下丘脑与腺垂体之间通过神经和体液机制紧密相连，下丘脑通过释放特定的神经递质和激素，调控腺垂体激素的分泌。其中，神经垂体与下丘脑的结构和功能息息相关，其神经纤维直接来源于下丘脑的视上核和室旁核，形成下丘脑垂体束。这些神经元合成和分泌的激素会被储存在神经垂体中，根据需要进入血液循环。
在腺垂体中，已知有8种主要的蛋白质激素，包括生长激素(GH)，其功能繁多，如促进骨骼生长、蛋白质合成，以及对其他激素的“允许作用”等。生乳素(PRH)主要调节生殖和性行为，促使乳腺分泌乳汁。促肾上腺皮质激素(ACTH)作用于肾上腺，促进糖皮质激素的合成和分泌。促脂激素(LPH)具有溶脂和刺激黑素细胞的功能。黑素细胞刺激素(MSH)则影响皮肤色素沉着。
另外三种糖蛋白激素，即黄体生成素(LH)、卵泡刺激素(FSH)和促甲状腺激素(TSH)，对性腺和甲状腺有刺激作用。下丘脑通过释放释放激素(RH)来调节腺垂体激素，如促甲状腺激素释放激素，能促进甲状腺激素的合成。同时，抑制激素和抑制生乳素的激素也对腺垂体功能有影响。
神经垂体本身也有其独特的激素，如抗利尿激素（又称加压素），主要调节水的重吸收，抗利尿激素分泌异常会导致尿崩症。催产素则在妊娠、哺乳和子宫收缩中发挥重要作用，通过反射机制引发其分泌。
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