古慶悅，李鑫森，徐嘉偉，唐玉玲，孟 迪，胡艷欣

(中國農業(yè)大學動物醫(yī)學院，北京 海淀 100193)

褪黑素(Melatonin)是一種胺類激素，由色氨酸合成，除松果體和視網膜外，在體內組織器官，如骨髓、肝臟、胃腸道、皮膚、卵巢、睪丸、胎盤等中均可合成褪黑素。近年來大量研究發(fā)現(xiàn)，褪黑素不僅具有晝夜節(jié)律調節(jié)作用，還具有良好的免疫調節(jié)作用，在抗感染、抗腫瘤，以及治療眼部疾病、胃腸道疾病、類風濕性關節(jié)炎等疾病中具有潛在的臨床應用價值。本文將從褪黑素的抗病毒作用及其機制進行綜述，以期為褪黑素在臨床抗病毒領域的應用提供借鑒。

1 褪黑素的合成與代謝

色氨酸首先被轉化為5-羥色氨酸，然后脫羧酶脫氧生成5-羥色胺，隨后在芳基烷基胺N-乙酰轉移酶催化下轉化為乙酰5-羥色胺，最后通過羥基吲哚O-甲基轉移酶甲基化生成褪黑素。褪黑素具有明顯的晝夜節(jié)律，其晝夜節(jié)律主要是由于芳基烷基胺N-乙酰轉移酶在夜間的活性顯著增加導致，但Venegas等發(fā)現(xiàn)，在松果體和視網膜以外的組織器官中合成的褪黑素通常沒有晝夜節(jié)律的變化，且在除松果體以外的組織器官中合成的褪黑素通常不會釋放進入血液循環(huán)中[1]。由松果體合成的褪黑素會隨著血液進入全身循環(huán)中，褪黑素的代謝半衰期較短，通常為20～60 min，肝臟首過效應較大。除了光周期外，溫度、季節(jié)等因素都可影響褪黑素的產生。褪黑素主要通過羥基化途徑在肝臟中形成6-羥基褪黑素和葡萄糖醛酸共軛化合物，經糞便和尿液排出體外。

2 褪黑素的抗病毒作用

大量研究證實，褪黑素對人和動物的多種病毒性疾病均有良好的防治作用。

2.1 褪黑素與家畜病毒性疾病 傳染性胃腸炎病毒(Transmissible gastroenteritis virus,TGEV)、豬流行性腹瀉病毒(Porcine epidemic diarrhea virus,PEDV)和豬三角洲冠狀病毒(Porcine delta coronavirus,PDCoV)等都屬于豬腸道冠狀病毒，可引起仔豬出現(xiàn)嚴重腹瀉、嘔吐、脫水等臨床癥狀，迄今為止尚未找到有效的治療藥物，嚴重危害全球養(yǎng)豬業(yè)。2021年，Zhai等研究發(fā)現(xiàn)，褪黑素可在感染早期有效抑制體外細胞系中上述3種病毒的mRNA和蛋白表達，在感染后1 h加入褪黑素可使病毒感染水平下降90%以上[2]。

兔出血癥(Rabbit hemorrhagic disease,RHD)俗稱兔瘟，可引起急性肝衰竭(Acute liver failure,AHF)。San-Miguel等通過腹腔注射20 mg/(kg·bw)褪黑素降低兔肝臟中RHDV mRNA的表達[3]。褪黑素一方面可抑制RHDV感染引起的肝細胞自噬的發(fā)生[3]，另一方面還可濃度依賴性地抑制RHDV感染誘導的肝細胞凋亡，減少肝細胞中凋亡執(zhí)行蛋白Caspase-3的激活[4]。此外，褪黑素還有助于肝臟的修復，Laliena等發(fā)現(xiàn)褪黑素對肝細胞生長因子、血管內皮生長因子等的分泌以及肝細胞的修復起到促進作用[5]。

牛病毒性腹瀉病毒(Bovine viral diarrhea virus,BVDV)感染可損傷奶牛肝、腦、腎、腸、肺等組織器官，引起神經癥狀，導致繁殖能力和產奶量的下降，給奶牛養(yǎng)殖業(yè)帶來重大損失。Wang等使用佐劑中含30 mg/mL褪黑素的重組亞單位疫苗免疫小鼠，可以有效提升攻毒保護效果，降低各組織中BVDV的抗原量，減輕BVDV造成的組織損傷，提升脾臟中CD3+和CD4+淋巴細胞的數量[6]。

水貂阿留申病是危害毛皮動物的三大疾病之一，是由阿留申水貂病毒(Aleutian mink disease virus,AMDV)感染引起的自身免疫性疾病。Ellis等將含2.7 mg褪黑素的硅膠芯片植入2個AMDV陽性水貂養(yǎng)殖場的水貂體內，水貂的自然死亡率分別由3.5%和8.3%降低至0%和3.1%[7]。

2.2 褪黑素與人獸共患病毒性疾病 新型冠狀病毒肺炎(Coronavirus disease 2019,COVID-19)由嚴重急性呼吸綜合征冠狀病毒2(Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2，SARS-CoV-2)引起，目前在全球范圍內還未得到有效的控制。Zhou等通過網絡藥理學分析病毒—宿主相互作用以及藥物靶點之間的相互作用，發(fā)現(xiàn)褪黑素可間接作用于ACE2等多個冠狀病毒的靶點[8]。Jehi等針對11 672名出現(xiàn)呼吸道癥狀或者其他高風險因素的患者的臨床調查顯示，529名有褪黑素服用史的患者的COVID-19陰性率為97.0%(513/529)，顯著高于無褪黑素服用史的患者的陰性率(92.8%，10 341/11 143)[9]。

委內瑞拉馬腦脊髓炎病毒(Venezuelan equine encephalomyelitis virus,VEEV)是一種蚊媒病毒，可引起人、馬屬動物、嚙齒類動物等的神經系統(tǒng)癥狀，嚴重者可導致淋巴細胞耗竭甚至死亡。褪黑素可延長VEEV感染小鼠的存活時間，提升小鼠存活率，降低腦和血液中的病毒水平[10,11]。Bonilla等將褪黑素的使用濃度由250 μg/(kg·bw)提升至1 000 μg/(kg·bw)后，可將VEEV感染小鼠攻毒后6 d的存活率由55%提升至84%[10]。褪黑素可抑制VEEV感染小鼠大腦組織細胞的凋亡，降低大腦和血清中亞硝酸鹽水平，從而減輕腦部損傷[11]。

A型流感病毒(Influenza A virus，IAV)可以感染人、豬、雞等多種動物，引起呼吸系統(tǒng)疾病。高致病性A型流感病毒誘導的過度免疫反應會引發(fā)“細胞因子風暴”，表現(xiàn)為肺組織中大量炎性細胞浸潤，使患者出現(xiàn)急性呼吸窘迫綜合征和呼吸衰竭。Huang等研究發(fā)現(xiàn)，大劑量的褪黑素可以顯著提升H1N1感染小鼠的存活率并緩解肺部的病理損傷，抑制TNF-α、IL-6、IFN-γ等炎性因子的產生，促進IL-10、TGF-β等抗炎因子的產生[12]。

人類免疫缺陷病毒(Human immunodeficiency virus,HIV)可引起獲得性免疫缺陷綜合征，該疾病的發(fā)生與單核細胞無法產生IL-2、IL-12等細胞因子導致的Th1細胞應答受阻有關[13,14]。Nunnari等對77名1型人體免疫缺陷病毒(Human immunodeficiency virus type 1,HIV-1)感染者的血清褪黑素水平分析發(fā)現(xiàn)，HIV-1感染者血清IL-12水平與褪黑素水平存在正相關性，血清中褪黑素水平與HIV-1 RNA水平具有負相關性，與體內CD4+T細胞數量存在正相關性，其中，C期感染者的血清褪黑素水平顯著低于A期和B期感染者[14]。Lissoni等對11名患者進行臨床研究發(fā)現(xiàn)，低劑量IL-2與褪黑素協(xié)同使用可增加患者體內CD4+T細胞的數量[15]。

2.3 褪黑素與人類病毒性疾病 呼吸道合胞體病毒(Respiratory syncytial virus,RSV)的致病機制可能與氧化應激有關，是最常見的引起兒童下呼吸道感染的病因之一。連續(xù)3 d每日2次預防性給予5 mg/(kg·bw)褪黑素可緩解由RSV感染導致的急性肺氧化損傷，降低感染小鼠肺組織中一氧化氮(Nitric oxide,NO)和羥自由基(Hydroxyl radical,·OH)水平，將谷胱甘肽(Glutathione,GSH)和超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase,SOD)恢復至正常水平[16]。

1型單純皰疹病毒(Herpes simplex virus type 1,HSV-1)會引起患者口腔、面部感染以及腦炎。Edgar等研究發(fā)現(xiàn)，當宿主的晝夜節(jié)律受到破壞時HSV-1的復制會顯著增加[17]，提示宿主體內的褪黑素水平可能在HSV-1感染中發(fā)揮了重要作用。Nunes等進行了一項臨床單盲試驗，將褪黑素聯(lián)合SB-73制劑(有效成分主要為鎂離子、PO4-、棕櫚油酸、亞油酸)給藥，與傳統(tǒng)單純皰疹病毒治療藥物阿昔洛韋進行對比研究，在145名患者中，95.7%的褪黑素聯(lián)合SB-73制劑受試患者癥狀完全消失，癥狀持續(xù)時間的中位數為2 d，85.3%的阿昔洛韋受試患者癥狀完全消失，癥狀持續(xù)時間的中位數為4.9 d；相較于阿昔洛韋受試患者出現(xiàn)腹瀉、頭痛、惡心等不良反應，褪黑素聯(lián)合SB-73制劑受試患者僅出現(xiàn)嗜睡的不良反應[18]。

3 褪黑素的抗病毒機制

褪黑素可通過直接影響病毒的復制、調節(jié)宿主免疫反應、抵抗病毒感染造成的氧化損傷等方面發(fā)揮抗病毒作用。

3.1 抑制病毒增殖 研究發(fā)現(xiàn)，褪黑素可以通過影響病毒粒子的感染過程直接抑制病毒的復制。Morchang等研究發(fā)現(xiàn)，在登革熱病毒(Dengue virus，DENV)攻毒前或攻毒同時進行褪黑素處理均無法影響病毒的增殖，但在攻毒后2～14 h進行褪黑素處理，病毒滴度顯著下降，細胞中DENV RNA和NS1蛋白表達顯著減少[19]。Zhai等發(fā)現(xiàn)，褪黑素盡管不能直接殺滅TGEV、PEDV、PDCoV病毒粒子，也不能影響病毒粒子粘附于細胞，但可以使內化效率降低60%以上[2]。

3.2 免疫調節(jié)作用 褪黑素可直接影響免疫器官的重量和免疫細胞的數量。Haldar等通過連續(xù)60 d皮下注射褪黑素使倉鼠胸腺、脾和腸系膜淋巴結的重量增加，胸腺皮質和髓質中胸腺細胞的密度增加，并提高了外周血中白細胞總數和淋巴細胞計數[20]。褪黑素對禽類的免疫器官也能起到相似的效果，注射褪黑素能增加雞外周血中白細胞總數，還能顯著提升T細胞和B細胞的活性以及異嗜性細胞的吞噬能力[21]。

褪黑素對免疫的調節(jié)作用主要通過調節(jié)炎性因子的分泌實現(xiàn)。褪黑素可增強T細胞的抗原遞呈能力，增加MHC Ⅱ類分子的表達，促進IL-1和TNF-α的釋放。使用褪黑素治療的VEEV感染小鼠的血清中IFN-γ水平顯著提高，IL-1β水平是感染后未治療小鼠的8倍[22]。有趣的是，褪黑素可有效地抑制先天免疫反應的放大，中和高表達的促炎因子，因此在機體發(fā)生“細胞因子風暴”等過度的炎癥反應時，褪黑素又表現(xiàn)出抗炎的作用。褪黑素可緩解由脂多糖誘導引起的急性肺損傷中出現(xiàn)的肺充血、肺水腫、中性粒細胞浸潤等病理損傷，降低肺組織中IL-1β以及外周血中IL-8的水平[23]。在人乳頭瘤病毒(Human papillomavirus,HPV)陽性患者宮頸黏液中，IL-6和IL-8的升高與褪黑素的濃度降低有關[24]。在RSV感染時，褪黑素治療可顯著抑制小鼠血清中TNF-α的產生[16]。在使用含褪黑素的BVDV疫苗免疫后，感染小鼠體內促炎相關因子IL-1β和IL-6水平顯著降低，IFN-α和IFN-β等抗病毒相關細胞因子水平顯著升高[6]。

3.3 抗氧化作用 自由基是機體新陳代謝的產物，免疫細胞在吞噬異物的過程中會通過自由基機制將其清除。但當炎癥反應過強時，·OH、次氯酸(Hypochlorous acid,HOCl)、亞硝酸根陰離子(ONOO-)等自由基可對細胞產生極大的氧化損傷作用，氧化應激損傷是造成病毒感染時組織器官損傷的重要原因之一。褪黑素是一種強大的抗氧化劑，不僅能直接清除包含·OH、ONOO-、NO在內的活性氧(Reactive oxygen species,ROS)和活性氮(Reactive nitrogen species,RNS)，對SOD、過氧化氫酶(Catalase,CAT)、谷胱甘肽還原酶等抗氧化酶的活性具有增強作用，還能提高GSH的合成，從而增強機體抵抗自由基損傷的能力[25]。褪黑素可抑制急性肺損傷時一氧化氮合酶(Nitric oxide synthase,NOS)的活性[26]，抑制RSV感染時ROS和RNS的升高，提升SOD和GSH的活性[16]。

褪黑素的抗氧化作用還表現(xiàn)為通過維持線粒體的穩(wěn)態(tài)對細胞凋亡以及自噬進行調控。NaveenKumar等發(fā)現(xiàn)，褪黑素可通過提升內源性谷胱甘肽的水平維持中性粒細胞氧化還原系統(tǒng)的平衡，從而抑制由于氧化應激引起的中性粒細胞的凋亡[26]。Ouyang等發(fā)現(xiàn)，褪黑素可改善線粒體功能障礙，緩解內質網應激，從而抑制柯薩奇病毒B3引起心肌細胞的凋亡[27]。在激活自噬方面，褪黑素表現(xiàn)出不同的功能，San-Miguel等發(fā)現(xiàn)，在RHDV感染時褪黑素對細胞的自噬和凋亡均起到抑制作用[3]，但Jeong等發(fā)現(xiàn)，在朊病毒感染以及其他神經退行性疾病中，褪黑素可以通過調節(jié)細胞自噬的發(fā)生保護線粒體功能和預防神經毒性造成的損傷[28]。

4 展望

褪黑素由于其具有的抗氧化損傷和免疫調節(jié)功效受到了廣泛關注，是一種潛在的輔助治療藥物。目前，關于褪黑素在新型冠狀病毒肺炎方面的臨床研究已有10余項正在進行中[29]。相比于傳統(tǒng)藥物，褪黑素具有易于合成、安全性高的特點，有研究顯示，在動物試驗中給予高達800 mg/(kg·bw)褪黑素的情況下仍未見任何急性毒性效應[30]。深入探究褪黑素使用適應癥、劑量、時機、持續(xù)時間等可為病毒感染性疾病的治療開辟新思路。