譚碧娥 任文凱 印遇龍

(中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所，中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)過程重點實驗室，畜禽養(yǎng)殖污染控制與資源化技術(shù)國家工程實驗室，動物營養(yǎng)代謝過程與生理調(diào)控實驗室，長沙 410125)

褪黑素(N-乙?；?5-甲氧基色胺)主要在大腦的松果體產(chǎn)生，被稱為機體睡眠覺醒周期的調(diào)節(jié)器，涉及生物節(jié)律、代謝和繁殖等生理調(diào)節(jié)過程[1]。最近研究證實，褪黑素在消化系統(tǒng)中發(fā)揮更重要的調(diào)節(jié)作用。胃腸道是除松果體外最重要的褪黑素來源，由胃腸道的腸內(nèi)分泌細胞中產(chǎn)生。褪黑素具有很強的清除自由基和抗氧化能力，也是胃腸道炎癥和運動性的重要調(diào)節(jié)因子，因而可能對許多腸道相關(guān)疾病尤其是腸道炎癥控制發(fā)揮積極的作用[2-4]。本文旨在概述褪黑素在胃腸道的合成分泌及其發(fā)揮的生理功能，為其在調(diào)控腸道健康和疾病控制中的應(yīng)用提供參考。

1 胃腸道褪黑素的合成和分泌

腸道是除松果體外褪黑素生產(chǎn)的主要場所，褪黑素及其受體廣泛存在于胃腸道[5]，在腸道中的量比松果體高400倍，比血漿中的濃度高10～100倍[6]。褪黑素在胃腸道各段分布具有區(qū)域差異性，在直腸和結(jié)腸中濃度最高，空腸和回腸中最低。添加外源性褪黑素后，在結(jié)腸和直腸中觀察到最明顯的褪黑素積累。此外，腸道中的褪黑素濃度隨年齡變化。在大鼠中，胃腸道褪黑素水平在出生時達到峰值，然后在出生后第21天時降至穩(wěn)定水平。但是，在生命后期褪黑素水平增加。與2～5月齡小鼠相比，22～24月齡老年小鼠回腸和結(jié)腸后段黏膜中的褪黑素濃度高出126%[7]。研究顯示，胃腸道褪黑素的釋放也遵循晝夜節(jié)律，但與松果體褪黑素的典型分泌模式不同[1,8]。最近在虹鱒魚中的研究顯示，胃腸道中褪黑素節(jié)奏性地合成，參與褪黑素合成的主要酶mRNA也呈節(jié)律表達[9]。在大鼠胰腺、腎臟、脾臟和十二指腸中都發(fā)現(xiàn)有褪黑素濃度的晝夜節(jié)律變化，但結(jié)腸中褪黑素水平在夜間并沒有出現(xiàn)特征性的增加[10]。

腸嗜鉻細胞是胃腸道褪黑素的主要來源[11]，褪黑素的分布與腸嗜鉻細胞的密度相關(guān)。L-色氨酸是腸道褪黑素合成的關(guān)鍵前體。色氨酸經(jīng)色氨酸羥化酶(tryptophan hydroxylase，TPH)、芳香族L-氨基酸脫羧酶(aromaticL-amino acid decarboxylase，AADC)、5-羥色胺-N-乙酰轉(zhuǎn)移酶(serotonin N-acetyltransferase，SNAT)和N-乙酰血清素-O-甲基轉(zhuǎn)移酶(N-acetylserotonin O-methyltransferase，ASMT)4種酶依次催化生成5-羥基色氨酸、5-羥色胺(5-hydroxytryptamine，5-HT)、乙酰5-羥色胺和褪黑素(圖1)[12]。

TPH：色氨酸羥化酶 tryptophan hydroxylase；AADC：芳香族L-氨基酸脫羧酶 aromaticL-amino acid decarboxylase；ASMT：N-乙酰血清素-O-甲基轉(zhuǎn)移酶 N-acetylserotonin O-methyltransferase；SNAT：5-羥色胺-N-乙酰轉(zhuǎn)移酶 serotonin N-acetyltransferase。

圖1褪黑素合成途徑

Fig.1 The pathway of melatonin synthesis[12]

在腸道中檢測到的一些褪黑素來源于松果體，但其水平與松果體產(chǎn)生無關(guān)，因為大鼠松果體切除術(shù)對腸道褪黑素濃度沒有影響。胃腸道組織中褪黑素的合成和分泌受采食和食物組成的調(diào)節(jié)。采食后，胃腸道和血液循環(huán)中褪黑素水平急劇增加[13]。在人和動物試驗中發(fā)現(xiàn)，口服藥理學(xué)劑量的L-色氨酸，顯著增加了血液循環(huán)中褪黑素濃度，與夜間褪黑素峰值相當[7,13]。胃腸道褪黑素的合成受中樞調(diào)節(jié)。因此，在體外灌注液中添加L-色氨酸或其代謝物并不能促進胃腸道褪黑素的合成[13]。腸道菌群也可調(diào)節(jié)腸嗜鉻細胞釋放5-HT，代謝產(chǎn)生褪黑素[14]。

2 胃腸道褪黑素受體

褪黑素膜受體根據(jù)其藥理學(xué)特性，可分為褪黑素受體(melatonin receptor，MT)1、MT2和MT3。3種受體均可胃腸道中表達，亞細胞分布在核表達最高，其次是微粒體和線粒體，胞質(zhì)中最低[15]。MT1和MT2受體均為G蛋白偶聯(lián)受體家族的成員，共享7個跨膜結(jié)構(gòu)，在氨基酸水平上顯示高同源性，具有55%的整體同源性和跨膜結(jié)構(gòu)域內(nèi)70%的同源性[5]。luzindole作為MT1和MT2受體的拮抗劑，用于許多研究；4-P-PDOT是MT2的選擇性拮抗劑，尚未報道MT1受體的高選擇性拮抗劑。MT3屬于還醌類還原酶家族，具有很強的抗氧化性能，可被哌唑嗪(prazosin)阻斷[16]。褪黑素受體的表達呈現(xiàn)組織和細胞差異性。在大鼠中，十二指腸中MT1 mRNA表達最高，而在空腸和回腸中表達較低；而在結(jié)腸中發(fā)現(xiàn)最高豐度的MT2蛋白，主要在平滑肌層中[17-18]。在鴨腸中，腸道不同區(qū)域的2-125碘(125I)褪黑素結(jié)合位點的密度表現(xiàn)為：回腸、空腸>十二指腸、結(jié)腸>盲腸>食管[15]。在人胃腸道中，MT1和MT2在腸上皮、黏膜下層、肌間神經(jīng)叢和胃腸道血管均有表達，在大腸上皮中表達最高；在其他類型細胞中MT2表達水平顯著高于MT1，在腸嗜鉻細胞中表達有高水平的MT2[19]。研究報道在中樞神經(jīng)系統(tǒng)MT表達呈晝夜變化，但在腸道中沒有明顯的節(jié)性變化[20]。在12 h∶12 h的光線∶黑暗循環(huán)中，大鼠遠端結(jié)腸上皮層中的MT1表達沒有顯示明顯的晝夜節(jié)律[20]，在鴨腸道中結(jié)合的2-(125I)碘代褪黑素也沒有顯示每日節(jié)律[15]。營養(yǎng)狀態(tài)似乎控制褪黑素釋放。短期禁食增加大鼠小腸和大腸上皮層MT1的表達，在長期禁食期間，MT1表達僅在遠端結(jié)腸中持續(xù)增加，在小腸中MT1表達恢復(fù)正常水平[20]，MT2的表達也不隨食物攝取而變化[18]。

褪黑素通過活化特定的受體發(fā)揮生理作用。膜受體通過G蛋白偶聯(lián)的第二信使介導(dǎo)其功能。MT1與介導(dǎo)腺苷酸環(huán)化酶抑制和磷脂酶C激活的G蛋白偶聯(lián)，MT2與磷酸肌醇生成、腺苷酸環(huán)化酶的抑制以及可溶性鳥苷酸環(huán)化酶途徑的抑制等轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑相結(jié)合[1]。而核褪黑素信號傳導(dǎo)通過轉(zhuǎn)錄因子——視黃酸Z受體/視黃酸相關(guān)孤核受體(retinoid Z receptor/retinoid acid receptor-related orphan receptor，RZR/ROR)介導(dǎo)(圖2)[1,21]。RZR/ROR α亞型廣泛分布，其表達決定褪黑素對轉(zhuǎn)錄調(diào)控的作用，RZR/ROR已被證實涉及褪黑素的免疫調(diào)節(jié)作用[21]。

3 褪黑素在腸道中的生理功能

3.1 調(diào)節(jié)胃腸道運動和分泌

褪黑素具有高親脂性，可能通過黏膜和黏膜下層擴散到更深層，最終作用于肌層黏膜或肌間神經(jīng)叢，從而調(diào)節(jié)胃腸道運動。體外和體內(nèi)試驗表明，褪黑素能抑制胃腸道的肌肉活動，抑制作用的程度與胃、十二指腸、小腸和大腸收縮強度成正比[1]。松果體切除術(shù)抑制遷移肌電復(fù)合體的常規(guī)期，外源性褪黑素處理可以恢復(fù)大鼠回腸中的正常遷移肌電復(fù)合體活動期[22]。這些變化可能取決于褪黑素對胃腸神經(jīng)元的作用。在胃中，褪黑素通過激活交感神經(jīng)元部分抑制胃動力[3]。褪黑素因劑量不同對腸道產(chǎn)生興奮和抑制作用。高濃度的褪黑素抑制胃、回腸、空腸和結(jié)腸肌肉的自發(fā)性和5-HT誘導(dǎo)的蠕動。相反，低劑量的褪黑素對腸道肌肉組織產(chǎn)生刺激作用，腸道蠕動加快[22-23]。褪黑素抑制5-HT、氯化鉀和卡巴膽堿(膽堿受體激動劑)等多種藥物刺激的胃腸道的運動活性[13]。因此，褪黑素對肌肉收縮的抑制作用涉及多種機制。在胃腸道平滑肌細胞中最可能的褪黑素作用位點是膜結(jié)合的褪黑素受體。研究發(fā)現(xiàn)，大鼠胃、結(jié)腸和十二指腸肌肉黏膜和肌肉層均有MT2免疫反應(yīng)[18]，表明MT2受體參與褪黑素對胃腸道運動的調(diào)節(jié)。褪黑素作用的其他可能位點是5-HT受體。Kasimay等[3]研究表明褪黑素對胃排空的延遲作用是由5-HT3和縮膽囊素(cholecystokinin， CCK2)受體介導(dǎo)。在褪黑素注射前15 min用5-HT3受體(ramosetrone，50 μg/kg)或CCK2(L-365,260；1 mg/kg)阻斷劑處理，可消除褪黑素誘導(dǎo)的胃排空延遲效應(yīng)，而交感神經(jīng)節(jié)(甲苯磺酸苯甲酸酯，15 mg/kg)的阻斷顯著減少了胃排空的延遲。褪黑素的作用可能與褪黑素阻斷煙堿乙酰膽堿受體有關(guān)，或調(diào)節(jié)細胞膜中鈣離子(Ca2+)通道和Ca2+活化的鉀離子(K+)通道的活性[24-25]。

cAMP：環(huán)磷酸腺苷 cyclic adenosine monophosphate；IP3：三磷酸肌醇 inositol trisphosphate；MT1/MT2：褪黑素受體1/褪黑素受體2 melatonin receptor 1/melatonin receptor 2；PLC：磷酸酶C phospholipase C；PKA：蛋白激酶A protein kinase A；PKC：蛋白激酶C protein kinase C；RZR/ROR：視黃酸Z受體/視黃酸相關(guān)孤核受體 retinoid Z receptor/retinoid acid receptor-related orphan receptor。

圖2褪黑素受體介導(dǎo)的細胞內(nèi)褪黑素信號傳導(dǎo)途徑

Fig.2 The intracellular melatonin signaling transduction pathway mediated by melatonin receptor[1,21]

3.2 抗氧化作用

褪黑素的抗氧化作用已經(jīng)在很多體內(nèi)和體外的研究中得到證實，其對胃腸道損傷的保護作用很大程度上歸因于抗氧化功能[27-28]。褪黑素同時具備脂溶性和水溶性，使其能自由通過任何生理屏障，因此與其他抗氧化劑相比更具有優(yōu)勢，可以直接到達線粒體。褪黑素可直接清除自由基。褪黑素利用吲哚環(huán)上的5-甲氧基直接清除羥基自由基(·OH)、脂質(zhì)過氧化物、過氧化氫以及超氧負離子(O2·-)等氧自由基和活性產(chǎn)物。褪黑素淬滅1分子·OH后失去電子變成毒性很低的吲哚陽離子，隨后又清除1分子O2·-，級聯(lián)反應(yīng)轉(zhuǎn)變成N1-乙酰基-N2-甲?；?5-甲氧基犬尿氨酸(N1-acetyl-N2-formyl-5-methoxyknuramine，AFMK)、N1-乙?；?5-甲氧基-犬尿氨酸(N-acetyl-5-methoxyknuramine，AMK)以及其他代謝物，均能有效清除自由基，且與褪黑素有協(xié)同作用(圖3)。通過這種方式，1個褪黑素分子具有清除多達10個活性氧(reactive oxygen species，ROS)的能力[2,9,29]。褪黑素與ROS相互作用的級聯(lián)反應(yīng)放大了其作為強效抗氧化劑的能力，在與ROS和一氧化氮合成酶(NOS)相互作用后的產(chǎn)物(或代謝物)保留清除自由基的能力，褪黑素中和·OH的能力是谷胱甘肽(glutathione，GSH)的5倍[29]。

除了抗氧化清除級聯(lián)反應(yīng)外，褪黑素作為抗氧化劑的另一個重要特征是其通過適度的氧化應(yīng)激或不利的環(huán)境條件引起的[9]。氧化應(yīng)激可以改變褪黑素與其氧化代謝物的比例，其產(chǎn)生的信號可能通過基因表達，導(dǎo)致N-乙酰轉(zhuǎn)移酶(N-acetyltransferase，NAT)和/或羥基吲哚-O-甲基轉(zhuǎn)移酶(hydroxyindole-O-methyltransferase，HIOMT)的陽性誘導(dǎo)，從而促進褪黑素的產(chǎn)生。褪黑素也可能被嚴重的氧化應(yīng)激耗盡，自由基導(dǎo)致的褪黑素降解可能比其產(chǎn)生快得多。因此，在氧化應(yīng)激相關(guān)疾病中，褪黑素水平低于健康人群[2,29]。

褪黑素可以快速進入線粒體膜間隙和基質(zhì)，也可以在線粒體中合成，作為線粒體靶向抗氧化劑。褪黑素的抗氧化性質(zhì)與線粒體生理學(xué)有關(guān)，重要的特征是抑制線粒體iNOS活性，其代謝物AMK比褪黑素具有更強的抑制線粒體iNOS活性和清除一氧化氮(NO)的特性[30]。褪黑素提高電子傳遞鏈(線粒體復(fù)合體Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ)的效率，并改善三磷酸腺苷(adenosine triphosphate，ATP)產(chǎn)生。Mei等[31]研究發(fā)現(xiàn)，褪黑素處理顯著降低雙氯芬酸誘導(dǎo)的小鼠腸黏膜通透性、病理評分、丙二醛和髓過氧化物酶(myeloperoxidase，MPO)水平以及腸黏膜潰瘍，在線粒體水平修復(fù)了ATP酶和琥珀酸脫氫酶的活性。

此外，褪黑素可通過增強抗氧化酶活性和基因表達間接發(fā)揮抗氧化作用。研究已證實褪黑素可增強谷胱甘肽過氧化物酶(glutathion peroxidase，GPx)、超氧化物歧化酶(super oxide dismutase,SOD)和過氧化氫酶(catalase，CAT)等抗氧化酶的活性[9,28-29,32]。褪黑素刺激β-谷氨酰半胱氨酸合成酶，從而提高GSH水平，并提高谷胱甘肽還原酶(glutathione reductase，GSR)的活性，將氧化型谷胱甘肽(GSSG)轉(zhuǎn)化為還原形式GSH[32]。褪黑素還能通過鈣調(diào)蛋白抑制體內(nèi)NOS的活性，從而抑制體內(nèi)NO的過度生成及其他活性氮分子的產(chǎn)生[33]。

3.3 抗凋亡作用

在體內(nèi)和體外已經(jīng)證實了褪黑素調(diào)節(jié)凋亡的能力，褪黑素的抗凋亡作用歸因于其抗氧化和自由基清除活性[34-35]。褪黑素能阻止線粒體氧化應(yīng)激的發(fā)展和線粒體凋亡途徑的激活。在氧化應(yīng)激和疾病感染中產(chǎn)生的·OH通過線粒體死亡途徑促進細胞凋亡，而褪黑素能有效地清除·OH，保護細胞和組織免受氧化損傷[36]。促凋亡和抗凋亡因子均可被褪黑素調(diào)節(jié)，在線粒體中上調(diào)抗細胞凋亡蛋白和下調(diào)促細胞凋亡蛋白表達，減少對脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和DNA的氧化損傷[32]。褪黑素抑制B淋巴細胞瘤-2相關(guān)蛋白X(B-cell lymphoma-2 associated protein X，Bax)和Bak表達的上調(diào)以及B淋巴細胞瘤(B-cell lymphoma，Bcl)-2和Bcl-xL表達的下調(diào)，防止吲哚美辛誘導(dǎo)的線粒體Bax易位和線粒體膜電位的崩解，通過阻止細胞色素C的釋放減少吲哚美辛誘導(dǎo)的半胱天冬酶(caspase)-9和caspase-3的活化[4]。在C2C12細胞中，褪黑素提高Bcl-2表達，降低Bax表達及Bax/Bcl-2相對比例，保護細胞免于凋亡和自噬[37]。褪黑素還可通過磷酸化蛋白激酶B(phosphorylated Protein kinase B，p-Akt)、Bcl-2、CAT和錳超氧化物歧化酶(Mn-SOD)表達的增加抑制NO誘導(dǎo)的細胞凋亡[36]。褪黑素也可直接抑制線粒體膜通透性轉(zhuǎn)換孔(mitochondrial permeability transition pore，mtPTP)發(fā)揮抗凋亡作用[38]，褪黑素調(diào)節(jié)解偶聯(lián)蛋白以維持最佳的線粒體內(nèi)膜電位，防止mtPTP的開放，限制了線粒體被ROS損傷時的細胞色素C逃逸[32]。

AFMK：N1-乙?；?N2-甲?；?5-甲氧基犬尿氨酸 N1-acetyl-N2-formyl-5-methoxyknuramine；AMK：N1-乙?；?5-甲氧基-犬尿氨酸 N-acetyl-5-methoxyknuramine；C-3-OHM：環(huán)3-羥基褪黑素 cyclic 3-hydroxymelatonin；MEL：褪黑素 melatonin；Hb-[FeⅢ]：高鐵血紅蛋白 hemiglobin；Hb-[FeⅡ]：血紅蛋白 hemoglobin；Hb-[FeⅡ=O]：氧合血紅蛋白 oxyhemoglobin。

圖3褪黑素清除自由基的級聯(lián)反應(yīng)

Fig.3 The free radical scavenging cascade reaction of melatonin[29]

3.4 免疫調(diào)節(jié)作用

褪黑素的免疫調(diào)節(jié)性質(zhì)是眾所周知的。T細胞表達有褪黑素結(jié)合的膜受體和核結(jié)合位點，因此，褪黑素影響T細胞的發(fā)育、活化、分化和記憶[39]。在免疫抑制條件下，褪黑素通過促進效應(yīng)T細胞的功能發(fā)揮刺激功能。Haldar等[40]研究發(fā)現(xiàn)，褪黑素處理增加了胸腺皮質(zhì)中的胸腺細胞密度，抵抗地塞米松誘導(dǎo)的免疫抑制。相反，褪黑素通過降低效應(yīng)T細胞反應(yīng)和增強調(diào)節(jié)性T細胞(Treg細胞)反應(yīng)來抑制免疫應(yīng)激[39]。Capelli等[41]在植物血凝素刺激的人淋巴細胞中，觀察到褪黑素的抗增殖作用。褪黑素可增加輔助性T細胞2(T helper cell 2，Th2細胞)介導(dǎo)的免疫應(yīng)答[42]，褪黑素處理抗原致敏小鼠5 d，通過增加白細胞介素(interleukin，IL)-10和減少腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor alpha，TNF)-α的產(chǎn)生誘導(dǎo)了Th2細胞反應(yīng)[43]。褪黑素參與T細胞和B細胞的凋亡調(diào)控。通過抑制白細胞分化抗原(cluster of differentiation，CD)95配體mRNA和蛋白質(zhì)上調(diào)響應(yīng)T細胞抗原受體(T cell receptor，TCR)/CD3刺激，保護CD4+T細胞免于細胞凋亡[40]。Yu等[44]發(fā)現(xiàn)，口服褪黑素抑制了小鼠骨髓前體B細胞的凋亡，促進新形成的B細胞的存活。褪黑素對免疫系統(tǒng)的另一個作用是通過調(diào)控免疫調(diào)節(jié)因子基因表達和細胞因子產(chǎn)生。褪黑素能增強小鼠脾臟巨噬細胞到T細胞的抗原呈遞，并促進主要組織相容性復(fù)合體(major histocompatibility complex，MHC)Ⅱ類分子和IL-1的表達[45]。調(diào)節(jié)人CD4+T細胞釋放的幾種細胞因子[包括IL-2、IL-2R和干擾素(interferon，IFN)-γ)]的基因表達[46]。Liu等[47]研究發(fā)現(xiàn)，褪黑素上調(diào)了腹膜漿細胞中轉(zhuǎn)化生長因子(transforming growth factor，TGF)-β、巨噬細胞集落刺激因子(macrophage colony-stimulating factor，M-CSF)、TNF-α和干細胞因子(stem cell factor，SCF)以及脾細胞中IL-1β、M-CSF、TNF-α、IFN-γ和SCF的基因表達水平。此外，褪黑素也影響非特異性反應(yīng)。Currier等[48]發(fā)現(xiàn)，褪黑素給藥增加了小鼠骨髓中自然殺傷(natural killer，NK)細胞和單核細胞數(shù)量，誘導(dǎo)NK細胞活性增強。

褪黑素在動物模型免疫調(diào)節(jié)中起著關(guān)鍵作用，但是其免疫調(diào)節(jié)的研究結(jié)果并不完全一致。在感染克氏錐蟲的大鼠中，褪黑素促進了Th1淋巴細胞的免疫應(yīng)答，抑制脾細胞增殖，降低血清IL-4、IL-10和TGF-β1水平[49]。然而，Braz?o等[50]研究發(fā)現(xiàn)，褪黑素處理對慢性感染克氏錐蟲大鼠CD4+和CD8+T淋巴細胞亞群的百分比無顯著影響，促進了胸腺細胞增殖，血清IL-2和IL-10水平升高。盡管已證實褪黑素能干擾免疫系統(tǒng)的一些調(diào)節(jié)途徑，但并沒有產(chǎn)生免疫的獨特途徑，可能在不同劑量或不同抗原刺激情況下，涉及調(diào)節(jié)免疫的途徑不同[51]。

褪黑素的免疫調(diào)節(jié)作用由位于免疫活性細胞上的褪黑素受體介導(dǎo)。Carrillo-Vico等[52]發(fā)現(xiàn)MT2受體的拮抗劑可降低人淋巴細胞IL-2的產(chǎn)生，證明MT2結(jié)合位點參與IL-2的產(chǎn)生。最近的研究表明，褪黑素在腸道調(diào)節(jié)中的作用也可能由其誘導(dǎo)α7煙堿型乙酰膽堿受體(α nicotinic acetylcholine receptor，a7nAChR)介導(dǎo)。褪黑素是a7nAChR的重要正調(diào)節(jié)因子，a7nAChr通過氧化的線粒體脫氧核糖核酸(mtDNA)抑制NOD樣受體3(NOD-like receptors，NLRP3)激活[53]。

4 褪黑素在抗腸道炎癥中的應(yīng)用研究

褪黑素已證實在多種腸道炎癥動物模型和臨床研究中發(fā)揮重要調(diào)控作用，減少腸炎病變，改善腸炎癥狀，減少促炎細胞因子分泌等[30,54-60]。藥理劑量的褪黑素在慢性炎癥模型中發(fā)揮明確的劑量依賴性抗炎活性，與標準抗炎劑吡羅昔康的效果相當[57]。褪黑素用于治療結(jié)腸炎的劑量和給藥時間的臨床報道差異比較大，劑量為0.15～100.00 mg/kg BW，持續(xù)給藥4 d至7周[54-56,59]。

褪黑素的抗炎作用與許多轉(zhuǎn)錄因子，如核因子活化B細胞κ輕鏈增強子(nuclear factor kappa-light-chain-enhancer of activated B cells，NF-κB)、缺氧誘導(dǎo)因子(hypoxia-inducible factor，HIF)、核轉(zhuǎn)錄因子E2相關(guān)因子2(nuclear factor-erythroid 2-related factor-2，Nrf2)等的調(diào)節(jié)有關(guān)。NF-κB是iNOS基因表達的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子，褪黑素對腸道炎癥的治療作用至少部分依賴于NF-κB活化的抑制，導(dǎo)致促炎細胞因子基因表達的抑制。已經(jīng)證明，褪黑素能抑制iNOS和COX-2的表達[61-62]。在用乙酸和二硝基苯磺酸(dinitro-benzene-sulfonic acid，DNBS)灌腸誘導(dǎo)的結(jié)腸炎大鼠中，結(jié)腸iNOS和COX-2的表達以及NO和PGE2的含量顯著升高，而5.0和10.0 mg/kg劑量的褪黑素處理結(jié)腸iNOS和COX-2表達顯著下調(diào)[54]。同樣，三硝基苯磺酸(trinitro-benzene-sulfonic acid，TNBS)灌腸誘導(dǎo)的大鼠結(jié)腸炎模型中，褪黑素通過下調(diào)由NF-κB抑制介導(dǎo)的促炎因子和阻斷核因子κB抑制因子α(IκBα)降解來降低結(jié)腸炎性損傷[56]。iNOS的抑制和NF-κB的下調(diào)等都將導(dǎo)致炎性因子指標的改變。試驗和臨床資料顯示，褪黑素可以限制NO、前列腺素、白三烯以及炎性過程的其他介質(zhì)如細胞因子、趨化因子和黏附分子[30,61-62]。阻斷這些細胞因子的作用可緩解腸道炎癥的發(fā)展，抑制炎癥和腸道損傷。褪黑素降低了脂多糖誘導(dǎo)的促炎性細胞因子、趨化因子和正急性蛋白，包括TNF-α、IL-1β、IL-6、GM-CSF、C反應(yīng)蛋白等，而提高了抗炎細胞因子白介素1受體拮抗劑(interleukin-1 receptor antagonist，IL-1Ra)和負急性蛋白纖維蛋白原的表達[63]。TNBS和乙醇誘導(dǎo)的結(jié)腸炎大鼠中，褪黑素可節(jié)巨噬細胞活性，從而降低IL-1、TNF-α和NO活性[64]。

褪黑素抵抗腸道炎癥可能通過抗氧化、抗凋亡和免疫調(diào)節(jié)多效作用參與(圖4)。褪黑素可通過維持內(nèi)源性抗氧化劑GSH的儲備，抑制MPO活性，防止溶酶體酶破壞和釋放，從而降低結(jié)腸損傷的程度[59]。褪黑素可以緩解TNBS誘導(dǎo)的結(jié)腸損傷和脂質(zhì)過氧化，其減少結(jié)腸損傷的能力與基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metallo preteinases，MMP)-9和MMP-2活性和表達的降低有關(guān)[55]。褪黑素也可以通過抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激來減少炎癥，顯著抑制炎性細胞因子和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激相關(guān)分子的表達[53]。在DNBS誘導(dǎo)的大鼠結(jié)腸炎中，結(jié)腸損傷與促凋亡蛋白Bax表達增加和抗凋亡蛋白Bcl-2表達降低相關(guān)，而褪黑素通過抑制NF-κB而抑制細胞凋亡，降低Bax的表達，防止Bcl-2蛋白的丟失[65]。褪黑素也可抑制凋亡相關(guān)因子配體(FasL)基因的活化，從而抑制以釋放IL-1β、巨噬細胞炎癥蛋白(macrophage inflammation protein，MIP)-1a、MIP-1b和MIP-2為特征的促炎反應(yīng)[65]。此外，褪黑素可通過減少細菌易位而對結(jié)腸炎癥發(fā)揮保護作用，減少細菌移位和凋亡[60,66]。

5 腸道微生物與褪黑素生理功能調(diào)控

腸道微生物菌群在褪黑素調(diào)控正常生理功能和在疾病中的作用逐漸成為研究熱點。褪黑素可能改變腸道微生物菌群，包括促進厚壁菌門(Firmicutes)與擬桿菌門(Bacteroidetes)比例的降低，增加嗜黏蛋白阿克曼氏菌(Akkermansia)的相對豐度，從而有利于防止肥胖、胰島素抵抗、肝臟脂肪變性和輕微炎癥[68]。褪黑素通過腸道微生物群體影響體重增加、腸道形態(tài)結(jié)構(gòu)和產(chǎn)腸毒素大腸桿菌(ETEC)在腸道的定植[69]。腸道微生物可產(chǎn)生乙酸、丙酸、丁酸等短鏈脂肪酸以及兒茶酚胺類、γ-氨基丁酸、5-HT、褪黑素等神經(jīng)信號調(diào)節(jié)腸道內(nèi)分泌，作用于免疫系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)，與宿主互作調(diào)節(jié)各種生理功能和疾病的發(fā)生發(fā)展。腸道微生物菌群通過調(diào)節(jié)腸道內(nèi)分泌細胞腦腸肽等激素的分泌，作用于腦，實現(xiàn)腦和腸之間的信息交流[70]。

MT：褪黑素 melatonin；Bax：B淋巴細胞瘤-2相關(guān)X蛋白 B-cell lymphoma-2 associated X protein；Bcl-2：B淋巴細胞瘤-2 B-cell lymphoma-2；GSH：谷胱甘肽 glutathione；IL：白細胞介素 interleukin；iNOS：誘導(dǎo)型一氧化氮合成酶 inducible nitric oxide synthase；MIP：巨噬細胞炎癥蛋白 macrophage inflammatory protein；MPO：髓過氧化物酶 myeloperoxidase；NF-κB：核因子活化B細胞κ輕鏈增強子 nuclear factor kappa-light-chain-enhancer of activated B cells；NO：一氧化氮 nitric oxide；SOD：超氧化物歧化酶 superoxide dismutase；TNF-α：腫瘤壞死因子-α tumor necrosis factor alpha。

圖3褪黑素調(diào)節(jié)腸道炎癥可能的作用機制

Fig.3 Possible regulatory mechanisms of melatonin on intestinal inflammation[58,67]

6 小結(jié)和展望

胃腸道褪黑素由腸內(nèi)分泌細胞產(chǎn)生，具備調(diào)節(jié)胃腸道運動和分泌、抗氧化、抗凋亡和免疫調(diào)節(jié)等作用。通過這些多效作用參與，可減少腸炎病變，改善腸炎癥狀，減少促炎細胞因子分泌等，在多種腸道炎癥動物模型和臨床研究中發(fā)揮積極的作用。褪黑素調(diào)控腸道健康研究還可以從能量平衡和攝食調(diào)節(jié)、改善整個腸道的微循環(huán)、促進上皮再生等方面系統(tǒng)開展。此外，腸道微生物與褪黑素代謝可能互作調(diào)控腸道生理功能，由于腸道微生物菌群的復(fù)雜性，微生物如何介導(dǎo)腸道感應(yīng)褪黑素信號及其反饋調(diào)節(jié)腸道生理功能的機制，需要進一步研究。

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