王 靜，劉國世

（中國農業(yè)大學 動物科學技術學院，北京 100193）

褪黑素（melatonin，MT）即N－乙?；?－甲氧基色胺，最初發(fā)現(xiàn)主要由動物松果腺（也稱松果體，pineal gland）分泌。1958年，A.B.Lerner等［1］從牛腦松果體中提取出一種吲哚類物質，發(fā)現(xiàn)它能使青蛙的深色皮膚褪色變白，因而命名褪黑素。褪黑素是一種重要的神經(jīng)激素［2］，可以調節(jié)動物繁殖機能，在動物性成熟、激素分泌、卵泡發(fā)育、排卵、妊娠維持、黃體功能、胎盤發(fā)育和分娩過程中發(fā)揮著廣泛的作用［3－4］。同時，褪黑素可以通過抑制過度先天性免疫反應，促進獲得性免疫反應，提高機體對病毒感染的耐受性［5－6］。文章對褪黑素調節(jié)機體免疫及可能降低埃博拉病毒、流感病毒和新型冠狀病毒（COVID－19）的致死作用進行討論，為褪黑素在提高家畜和人的免疫力、抗病毒的應用方面提供參考。

1 褪黑素是維持細胞機能的重要生物活性物質

自然界中褪黑素無處不在，在細菌、單細胞真核生物、植物（包括水果、蔬菜、糧食作物）、動物和人等各種生物中都被發(fā)現(xiàn)［7－9］；除松果體外，動物的視網(wǎng)膜、皮膚、胃腸道、神經(jīng)細胞、睪丸、卵巢、卵母細胞及免疫器官等多個器官、組織和細胞都能局部合成褪黑素［10－11］。最初褪黑素作用的研究主要集中在晝夜節(jié)律［12］和周期節(jié)律［13］。動物和人松果腺在夜間分泌褪黑素增多，白天光照時降低；在冬季褪黑素分泌水平較春季高。褪黑素對睡眠－覺醒周期及季節(jié)適應性起調節(jié)作用。人體自身合成褪黑素的能力隨年齡的增加而下降，通常在6歲左右達到高峰，35歲之后迅速下降。研究發(fā)現(xiàn)，褪黑素還有很強的抗氧化、抗菌、抗病毒、抗腫瘤和抗炎癥的作用［5，14－15］，參與調控機體免疫功能。

動物體內褪黑素主要由細胞線粒體合成［16－17］。褪黑素是一種非常有效的內源性自由基清除劑，參與很多活性氧（ROS）和活性氮（RNS）反應［18－19］，其代謝產物也是直接的自由基清除劑或間接通過刺激抗氧化酶的產生發(fā)揮抗氧化作用［20］。線粒體產生的ROS和RNS是褪黑素清除的主要靶標，褪黑素直接對線粒體功能起保護作用［16］。褪黑素可以清除線粒體在生成ATP過程中產生的氧自由基（ROS），保護線粒體功能，進而抑制由線粒體細胞色素C外排導致的細胞凋亡［21］。褪黑素能增加線粒體電子傳遞鏈復合物Ⅰ、復合物Ⅳ的活性，維持線粒體谷胱甘肽（GSH）平衡，保護線粒體呼吸鏈（ETC）中的各組分，使線粒體DNA（mtDNA）免受RNS／ROS誘導的氧化損傷［22］。卵母細胞和胚胎均能合成褪黑素［17，23］，進而抑制線粒體呼吸鏈代謝過程中活性氧的產生，降低游離堿基氧化產物水平，從而降低DNA氧化損傷；同時提高mtDNA拷貝數(shù)與膜電位，促進線粒體在胞質內正常分布及紡錘體組裝，最終促進卵母細胞成熟和胚胎發(fā)育［17，23－24］。

2 褪黑素通過抗炎癥能力提高家畜機體免疫力

配子發(fā)生、受精、妊娠期母體與胎兒對話、生殖激素產生等過程均有免疫因素的參與，其中任何環(huán)節(jié)中免疫失調和異常都會導致繁殖力下降甚至不育。褪黑素可以影響免疫細胞、免疫相關的基因表達和細胞因子的產生［6］。因此，褪黑素有調節(jié)炎癥和免疫的功能，可以在基礎水平作為免疫增強劑，在過度的免疫反應時起抗炎癥的作用［25］。褪黑素可以抑制過度的先天性免疫反應，降低炎癥因子的產生，還促進獲得性免疫反應，加快特異性抗體的產生。

2.1 褪黑素能提高抗炎癥能力

研究表明，奶山羊外周血單核巨噬細胞（PBMCs）可以合成褪黑素參與免疫調節(jié)。在脂多糖（LPS）作用的體外試驗中發(fā)現(xiàn)，過表達褪黑素合成酶（AANAT）的轉基因奶山羊PBMCs細胞可與褪黑素Ⅱ型受體（MT2）結合并激活胞內p38 MAPK通路，促進PBMCs細胞自噬，降低PBMCs細胞參與的過度炎癥反應；在體內試驗中，奶山羊注射LPS后，轉AANAT基因羊高水平的褪黑素抑制PBMCs細胞內的ERK MAPK信號通路，上調抗氧化水平，降低自噬水平，升高血清中抗炎性細胞因子，提高抗炎癥反應，緩解過度炎癥反應導致的細胞、組織損傷［26］。褪黑素還能保護細胞免受由Bcl2／Beclin－1途徑引發(fā)的自噬性細胞死亡，抑制JNK1激活和Bcl－2上游途徑的活化［27］。褪黑素還能通過調節(jié)T細胞的活化、分化和T細胞應答，在各種炎癥疾病中發(fā)揮有益作用，如Ⅰ型糖尿病、系統(tǒng)性紅斑狼瘡、多發(fā)性硬化癥等［28－29］。

2.2 褪黑素能提高機體免疫力

患隱性乳房炎奶牛的機體免疫功能會受到抑制，氧自由基（ROS）增多，奶牛受感染的風險就會增加，這可能會使奶牛乳中體細胞數(shù)增加，甚至出現(xiàn)乳房炎［30］。研究表明，連續(xù)皮下注射4.64～46.4 mg褪黑素能顯著降低牛奶中的體細胞數(shù)，主要是降低炎癥細胞數(shù)，特別是對體細胞數(shù)量在30～100萬／mL的荷斯坦奶牛，降低效果尤為明顯，體細胞數(shù)降幅達40%。褪黑素還可以降低血液皮質醇濃度，增加白蛋白含量，減少白細胞和淋巴細胞數(shù)量，從體液和細胞免疫兩個方面提高奶牛免疫力，降低隱性乳房炎發(fā)生［31－32］。

2.3 褪黑素能降低細菌感染引發(fā)的全身炎癥反應

褪黑素能改善由病原菌感染所引起的全身炎癥反應，如病死率高的新生兒敗血癥和膿毒癥。新生兒敗血癥病死率較高。2001年的一項研究表明，未接受治療的10名敗血癥兒童中有3名在診斷后72 h內死亡，而10名分兩次口服40 mg褪黑素的兒童患者無一死亡［33］。膿毒癥發(fā)病率為0.1%～1.0%，病死率為10%～50%。2018年對40名新生膿毒癥嬰兒的研究發(fā)現(xiàn)，20 mg褪黑素和傳統(tǒng)抗生素聯(lián)合使用時，病情有了顯著改善［34］。

3 褪黑素具有抗病毒的功能

由病毒引發(fā)的疾病絕大部分為免疫抑制性疾病，會造成家畜和人機體免疫力和繁殖力下降，嚴重的可能繼發(fā)各種混合感染和多器官系統(tǒng)衰竭，例如口蹄疫、豬瘟、綿羊痘和山羊痘等。褪黑素已被證明對多種病毒性疾病有效［35］，包括近幾年發(fā)病率較高的埃博拉病毒、流感病毒和目前的新型冠狀病毒（COVID－19）。

3.1 褪黑素的抗埃博拉病毒活性

埃博拉出血熱是一種進展迅速、高度致命的疾病，目前尚無有效的治療方法。2014—2016年西非的埃博拉疫情成為一場規(guī)模和影響都前所未有的健康危機，造成1.1萬多人死亡［36］。目前，世界衛(wèi)生組織和非洲國家正在努力控制非洲的一場新的埃博拉病毒大規(guī)模疫情，該疫情已導致數(shù)百人死亡［37］。血管完整性受損、多發(fā)性出血并伴隨血容量減少是埃博拉患者死亡的主要原因，同時破壞免疫系統(tǒng)，如果不迅速實施治療，多達50%的患者會死亡。

褪黑素在2014年就被提出是埃博拉出血熱的潛在治療藥物［38］。2020年1月24日A.Junaid等［39］首次利用微血管芯片系統(tǒng)對埃博拉出血綜合征進行建模，證實了褪黑素有很強的抗埃博拉病毒活性，可以用來降低失血性休克綜合征的嚴重程度。當血管被注入埃博拉病毒樣顆粒（VLP）時，會激活Rho／ROCK通路，從而誘導肌動蛋白束的形成和拉伸力，減弱血管內皮細胞鈣黏連蛋白形成的細胞間連接，影響細胞骨架重塑。新開發(fā)的實驗藥物FX06和褪黑素通過介導抑制內皮細胞內Rho／ROCK通路，抑制埃博拉病毒對血管細胞連接的破壞，保護血管完整性。按摩爾濃度計算，褪黑素抗病毒效率是抗埃博拉特效藥FX06的10倍。因此，褪黑素可能成為治療埃博拉病毒及其他病毒引起疾病的有效藥物。

3.2 褪黑素的抵抗流感病毒活性

流感病毒是一種引起流行性感冒（俗稱流感）的急性發(fā)熱性呼吸道疾病的RNA病毒，感染后引起肺炎和嚴重急性肺損傷，主要有人流感、豬流感和禽流感。全球每年流感病例約為500萬，會造成約50萬人死亡［40］。人感染高致病性甲型流感病毒（如H5N1、HIN1）時發(fā)病率和死亡率更高，并且兒童、老年人及孕婦等免疫力低的特定人群有易感傾向［41－43］?！凹毎蜃语L暴”可能是導致流感患者繼發(fā)急性呼吸窘迫綜合征（ARDS）和呼吸衰竭的重要原因，感染流感后肺泡和支氣管上腫瘤壞死因子（TNF－α）、白細胞介素6（IL6）、干擾素γ（IFN－γ）及其誘導蛋白10（IP10）水平升高［44］。其發(fā)病機制還包括損傷部位的ROS增多，進一步加重肺部損傷。

褪黑素具有清除活性氧、抗炎和免疫調節(jié)作用，目前已經(jīng)報道其對甲型H1N1流感病毒感染有治療效果［45］。褪黑素可以減少TNF－α、IL6、IFN－γ，同時增強抗炎細胞因子白細胞介素（IL－10）、白細胞介素27（IL－27）、IFN－γ轉化生長因子β（TGF－β）水平，共同抵抗流感炎癥損傷。與單獨使用廣譜抗病毒藥物利巴韋林相比，聯(lián)合使用200 mg／kg褪黑素處理能顯著提高流感病毒感染小鼠的存活率。

3.3 褪黑素是COVID－19的潛在治療藥物

冠狀病毒是能夠感染人和動物的RNA病毒，這種感染涉及呼吸系統(tǒng)、胃腸道和中樞神經(jīng)系統(tǒng)等［46－47］。牛冠狀病毒病也稱新生犢牛腹瀉，是由牛冠狀病毒（BCoV）引起的導致犢牛腹瀉的傳染病，特別是犢牛免疫力低下更易感染［48］。豬呼吸道冠狀病毒病是由于豬感染呼吸型的冠狀病毒（PRCV）而引發(fā)，感染率高，與其他病原混合感染后病死率提高［49］。新型冠狀病毒肺炎（novel coronavirus pneumonia，NCP）是由2019新型冠狀病毒（COVID－19，病原體為Sars－cov2）感染引起的一種人的急性傳染性疾?。?0］。輕癥患者出現(xiàn)發(fā)燒、發(fā)冷、咳嗽、疲勞和呼吸急促等癥狀，還會出現(xiàn)肺水腫、斑片狀炎性細胞浸潤和中度透明膜形成。重癥患者出現(xiàn)大量肺泡損傷和進行性呼吸衰竭而死亡。新型冠狀病毒肺炎患者初期血清幾種白細胞介素（如IL1B、IL5、IL7）和粒細胞－巨噬細胞集落刺激因子（GM－SCF）等的水平升高，部分患者激活Th1細胞的同時抑制免疫的Th2細胞。首例重癥新冠肺炎死亡患者的病理解剖結果顯示，其肺部出現(xiàn)嚴重的免疫損傷，肺部表現(xiàn)為彌漫性肺泡損傷和肺透明膜形成；高度促炎性的CCR4＋CCR6＋Th17細胞增加，淋巴細胞數(shù)目減少且被過度激活，這可能是由于直接感染淋巴細胞或抑制骨髓的抗病毒反應［51］。目前，尚沒有褪黑素治愈新型冠狀病毒肺炎的詳細報道，但是已有研究表明了褪黑素可能成為抗COVID－19的有效潛在治療藥物［35］。

目前人類冠狀病毒（HCoV）已發(fā)現(xiàn)包含COVID－19在內的7種，已有褪黑素在治療人類冠狀病毒肺炎中的作用［52］的報道。血管緊張素轉化酶2（ACE2）是包括COVID－19在內的HCoV病毒感染的關鍵入口受體，COVID－19通過氣道、肺泡以及血管內膜上ACE2進入細胞。褪黑素調節(jié)新冠病毒攻擊細胞的靶點ACE2。除肺部外，ACE2表達富集于睪丸中的精原細胞、間質細胞和支持細胞，因為血睪屏障無法完全隔離病毒，血液中的病毒還會攻擊睪丸，使促黃體生成素（LH）升高和睪酮／LH比值降低，可能影響男性生殖健康［53－54］。ACE2還在女性各級卵泡［55］和子宮內膜［56］中表達，到目前為止尚未見新冠病毒對女性生殖系統(tǒng)及新生兒有害方面的報道［57－58］。諸多研究表明，過度炎癥、氧化和過度免疫反應可能是NCP的主要發(fā)病機理［46，59］。

目前尚無針對COVID－19的有效藥物，從現(xiàn)有的藥物中進行篩選可以縮短時間，降低成本［52］。盡管在COVID－19中應用褪黑素的直接證據(jù)尚不清楚，褪黑素可以同時發(fā)揮抵抗過度的炎癥、氧化和過度的免疫反應。褪黑素還能改善肺炎、急性肺損傷（ALI）和急性呼吸窘迫綜合征（ARDS），可以預見，COVID－19患者使用褪黑素將非常有益［60］。即使褪黑素不能根除病毒的復制或轉錄，應用褪黑素也能緩解氧化損傷并提高機體免疫力，延長患者的生存時間，為患者的免疫系統(tǒng)恢復并最終消滅病毒提供機會。COVID－19還會發(fā)生突變，原始毒株美國、澳洲分布較多，中國主要為二代突變體，因此對患者的及時治療和未感人群的預防都尤為重要［56］。E.A.Herrera等［61］和A.Shneider等［62］推測，褪黑素可以作為治療新冠肺炎的輔助手段，10 mg褪黑素對預防和治療COVID－19 ICU患者的睡眠障礙有效且安全性高［63］。美國醫(yī)生R.Neel［64］指出，普通未感染人群每天口服200 mg褪黑素可有效預防COVID－19感染，并強烈呼吁醫(yī)生和研究人員能夠考慮和重視褪黑素的抗毒素和抗氧化作用，開展更多褪黑素與COVID－19相關的研究。

4 展望

褪黑素可以通過調節(jié)機體免疫提高動物繁殖力。過去的20年里，大量的臨床試驗也檢驗了褪黑素在人不同疾病中的治療作用［65－68］，包括胃腸道疾病、睡眠障礙、心血管疾病、骨質疏松、糖尿病、類風濕關節(jié)炎、纖維肌痛、慢性疲勞綜合癥、神經(jīng)系統(tǒng)疾病、乳腺癌、前列腺癌、腦癌等。在埃博拉病毒、流感病毒和其他病毒引起的疾病中，褪黑素可能介導包括病毒生命周期、病毒對宿主形態(tài)或生理的調節(jié)、病毒的轉運、病毒粒子對宿主細胞附著等過程，降低病毒造成的炎癥反應［14］。同時，褪黑素可以通過精準調控先天性免疫和獲得性免疫兩方面提高機體免疫力。新型冠狀病毒可能同時破壞機體免疫力、引發(fā)炎癥及影響男性生殖健康。建議繼續(xù)開展褪黑素防控動物和人冠狀病毒相關的研究與臨床試驗。