器官と同様な有窓構造をしている。前葉細胞にはホルモンを貯蔵する顆粒が存在し、そのホルモンはエキソサイトーシスによって細胞外に放出され、毛細血管に取り込まれ、血流にのって標的器官へ運ばれる。
下垂体前葉は神経系と内分泌系間に介在するインターフェイスとしての機能を有している[2] 。視床下部の小細胞性神経分泌細胞からのシグナルは下垂体門脈系という複雑な毛細血管網により下垂体前葉に流入する。下垂体前葉から分泌されるホルモン、分泌する細胞のタイプ、分泌細胞中に占める割合、染色性、および分泌顆粒の直径を表1にまとめて示す。
細胞によっては複数のホルモンをもつ場合もある。卵胞刺激ホルモン (follicle stimulating hormone; FSH), 黄体形成ホルモン (luteinizing hormone, LH), 甲状腺刺激ホルモン (thyroid stimulating hormone, TSH)は糖タンパク質ホルモンである。ヘマトキシリン-エオジン染色でよく染まる色素好性細胞 chromophilic cellには酸好性細胞 (acidophilic cell)と塩基好性細胞 (basophilic cell)がある。前者はさらにオレンジ好性細胞（成長ホルモン (growth hormone, GH)産生細胞）とカルミン好性細胞（プロラクチン (prolactin, PRL)産生細胞）がある。後者にはアルデヒドフクシンによく染まるβcell (TSH産生細胞)とアルデヒドフクシンにあまり染まらないδcell (FSH/LH産生細胞)がある。また、ヘマトキシリン-エオジン染色でほとんど染まらない小型の色素嫌性細胞が細胞索の中心部に存在し、一般に未分化の細胞で、色素好性細胞を分裂によって補充する役割をもつものと考えられている（幹細胞）。しかし、特に大型の色素嫌性細胞はACTHの分泌に関わるという説もある。
一方、下垂体前葉には無顆粒性の濾胞星状細胞 folliculostellate cellsが存在し、分泌細胞の間に突起を伸ばし、濾胞星状細胞間にはよく発達したギャップ結合が認められる[3] [4] 。濾胞星状細胞はS100タンパク質やグリア線維性酸性タンパク質 (glial fibrillary acidic protein, GFAP)を有することから、脳のアストロサイトに似る細胞である。
下垂体後葉においては、視床下部の視索上核と室傍核から伸びてきた神経軸索の終末が血管に密接している。後葉にはアストロサイトと共通の起源を有するpituicyteが存在する[5] 。
| 細胞のタイプ | 分泌されるホルモン | 分泌細胞中に占める割合(%) | 染色性 | 分泌顆粒の直径(nm) |
|---|---|---|---|---|
| ソマトトローフ (somatotroph) | 成長ホルモン (GH) | 50 | 酸好性 | 300 ~ 400 |
| ラクトトローフ (lactotroph) | プロラクチン (PRL) | 10 ~ 30 | 酸好性 | 200 |
| コルチコトローフ (corticotroph) | 副腎皮質刺激ホルモン (ACTH) | 10 | 塩基好性/色素嫌性 | 400 ~ 550 |
| チロトローフ (thyrotroph) | 甲状腺刺激ホルモン (TSH) | 5 | 120 ~ 200 | |
| ゴナドトローフ (gonadotroph) | 性腺刺激ホルモン (GRH：LHとFSH) | 20 | 塩基好性 | 250 ~ 400 |
機能
下垂体前葉ホルモン
下垂体前葉は、視床下部や末梢組織からのシグナルを受け、さまざまなペプチドホルモンを血中に放出することで機能する。一方後葉は細胞体を視床下部にもつ軸索が分布し、同様にペプチドホルモンを血中に放出することで機能する。
成長ホルモン
Growth hormone, GH
ヒトでは第17番染色体上に4つの遺伝子（1つの偽遺伝子を含む）から成る成長ホルモン(hGH)である絨毛性ソマトマンモトロピン（human chorionic somatomammotropin, hCS）遺伝子群が存在する。これらは(1)hGH-N(normal):もっとも普遍的な正常成長ホルモンの遺伝子; (2)hGH-V(variant):変異型成長ホルモン遺伝子; (3) hCS および(4) hCSの偽遺伝子である。
成長ホルモンの成長促進効果やタンパク質代謝に対する作用は成長ホルモンとソマトメジン類somatomedineの相互作用による。循環血液中の主な（ヒトでは唯一の）ソマトメジンはインスリン様成長因子I (insulin-like growth factor I; IGF-I)とインスリン様成長因子II (IGF-II)である[6] 。
成長ホルモンの主な作用としては、骨端の成長、タンパク質合成、脂肪分解、インスリン感受性の低下、Na貯留など、またインスリン様成長因子Iの作用としては骨端の成長、タンパク質合成、抗脂肪分解活性、インスリン様活性などがある。
プロラクチン
Prolactin, PL
正常成人の血漿プロラクチン濃度は男性で約5ng/ml, 女性で約8ng/mlであり、その分泌は常時持続的に視床下部により抑制されている。プロラクチンは、予めエストロゲンとプロゲステロンを作用させた乳腺に働いて乳汁分泌を起こし、性腺刺激ホルモンの効果をおそらく卵巣のレベルで抑制する。また、授乳によりプロラクチン分泌は刺激され、これにより性腺刺激ホルモン（gonadotropin releasing hormone, GnRH）分泌が抑制され、排卵がおこらず、卵巣の活動が阻害される。正常男性におけるプロラクチンの作用については不明であるが、腫瘍から過剰に分泌されるとインポテンスを起こす。
副腎皮質刺激ホルモン
Adrenocorticotropic hormone, ACTH
ストレス刺激などにより視床下部室傍核からコルチコトロピン放出ホルモン (corticotropin releasing hormone, CRH)が分泌され、視床下部正中隆起から下垂体門脈に運ばれ、下垂体前葉のACTH細胞からACTHが分泌され、副腎皮質の束状層に作用して糖質コルチコイド（17-ヒドロキシコルチコイド；コルチゾール）、球状層に作用して鉱質コルチコイド（アルドステロン）の産生・分泌を促進する。思春期以降は、網状層からアンドロゲン (dehydroepiandrosterone sulfate, DHEA-S)の産生・分泌を促進する。一方、ACTHおよびCRHはコルチゾールのネガティヴフィードバックにより抑制される。したがって、血漿ACTH測定はコルチゾールとともに視床下部-下垂体-副腎皮質系の機能および病態の診断に不可欠である。
甲状腺刺激ホルモン
Thyroid stimulating hormone, TSH
甲状腺の濾胞細胞に発現している甲状腺刺激ホルモン受容体に結合し、Thyroxin (T4)およびTriiodothyronine (T3)を産生・分泌を促進する。
性腺刺激ホルモン(卵胞刺激ホルモン; 黄体形成ホルモン)
Gonadotropin (follicle stimulating hormone, FSH; luteinizing hormone, LH)
FSHは男性ではセルトリ細胞を刺激して精細管の精子形成上皮を維持し、女性では初期の卵胞発育に関与する。LHは男性ではライディッヒ細胞に作用しテストステロン合成を促進し、女性では卵胞の最終的な成熟と卵胞からのエストロゲン分泌を促す。また、LHは排卵を誘起し、黄体を形成させてプロゲステロンを分泌させる。ヒトには第3の性腺刺激ホルモンとしてヒト絨毛性ゴナドトロピン（human chorionic gonadotropin, hCG）が存在し、妊娠中の胎盤で産生される。
下垂体後葉ホルモン
下垂体後葉はバソプレッシンとオキシトシンを放出する。
バソプレッシン
Vasopressin, VP
バソプレッシンはアミノ酸9つからなるニューロペプチドで、下垂体後葉の軸索末端から直接血液中に分泌され体循環に乗り、腎臓の集合管のバソプレッシンV2受容体に作用して水透過性を増加して水の再吸収を促進する。そのため尿は濃縮され、尿量は減少することからしばしば抗利尿ホルモン (antidiuretic hormone, ADH)と呼ばれる。またV1a受容体はバソプレッシンの血管収縮作用を仲介し、生理的条件下においては複雑に血圧の調節に関与する。さらに、下垂体前葉で発現するV1b受容体はコルチコトロピン分泌細胞からのACTH分泌を増加させる。
一方、バソプレッシンはペプチド性神経伝達物質として神経終末から放出されてシナプス後細胞に作用する分子でもある。V1a受容体やV1b受容体を介してストレス、情動行動や社会的行動[7][8] 、情報処理、空間学習[9] 、攻撃行動[10] などに関与することが報告されている。
オキシトシン
Oxytocin, OT
オキシトシンはアミノ酸9つからなるニューロペプチドで、バソプレッシンと類似の構造を有し、同様に下垂体後葉の軸索末端から直接血液中に分泌され体循環に乗り、乳腺に作用して射乳、子宮平滑筋を収縮させ陣痛促進作用を示す。
一方、バソプレッシンと同様に神経伝達物質としても機能し、子育て行動、特に母子間の絆形成を促進し、齧歯類の実験ではオキシトシンやオキシトシン受容体を阻害すると攻撃性が増強し、母性行動が低下することが報告されている[11] 。また自閉症スペクトラム児では血中オキシトシン濃度が低下し[12] 、オキシトシンの点鼻投与により症状が改善することも報告されている。
関連項目
参考文献
- ↑
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