張佳麗，陳楚歆，張心怡，張寧，2，王春雪，2，3

作為一種強(qiáng)效自由基清除劑，褪黑素（melatonin，MT）可保護(hù)細(xì)胞免受氧化損傷。MT的缺失可加劇體內(nèi)氧化損傷的積累，增加衰老相關(guān)疾病的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)[1]?；谧杂苫宄?、線粒體保護(hù)及抗炎等作用，MT在減少卒中相關(guān)危險(xiǎn)因素，延緩動(dòng)脈粥樣硬化進(jìn)展以及改善缺血再灌注損傷等方面具有潛在應(yīng)用價(jià)值。本文圍繞MT抗衰老機(jī)制及其在缺血性卒中領(lǐng)域中應(yīng)用的可能機(jī)制和前景進(jìn)行總結(jié)。

1 褪黑素的生理特性

MT主要由松果體分泌產(chǎn)生，具有親水和親脂的雙重特性，其存在3種膜受體，其中MT1和MT2屬于G蛋白偶聯(lián)受體，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中主要參與晝夜節(jié)律和睡眠調(diào)節(jié)。MT1受體激活可抑制視交叉上核的神經(jīng)元活動(dòng)，調(diào)節(jié)睡眠，MT2受體激活則可誘導(dǎo)晝夜節(jié)律相位的轉(zhuǎn)變[2-3]。除松果體外，視網(wǎng)膜、胃腸道、腦、皮膚、肝臟、腎臟等組織和器官也具有MT合成和受體表達(dá)部位[4]，這提示MT廣泛參與體內(nèi)多個(gè)系統(tǒng)的生理活動(dòng)。

2 褪黑素抗衰老機(jī)制

目前關(guān)于衰老機(jī)制的理論大致可分為2種，一種認(rèn)為衰老是由基因決定的不可逆結(jié)果，另一種認(rèn)為衰老是細(xì)胞內(nèi)損傷積累導(dǎo)致的功能喪失，如自由基理論、線粒體理論、磨損理論等，其中最主要的是自由基理論[1]。

2.1 褪黑素與氧化應(yīng)激 自由基理論認(rèn)為人的壽命取決于一生中所承受的累積自由基損傷量，氧化損傷越多，年齡相關(guān)自由基疾病發(fā)生率越高，壽命越短[1]。作為氧化代謝的副產(chǎn)物，自由基具有高度破壞性，可造成DNA損傷、脂質(zhì)過氧化和蛋白質(zhì)氧化[1]。有動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，可大量表達(dá)葡萄糖-6-磷酸脫氫酶從而提高抗氧化能力的轉(zhuǎn)基因小鼠壽命比正常小鼠可延長(zhǎng)14%，提示減少氧化損傷可能有助于延長(zhǎng)壽命[5]。

MT具有理想自由基清除劑的大多數(shù)特性，作為一種廣譜抗氧化劑，其毒性小，具有高親脂性和部分親水性，能跨越胎盤屏障和血腦屏障，廣泛接觸各種亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)，從而保護(hù)細(xì)胞膜、細(xì)胞器、細(xì)胞核和線粒體DNA（mitochondrial DNA，mtDNA）免受自由基損傷[4]。與傳統(tǒng)抗氧化劑不同，MT與活性氧（reactive oxygen species，ROS）相互作用后的直接代謝產(chǎn)物3-羥基褪黑素，次級(jí)代謝產(chǎn)物N1-乙酰-N2-甲酰-5-甲氧-犬尿胺與N-乙酰-5-甲氧-犬尿胺均具有良好的自由基清除活性，其抗氧化能力甚至優(yōu)于MT[6]。MT及其代謝產(chǎn)物相繼清除ROS的過程被稱為“自由基清除級(jí)聯(lián)反應(yīng)”。這種特性使MT即使在低濃度情況下也能有效保護(hù)生物體免受自由基損傷。除了直接清除自由基外，MT還可通過促進(jìn)谷胱甘肽合成、增強(qiáng)抗氧化酶活性、抑制促氧化酶活性等途徑間接減少氧化損傷[1，4，7]。

2.2 褪黑素與線粒體保護(hù) 線粒體理論是衰老的另一重要理論，認(rèn)為線粒體功能障礙是導(dǎo)致細(xì)胞、器官和生物體衰老的重要原因之一[7]。線粒體既是ROS的主要來源，也是其主要作用靶點(diǎn)。與核DNA相比，mtDNA缺乏組蛋白保護(hù)和斷裂修復(fù)功能，易受氧化損傷而發(fā)生突變，導(dǎo)致電子傳遞鏈成分缺陷，進(jìn)一步促進(jìn)ROS生成，形成ROS生成和mtDNA突變的惡性循環(huán)[8]。mtDNA突變、失活或丟失均可使線粒體失去再生能力，細(xì)胞能量來源持續(xù)減少，最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡。

研究顯示位于線粒體膜上的寡肽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1/2可促進(jìn)MT向線粒體的快速轉(zhuǎn)運(yùn)[9]，此外，Suofu等[10]證實(shí)線粒體是合成MT的場(chǎng)所之一，提示線粒體具有自主合成和快速吸收MT的能力，也部分解釋了線粒體內(nèi)MT水平顯著高于其他細(xì)胞器或亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)的原因。清除自由基、維持呼吸鏈復(fù)合物穩(wěn)定以及保證充足的ATP生產(chǎn)等作用使MT在線粒體保護(hù)方面具有明顯優(yōu)勢(shì)[10]。

值得注意的是，雖然目前廣泛認(rèn)為mtDNA突變率的提高加速了衰老進(jìn)程[7]，但對(duì)于mtDNA突變的來源仍存在爭(zhēng)議。既往多認(rèn)為mtDNA突變?cè)从谖葱迯?fù)的氧化損傷，但近來研究顯示mtDNA突變可能源于mtDNA聚合酶的復(fù)制錯(cuò)誤[7]。該觀點(diǎn)切斷了ROS和mtDNA突變之間的直接聯(lián)系，但并不能否認(rèn)氧化應(yīng)激在衰老過程中的作用，除了mtDNA，蛋白質(zhì)和細(xì)胞膜同樣是氧化損傷的靶點(diǎn)。未來需要探究更多可將ROS、氧化應(yīng)激和衰老3者聯(lián)系起來的機(jī)制。

3 褪黑素與缺血性卒中危險(xiǎn)因素的關(guān)系

3.1 褪黑素與肥胖 肥胖是缺血性卒中的獨(dú)立危險(xiǎn)因素[11]，超重和肥胖分別可使缺血性卒中的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)增加22%和64%[12]。研究顯示，補(bǔ)充外源性MT可顯著減少實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的食物攝取和體重增長(zhǎng)，相關(guān)機(jī)制尚不明確，有研究者認(rèn)為這與MT參與調(diào)節(jié)脂肪因子的表達(dá)和脂肪組織代謝有關(guān)[13]。MT可通過激活MT2受體，促進(jìn)激素敏感脂肪酶、脂肪組織三酰甘油脂肪酶和脂滴包被蛋白1等脂肪分解相關(guān)基因的表達(dá)[14]；經(jīng)細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶1/2和蛋白激酶A信號(hào)通路，促進(jìn)激素敏感脂肪酶和脂滴包被蛋白1磷酸化；同時(shí)增強(qiáng)線粒體生物發(fā)生和能量代謝，誘導(dǎo)產(chǎn)熱基因解偶聯(lián)蛋白-3和肉堿棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶-1β的表達(dá)，進(jìn)而促進(jìn)脂肪分解[15]。對(duì)于MT是否參與脂肪生成調(diào)節(jié)，目前仍無定論。但MT可以通過調(diào)節(jié)炎性浸潤(rùn)從而改善肥胖所致脂肪因子失調(diào)，如TNF-α、IL-6和內(nèi)脂素升高等[16]。此外，MT不僅可逆轉(zhuǎn)睡眠剝奪誘導(dǎo)的腸道菌群失調(diào)[17]，還可抑制食欲素神經(jīng)元并促進(jìn)睡眠[18]，進(jìn)而減少睡眠不足對(duì)食欲和食物攝入的負(fù)面影響。

目前關(guān)于MT治療肥胖的臨床證據(jù)有限，Delpino等[19]對(duì)23項(xiàng)臨床研究進(jìn)行了薈萃分析，其中11項(xiàng)研究表明與安慰劑組相比，補(bǔ)充MT可顯著減輕體重、降低BMI及減小腰圍，≤8 mg/d劑量的MT可使體重減輕約0.48 kg。盡管MT減輕體重的幅度有限，但這不能否認(rèn)其在減重方面的潛力，未來仍需要更多研究來驗(yàn)證MT作為輔助藥物預(yù)防和治療肥胖人群心腦血管疾病的有效性。

3.2 褪黑素與高血壓 正常人夜間睡眠期間平均血壓較日間清醒時(shí)下降10%～20%，夜間血壓正常下降受損，即非杓型血壓的出現(xiàn)是心血管事件的獨(dú)立危險(xiǎn)因素[3]。Grossman等[20]認(rèn)為MT缺乏及其相關(guān)睡眠質(zhì)量下降可能與老年人出現(xiàn)非杓型血壓有關(guān)。研究顯示，未接受抗高血壓藥物治療的老年人尿MT排泄量每增加6.3 μg，其夜間收縮壓下降約2.0 mmHg（1 mmHg=0.133 kPa）[21]，MT對(duì)視交叉上核晝夜節(jié)律的調(diào)節(jié)可能促進(jìn)了正常杓型血壓的恢復(fù)[22]。

內(nèi)源性MT參與血壓調(diào)節(jié)，MT1受體激活促進(jìn)血管收縮，MT2受體激活促進(jìn)血管舒張[3]，其綜合效應(yīng)結(jié)果受晝夜節(jié)律時(shí)間、MT來源、濃度、持續(xù)時(shí)間和受體密度等因素的影響。MT還可通過與鈣調(diào)節(jié)蛋白復(fù)合體相互作用，降低平滑肌細(xì)胞內(nèi)鈣離子的水平，以非受體依賴的方式舒張血管[23]。多項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)切除松果體的小鼠血壓持續(xù)升高，而在飲用水中添加MT則可逆轉(zhuǎn)這一現(xiàn)象，這提示MT可能是一種內(nèi)源性降壓物質(zhì)[24]。臨床研究證實(shí)，單次口服3 mg MT可顯著降低高血壓患者24 h及日間平均收縮壓和舒張壓[25]，未經(jīng)治療的原發(fā)性高血壓患者連續(xù)3周每晚口服2.5 mg MT可分別使收縮壓和舒張壓降低6 mmHg和4 mmHg，且不影響心率[26]，相應(yīng)結(jié)論得到了Cagnacci等[27]的驗(yàn)證。MT的降壓機(jī)制目前尚無定論，可能與MT抑制交感神經(jīng)活性、改善腎功能損傷和小動(dòng)脈擴(kuò)張、抗氧化應(yīng)激及抑制炎癥反應(yīng)等有關(guān)[3，28]。對(duì)于MT分泌明顯減少的老年人，補(bǔ)充外源性MT對(duì)控制血壓，恢復(fù)血壓的24 h晝夜節(jié)律，減少心腦血管事件有潛在價(jià)值。

4 褪黑素與動(dòng)脈粥樣硬化的關(guān)系

動(dòng)脈粥樣硬化是老年人缺血性卒中的首要病因。脂質(zhì)成分可經(jīng)過多種途徑損傷血管內(nèi)皮細(xì)胞，激活炎癥反應(yīng)，誘導(dǎo)動(dòng)脈粥樣硬化性斑塊形成。在接受高脂飲食的動(dòng)物模型中，MT的攝入可降低TG、TC和LDL-C的水平，升高HDL-C水平[13]。但目前針對(duì)人體的相關(guān)臨床研究較少，MT對(duì)不同人群脂質(zhì)水平的影響仍存在爭(zhēng)議。薈萃分析表明，補(bǔ)充MT對(duì)LDL-C和HDL-C水平無顯著影響，但持續(xù)8周及以上補(bǔ)充≥8 mg/d劑量的MT可顯著降低TG水平，而當(dāng)基線TC水平≥200 mg/dL時(shí)，補(bǔ)充≥8 mg/d劑量的MT同樣可顯著降低TC水平[29]。這可能與MT抑制膽固醇經(jīng)腸道吸收以及向膽汁酸轉(zhuǎn)化，抑制G蛋白偶聯(lián)受體介導(dǎo)的脂肪酸轉(zhuǎn)運(yùn)等有關(guān)[30-32]。

炎癥反應(yīng)和氧化應(yīng)激均可加速動(dòng)脈粥樣硬化進(jìn)程。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，MT以維甲酸相關(guān)孤核受體-α依賴的方式抑制動(dòng)脈粥樣硬化斑塊內(nèi)巨噬細(xì)胞向促炎M1型分化，顯著預(yù)防易損斑塊破裂，降低斑塊內(nèi)出血和自發(fā)性斑塊破裂伴腔內(nèi)血栓形成的發(fā)生率，對(duì)人單核細(xì)胞源性巨噬細(xì)胞的進(jìn)一步分析證實(shí)MT可顯著下調(diào)M1型促炎標(biāo)志物的表達(dá)[33]。Ma等[34]則發(fā)現(xiàn)MT可通過清除ROS，抑制動(dòng)脈粥樣硬化斑塊內(nèi)Nod樣受體蛋白3炎癥小體的激活和IL-1β的分泌。此外，已有研究發(fā)現(xiàn)急性心肌梗死患者夜間血清MT水平與氧化低密度脂蛋白水平存在潛在負(fù)相關(guān)性[35]，后者是促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)展的關(guān)鍵因子。以上均提示MT可能有助于延緩動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生與發(fā)展。

5 褪黑素與缺血再灌注損傷

有研究發(fā)現(xiàn)，卒中嚴(yán)重程度與60歲以上急性缺血性卒中患者夜間尿液MT代謝產(chǎn)物6-羥基硫酸褪黑素濃度直接相關(guān)[36]。另有研究顯示，血清MT水平與大動(dòng)脈閉塞性缺血性卒中后30 d死亡率呈正相關(guān)[37]。急性缺血性卒中可引發(fā)強(qiáng)烈的炎癥和氧化應(yīng)激反應(yīng)，破壞血腦屏障，誘發(fā)腦水腫。MT可通過抑制炎癥/氧化應(yīng)激相關(guān)信號(hào)傳導(dǎo)，維持線粒體穩(wěn)定性，保護(hù)腦結(jié)構(gòu)和功能的完整性[38]。MT水平的升高可能是機(jī)體對(duì)卒中誘導(dǎo)的炎癥和氧化應(yīng)激反應(yīng)的內(nèi)部保護(hù)機(jī)制。

1項(xiàng)臨床隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)顯示，在頸動(dòng)脈內(nèi)膜切除術(shù)前3 d開始口服MT（6 mg/d）可顯著降低頸動(dòng)脈狹窄患者的核因子κB、TNF-α、IL-6水平，并增加核因子E2相關(guān)因子2、超氧化物歧化酶、過氧化氫酶和谷胱甘肽過氧化物酶的表達(dá)[39]。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，MT可通過激活沉默信息調(diào)節(jié)因子上調(diào)抗凋亡因子B淋巴細(xì)胞瘤-2基因（B-cell lymphoma-2，Bcl-2）表達(dá)，減少促凋亡因子Bcl-2相關(guān)X蛋白（Bcl-2 associated X protein，Bax）的表達(dá)；通過維持線粒體膜電位、線粒體復(fù)合物I活性和線粒體細(xì)胞色素C水平而改善線粒體功能，進(jìn)而改善缺血再灌注損傷，即減少梗死體積，減輕腦水腫，從而改善神經(jīng)功能[40]。

目前MT改善腦缺血再灌注損傷的臨床證據(jù)較少，但其對(duì)心臟、腎臟、腸道等靶器官的保護(hù)作用均已得到證實(shí)[41]，未來需要進(jìn)一步開展臨床研究來驗(yàn)證MT的腦保護(hù)作用。

綜上所述，盡管目前已有的證據(jù)仍不足以得出MT可以延長(zhǎng)壽命的結(jié)論，但MT的自由基清除作用和線粒體保護(hù)作用使其在預(yù)防和治療衰老相關(guān)疾病方面展現(xiàn)出了良好的應(yīng)用前景。此外，MT在預(yù)防肥胖、高血壓、高脂血癥等卒中相關(guān)危險(xiǎn)因素，延緩動(dòng)脈粥樣硬化進(jìn)展，以及改善缺血再灌注損傷等方面的作用已經(jīng)得到證實(shí)，未來仍需開展進(jìn)一步的臨床研究明確MT作為輔助藥物治療缺血性卒中的有效性。