何宗亮

(南京市畜牧家禽科學(xué)研究所 江蘇 南京 210036)

禽類褪黑激素的研究進(jìn)展*

何宗亮

(南京市畜牧家禽科學(xué)研究所 江蘇 南京 210036)

褪黑激素（MT）主要是由松果腺分泌的吲哚類激素，光信號(hào)是調(diào)控MT合成的一個(gè)主要因素，自然或人為控制明暗交替的光照循環(huán)條件下，黑暗引起分泌量降低，光照引起分泌量升高。MT具有廣泛的生物學(xué)功能，綜述了禽類MT的生物合成、分泌、調(diào)節(jié)及其免疫、生殖和抗應(yīng)激的生物學(xué)功能。

褪黑激素；松果腺；光照；生物學(xué)功能

褪黑激素（Melatonin,MT）主要是有松果腺分泌的吲哚類激素，同時(shí)在脊椎動(dòng)物的視網(wǎng)膜也有一定程度的分泌，在生物鐘的調(diào)控下表現(xiàn)出日節(jié)律性和季節(jié)節(jié)律性分泌的規(guī)律，光信號(hào)是調(diào)控MT合成關(guān)鍵因素，表現(xiàn)出夜晚分泌量高，白天分泌量低的特點(diǎn)[1]，通過與其受體結(jié)合發(fā)揮著各種生物學(xué)功能，例如：控制季節(jié)性繁殖動(dòng)物的繁殖活動(dòng)、調(diào)控生理節(jié)律、飼料消耗、體溫、能量代謝、免疫等。大量的研究表明人工控制光照能調(diào)控MT的分泌模式[2]，在禽類的生產(chǎn)中人工控制光照，就是運(yùn)用光照調(diào)控MT的分泌，進(jìn)而調(diào)控MT對(duì)禽類免疫和繁殖等生理活動(dòng)的影響；本文主要根據(jù)禽類MT的特點(diǎn)，綜述了禽類 MT合成、分泌特征、生物調(diào)控及其生物學(xué)功能。

1 MT的結(jié)構(gòu)及合成途徑

褪黑激素（MT）主要是由松果體分泌的一種吲哚類激素，Lerner[3]于1958年從肉牛松果體中首次分離出這一化合物，并鑒定其化學(xué)結(jié)構(gòu)為N-乙酰-5-甲氧基色氨，其前體是5-羥基色氨酸，是一種小分子脂溶性物質(zhì)，分子式為：C13H16N2O2，分子量為232，在20世紀(jì)20年代，McCord和Allen發(fā)現(xiàn)牛松果體的提取物能使蝌蚪皮膚黑色素發(fā)生凝聚反應(yīng)而褪色變白，因而得名為褪黑激素。

MT除了在松果腺合成外，視網(wǎng)膜、眼眶腔的副淚腺和唾液腺等都能合成分泌。禽類松果體細(xì)胞合成MT是L-色氨酸在色氨酸羥化酶（TPH）、芳香族氨基酸脫羧酶（AADC）、5-羥基色胺-N-乙酰轉(zhuǎn)移酶 （AANAT）和羥基吲哚-氧-甲基轉(zhuǎn)移酶（HIOMT）的一系列酶促反應(yīng)下合成的，其中AANAT被認(rèn)為是MT合成中的關(guān)鍵酶，控制著整個(gè)酶促反應(yīng)的速率，調(diào)控MT的生物合成[4,5]。禽類和其他哺乳動(dòng)物一樣，體內(nèi)5-羥色胺（5-HT）濃度變化與日節(jié)律相反，即白天增多夜間急劇減少[1,6]。

2 禽類MT的分泌特征

大量的研究表明MT在生物體內(nèi)的分泌呈晝夜、季節(jié)變化規(guī)律，而研究最成熟的是MT的晝夜分泌規(guī)律，即MT的近日節(jié)律分泌規(guī)律，禽類的松果腺在胚胎期就表現(xiàn)出白天分泌MT的量較多，而夜間分泌量下降的規(guī)律[7]，生物體的近日節(jié)律具有以下共同特點(diǎn)：①廣泛性，從單細(xì)胞生物到哺乳動(dòng)物均存在近日節(jié)律，而且高級(jí)生物在整體、系統(tǒng)、器官、細(xì)胞和分子水平均存在近日節(jié)律；②內(nèi)源性，近日節(jié)律是機(jī)體內(nèi)在固有的，在外界環(huán)境條件恒定的情況下，近日節(jié)律仍然存在；③可調(diào)性，外界環(huán)境，如：光暗循環(huán)等，能夠影響內(nèi)在的近日節(jié)律，機(jī)體通過近日節(jié)律的重置效應(yīng)，使內(nèi)在的近日節(jié)律與外界環(huán)境同步。

禽類MT晝夜節(jié)律性分泌受光周期變化的影響[1]，光照信息通過以下途徑到達(dá)松果體：光照-視交叉-視交叉上核(SCN)-下丘腦室周區(qū)和結(jié)節(jié)區(qū)-(經(jīng)后腦頂蓋背側(cè))-脊髓的胸段-脊髓節(jié)前交感神經(jīng)束-頸上神經(jīng)節(jié)-節(jié)后交感神經(jīng)纖維-松果體的實(shí)質(zhì)細(xì)胞。Zawilska等（2006）[6]研究發(fā)現(xiàn)火雞的松果體和視網(wǎng)膜MT在明暗交替的光照條件下，MT在光照階段濃度最低，在黑暗階段濃度最高，血漿MT同樣有類似的節(jié)律性變化；同時(shí)還發(fā)現(xiàn)突然的光照能使夜間火雞的松果體、視網(wǎng)膜和血漿中的MT急劇下降，表明火雞松果體和視網(wǎng)膜MT的節(jié)律性受到光照和內(nèi)源性生理節(jié)律時(shí)鐘調(diào)控，環(huán)境的光照可能是維持MT高振幅的主要因素，在其他禽類松果體同樣也表現(xiàn)出類似的MT分泌規(guī)律[1,6]。

一般認(rèn)為，哺乳動(dòng)物出生后體內(nèi)才開始MT的生物合成，而禽類的MT在胚胎時(shí)期就可以檢測(cè)到[8]，Csernus等（2007）[9]用光刺激不同發(fā)育階段的雞胚胎，檢測(cè)了MT的分泌和Cry1、Cry2、Clock、Bmal2時(shí)鐘基因的mRNA水平，發(fā)現(xiàn)：①環(huán)境光照最早能刺激孵化至13日齡的胚胎分泌MT；②在環(huán)境周期性的光照的條件下，孵化到16-18日齡的胚胎能建立起MT日節(jié)律性的釋放；③15日齡的雞胚胎腺體能檢測(cè)到Cry1、Cry2、Clock和Bmal2時(shí)鐘基因的mRNA；盡管MT的分泌和時(shí)鐘基因早已檢測(cè)到，但是MT的日節(jié)律性要到孵化后17日齡的胚胎才能夠出現(xiàn)。

3 禽類MT的生物調(diào)控

禽類和其他哺乳動(dòng)物一樣，光信號(hào)影響松果腺M(fèi)T的合成和釋放，進(jìn)而調(diào)控其自身的生理節(jié)律， 禽類通過兩個(gè)光色素分子 （Pinopsin和melanopsin）調(diào)控光信號(hào)對(duì)松果體的影響，進(jìn)而調(diào)控MT的分泌和釋放[10]，并且在12h光照和12h黑暗的循環(huán)光照條件下，由光照轉(zhuǎn)入黑暗階段的兩個(gè)光色素基因（photopigment gene）表達(dá)量是黑暗階段的5倍[11]?？梢钥闯龉庑盘?hào)是通過調(diào)控光色素基因的表達(dá)，進(jìn)而調(diào)控松果腺M(fèi)T的合成。

生物體內(nèi)時(shí)鐘基因也可以產(chǎn)生和控制晝夜節(jié)律的運(yùn)轉(zhuǎn)，維持振蕩系統(tǒng)持續(xù)性并與環(huán)境周期協(xié)調(diào)同步；在自然狀態(tài)下，生物鐘接受外界光-暗周期信號(hào)，調(diào)整自身的位相，與外界環(huán)境保持同步，動(dòng)物體內(nèi)的生物鐘基因啟動(dòng)后，經(jīng)轉(zhuǎn)錄和翻譯生成相應(yīng)的蛋白質(zhì)，當(dāng)此蛋白質(zhì)濃度達(dá)到一定程度，反饋?zhàn)饔糜谧陨砘虻膯?dòng)部位，使其濃度高低以 24h周期進(jìn)行振蕩[12]。大量的研究表明松果腺分泌的MT的節(jié)律性振蕩包含了時(shí)鐘基因的調(diào)控[13]，禽類的 Cry1、Cry2、Clock、Bmal2時(shí)鐘基因的mRNA在胚胎時(shí)期就可以檢測(cè)到[9]，并且時(shí)鐘基因在禽類的中央神經(jīng)系統(tǒng)及外周組織、松果腺和視網(wǎng)膜都有表達(dá)，以24h為周期的節(jié)律性振蕩[14]，Yamamoto等 （2001）[15]發(fā)現(xiàn)雞松果腺 Cry1和Cry2基因的mRNA水平在光照條件下高水平表達(dá)，而在黑暗時(shí)低水平表達(dá)，與MT的日節(jié)律性分泌規(guī)律相反，禽類是通過自身的光感受器調(diào)控Cry1和Cry2基因的表達(dá)，表明光信號(hào)可以調(diào)控時(shí)鐘基因的表達(dá)來調(diào)控禽類松果腺日節(jié)律的震蕩，進(jìn)而間接對(duì)MT的分泌進(jìn)行調(diào)控。

禽類就巢時(shí)下丘腦多巴胺（DA）和5-羥色胺（5-HT）的活性顯著增強(qiáng)，表明體內(nèi)的DA和5-HT能促進(jìn)催乳素（PRL）的合成和分泌引起禽類就巢。Zawilska等（2003）[16]發(fā)現(xiàn)突然的光照會(huì)增加夜間鴨子視網(wǎng)膜DA和二羥基苯丙氨酸（DOPAC，多巴胺的代謝物）水平，同時(shí)使N-乙酰轉(zhuǎn)移酶（AANAT）活性和MT的含量降低，表明了禽類MT在調(diào)控對(duì)光適應(yīng)性的同時(shí)會(huì)影響DA和DOPAC的濃度，禽類多巴胺類激素和5-HT與MT在體內(nèi)是相反調(diào)控關(guān)系[6]。

垂體腺苷酸環(huán)化酶激活肽（PACAP）在動(dòng)物體內(nèi)分布廣泛，主要分布在神經(jīng)系統(tǒng)和胃腸道組織內(nèi)，具有促進(jìn)動(dòng)物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化吸收、垂體激素分泌、提高動(dòng)物繁殖性能、提高動(dòng)物的免疫力等功能。Nakahara（2002）[17]和Csernus（2004）[18]等研究顯示PACAP能夠增加禽類松果體MT的釋放量，但并不影響光誘導(dǎo) MT分泌節(jié)律相位的提前和推遲，表明PACAP參與了禽類MT的釋放過程，而不影響其生理節(jié)律振蕩系統(tǒng)。

4 禽類MT的生物學(xué)功能

4.1 MT與免疫 哺乳動(dòng)物MT可以通過與免疫器官和細(xì)胞中受體結(jié)合，提高動(dòng)物的免疫器官和細(xì)胞中免疫因子的活性，增強(qiáng)免疫功能。大量的研究表明禽類MT同樣有增強(qiáng)免疫的功能，Brennan等（2002）[19]發(fā)現(xiàn)MT不但能夠提高性成熟前公雞血液中白細(xì)胞的含量，而且還能夠增加B淋巴細(xì)胞和T淋巴細(xì)胞的活性，同時(shí)對(duì)體重沒有任何的影響。

MT對(duì)炎癥的發(fā)生和惡化都有抑制作用，Majewskia等（2005）[20]研究發(fā)現(xiàn)MT對(duì)2-硫代乙二醇誘導(dǎo)的腹膜炎作用分兩個(gè)階段，首先是阻礙腹膜炎繼續(xù)惡化，降低腹膜炎白細(xì)胞的數(shù)量和細(xì)胞內(nèi)活性氧水平（抗炎作用），然后提高腹膜炎白細(xì)胞數(shù)量和細(xì)胞內(nèi)活性氧水平，提高機(jī)體對(duì)腹膜炎的抵抗功能。另外，禽類的MT在胚胎時(shí)期就可以發(fā)揮提高免疫功能的作用。Moore等（2005）[21]在孵化前的第4天，將MT注入火雞胚胎的氣囊中，發(fā)現(xiàn)MT可以加速火雞胚胎的細(xì)胞免疫和體液免疫反應(yīng)，并且在孵化21d后免疫反應(yīng)提高非常明顯。

4.2 MT與繁殖 通過縮短光照和持續(xù)性注射MT的方法，提高機(jī)體的內(nèi)源性MT含量，可以抑制動(dòng)物的性腺活動(dòng)，使性腺萎縮。Lewis等（2006）[22]研究發(fā)現(xiàn)禽類育成期長(zhǎng)時(shí)間的強(qiáng)光照，其性成熟提前，縮短光照時(shí)間能使其性成熟推遲，可能MT是通過對(duì)下丘腦和性腺的作用使禽類的性成熟推遲。所以在禽類的飼養(yǎng)過程中，育成期一般控制光照時(shí)間，給于短光照，使禽類的性成熟適當(dāng)推遲并保持一致，待體格發(fā)育完善進(jìn)入開產(chǎn)期后，逐步延長(zhǎng)光照時(shí)間，刺激性腺的發(fā)育，刺激卵巢的活動(dòng)，增加排卵數(shù)。

MT除了影響性成熟，還對(duì)禽類的性激素有抑制作用，Rozenboim等（2002）[23]用注射 MT的方法發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)組白來航公雞血漿LH水平顯著下降，表明過量的MT對(duì)禽類LH分泌有抑制作用，MT可通過下丘腦-垂體-性腺（HPG）軸，在下丘腦水平上調(diào)節(jié)促性腺激素的分泌，進(jìn)而影響生殖系統(tǒng)功能，也能直接調(diào)節(jié)性腺激素合成和分泌。

4.3 MT與應(yīng)激 在畜牧生產(chǎn)上應(yīng)激隨時(shí)都可以發(fā)生，由應(yīng)激引起的 PSE （pale灰白的，soft柔軟的，exudative滲水的）肉給養(yǎng)豬生產(chǎn)、豬肉加工和銷售造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。在禽類生產(chǎn)過程中應(yīng)激也很普遍，而且肉雞對(duì)應(yīng)激反應(yīng)比蛋雞小，引起這種差異可能與MT分泌水平有關(guān)，實(shí)驗(yàn)表明MT可以通過下丘腦-垂體-腎上腺軸的調(diào)控，減緩應(yīng)激效應(yīng)，提高抗應(yīng)激能力，Saito等（2005）[24]發(fā)現(xiàn)在12h光照和12h黑暗交替的光照（LD）制度下，剛出殼肉雞的松果體、腦干、端腦和視神經(jīng)葉中的MT濃度高于蛋雞，然而在24h的光照條件下肉雞和蛋雞MT的濃度沒有差異。MT具體的抗應(yīng)激機(jī)理和功能還需要進(jìn)一步的研究。

4.4 其他 MT在季節(jié)繁殖動(dòng)物可以促進(jìn)毛皮的生長(zhǎng)，還有在其他哺乳動(dòng)物有催眠、鎮(zhèn)痛和抗自由基等作用，而這些功能在禽類MT的研究中未見報(bào)道，但是，MT對(duì)禽類發(fā)育過程中小腦形態(tài)結(jié)構(gòu)[25]和顆粒細(xì)胞發(fā)育[26]都有很重要的作用，同時(shí)MT可以通過對(duì)鹽腺本身直接作用抑制鴨子鹽腺的分泌[27]。

5 問題與展望

MT的生物學(xué)功能很廣泛，在人類和其他哺乳動(dòng)物研究較為深入，而禽類與其他哺乳動(dòng)物的最大區(qū)別在于禽類是卵生動(dòng)物，胚胎的發(fā)育需要經(jīng)過體內(nèi)發(fā)育和體外發(fā)育兩個(gè)過程，所以，MT在禽類胚胎中的作用機(jī)理還需要進(jìn)一步研究；禽類MT的有些功能例如對(duì)生長(zhǎng)發(fā)育過程中體組成、抗應(yīng)激、精子的保存和受精率等影響有待于進(jìn)一步的研究；同時(shí)，外源MT在禽類生產(chǎn)上的應(yīng)用還不成熟。

隨著對(duì)禽類MT研究的逐漸深入，禽類MT的作用機(jī)理及其調(diào)控機(jī)理逐漸明理化后，可以為解決禽類生產(chǎn)上的一些實(shí)際問題提供科學(xué)依據(jù)，使MT運(yùn)用到禽類生產(chǎn)成為可能。

[1] Zawilska JB,Berezińska M,Rosiak J,et al.Daily variation in the concentration of melatonin and 5-methoxytryptophol in the goose pineal gland,retina,and plasma[J].Gen Comp Endocrinol,2003,134(3): 296-302.

[2] Zawilska JB,Lorenc A,Berezińska M,et al.Diurnal and circadian rhythms in melatonin synthesis in the turkey pineal gland and retina[J]. Gen Comp Endocrinol,2006,145(2):162-168.

[3] Lerner AB.Structure of Melatonin[J].J Am Chem Soc,1959,81:6084-6087.

[4] Zatz M,Gastel JA,Heath JR,et al.Chick pineal melatonin synthesis:lightand cyclic AMP control abundance of serotonin Nacetyltransferase protein[J]. J Neurochem,2000,74:2315-21.

[5] Herichová I,Zemana M,Macková M,et al.Rhythms of the pineal N-acetyltransferase mRNA and melatonin concentrations during embryonic and post-embryonic development in chicken [J]. Neuroscience Letters,2001,298(2):123-126.

[6] Zawilska JB, Rosiak J, Vivien-Roels B, et al. Effects of Cycloheximide and Aminophylline on 5-Methoxytryptopholand Melatonin Contents in the Chick Pineal Gland[J].Gen Comp Endocrinol,2000, 120(2):212-219.

[7] Faluhelyi N,Csernus V.The effects of environmental illumination on the in vitro melatonin secretion from the embryonic and adult chicken pineal gland [J].Gen Comp Endocrinol,2007,152,(2-3):154-158.

[8] Akasaka K,Nasu T,Katayama T,et al.Development of regulation of melatonin release in pinealcells in chick embryo[J].Brain Research,1995,692(1-2): 283-286.

[9] Csernus VJ,Nagy AD,Faluhelyi N.Development of the rhythmic melatonin secretion in the embryonic chicken pineal gland[J].Gen Comp Endocrinol,2007, 152(2-3):148-153.

[10] Natesan A,Geetha L,Zatz M.Rhythm and soul in the avian pineal[J].Cell Tissue Res,2002,309(1): 35-45.

[11] Holthues H,Engel L,Spessert R,et al.Circadian gene expression patterns of melanopsin and pinopsin in the chick pineal gland[J].Biochem Biophys Res Commun,2005,326(1):160-165.

[12] Ripperger JA,Schibler U.Circadian regulation of gene expression in animals.Curr Opin Cell Biol, 2001,13(3):357-362.

[13] Rekasi Z,Horvath RA,Klausz B,et al.Suppression of serotonin N-acetyltransferase transcription and melatonin secretion from chicken pinealocytes transfected with Bmal1 antisense oligonucleotides containing locked nucleic acid in superfusion system[J].Mol Cell Endocrinol,2006,249(1-2):84-91.

[14] Bailey MJ,Chong NW, Xiong J,et al.Chickens' Cry2:molecular analysis of an avian cryptochrome in retinal and pineal photoreceptors[J].FEBS Letters,2002,513(2-3):169-174.

[15] Yamamoto K,Okano T,Fukada Y.Chicken pineal Cry genes:light-dependent up-regulation of cCry1 and cCry2 transcripts[J].Neuroscience Letters,2001, 313(1-2):13-16.

[16] Zawilska JB,Berezińska M,Rosiak J,et al.The relationship between melatonin and dopamine rhythmsin the duck retina [J]. Neuroscience Letters,2003,347(1):37-40.

[17] Nakahara K,Abe Y,MurakamiT,etal.Pituitary adenylate cyclase-activating polypeptide (PACAP) is involved in melatonin release via the specific receptor PACAP-r1,but not in the circadian oscillator,in chick pineal cells[J].Brain Research, 2002,939(1-2):19-25.

[18] Csernus V,Józsa R,Reglodi D,Hollosy T,et al.The effect of PACAP on rhythmic melatonin release of avian pineals[J].Gen Comp Endocrinol,2004,135 (1):62-69.

[19] Brennan CP,Hendricks GL,El-Sheikh TM,et al. Melatonin and the Enhancement of Immune Responsesin ImmatureMaleChickens[J].Poultry Science,2002,81(3):371-375.

[20] Majewskia P,Dziwinskia T,Pawlaka J,et al.Antiinflammatory and opioid-mediated effects of melatonin on experimental peritonitis in chickens [J].Life Sciences,2005,76(17):1907-1920.

[21] Moore CB,Siopes TD.Enhancement of cellular and humoral immunity following embryonic exposure to melatonin in turkeys[J]. Gen Comp Endocrinol,2005,143(2):178-183.

[22] Lewis PD,Middleton BA,Gous RM.ExogenousMelatonin Modifies Rate of Sexual Maturation in Domestic Pullets.Poultry Science,2006,85(1): 117-122.

[23] Rozenboim I,Aharony T,Yahav S.The Effect of Melatonin Administration on Circulating Plasma Luteinizing Hormone Concentration in Castrated White Leghorn Roosters[J].Poultry Science,2002, 81(9):1354-1359.

[24] Saito S,Tachibana T,Choi YH,et al.ICV melatonin reduces acute stress responses in neonatal chicks [J].Behavioural Brain Research,2005,165(2): 197-203.

[25] Tun?AT,Turgut M,Aslan H,et al.Neonatal pinealectomy induces Purkinje cellloss in the cerebellum of the chick:A stereological study[J]. Brain Research,2006,1067(1):95-102.

[26] Tun?AT,Aslan H,Turgut M,et al.Inhibitory effect of pinealectomy on the development of cerebellar granule cells in the chick: A stereological study[J]. Brain Res, 2007, 1138: 214-220.

[27] Hughes MR,Bennett DC,Gray DA,et al.Influences of sex and saline intake on diurnal changes in plasma melatonin and osmoregulatory hormones of Pekin ducks[J]Gen Comp Endocrinol,2006,149 (2):205-214.

Research Progress in Melatonin of Poultry

HE Zong-liang
（Nanjing Institute of Animal Husbandry and Poultry Science,Nanjing,210036,Jiangsu,China)

Melatonin is an indoleamine hormone produced by the pineal gland, light is one of the key regulators of melatonin synthesis with high levels during the dark phase and low levels during the light phase of a natural or imposed light-dark (LD) illumination cycle. Melatonin has many biological actions,the melatonin synthesis,secrete,regulate and biological actions including immunity,reproduce and stress in avian species were suggest in this paper.

melatonin;pineal gland;light;biological action

S831.2

A

1673-1085（2017）03-0047-05

2017-02-11

國(guó)家水禽產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系(CARS-43-32)。

何宗亮(1984-),男,安徽樅陽人,碩士研究生,從事家禽遺傳育種與繁育方面的研究。