李曉宇，許鐘峯，鄭 鵬

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué) 動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，哈爾濱 150030）

褪黑素（melatonin receptor）作為一種生殖激素可以通過(guò)控制促性腺激素和性激素的合成與分泌調(diào)節(jié)動(dòng)物繁殖機(jī)能，進(jìn)而參與調(diào)控雌性動(dòng)物卵巢功能、季節(jié)性繁殖和生理節(jié)律等過(guò)程［1］。近年來(lái)的研究表明，褪黑素在動(dòng)物生理活動(dòng)中扮演著重要的角色，尤其在免疫調(diào)控［2］、物種進(jìn)化［3］、抗癌［4］、抗衰老［5］等方面都發(fā)揮著十分重要的作用。文章從褪黑素對(duì)雌性動(dòng)物卵巢功能的影響和對(duì)季節(jié)性動(dòng)物繁殖的調(diào)控兩個(gè)方面進(jìn)行綜述，希望對(duì)后續(xù)相關(guān)研究和生產(chǎn)提供幫助。

1 褪黑素對(duì)雌性動(dòng)物卵巢功能的影響

卵巢是雌性動(dòng)物的生殖器官，卵巢功能直接影響雌性動(dòng)物的繁殖能力，進(jìn)而影響?zhàn)B殖業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，因此維持卵巢功能穩(wěn)定是雌性動(dòng)物繁殖的關(guān)鍵因素。而雌性動(dòng)物的性成熟、性激素的分泌及卵泡和黃體的發(fā)育都與褪黑素有著密不可分的關(guān)系，褪黑素在雌性動(dòng)物的排卵、妊娠和分娩過(guò)程中都發(fā)揮關(guān)鍵作用。

1.1 褪黑素受體在卵巢中的分布

哺乳動(dòng)物的褪黑素受體（melatonin receptor，MTR）有兩種，分別為MT1和MT2［6－7］。C.K.Lee等［8］的研究表明，在禽類(lèi)、人、大鼠的卵巢間質(zhì)細(xì)胞和排卵前的卵泡顆粒細(xì)胞中都有MTR的分布。在大鼠卵巢中，褪黑素與卵巢特異性結(jié)合的受體在發(fā)情前期比發(fā)情后期有所增加，說(shuō)明雌激素能調(diào)節(jié)MTR的表達(dá)［9］。另有研究表明，牛顆粒細(xì)胞的生理活動(dòng)受褪黑素的調(diào)控［10］。相關(guān)研究進(jìn)一步揭示了MT1在牛卵丘卵母細(xì)胞復(fù)合體中表達(dá)、而MT2基因僅在卵母細(xì)胞中表達(dá)的現(xiàn)象［11］。此外，研究人員還在卵泡液中發(fā)現(xiàn)了高水平的褪黑素，并且牛顆粒細(xì)胞中黃體細(xì)胞和卵泡中都存在褪黑素結(jié)合位點(diǎn)［12－13］。褪黑素受體在卵巢中的廣泛分布使得褪黑素對(duì)雌性動(dòng)物卵巢功能調(diào)控起著重要作用。

1.2 關(guān)于褪黑素與卵巢功能的研究

1.2.1 褪黑素參與排卵的調(diào)控 由于褪黑素主要控制促性腺激素及性激素的合成和分泌，必定會(huì)影響雌性動(dòng)物的生殖相關(guān)活動(dòng)。研究人員在對(duì)小鼠的研究中發(fā)現(xiàn)，在排卵前促黃體素（LH）分泌能夠誘導(dǎo)卵巢顆粒細(xì)胞中MTI受體極大程度表達(dá)；同時(shí)在卵丘細(xì)胞中褪黑素合成酶SNAT（即AANAT）基因的表達(dá)水平也極顯著上升，卵泡液中的褪黑素水平也隨之升高［14］。這些研究結(jié)果表明，MT1很有可能是LH的下游信號(hào)分子，還可能參與調(diào)控卵巢顆粒細(xì)胞黃體化。相關(guān)試驗(yàn)人員進(jìn)一步進(jìn)行了試驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在達(dá)到MT1受體峰前給小鼠注射外源性褪黑素能夠改善小鼠新生黃體的功能；外源性褪黑素還能使小鼠血清中孕酮水平上升，提高小鼠的胚胎附植點(diǎn)數(shù)，增加小鼠產(chǎn)仔數(shù)。后續(xù)研究表明，褪黑素對(duì)卵巢中顆粒細(xì)胞的調(diào)控主要是通過(guò)PI3K－Akt信號(hào)通路、細(xì)胞基質(zhì)受體（ECM－Receptor）的互作影響黃體細(xì)胞外基質(zhì)重塑和血管形成實(shí)現(xiàn)的［15］。上述結(jié)果表明：在雌性動(dòng)物排卵的過(guò)程中褪黑素可以通過(guò)排卵前LH分泌使顆粒細(xì)胞MT1受體表達(dá)量增多；同時(shí)卵丘細(xì)胞大量合成褪黑素，作用于顆粒細(xì)胞的MT1受體，然后通過(guò)PI3K／Akt信號(hào)通路、外基質(zhì)重塑信號(hào)等方式調(diào)控顆粒細(xì)胞的黃體形成［14－15］。

1.2.2 褪黑素對(duì)卵泡和卵母細(xì)胞發(fā)育的調(diào)節(jié)作用先前的相關(guān)研究表明，褪黑素對(duì)體外和體內(nèi)卵母細(xì)胞成熟、發(fā)育中的卵泡、胚胎發(fā)育和其他生殖活動(dòng)都有作用［16－19］。對(duì)于牛而言，適當(dāng)濃度的外源性褪黑素處理體外牛卵母細(xì)胞能夠顯著提高卵母細(xì)胞第一極體排出率，改變其細(xì)胞內(nèi)形態(tài)，使線(xiàn)粒體在細(xì)胞內(nèi)的分布更加均勻。相關(guān)研究結(jié)果也證實(shí)，適當(dāng)濃度的褪黑素處理后使囊胚形成率顯著提高、凋亡率下降［20］。外源性褪黑素處理體外牛卵泡試驗(yàn)結(jié)果表明：褪黑素能夠顯著促進(jìn)孕酮的分泌；并且通過(guò)促進(jìn)抗凋亡基因Bcl2的表達(dá)使Bcl2和Bax的比率增加，進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞凋亡率下降，起到保護(hù)細(xì)胞的效果；而且褪黑素通過(guò)PI3K／AKT信號(hào)通路介導(dǎo)調(diào)控牛卵泡內(nèi)膜細(xì)胞凋亡和類(lèi)固醇生成［21］。在對(duì)豬的研究中，褪黑素改善了豬卵母細(xì)胞體外成熟效果，促進(jìn)了豬卵母細(xì)胞內(nèi)谷胱甘肽酶的生成并提高了抗氧化活性，同時(shí)褪黑素對(duì)豬卵母細(xì)胞內(nèi)線(xiàn)粒體分布有一定的促進(jìn)作用，并且能清除活性氧（ROS），減少氧化損傷，從而促進(jìn)豬卵母細(xì)胞的發(fā)育成熟［22］。

1.2.3 褪黑素對(duì)卵巢應(yīng)激的保護(hù)作用 褪黑素對(duì)卵母細(xì)胞起著免受氧化應(yīng)激的保護(hù)作用［23－24］。活性氧物質(zhì)能夠抑制黃體細(xì)胞中黃體酮產(chǎn)生，而補(bǔ)充適量的外源性褪黑素能有效預(yù)防這種現(xiàn)象并且促進(jìn)妊娠早期黃體酮產(chǎn)生［25－26］。此外，褪黑素還可保護(hù)細(xì)胞核和線(xiàn)粒體DNA不受自由基的損害［27］。在對(duì)牛的研究中，研究人員在體外牛卵母細(xì)胞中加入外源性褪黑素，結(jié)果發(fā)現(xiàn)褪黑素顯著抑制了牛體外成熟卵母細(xì)胞的氧化損傷，卵母細(xì)胞體外發(fā)育能力、胞內(nèi)谷胱甘肽（glutathione，GSH）水平、線(xiàn)粒體正常分布比率和Bcl－2／Bax mRNA比率顯著提高。進(jìn)一步探究結(jié)果表明，褪黑素是通過(guò)抑制p38絲裂原活化蛋白激酶的磷酸化和胞內(nèi)異常的H3K4和H3K9三甲基化修飾水平對(duì)細(xì)胞起到保護(hù)作用。在小鼠試驗(yàn)中，研究人員發(fā)現(xiàn)褪黑素通過(guò)減少細(xì)胞核、線(xiàn)粒體和質(zhì)膜中的氧化應(yīng)激來(lái)保護(hù)小鼠卵泡中顆粒細(xì)胞的完整性［28－29］。

褪黑素對(duì)熱應(yīng)激也有一定的保護(hù)作用。熱應(yīng)激是一類(lèi)非常常見(jiàn)的環(huán)境應(yīng)激，熱應(yīng)激容易造成母畜卵泡閉鎖、卵泡細(xì)胞凋亡以及卵母細(xì)胞非正常成熟。在小鼠試驗(yàn)中證明，褪黑素可以促進(jìn)熱應(yīng)激后小鼠卵母細(xì)胞的成熟，可以改善熱應(yīng)激后小鼠卵母細(xì)胞的紡錘體異常，還可以減少熱應(yīng)激后卵母細(xì)胞的早期凋亡［30］。研究者在豬的試驗(yàn)中同樣發(fā)現(xiàn)，褪黑素能夠提高熱應(yīng)激豬卵母細(xì)胞的成熟效率［31］。在對(duì)羊的研究中，研究人員不僅得到與上述相似的結(jié)果，還發(fā)現(xiàn)褪黑素能夠抑制羊顆粒細(xì)胞的凋亡［32］。除了外源性褪黑素，研究者還研究了植物中的抗氧化劑白藜蘆醇對(duì)雌性動(dòng)物卵巢的應(yīng)激保護(hù)作用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)白藜蘆醇通過(guò)改善線(xiàn)粒體功能來(lái)緩解熱應(yīng)激帶來(lái)的氧化損傷，以保護(hù)豬卵母細(xì)胞體外成熟。說(shuō)明白藜蘆醇也有緩解動(dòng)物熱應(yīng)激的作用；但相關(guān)試驗(yàn)也證實(shí)，白藜蘆醇對(duì)動(dòng)物熱應(yīng)激的緩解作用效果弱于褪黑素，當(dāng)兩者共同添加時(shí)緩解熱應(yīng)激作用達(dá)到最佳［33－34］。

2 褪黑素對(duì)季節(jié)性繁殖雌性動(dòng)物的調(diào)控作用

在哺乳動(dòng)物漫長(zhǎng)的進(jìn)化過(guò)程中，形成了其特有的季節(jié)性生殖節(jié)律的生活特征，這種通過(guò)環(huán)境影響和自身調(diào)控兩方面介導(dǎo)的復(fù)雜繁殖機(jī)制使動(dòng)物能夠在每年最適時(shí)間進(jìn)行繁殖活動(dòng)，保證后代有較高的存活率，能夠更好地生長(zhǎng)發(fā)育［35］。哺乳動(dòng)物的季節(jié)性繁殖通常分為長(zhǎng)日照繁殖和短日照繁殖兩種，光照時(shí)長(zhǎng)能夠影響動(dòng)物體內(nèi)內(nèi)源性褪黑素的分泌，使褪黑素在以光照作為強(qiáng)信號(hào)的繁殖動(dòng)物群體中發(fā)揮極其關(guān)鍵的介導(dǎo)作用［36－38］。

2.1 應(yīng)用于短日照繁殖動(dòng)物

常見(jiàn)的短日照繁殖動(dòng)物有梅花鹿和綿羊。試驗(yàn)人員給非發(fā)情期梅花鹿母鹿注射適當(dāng)濃度的外源性褪黑素，結(jié)果母鹿體內(nèi)促卵泡激素（folliclestimulating hormone，F(xiàn)SH）濃度增加，促進(jìn)了卵泡發(fā)育；同時(shí)研究人員還發(fā)現(xiàn)母鹿體內(nèi)LH含量也顯著增加，這有利于母鹿達(dá)到較好的超排效果［39］。研究人員給切除了松果體的母綿羊注射適量外源性褪黑素，導(dǎo)致促性腺激素釋放激素（gonadotropin releasing hormone，GnRH）和LH釋放量同時(shí)顯著增加，從而激活其生殖活性；相反地，長(zhǎng)日照模式中的褪黑素則會(huì)抑制母羊促黃體素的釋放和其生殖活性［40］。這說(shuō)明褪黑素對(duì)短日照繁殖動(dòng)物的生殖活性有一定的促進(jìn)作用。

2.2 應(yīng)用于長(zhǎng)日照繁殖動(dòng)物

倉(cāng)鼠和家貓是常見(jiàn)的長(zhǎng)日照繁殖動(dòng)物，倉(cāng)鼠較為典型。較早的研究表明，在長(zhǎng)日照季節(jié)雌倉(cāng)鼠有很強(qiáng)的繁殖活力，而在短日照季節(jié)繁殖性能會(huì)降到最低［41］。試驗(yàn)人員將雌倉(cāng)鼠置于短光照周期下，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這些雌倉(cāng)鼠會(huì)進(jìn)入乏情期，繁殖性能受到抑制［42－43］。試驗(yàn)人員對(duì)切除松果體后的雌倉(cāng)鼠進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)沒(méi)有松果體的幼年雌倉(cāng)鼠卵巢普遍比正常的大，且性成熟期提前；給這些雌倉(cāng)鼠注射適量的外源性褪黑素以后，其卵巢重量減輕，性成熟期延遲。切除松果體后的成年雌倉(cāng)鼠則出現(xiàn)發(fā)情現(xiàn)象，注射外源性褪黑素以后這種現(xiàn)象減少。因此，對(duì)于雌倉(cāng)鼠來(lái)說(shuō)，褪黑素有抑制其生殖活動(dòng)的作用［35］。研究人員在對(duì)家貓進(jìn)行研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，家貓卵巢活性會(huì)隨著光照時(shí)間變化而變化，即卵巢活性會(huì)隨著光照時(shí)間的縮短而減弱，當(dāng)日照再次變長(zhǎng)時(shí)卵巢活性才能得到恢復(fù)［44］。此外研究人員還發(fā)現(xiàn)，內(nèi)源性褪黑素會(huì)反向調(diào)節(jié)家貓的發(fā)情周期，褪黑素的分泌會(huì)抑制家貓雌激素生成和卵泡生長(zhǎng)，還會(huì)導(dǎo)致其黃體水平下降［45］。對(duì)此，可以通過(guò)給家貓口服或注射外源性褪黑素來(lái)控制生殖。

3 展望

文章主要介紹了褪黑素在雌性動(dòng)物上的一些繁殖調(diào)控作用，包括提高卵母細(xì)胞的成熟、改善黃體功能、抗應(yīng)激等。其中有關(guān)褪黑素的很多技術(shù)已經(jīng)在母畜繁殖生產(chǎn)中應(yīng)用，例如連續(xù)4 d給奶牛皮下注射適量褪黑素用以提高奶牛血液中白蛋白含量，降低皮質(zhì)醇、白細(xì)胞、淋巴細(xì)胞水平，提高奶牛機(jī)體免疫力，降低體細(xì)胞數(shù)［46］。奶牛配種時(shí)皮下注射適量褪黑素復(fù)合抗氧化劑用以提高奶牛產(chǎn)后首次配種的受胎率［47］。在梅花鹿養(yǎng)殖中，給超數(shù)排卵供體母鹿埋植40 mg褪黑素可以使黃體數(shù)量增加［48］。在適當(dāng)季節(jié)供給適量外源性褪黑素可以促進(jìn)貂、貉皮毛的生長(zhǎng)，增加絨山羊產(chǎn)絨量，減少內(nèi)源性褪黑素可以提高動(dòng)物產(chǎn)奶量。綜上所述，褪黑素在雌性動(dòng)物繁殖方面的作用很廣泛，這也激勵(lì)學(xué)者更多地探索褪黑素在預(yù)防和治療雌性動(dòng)物繁殖障礙疾病上的潛在作用。目前，更多的前沿技術(shù)應(yīng)用于褪黑素對(duì)雌性動(dòng)物繁殖的影響研究，將有助于更深入地揭示褪黑素在動(dòng)物生殖調(diào)控上的作用通路和分子機(jī)制。