鄒經緯 凌月福

[摘要] 研究發(fā)現(xiàn)褪黑素具有廣泛的生物學作用，對生物的晝夜節(jié)律、心血管循環(huán)系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)、泌尿系統(tǒng)和性成熟及生殖、免疫調節(jié)、抗氧化、抗腫瘤及衰老、眼部疾病等均具有重要調節(jié)作用。本研究對褪黑素的合成分泌、生物特性、作用機制等的研究進展以及對腎臟疾病的保護作用和臨床應用前景進行逐一綜述。

[關鍵詞] 褪黑素；研究進展；腎臟；保護作用

[中圖分類號] R-1；R34 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-0616（2013）05-51-04

褪黑素（melatonin，MLT）作為松果體分泌的激素之一，具有抗氧化作用，能保護細胞核DNA、膜脂質、細胞質蛋白等生物大分子免受氧化損傷，是目前已知的具有抗氧化作用的自由基清除劑[1]。本研究正是基于對褪黑素的最近的研究進展來對其特性進行全面的認識，從而探討其在臨床上對腎臟的抗氧化保護作用。

1 褪黑素

1.1 褪黑素的發(fā)現(xiàn)

褪黑素又名褪黑素、松果體素，化學名為N-乙酰-5-甲氧色胺，是脊椎動物腦中松果體腺（pineal gland）細胞合成和分泌的有較高生物活性的內源性吲哚類激素，一致被認為是地球上最古老的生物信號之一。早在1917年就有人觀察到蛙吃了牛松果體后其皮膚色澤會變白、變淺，Mc Cord和Allen于1958年也觀察到，如果將牛松果體提取物加入到蝌蚪的培養(yǎng)液中，蝌蚪的顏色也會變淺、變白，首次揭示了由松果腺細胞合成MLT的生物活性，開創(chuàng)了世界研究此物質的先列。后來Lerner于1959年首先從牛的松果體提取物當中純化出來一種物質，并確定了其結構和生物學活性，并首次命名為MLT，標志著對MLT研究的真正開始。

1.2 MLT的合成

研究發(fā)現(xiàn)哺乳動物和人類的松果體雖合成但不儲存褪黑素，當下丘腦視交叉上核（SCN）接受神經信息發(fā)放刺激信號后刺激機體交感神經細胞，其末梢會釋放去甲腎上腺素，它可以與松果體腺細胞膜上的腎上腺素能受體結合，繼而激活腺苷酸環(huán)化酶使細胞內的環(huán)腺苷酸升高，后又經色氨酸-5-羥化酶、芳香-L-氨基酸脫羧酶、N-乙酰轉移酶和羥基吲哚-O-甲基轉移酶等催化最終生成了褪黑素。而在整個催化生成褪黑素的過程過，芳香烷基胺N-乙酰轉移酶（AANAT）則起到了褪黑素生物合成通路上的重要限速酶的作用，它的活性的高低可以直接影響褪黑素生成量的多少。有研究顯示，羥甲基吲哚-氧-甲基轉移酶（HIOMT）仍可能參與調節(jié)褪黑素的合成節(jié)律，尤其是在影響光周期/季節(jié)對褪黑素夜間縫制的調控方面可能發(fā)揮重要作用[2]。

1.3 MLT的代謝

MLT的血漿半衰期很短，約為10 min，其代謝主要在肝和腦中進行。MLT合成后便迅速進入血液系統(tǒng)，與血漿蛋白結合，所含吲哚基團被水解并與硫酸結合，其中在肝實質細胞中，MLT在肝微粒體羥化酶的作用下生成6-羥基褪黑素，其中的70%～80%與硫酸根結合，然后5%則與肝細胞中的葡萄糖醛酸結合，最終以62-SMT的形式經腎臟排出。在松果體、腦室脈絡叢和大腦中，2，3-雙加氧酶對褪黑素進行分解代謝，最終生成L-犬尿氨酸。另外，視網膜中5-甲氧基色氨、5-甲氧基吲哚乙酸和5-甲氧基色醇分別是褪黑素脫去乙酸基、氨基后的最終生成物。

1.4 MLT的轉導途徑

在發(fā)揮生物學效應之前，作為激素之一的褪黑素必須首先分泌到體液中并以體液為媒介，然后與靶細胞、器官或組織中的特異性受體結合，經過下游一系列的細胞信號轉導過程，后證明此信號的轉導途徑是通過抑制性G蛋白偶聯(lián)受體介導，當配體與受體結合后，受體分子構象發(fā)生變化，引起對G蛋白的結合和激活，通過G蛋白效應器：腺苷酸環(huán)化酶（AC）、磷脂酶C（PLC）、磷脂酶A2（PLA2）和磷酸二酯酶（PDE）的作用催化生成或分解第二信使，整個過程主要通過受體-G-AC途徑、受體-G-PLC途徑等途徑，最終在機體細胞當中起到高效能的生物活性作用。

1.5 MLT的受體范圍

經長期研究發(fā)現(xiàn)，生物體組織和器官中廣泛分布著褪黑素受體，隨著人類對褪黑素研究進展的不斷深入，測定MLT受體的研究方法也在不斷更新，從最初Kopin等于1961年用合成氚標記MLT[3H-MLT]，到后來Vakkuri等在1984年在MLT的化學結構C2位置上使用碘標記應用放射配體結合法進行了研究，后來125I-MLT進行標記實驗成功的應用，從而使對外周組織MR的檢測成為了可能。Repper等人克隆出了哺乳動物體內兩種MR的受體亞型即MR1和MR2，從此，對MR進入了分子生物學的研究領域。研究發(fā)現(xiàn)，125I-MLT的最高的親和位點在生物體的下丘腦視交叉上核的（SCN）的位置，而受體密度最高的地方則出現(xiàn)在垂體的結節(jié)部。人體內其他組織器官上也都有MLT受體的高表達，Slominski等[3]發(fā)現(xiàn)在人皮膚組織角質細胞、黑素細胞、成纖維細胞及毛囊均存在特異的褪黑素受體。人類皮膚中褪黑素受體（MLT1、MLT2）均有表達，但MT1的表達占優(yōu)勢[4]。另外，實驗還發(fā)現(xiàn)在人的胚胎、心、肝、肺、腎、睪丸、前列腺及膀胱等組織中都有MRI受體的高表達，為以后對MLT在人體廣泛的研究提供了理論依據(jù)和實證。

1.6 MLT生物學特性概述

長期以來，人們認為褪黑素的生物作用主要是調節(jié)晝夜節(jié)律、睡眠覺醒生物節(jié)律相位轉換，改善睡眠，作為松果體分泌的激素之一，MLT具有對生物的晝夜節(jié)律、性成熟及生殖、衰老、免疫反應、腫瘤、氧化應激等均有調節(jié)作用[5]。

當外界的一些信號，比如光照等可以通過MLT向機體傳達關于晝夜節(jié)律的信息，而這些信息則用于機體一些生物節(jié)律的調節(jié)和控制，從而產生內分泌和神經內分泌效應來啟動機體激素和神經激素的合成與分泌，刺激免疫系統(tǒng)清除自由基，維持機體內其它激素的正常水平，從而預防心血管、呼吸、消化、泌尿、生殖、神經等系統(tǒng)及其他一些器官的功能紊亂，最終來維持機體的正常生理性活動。

2 褪黑素的生物節(jié)律特性

新近的研究表明，MLT具有明顯的晝夜節(jié)律性[6]。MLT分泌的節(jié)律性在許多生物學進程的時限控制方面發(fā)揮著關鍵的作用，其中最重要的是對新陳代謝的影響[7]。它對生物體各項生理機能正常運轉提供了內在的規(guī)律性，使得機體能夠在屬于自己的正常的內環(huán)境當中進行新陳代謝，表現(xiàn)出隨外界自然環(huán)境的變化而調節(jié)自身的生物節(jié)律，從而與其相適應達到人與自然的和諧生存。當正常的機體受到外界環(huán)境當中某些外源性的刺激時，機體的生物節(jié)律就會相應進行調整出現(xiàn)一些變化。研究表明，光照、溫度、飲食、社會因素、多種化學物質（如激素、維生素、氨基酸、血清等）對近日節(jié)律都具有重新調節(jié)設置的作用[8-10]。

研究表明，人和哺乳動物在正常的生理狀態(tài)下，血清當中MLT的分泌呈現(xiàn)“日低夜高”的節(jié)律性波動，一天當中午夜2：00～3：00分泌的最高峰。研究還發(fā)現(xiàn)，在高齡人群當中，隨著松果體的鈣化程度的增加褪黑素的生物合成和分泌的速率則呈相對應的下降趨勢，說明MLT與年齡的大小密切相關。這種規(guī)律性的變化與外界環(huán)境光照也密切相關，是影響其分泌的主要因素之一，黑暗促進其分泌，光照抑制其分泌。大量研究證明[11-12]在生物體中，松果體能根據(jù)外界光照產生分泌調節(jié)。在整個調節(jié)過程中松果體腺細胞可以將接收的光信號進行換能后轉換為機體內的神經分泌信號，由其所分泌的褪黑素在對下位接受神經分泌信號的靶器官的調節(jié)過程中，可以形成各種相應的生理效應，從而表現(xiàn)出身體機能的相應反應和表達。由此表明，在褪黑素作用于生物體表現(xiàn)出的生物節(jié)律性過程當中，外源性光照刺激對褪黑素的分泌和表達起到了重要的調節(jié)作用。

3 機體內的自由基

正常人體每天在新陳代謝下都會產生大量自由基，尤其是在應激狀態(tài)下，體內產生的自由基就會明顯增加。自由基是機體細胞呼吸及正常代謝過程中產生的高活性分子，具有一定的生理作用，如殺滅微生物、清除衰老死亡的細胞和腫瘤細胞以及參與炎癥反應等。當機體處于氧化應激時，如果自由基釋放過多或是機體清除自由基的能力下降，自由基就會損傷正常組織器官細胞內的脂質、蛋白質、核酸等主要物質，最終結果通過壞死或凋亡的方式引起細胞死亡，此過程也是臨床上許多疾病重要病理反應過程。

自由基引起機體缺血-再灌注損傷的機制如下：（1）膜脂質過氧化增強：自由基通過破壞膜的正常結構、間接抑制膜蛋白功能、促進自由基及其他生物活性物質生成、減少ATP生成等途徑。（2）蛋白質功能受抑制：在自由基的作用下，細胞結構蛋白和酶的巰基氧化形成二硫鍵，氨基酸殘基氧化，胞漿及膜蛋白和某些酶交聯(lián)形成二聚體或更大的聚合物，直接損傷蛋白質的功能。（3）核酸及染色體破壞：自由基對細胞的毒性作用主要表現(xiàn)為染色體畸變、核酸堿基改變或DNA斷裂。這種作用80%為OH.所致，因OH.易與脫氧核糖核酸及堿基反應并使其結構改變。

4 腎臟缺氧缺血時的變化

氧是生命活動中的必需物質，在機體內主要由血液攜帶和血液循環(huán)運輸。當組織供養(yǎng)減少或者利用氧障礙時就會引起細胞代謝、功能和形態(tài)結構發(fā)生異常變化，此病理過程稱為缺氧。缺氧是造成細胞損傷的最常見原因之一，存在于多種疾病的病理過程當中。機體可以代償組織當中的輕度缺氧，但是當長期慢性缺氧時機體失去代償能力時，此時會出現(xiàn)細胞的功能和代謝紊亂，甚至是組織結構的破壞。人體內的各個器官對缺氧的耐受性也不盡相同，缺氧的最初，心和腦組織中會生成大量的乳酸、腺苷等擴血管物質，同時由于對缺氧高敏感的心腦血管平滑肌細胞膜的鉀離子和鈣離子通道開放，鉀外向電流增加導致細胞膜去極化增強，鈣離子內流減少，血管平滑肌松弛導致血管擴張，從而為心、腦等主要生命器官提供更多的氧量。

由于在腎臟血管中含有較高密度的α-腎上腺素能受體，對兒茶酚胺敏感性較其他組織和器官高，導致腎臟血管收縮明顯，供血量明顯減少，更加劇了腎臟的缺氧狀態(tài)，形成了腎臟缺氧缺血的惡性循環(huán)。長期的缺氧狀態(tài)下，細胞膜在鈉離子內流、鉀離子外流和鈣離子內流的機制下導致?lián)p傷，鈣離子內流的增加可激活磷脂酶促進膜磷脂的降解的增加，從而進一步對細胞膜和細胞器膜造成了不可逆的損傷，促進氧自由基的生成，自由基的生成則更加劇了對細胞的破壞過程。在嚴重的缺氧狀態(tài)下，細胞內線粒體利用氧障礙，分別在氧化應激、鈣穩(wěn)態(tài)紊亂、線粒體結構受損的機制下ATP生成進一步減少，線粒體腫脹、崩解、外膜破裂和基質外溢。惡性循環(huán)當中，由于酸中毒和鈣超載激活磷脂酶，細胞內溶酶體的穩(wěn)定性也隨之降低，通透性增加，溶酶體膜破裂，溶酶體酶隨之進入血液循環(huán)，從而造成腎臟更加廣泛的細胞損傷。

研究發(fā)現(xiàn)，腎臟在缺氧缺血狀態(tài)下，如果能夠對其及時進行血液再灌注，部分患者可以使腎臟組織器官功能得到恢復，損傷的組織結構也可以得到修復，但有時缺氧缺血再灌注后組織和器官的功能結構不但沒有恢復，反而使其功能障礙和結構損傷的情況加重，甚至出現(xiàn)不可逆的損傷現(xiàn)象我們稱之為缺血-再灌注損傷（ischemia-reperfusion injury）。腎臟缺血-再灌注損傷時經黃嘌呤氧化酶形成增多、白細胞聚集激活并介導細胞核微血管損傷、線粒體功能受損、兒茶酚胺增多并氧化、鈣超載、炎癥反應等機制導致腎臟代謝紊亂、功能障礙和結構損傷變化，可觀察到細胞線粒體高度腫脹、變形、排列紊亂甚至崩解、空泡形成等，其中以急性腎小管壞死最為嚴重，進一步可發(fā)展為急性腎功能衰竭（CRF），CRF是多種慢性腎臟疾病遷延不愈，最終腎功能嚴重受損，代謝及水電解質和酸堿平衡失調引起的全身多器官和系統(tǒng)損害的一種臨床綜合征?；颊哐逯屑◆?、血尿素氮（BUN）、血β2-微球蛋白等關于腎小球、腎小管功能的相關因子增多，尿中α1-微球蛋白、尿β2-微球蛋白含量也會增加，腎組織髓過氧化物酶（MPO）、丙二醛（MDA）、琥珀酸脫氫酶（SDH）、乳酸脫氫酶（LDH）等酶也都有明顯的變化。

5 褪黑素對缺氧缺血性腎臟的保護作用

5.1 褪黑素清除自由基的機制

研究顯示，褪黑素作為強效抗氧化劑，對5/6腎切除所致的慢性腎衰竭大鼠模型有改善腎功能、緩解殘腎腎間質纖維化和延緩腎小球硬化的作用[13]。褪黑素的主要的藥理作用是清除自由基，所作用的反應是一種不可逆的抗氧化反應，其在被氧化過程中所產生的各級中間代謝產物都有顯著的抗氧化的能力，有的產物本身的作用甚至超過MLT本身，能夠形成逐級放大的抗氧化效應，即使少量的MLT就可達到顯著的抗氧化效應。MLT可有效清除機體化學反應中產生的氧自由基，亦可抑制過氧化氫引起的過氧化脂質含量的升高，且MLT清除過氧化脂質的作用較維生素E，谷胱甘肽（GSH）、甘露醇均強，分別是維生素E、谷胱甘肽和甘露醇的2倍和5～14倍。

研究發(fā)現(xiàn)，褪黑素具有脂溶性和水溶性，很容易進入細胞和亞細胞器，可直接淬滅ROS，能保護細胞核DNA、膜脂質、胞質蛋白等生物大分子免受氧化損傷，使SOD、谷胱甘肽過氧物酶（GSH-Px）等抗氧化酶的生成增加和活性增加[14]，減輕腎臟病理損傷，保護腎臟，與文獻報道相一致[15]。研究表明，MLT抗自由基機制主要有兩種：一方面MLT可直接清除最具危害性的OH；另一方面MLT可以通過增強機體自由基清除系統(tǒng)的能力從而發(fā)揮其抗自由基的作用，從而抑制細胞死亡或凋亡的發(fā)生。

5.2 褪黑素的抗炎作用

當機體受到外源性和內源性的損傷因子的攻擊破壞時，機體此時就會發(fā)生一系列復雜的以防御為主的反應，稱之為炎癥。很多炎性因子比如，IL-1、8，TNFα、β等都參與了炎癥反應的介導過程。研究發(fā)現(xiàn)MLT在有抗氧化作用的同時，還具有顯著的抗炎作用[16-17]。Carrillo等[18]報道，在感染性休克的大鼠模型中，通過腹腔注射MLT可以提高抗炎因子L-10的釋放，降低TNF-α、IL-12濃度，增加其生存率。

6 展望

動物實驗研究顯示，長期慢性缺氧導致腎臟在缺血再灌注的早期即出現(xiàn)腎小球和腎小管功能的損害，臨床上急性腎衰竭的病死率較高，降低了人們的生活質量并且對人類的健康和生命構成了嚴重威脅。MLT是體內由松果體分泌的一種重要的神經內分泌激素，研究證明褪黑素具有強抗自由基氧化功能。褪黑素對腎臟損傷的保護作用與其抗氧化、抗炎和改善血液流變學化有著密切的關系，近年來在對腎臟缺氧狀態(tài)下造成的缺血-再灌注損傷的研究中取得的研究進展中獲知MLT作為高效的抗氧化劑和自由基清除劑對腎臟缺血-再灌注損傷有著重要的保護作用。從以上研究得知，褪黑素所表現(xiàn)出來的生理功能多樣性和使用安全性的特點，在以后的臨床研究上將有著重要的應用價值和廣泛的前景。

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（收稿日期：2013-02-18）