¿La falta de sueño causa un desequilibrio hormonal?

Sí lo hace. La primera hormona que se verá afectada es el cortisol. La curva de cortisol está fuertemente relacionada con el ritmo circadiano. Si esto se altera, se reflejará inmediatamente en la curva de cortisol, que será elevada.
Algunas otras hormonas a ser afectadas son insulina, leptina y hormona tiroidea; estos niveles también aumentan.

Los efectos de la falta de sueño en los niveles de hormonas son muy complejos. Causa una cascada de interacciones, y al final todos los niveles de hormonas se verán afectados.