下丘脑-垂体-睾丸轴在维持生精过程及各种激素水平的稳态中具有重要调节作用。

下丘脑肽能神经元合成和分泌的促性腺激素释放激素（GnRH^[注]）经垂体门脉系统直接作用于腺垂体，促进腺垂体合成与分泌卵泡刺激素（FSH^[注]）和黄体生成素（LH^[注]），进而对睾丸的生精作用以及内分泌活动进行调节。FSH主要作用于睾丸生精小管的支持细胞（又称Sertoli细胞），促进支持细胞分泌雄激素结合蛋白（ABP^[注]）。这种蛋白可与睾酮结合转运至生精小管内，以维持生精小管内有较高的睾酮浓度，促进精子发生。此外，支持细胞也可分泌抑制素^[注]。LH可促进睾丸间质细胞（又称Leydig细胞）合成与分泌睾酮，维持生精作用，因此LH也称为间质细胞刺激素。

睾丸分泌的雄激素和抑制素释放入血后的浓度变化也可对下丘脑-腺垂体的激素分泌进行反馈调节（见图）。当血中的睾酮达到一定浓度后，以负反馈方式作用于下丘脑和腺垂体，分别抑制GnRH和LH的分泌，从而使血中睾酮浓度维持在一定水平。但是，血中睾酮浓度对腺垂体FSH的分泌无影响。支持细胞分泌的抑制素对腺垂体FSH的合成和分泌具有选择性抑制作用，以维持雄激素结合蛋白分泌量的稳定，但生理剂量的抑制素对LH的分泌无明显影响。下丘脑肽能神经元由于没有抑制素的受体，因此下丘脑GnRH的分泌也不受抑制素的影响。

GnRH：促性腺激素释放激素；FSH：卵泡刺激素；LH：黄体生成素；ABP：雄激素结合蛋白下丘脑-垂体-睾丸轴