(一)发病原因
目前认为垂体腺瘤来源于腺垂体细胞，如单激素细胞腺瘤如生长激素，泌乳素细胞腺瘤等来源于分泌相应激素的腺细胞，而对一些多激素来源的腺瘤还有争议，过去一直认为一种细胞只能分泌一种相应的激素，20世纪70年代Zimmemrman用PAP法研究5例正常人垂体组织证实，在同一种细胞内具有能与生长激素和泌乳素两种激素抗体结合的颗粒，说明两种激素可以同时在同一垂体细胞内产生，Midyley认为促卵泡素和黄体生成素可由同一种细胞分泌，Horvath报告了9例垂体泌乳素，生长激素细胞腺瘤，Kovacs也指出在非肿瘤情况下这种双激素分泌细胞同样散在于腺垂体中，只是数量较少而已，上述研究结果说明，垂体内一种细胞不是只能分泌一种相应的激素，这类多激素细胞腺瘤，称之为“异源性垂体腺瘤”，其发生机制一般认为与瘤细胞的基因表达有关，可能牵涉到基因的不稳定性和优势选择，也可能是细胞表型的变化，而没有基因潜能的变化。
近年来认为嫌色细胞腺瘤来源于分化程度较低或未分化的细胞，这种细胞可以向其他分泌激素的细胞转化，临床上可伴有相应激素分泌增多的症状，电镜下可见分泌颗粒，Leuis认为这类非功能垂体腺瘤虽有分泌颗粒，但瘤细胞分化较低，未能形成有生物效应的激素，Kovacs认为这种瘤细胞能够合成少量的激素或产生无活性的激素前体;或为目前尚未能检测的激素，Betzdorf测定瘤细胞组织培养液内生长激素的浓度，发现一些嫌色性细胞瘤与嗜酸性细胞瘤同样是升高的，这就可解释一些嫌色细胞腺瘤为什么伴有肢端肥大症。
(二)发病机制
垂体腺瘤的发病机制研究可归为两大学说：一为垂体内在异常学说，另一为下丘脑调节机制失常学说，采用分子生物学方法研究后，使长期以来一直有争议的垂体学说和下丘脑学说趋向于统一，目前认为垂体腺瘤的发展可分为两个阶段——起始阶段和促进阶段，即垂体细胞先发生突变，然后在内外因素的促进下突变的细胞增生，发展为垂体腺瘤。
1.垂体内在异常
(1)基因突变：垂体细胞的基因突变在垂体腺瘤发生中的作用近年受到高度重视，目前，已肯定的主要为一些与细胞信号转导有关的基因的点突变，这些基因包括G蛋白Gs的α亚单位(Gsα)基因，ras原癌基因，蛋白激酶C的α亚型(PKCα)基因等。
Gsα是最先明确与垂体腺瘤有关的基因，这方面的研究始于20世纪80年代中期，当时有人发现约1/3的GH腺瘤腺苷酸环化酶(adenosine cyclase，AC)活性及cAMP水平升高且不受GHRH和霍乱毒素(可通过刺激Gs而激活AC)的调节，稍后的研究证实：GH瘤细胞内AC的激活乃Gsα的突变所致，Gsα有2个突变热点，其一使201位精氨酸变成半胱氨酸或组氨酸;另一使227位谷氨酰胺变成精氨酸或亮氨酸，此2位点对于Gsα的GTP酶活性极为重要，突变使得Gsα的GTP酶活性下降，导致Gs信号系统持续地处于激活状态，于是cAMP产生增加，在垂体细胞，cAMP不仅与激素的合成和释放有关，而且参与细胞的增生，有人发现，霍乱毒素转基因小鼠的垂体出现增生，说明Gs信号系统的激活确实可引起垂体细胞的增殖，目前已知，约40%的GH瘤和约10%的无功能垂体腺瘤与Gsα的突变有关，Gsα基因现已被视为原癌基因，称为gsp，Gi也是一种G蛋白，其功能与Gs相反，Gi的突变亦与垂体腺瘤有关，有人在32例ACTH瘤中发现2例，22例无功能垂体腺瘤中发现3例有Giα亚单位的突变，Giα也已被视为原癌基因，称为gip，其他G蛋白与垂体腺瘤的关系尚不清楚。
ras原癌基因的产物P21ras在细胞的信号转导中具有重要的作用，现已发现，ras原癌基因的激活是许多人类肿瘤的重要原因，Ras基因的突变在人类垂体腺瘤中也具有一定的意义，有人研究了11例无功能垂体腺瘤，6例GH瘤和2例PRL瘤，只在1例PRL瘤中发现有ras的突变，这提示ras基因的突变在人类垂体腺瘤中较为罕见，其后的一些研究也得到相似的结论，目前认为，尽管ras原癌基因的突变在人类非内分泌肿瘤中具有重要的地位，但不是人类内分泌肿瘤的常见病因。
PKC是一类在细胞信号转导中发挥重要作用的蛋白激酶，Alvaro等发现，垂体腺瘤组织的PKC表达水平较正常垂体组织高;侵袭性垂体腺瘤PKC的表达更高，他们还发现一些侵袭性垂体腺瘤的PKCα有突变，使其294位天冬氨酸变成甘氨酸，这一突变位点正好位于PKCα分子的V3区，此区含有Ca2 结合位点，上述突变导致PKCα过度激活，PKC可调节细胞外多种蛋白酶，胶原酶的活性，PKC活性的升高可促进肿瘤向正常组织的浸润，故目前认为，PKCα的突变与垂体腺瘤的侵袭性有关。
研究显示，垂体瘤组织的PTTG表达显著增加，提示PTTG在垂体瘤的形成和发展过程中具有一定的作用，目前，对PTTG的作用机制尚不清楚，但有关的研究已提供了一些信息，人PTTG蛋白含有SH3入坞基序(motif)，提示它与细胞的信号传导有关，人PTTG蛋白还可诱导成纤维细胞生长因子(FGF)的表达，而FGF可促进细胞的生长和血管生成，因此，PTTG蛋白可能通过影响细胞信号转导和促进FGF的表达而发挥致瘤作用。
有些研究显示，一些垂体腺瘤瘤细胞cmyc，c-fos的表达增加，提示这些原癌基因可能也参与垂体腺瘤的发生发展，垂体腺瘤细胞可产生许多生物活性物质，包括下丘脑促垂体释放激素(TRH，CRH，GHRH)，生长因子等，这些生物活性物质在垂体腺瘤的发生发展中可能也起一定的作用。
(2)激素受体的异常：下丘脑激素或因子可作用于垂体细胞表面的受体而发挥效应，这些受体的数目和(或)亲和力的改变，表达异常，受体-G蛋白-效应器偶联异常在垂体腺瘤的发生中具有重要的作用。
①多巴胺受体：多巴胺受体有DL，D2，D3，D4，D5 5种亚型，它们均为G蛋白偶联受体，垂体细胞表达的为D2亚型，它有D2A和D2B 2种异形体，这2种异形体是由于mRNA剪接的不同而形成的，D2B较D2A略短，其信号转导的能力较D2A为低。
②生长抑素(SS)受体：SS受体(SSTR)有5种亚型：SSTR1，SSTR2，SSTR3，SSTR4和SSTR5，它们与SS-14和SS-28都能高亲和力地结合，SS类似物奥曲肽(octeotide)与SSTR2和SSTR5的亲和力较高，与SSTR3的亲和力中等，与SSTR1和SSTR4的亲和力则较低，SS及其类似物抑制GH释放的作用主要由SSTR2介导：SSTR2激活后可抑制AC的活性，使K 通道开放，细胞超极化，于是细胞膜上的电压依从性Ca2 通道关闭，引起[Ca2 ]i下降，从而抑制GH的释放，SS及其类似物抑制GH细胞增生的作用主要由磷酸酪氨酸磷酸酶的激活来实现，由SSTR2和SSTR5共同介导。
GH瘤细胞表达多种SSTR亚型，其中比较重要的为SSTR2和SSTR5，此2亚型激活后可使[Ca2 ]i和cAMP水平降低，故既能抑制GH的释放又能阻止GH细胞的增生，体外结合实验表明：SS结合位点的数目与肿瘤对SS类似物的反应性相关，结合位点越多则SS类似物的治疗效果越好，gsp突变性GH瘤的SS结合位点一般较多，此种肿瘤对奥曲肽的反应较好。
用核酸杂交技术在PRL瘤，ACTH瘤，TSH瘤及无功能垂体腺瘤中也检测到各种亚型SSTR的mRNA，说明这些肿瘤细胞中也有SSTR的表达，这些受体激活后也可引起[Ca2 ]i和cAMP水平的下降，提示它们也具有功能，但是，有些肿瘤细胞上的SSTR兴奋后却使[Ca2 ]i升高，这可能因SSTR-G蛋白-效应器偶联异常所致。
③TRH受体：TRH受体也属于GPCR，它与Gq偶联，兴奋后可激活磷脂酶Cβ(PLCβ)，使[Ca2 ]i升高，大多数PRL瘤细胞存在高亲和力TRH受体，但这些肿瘤对TRH无反应，原因未明，推测可能与受体后缺陷有关，TSH瘤罕见，是否含有TRH受体尚不清楚，有些学者基于大多数TSH瘤对TRH无反应这一事实，认为TSH瘤不表达TRH受体或虽表达但表达产物无功能，与PRL瘤和TSH瘤相反，不少GH瘤(40%～50%)，无功能垂体腺瘤(30%～50%)，ACTH瘤(20%～30%)，促性腺激素瘤(70%～80%)对TRH有反应，说明这些肿瘤表达TRH受体，这一点虽无治疗意义但却有一定的诊断价值。
④GnRH受体：GnRH受体也属于GPCR，受体兴奋后可激活磷脂酶Cβ，使[Ca2 ]i升高，产生一系列效应，绝大多数促性腺激素瘤表达GnRH受体，对GnRH有反应，有些促性腺激素瘤对GnRH无反应，原因可能是这些肿瘤的GnRH受体后信号转导系统有缺陷，促性腺激素瘤细胞的GnRH受体同正常的GnRH受体有明显的不同：后者在受到持续性GnRH刺激时表现出失敏现象，即不再对GnRH有反应;前者无失敏现象，即对GnRH的持续刺激仍有反应，由于促性腺激素瘤的GnRH受体不存在失敏现象，故长效GnRH类似物对这些肿瘤效果不佳。
有15%～20%的GH瘤和ACTH瘤也表达GnRH受体，这些患者在给予GnRH后血GH或ACTH水平明显升高，说明这些受体是有功能的，大多数无功能垂体腺瘤患者在接受GnRH后血促性腺激素和(或)其亚单位水平升高，说明无功能垂体腺瘤也存在GnRH受体。
⑤GHRH受体：大多数GH瘤表达有GHRH受体，这些肿瘤对GHRH有反应，核酸杂交研究显示，GH瘤对GHRH的反应性与GHRH受体mRNA水平之间无相关关系，其他垂体腺瘤如PRL瘤，ACTH瘤及无功能垂体腺瘤也含有GHRH受体，但表达水平低，这些肿瘤对GHRH的反应也差，GHRH受体无失敏现象。
⑥CRH受体：CRH受体也属GPCR，受体活化后可激活AC，ACTH瘤表达有CRH受体，这是它们对CRH有反应的基础，ACTH瘤的CRH受体既不受皮质醇的调节，也不受CRH的调节，非ACTH瘤罕有CRH受体的表达。
2.调节机制的失常
很早就有人提出，激素调节机制的失常是引起垂体腺瘤的重要原因，支持这一学说的证据有：下丘脑GHRH瘤和CRH瘤可分别引起垂体GH瘤和ACTH瘤;异位GHRH也能引起GH瘤，惟作用较下丘脑GHRH瘤为弱(原因可能是后者产生的GHRH直接进入垂体门脉系统，故垂体局部GHRH浓度较高)，近年的动物实验证明：GHRH转基因小鼠极易发生GH瘤，这些均说明下丘脑促垂体释放激素在垂体腺瘤的发生中具有重要作用，那么，下丘脑抑垂体激素(因子)的缺乏是否也能引起垂体腺瘤呢?这方面尚缺少有说服力的证据，一些研究显示，PRL瘤的病人下丘脑多巴胺水平并无下降，提示下丘脑抑制因子的缺乏在垂体腺瘤的发病中可能不起重要的作用。
外周靶腺激素水平的下降可减弱其对垂体的抑制作用，从而促进相应的垂体细胞的增生，如Cushing病患者切除双侧肾上腺后可使原已存在的ACTH微腺瘤转变成大腺瘤(Nelson综合征)，有研究指出，原发性性腺功能减退者垂体腺瘤的发病率并不高于普通人群;原发性甲状腺功能减退者虽有TSH细胞的增生但罕有TSH瘤，这些提示外周靶腺激素的缺乏不是垂体腺瘤发生的始动因素。
近年，一些学者运用分子生物学技术对垂体腺瘤细胞的克隆性作了研究，这使得人们对垂体腺瘤的发生机制有了新的认识，根据下丘脑调节失常学说，垂体腺瘤应为多克隆起源;根据垂体起源学说，垂体腺瘤应为单克隆起源，Alexander等的研究表明，几乎所有垂体腺瘤都是单克隆起源的，这一结果有力地支持了垂体起源学说，然而，这并不意味着下丘脑调节机制失常在垂体腺瘤的发生中不起作用，事实上，垂体腺瘤的发生可能是多阶段的(multistage)，其始因为垂体细胞的内在异常(如基因突变)，在此基础上如下丘脑调节机制发生紊乱则进一步刺激垂体细胞的增殖，最后形成肿瘤，下丘脑调节机制失常可能为形成垂体腺瘤的促进因素，但是，长期过量的下丘脑促垂体释放激素的刺激可诱使相应的垂体细胞发生突变，这可解释何以下丘脑促垂体激素瘤能引起相应的垂体腺瘤。
随机尸检和用高分辨率MRI所作的人群普查结果表明，微小的无症状垂体腺瘤是相当常见的(约10%)，但临床显性垂体腺瘤的患病率则很低(1/500～1/1000)，这说明垂体内在异常作为垂体腺瘤发生的始发事件是相当常见的，但必须同时合并存在其他的促进垂体细胞增生的因素方可进一步形成显性垂体腺瘤，影响垂体细胞增生的因素可能也不限于下丘脑激素或因子，垂体局部的自分泌/旁分泌因子及某些性腺肽类也起着重要的作用，它们可能也参与垂体腺瘤的发生发展。
有一些研究认为垂体腺瘤与病毒感染有关，有报道称，接种鼠多瘤病毒的小鼠易发生垂体腺瘤;多瘤中间T抗原(polyomamiddle T antigen)转基因小鼠也易患垂体腺瘤，但这些研究未能为人类的流行病学资料所证实，说明病毒感染与人类垂体腺瘤的关系不大。
术中看到的正常垂体为橘红色，质韧,而腺瘤常为紫红色且质软，有的呈烂泥状，当有变性时，瘤组织可呈灰白色;有的伴瘤组织坏死，出血或囊性变，在光镜下结合尸检材料，垂体腺瘤外有边界，但无包膜，大的腺瘤部分可以垂体的硬膜为包膜，瘤组织不同于腺垂体组织，一般说，瘤细胞形态较一致，但呈圆形，立方形或多角型的瘤细胞的大小差异很大：小的与淋巴细胞相似，仅在核外有少量胞质，这些多是未分化的干细胞;大的胞质较多，其中可充满一些颗粒或呈泡沫状，瘤细胞的大小较一致，亦常见大核和双核，偶尔环状核即核凹入，把一部分胞质包入核内，很少看到核分裂。
