郭躍躍,宋興超,王海軍,邢秀梅,張宇飛,徐 超*,趙家平*

(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院特產(chǎn)研究所，農(nóng)業(yè)部特種經(jīng)濟(jì)動(dòng)物遺傳育種與繁殖重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，吉林省特種經(jīng)濟(jì)動(dòng)物分子生物學(xué)省部共建國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,吉林長(zhǎng)春 130112；2.吉林省野生動(dòng)物救護(hù)繁育中心，吉林長(zhǎng)春 130119)

1958年，皮膚病專家Lerner首次從牛的松果體提取物中純化得到一類激素，這類激素可以凝聚兩棲動(dòng)物和魚類中的色素使其皮膚顏色變淺，因此被命名為褪黑素[1]。研究證明，褪黑素是廣泛存在于原核生物、單細(xì)胞生物、真菌、植物和動(dòng)物中的一種吲哚胺類分子，主要是由哺乳動(dòng)物和人類的松果體產(chǎn)生。褪黑素屬于吲哚雜環(huán)類化合物，又被稱為松果體素、松果腺素、美拉酮寧、抑黑素、褪黑激素、褪黑色素。褪黑素合成后，儲(chǔ)存在松果體內(nèi)，交感神經(jīng)興奮支配松果體細(xì)胞釋放褪黑素入血。褪黑素的分泌具有明顯的晝夜節(jié)律，白天分泌受到抑制，晚上分泌旺盛[2]。褪黑素最終在肝臟中代謝，肝細(xì)胞的損傷可影響體內(nèi)褪黑素的水平[3]。

根據(jù)理解前人的研究?jī)?nèi)容，本文對(duì)褪黑素的生物合成作簡(jiǎn)要介紹，圍繞褪黑素對(duì)毛皮動(dòng)物生產(chǎn)性能影響的作用機(jī)制，揭示褪黑素在毛皮動(dòng)物生長(zhǎng)中的作用，同時(shí)闡述了褪黑素對(duì)皮膚毛囊相關(guān)基因表達(dá)量的影響，以期為動(dòng)物毛皮品質(zhì)遺傳機(jī)制提供進(jìn)一步的研究思路[4]。

1 褪黑素的生成

褪黑素主要是由哺乳動(dòng)物的松果體合成的一種神經(jīng)內(nèi)分泌激素，其他合成部位包括皮膚、視網(wǎng)膜、血小板、胃腸道、哈德氏腺、皮膚眼眶腔的副淚腺、唾液腺、腸的嗜鉻細(xì)胞瘤以及紅細(xì)胞[5]。此外，某些變溫動(dòng)物的眼睛和腦部也可以合成少量的黑色素，但是合成量相對(duì)來說比較少。松果體合成褪黑素的過程如下：首先色氨酸在色氨酸羥化酶的催化作用下轉(zhuǎn)變成5-羥色氨酸；然后5-羥基色氨酸在芳香族氨基酸脫羧酶的催化作用下轉(zhuǎn)變成5-羥色胺；從5-羥色胺轉(zhuǎn)變成褪黑素可以分為兩條途徑。第一條途徑是5-羥色胺在N-乙?；D(zhuǎn)移酶和羥基吲哚氧-甲基轉(zhuǎn)移酶的作用下，經(jīng)過N-乙酰基-5-羥色胺轉(zhuǎn)變成N-乙?；?5-甲氧基色胺，即褪黑素；第二條途徑是5-羥色胺在羥基吲哚氧-甲基轉(zhuǎn)移酶的催化作用下轉(zhuǎn)變成5-甲氧基色胺，隨后在N-乙酰基轉(zhuǎn)移酶的作用下，5-甲氧基色胺被催化生成褪黑素[6]。哺乳動(dòng)物在出生后才開始合成褪黑素，目前世界上已經(jīng)可以人工合成褪黑素。

2 褪黑素的功能

大量研究表明褪黑素具有廣泛的生理作用，如鎮(zhèn)痛、保護(hù)心血管細(xì)胞、保護(hù)胃腸道、防止病變、調(diào)節(jié)晝夜節(jié)律、調(diào)節(jié)免疫作用、降低血壓、抗衰老及抗腫瘤等多種功能[7]。同時(shí)，褪黑素對(duì)生殖系統(tǒng)也具有一定的作用，主要表現(xiàn)在影響一些激素的含量，如促性腺激素釋放激素、雄激素、雌激素、促卵泡素、促黃體素。褪黑素可抑制下丘腦-垂體-性腺軸，使促性腺激素釋放激素、促性腺激素、黃體生成素以及卵泡雌激素的含量均減低，并可直接作用于性腺，降低雄激素、雌激素及孕激素的含量。褪黑素對(duì)下丘腦-垂體-性腺軸(HPG)的主要表現(xiàn)是抑制作用，褪黑素是抑制促性腺激素釋放激素(GnRH)的關(guān)鍵因子，從而影響到促卵泡素和促黃體素的分泌。促卵泡素和促黃體素的濃度和比例直接調(diào)控卵母細(xì)胞的發(fā)育和成熟[8]。

2.1 調(diào)節(jié)睡眠作用

松果腺是鳥類、魚類、爬行類和兩棲類的生物鐘。但是進(jìn)化到哺乳動(dòng)物后，生物鐘轉(zhuǎn)移到了下丘腦視交叉上核，松果腺就作為了一個(gè)附屬振蕩器，它產(chǎn)生的褪黑素作為內(nèi)源性同步因子，使環(huán)境周期和生物體的內(nèi)源性節(jié)律保持同步。成年人的松果體位于間腦頂部，卵圓形，灰紅色，長(zhǎng)約為6 mm，寬約為4 mm。松果體會(huì)不斷地分泌褪黑素，褪黑素可以調(diào)節(jié)下丘腦視交叉上核的節(jié)律，起到調(diào)節(jié)睡眠的作用[9]。在趙景新[10]的研究中，多元回歸分析終末期腎病患者血清褪黑素水平與SOD和GSH-Px呈正相關(guān)，與MDA、NO、PSQI、L-6和CRP呈負(fù)相關(guān)，這預(yù)示了褪黑素可能與睡眠質(zhì)量有關(guān)。M Edalat-Nejad M等[11]發(fā)現(xiàn)睡眠質(zhì)量差在終末期腎病患者中十分常見，他給予終末期腎病患者口服外源性褪黑素3 mg后觀察到患者睡眠質(zhì)量明顯改善。吳至鳳等[12]人利用褪黑素治療腦損傷兒童，發(fā)現(xiàn)褪黑素可以改善兒童的睡眠質(zhì)量，減少夜間覺醒的次數(shù)。褪黑素劑量達(dá)到一定值時(shí)，不僅能與巴比妥鈉協(xié)同作用縮短小鼠的睡眠潛伏期，還能與戊巴比妥鈉協(xié)同作用增加入睡小鼠的個(gè)數(shù)，表明褪黑素具有調(diào)節(jié)睡眠的作用，這和國(guó)內(nèi)外大量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明褪黑素具有催眠的特性相一致。

2.2 調(diào)節(jié)免疫作用

褪黑素可以通過對(duì)先天性免疫和獲得性免疫兩方面的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)對(duì)免疫力低下或者免疫缺陷的動(dòng)物發(fā)揮免疫上調(diào)作用。褪黑素可以提高吞噬細(xì)胞的吞噬率、血清半數(shù)溶血值、體外抗體形成細(xì)胞數(shù)量以及淋巴細(xì)胞轉(zhuǎn)化率。羅建華[13]研究發(fā)現(xiàn)，幽門螺旋桿菌灌喂處理組小鼠毛發(fā)脫落嚴(yán)重且無光澤，腹腔注射褪黑素后，褪黑素處理組的小鼠毛發(fā)脫落情況較空白對(duì)照組相比有明顯的好轉(zhuǎn)。由此得知幽門螺旋菌感染時(shí)褪黑素可能具有抗炎和免疫調(diào)節(jié)的作用。在Maestroni S等[14]研究發(fā)現(xiàn)，一定劑量的褪黑素可以增強(qiáng)抗體反應(yīng)以及增加抗體形成的細(xì)胞數(shù)量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)免疫功能的調(diào)節(jié)。歐科鵬[15]發(fā)現(xiàn)，50 pg/mL褪黑素處理后的甲狀腺原代細(xì)胞中的甲狀腺過氧化物酶與對(duì)照組差異顯著，與小鼠試驗(yàn)相似。褪黑素可能通過濾泡細(xì)胞合成在抗氧化保護(hù)過程中保護(hù)甲狀腺細(xì)胞免受氧化影響。劉立峰等[16]研究發(fā)現(xiàn)，高濃度的褪黑素可以通過誘導(dǎo)人骨肉瘤MG-63細(xì)胞周期停滯而顯著抑制細(xì)胞增殖。在趙海玉等[17]的研究中，褪黑素的減少會(huì)導(dǎo)致大鼠T細(xì)胞亞群失衡，降低機(jī)體免疫功能的作用，同時(shí)還會(huì)降低體內(nèi)多種細(xì)胞因子的水平，降低免疫炎癥反應(yīng)而褪黑素可以顯著改善以上反應(yīng)所以推測(cè)褪黑素可能對(duì)免疫治療具有一定的作用。

2.3 抗衰老作用

褪黑素是一種強(qiáng)氧化劑，可以保護(hù)皮膚免受到氧化劑的影響。褪黑素會(huì)隨著人年齡的增加而減少，因此醫(yī)學(xué)界有人推測(cè)褪黑素的含量和人的年齡呈負(fù)相關(guān)的關(guān)系。20世紀(jì)90年代，Reiter R J等[18]首次證明褪黑素具有抗氧化劑活性且是一種高效的內(nèi)源性自由基清除劑，可以有效的清除羥自由基，減輕細(xì)胞的過氧化損傷，給細(xì)胞充足的更新時(shí)間，為細(xì)胞帶來活力。周龍[19]的研究結(jié)果證明褪黑素緩解了細(xì)胞衰老并且具有濃度依賴性，這種作用是通過激活SIRT1信號(hào)通路的方式實(shí)現(xiàn)的。在鄧海峰等[20]人的研究中，利用東茛菪堿使大鼠對(duì)Morris水迷宮測(cè)試產(chǎn)生了學(xué)習(xí)記憶障礙，然后發(fā)現(xiàn)褪黑素對(duì)由于東茛菪堿所致的大鼠學(xué)習(xí)記憶障礙有明顯的改善作用并且發(fā)現(xiàn)褪黑素可以阻斷東茛堿對(duì)皮層長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng)的抑制，認(rèn)為在一定程度上褪黑素可以緩解阿茲海默癥的病況。

3 生產(chǎn)性能

3.1 生長(zhǎng)性能

褪黑素對(duì)動(dòng)物的生長(zhǎng)性能具有重要的作用。在段春輝等[21]人的研究中，調(diào)查了埋植褪黑素對(duì)絨山羊絨生長(zhǎng)和生產(chǎn)性能的影響。試驗(yàn)中共有30只雌山羊，每10只山羊一種處理，包括對(duì)照組和試驗(yàn)組兩種。在4月和6月或6月植入褪黑素(2 mg/kg體重)的處理。和對(duì)照組相比，4月和6月種植羊絨產(chǎn)量和最大絨長(zhǎng)分別增加了20.3%和15.7%(P<0.01)，平均啟動(dòng)日期為2013年5月22日，停止日期為2014年3月26日。最終結(jié)果表明，在羊絨非生長(zhǎng)期間植入褪黑激素是刺激羊絨生長(zhǎng)和延長(zhǎng)羊絨生長(zhǎng)期的有效方法。

3.2 繁殖性能

研究表明，褪黑素對(duì)短日照動(dòng)物普遍具有提前發(fā)情的作用，夜間褪黑素分泌量增加決定了雌激素對(duì)促性腺激素的抑制作用從而導(dǎo)致了綿羊的季節(jié)性發(fā)情。多個(gè)試驗(yàn)表明，在非繁殖季節(jié)給母羊注射褪黑素可以使母羊提前進(jìn)入發(fā)情期并且可以延長(zhǎng)發(fā)情時(shí)間。此外，在精液稀釋液中添加5 mol/L～10 mol/L的褪黑素可以使精子存活時(shí)間變長(zhǎng)，推測(cè)是褪黑素中有效的清除化學(xué)反應(yīng)中的羥基自由基有關(guān)，但是過高濃度的褪黑素會(huì)使精子發(fā)生聚集反應(yīng)。Zarazaga L A等[22]研究表明，褪黑激素治療不能提高生殖能力，但是可以在體重增加或體脂肪儲(chǔ)備不斷增加的情況下得到改善。

3.3 毛皮性狀

褪黑素對(duì)動(dòng)物的毛皮質(zhì)量和等級(jí)具有一定的影響作用，用單因素試驗(yàn)探究褪黑素對(duì)獺兔的生長(zhǎng)性能和毛皮質(zhì)量的作用。將200只55日齡～60日齡的健康生長(zhǎng)的獺兔劃分為4組，每組飼喂含不同水平褪黑素的試驗(yàn)飼糧。試驗(yàn)結(jié)果表明，60日齡～150日齡，各試驗(yàn)組平均日增重均極顯著高于對(duì)照組，各試驗(yàn)組料重比均極顯著低于對(duì)照組。90、120、130、150日齡各試驗(yàn)組被毛密度均極顯著高于對(duì)照組。40 mg/kg試驗(yàn)組臀部、肩部、腹部的皮張厚度均顯著或極顯著低于對(duì)照組。由此可見，褪黑素可以提高獺兔平均日增重，降低料重比，同時(shí)提高獺兔被毛密度，促進(jìn)兔皮張?zhí)崆俺墒靃23]。

4 基因

4.1 FGF5

FGF5基因是FGF5家族的重要成員，具有典型的基因結(jié)構(gòu)，由3個(gè)外顯子和2個(gè)內(nèi)含子構(gòu)成。FGF5基因?qū)儆贛APK信號(hào)通路中的一個(gè)信號(hào)因子，除了FGF5基因，還有其他信號(hào)因子，例如NTRK3、PDGFA、PDGFR，此通路的信號(hào)因子，在毛囊周期性發(fā)育過程中發(fā)揮重要作用，激活后可以促進(jìn)毛囊干細(xì)胞的增殖與分化。諸多試驗(yàn)已經(jīng)證明，F(xiàn)GF5基因在毛囊的發(fā)育中具有重要作用，是影響毛發(fā)長(zhǎng)度的一個(gè)重要候選基因。研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)GF5基因敲除后，鼠毛囊生長(zhǎng)周期變長(zhǎng)，鼠被毛變長(zhǎng)。高愛琴等于2006年根據(jù)人和小鼠FGF5基因的同源序列設(shè)計(jì)引物，克隆測(cè)序了山羊的FGF5基因片段，并在內(nèi)蒙古絨羊、遼寧絨山羊和文登奶山羊中發(fā)現(xiàn)FGF5基因在外顯子1上的2個(gè)單核苷酸多態(tài)性位點(diǎn)。有研究者2009年研究了FGF5基因?qū)?nèi)蒙古絨山羊的影響，發(fā)現(xiàn)了與高愛琴等研究結(jié)果一致的SNP位點(diǎn)突變，并分析了SNP位點(diǎn)與絨毛性狀的關(guān)聯(lián)發(fā)現(xiàn)，多態(tài)位點(diǎn)對(duì)絨纖維伸直長(zhǎng)度和含絨量有顯著影響[24]。此外，F(xiàn)GF5基因在毛發(fā)生長(zhǎng)周期中還具有重要的調(diào)控作用。在趙德超[25]等的研究中，褪黑素顯著上調(diào)絨山羊皮膚FGF5的表達(dá)，同時(shí)增強(qiáng)FGF5基因與β-catenin、NTRK3、Hairless等基因之間的相關(guān)性。在受試動(dòng)物中，褪黑素對(duì)FGF5基因的表達(dá)量產(chǎn)生影響從而影響了動(dòng)物的毛囊發(fā)育等一系列生理過程，最終對(duì)動(dòng)物的絨毛品質(zhì)產(chǎn)生了一定程度的影響。

4.2 Wnt10b

Wnt10b是Wnt家族中重要成員之一。前人研究得知，wnt10b基因在不同動(dòng)物的不同組織中表達(dá)存在較大差異，Wnt10b激活Wnt信號(hào)分子，其對(duì)毛囊中黑色素細(xì)胞的分化起到重要的作用[26]。在麗春等[27]的研究中，以內(nèi)蒙古成年絨山羊?yàn)檠芯繉?duì)象，切取皮膚組織進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)Wnt10b在成年絨山羊皮膚組織中毛囊生長(zhǎng)期表達(dá)量先上升后緩慢下降，退行期呈現(xiàn)低表達(dá)，休止前期高表達(dá)，休止后期的表達(dá)量又開始緩慢下降。埋植褪黑素提高了休止期和退行期時(shí)Wnt10b在內(nèi)蒙古絨山羊成年羊皮膚組織中的表達(dá)量，使得整個(gè)毛囊生長(zhǎng)周期中Wnt10b在皮膚組織中的表達(dá)量變化不明顯，導(dǎo)致下一個(gè)毛囊生長(zhǎng)周期提前開始。Wnt10b參與毛囊生長(zhǎng)過程的信號(hào)傳遞并在退行期到休止期轉(zhuǎn)變中發(fā)揮重要作用。而且，Wnt10b參與了外源性褪黑素促進(jìn)絨毛生長(zhǎng)的毛囊周期性變化過程。近年來研究發(fā)現(xiàn)，Wnt10b在毛囊形成初始階段即表達(dá)于毛基板，同時(shí)伴隨著毛囊發(fā)育持續(xù)表達(dá)，Wnt0b蛋白在體外培養(yǎng)的胚胎表皮細(xì)胞中通過經(jīng)典的Wnt通路，誘導(dǎo)未成熟的表皮細(xì)胞向毛干及內(nèi)根鞘細(xì)胞分化，同時(shí)具有維持毛乳頭細(xì)胞的生物活性并維持毛干生長(zhǎng)的能力。

4.3 Hairless

研究表明，毛囊基因的共同調(diào)控才能使毛發(fā)正常發(fā)育生長(zhǎng)。Hairless基因是Jumonji家族中的一員，其在毛囊生長(zhǎng)周期中扮演了重要的角色。Hairless基因是在皮膚和被毛結(jié)構(gòu)形成過程中起到重要作用的調(diào)節(jié)基因之一，其編碼的Hairless蛋白在皮膚、腦、肺、腸、肌肉、垂體中均表達(dá)，其中在皮膚和腦中的表達(dá)量較高，并且在毛囊中呈現(xiàn)周期性的表達(dá)變化[28]。前人研究得知，Wnt信號(hào)通路影響毛發(fā)的生長(zhǎng)和分化，而Hairless基因控制第一次毛發(fā)轉(zhuǎn)換。Hairless基因與甲狀腺受體結(jié)合，共同維持毛囊細(xì)胞的增殖、分化、凋亡過程的平衡。Hairless基因可能促使毛囊從生長(zhǎng)期過渡到退行期以及對(duì)毛發(fā)的生長(zhǎng)發(fā)育過程的調(diào)控發(fā)揮重要的作用。在鼠類和人類中，Hairless基因的突變會(huì)導(dǎo)致除了部分鼻毛以外的毛發(fā)的缺失。由于Hairless蛋白的缺失，會(huì)導(dǎo)致Wnt/β-catenin信號(hào)分子的減少?gòu)亩绊懨l(fā)的生長(zhǎng)[29]。近年來研究發(fā)現(xiàn)Hairless基因抑制Wnt信號(hào)通路的一個(gè)抑制因子Wise基因的表達(dá)，Hairless基因在不同時(shí)期的表達(dá)變化可能影響Wnt信號(hào)的正常出現(xiàn)時(shí)間，從而導(dǎo)致毛囊周期異常[30]。

通過對(duì)國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道閱讀可發(fā)現(xiàn)，褪黑素在皮膚毛囊相關(guān)基因表達(dá)量方面有重要的影響作用。褪黑素通過影響信號(hào)通路中的基因起到調(diào)節(jié)毛囊生長(zhǎng)的作用從而影響毛皮動(dòng)物的毛皮品質(zhì)。迄今為止，在許多遺傳機(jī)制經(jīng)過多年努力被科學(xué)研究所攻破時(shí)，應(yīng)逐漸重視褪黑素影響毛皮品質(zhì)的遺傳機(jī)制和機(jī)理，防止其脫離于人們視線之外而降低毛皮品質(zhì)的質(zhì)量及影響?zhàn)B殖產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。對(duì)此，我們不僅要增強(qiáng)探索意識(shí)，更要依靠科學(xué)探索機(jī)制，探究機(jī)理，在探索褪黑素影響毛皮品質(zhì)機(jī)理的道路上共同發(fā)力，為動(dòng)物毛皮品質(zhì)遺傳機(jī)制提供進(jìn)一步的研究思路。

5 展望

隨著國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)褪黑素研究的不斷深入，褪黑素在動(dòng)物生產(chǎn)方面的應(yīng)用也越來越多。褪黑素對(duì)哺乳動(dòng)物具有重要的作用，它可以調(diào)節(jié)睡眠，增強(qiáng)機(jī)體免疫力，抗衰老，同時(shí)也影響著動(dòng)物毛皮的品質(zhì)。此外，影響毛皮動(dòng)物毛皮好壞的因素多種多樣，褪黑素占據(jù)了一個(gè)很重要的地位，同時(shí)褪黑素也與多個(gè)影響皮膚毛囊生長(zhǎng)的基因有關(guān)系。因此，施用不同濃度的褪黑素可以影響毛皮動(dòng)物絨毛和針毛的特性和品質(zhì)。關(guān)注褪黑素的功能以及褪黑素在動(dòng)物毛皮中的作用機(jī)理，可以從一個(gè)不同的角度理解影響毛皮品質(zhì)好壞的因素，以此為基礎(chǔ)探索毛皮動(dòng)物毛皮品質(zhì)的遺傳機(jī)制?；谕屎谒氐墓δ苎芯?，褪黑素有可能會(huì)成為新的抗病毒治療的方法和途徑。