有關(guān)褪黑素某些功能的研究進(jìn)展.doc

有關(guān)褪黑素某些功能和作用機(jī)制的研究院 （系） 化學(xué)化工學(xué)院 專業(yè)班級(jí) 精細(xì)化學(xué)品生產(chǎn)技術(shù) 學(xué)生姓名 藍(lán)海飛 學(xué)號(hào) 20095315 日期_ _2011年6月8日星期三 _ _摘要：褪黑素(Melatonin ,MT)是松果體分泌的一種吲哚類神經(jīng)內(nèi)分泌激素,具有廣泛的生理作用。它可以提高機(jī)體的免疫力,還可以調(diào)節(jié)生理節(jié)律、內(nèi)分泌系統(tǒng)和生殖系統(tǒng)等,從而被開發(fā)為產(chǎn)品大量應(yīng)用于人類的保健和醫(yī)療。本文著重介紹了近年來褪黑素的研究情況,包括其在抗氧化和清除自由基、抗腫瘤、增強(qiáng)免疫功能等生理作用方面的機(jī)制,也對(duì)褪黑素的開發(fā)前景進(jìn)行了探討。關(guān)鍵詞：褪黑素；生理作用；機(jī)制一、 前言1. MT的歷史1917年，McCord和Allan發(fā)現(xiàn)牛松果體提取物能使蟾蜍皮膚顏色變淺,首次揭示了褪黑素的生理學(xué)活性,標(biāo)志著褪黑素研究的開始。1959年Lerner分離純化并確定了該物質(zhì)的結(jié)構(gòu),將其命名為Melatonin(褪黑素)。它的分子式為C13N2H16O2,分子量為232.27,熔點(diǎn)為116118,化學(xué)名稱為N-乙?；?5-甲氧基色胺。2. MT的合成與分泌【1，2】MT主要是由哺乳動(dòng)物和人類的松果體分泌的一種吲哚類激素,近年來，人們通過各種技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)除松果體外,在腸道、視網(wǎng)膜、下丘腦、淚腺也存在MT，血小板、內(nèi)耳、淚腺、外周血單核細(xì)胞既含有又可以合成MT。MT的前體是色氨酸,其合成過程大致是色氨酸5-羥色氨酸5-羥色胺(5-HT)N-乙酰基-5-羥色胺MT。MT的生物合成受光周期的制約,同時(shí)也受許多外部因素尤其是交感神經(jīng)的影響。交感神經(jīng)末梢可以通過釋放去甲腎上腺素(NE)作用于松果體的-腎上腺素受體,激活腺苷酸環(huán)化酶使cAMP合成增加,進(jìn)一步激活sNAT酶催化上述第步過程,然后再在羥吲哚氧位甲基轉(zhuǎn)換酶(HIOMT)的作用下轉(zhuǎn)變?yōu)镸T。sNAT是MT合成過程中的關(guān)鍵酶,在視網(wǎng)膜中也發(fā)現(xiàn)有極少量該酶的存在,MT合成的調(diào)控主要是通過該酶來完成。MT在夜間分泌水平較高，原因是進(jìn)入黑暗后,隨著交感神經(jīng)末梢釋放入松果體內(nèi)NE的增加,MT合成的關(guān)鍵酶sNAT和HIOMT的活性增加,MT合成增多,而sNAT本身的活性也呈現(xiàn)晝夜節(jié)律變化,受到光周期的影響。有研究發(fā)現(xiàn)，隨著年齡的老化，MT在人和動(dòng)物體內(nèi)的合成分泌都相應(yīng)減少【3，4】，但有研究者發(fā)現(xiàn)把年輕小鼠的松果體嫁接到老齡大鼠的相應(yīng)位置可以延長(zhǎng)其壽命。MT的分解代謝主要在肝臟和腦進(jìn)行,其中肝臟是MT降解的主要場(chǎng)所,而MT的代謝產(chǎn)物主要由尿中排出。3. MT受體褪黑素受體屬于G蛋白偶聯(lián)受體超家族的一員,有7個(gè)跨膜段,分布相當(dāng)廣泛,不僅存在于神經(jīng)系統(tǒng),也廣泛存在于免疫系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)等,而且也存在晝夜節(jié)律。實(shí)驗(yàn)表明,褪黑素受體節(jié)律也是自主的,受控于晝夜節(jié)律起步點(diǎn)而不受控于褪黑素的節(jié)律。二、 MT的作用及發(fā)生機(jī)制1. MT及其代謝產(chǎn)物的抗氧化作用【5，6，7】自由基理論認(rèn)為，體內(nèi)各種各樣的氧化反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生大量的自由基，這些自由基會(huì)導(dǎo)致許多大分子物質(zhì)包括DNA的損壞或凋亡，從而引發(fā)許多疾病，甚至癌癥的發(fā)生。最近大量研究表明MT及代謝產(chǎn)物6-羥褪黑素和N1-乙酰-N2-甲酰-5-甲氧犬脲酰胺具有直接、間接的抗氧化性能與自由基清除功能,從而抑制細(xì)胞死亡或凋亡的發(fā)生,保護(hù)細(xì)胞內(nèi)的脂質(zhì)、蛋白質(zhì)、核酸等。1.1 MT直接清除自由基功能 MT作為一種強(qiáng)抗氧化劑主要清除羥自由基(OH)。在離體細(xì)胞中MT可直接清除過氧化氫(H2O2)、ONOO-、NO,并清除多聚不飽和脂肪酸氧化過程中產(chǎn)生的過氧化自由基LOO-。MT具有高度的脂溶性,廣泛分布于細(xì)胞膜中,并可以插入細(xì)胞膜中脂肪酸的極性頭部之間，這種作用被認(rèn)為是MT保護(hù)細(xì)胞膜抵抗氧化攻擊的另一方式。MT不僅存在膜受體,而且還存在核受體,因此可以與細(xì)胞核接近而清除DNA附近的活性氧簇,還能激活DNA修復(fù)機(jī)制,使DNA免遭各種活性氧簇引起的損傷【8，9】。1.2 MT間接抗氧化功能MT在機(jī)體內(nèi)通過5種途徑間接的發(fā)揮抗氧化功能。激活谷胱甘肽過氧化物酶,該酶能催化谷胱甘肽氧化成二硫化物,將H2O2分解為H2O,清除OH,從而降低自由基對(duì)DNA的氧化損傷。通過鈣調(diào)節(jié)蛋白抑制NO合酶,減少NO的生成而達(dá)到保護(hù)細(xì)胞膜脂質(zhì)的作用。通過增強(qiáng)酶類抗氧化劑如超氧化物歧化酶、過氧化氫酶、谷胱甘肽過氧化物酶、谷胱甘肽還原酶、6-磷酸葡萄糖脫氫酶等的活性。抑制NO合成的關(guān)鍵酶一氧化氮合酶的活性,從而抑制NO的生成。與維生素E、維生素C、谷胱甘肽和去鐵敏協(xié)同作用抑制自由基的形成【10】。分子水平的研究亦表明【11】,MT可改變抗氧化酶的基因表達(dá),提高大鼠腦皮質(zhì)中Mn-超氧化物歧化酶,Cu-超氧化物歧化酶和谷胱甘肽過氧化物酶的mRNA的表達(dá)。1.3 6-羥褪黑素清除自由基功能6-羥褪黑素是MT在肝臟的代謝產(chǎn)物,同樣具有自由基清除功能【12】,甚至比MT更強(qiáng)抑制脂質(zhì)過氧化反應(yīng),大概是MT的30倍。實(shí)驗(yàn)證實(shí), 6-羥褪黑素能降低順鉑誘導(dǎo)腎組織氧化應(yīng)激損傷產(chǎn)生的GSSG,也能降低氰化物誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激損傷,可能與結(jié)合Fe3+并轉(zhuǎn)化為Fe2+,并抑制Fe2+誘導(dǎo)的脂質(zhì)過氧化反應(yīng)有關(guān)【13】。1.3 N1-乙酰-N2-甲酰-5-甲氧犬脲酰胺清除自由基功能MT吲哚環(huán)5位上的甲氧基和側(cè)鏈上的N-乙?；荕T清除活性氧簇的必需基團(tuán)。MT主要通過提供電子來清除活性氧簇,失去電子后MT本身變成了毒性很低的吲哚陽離子,后者進(jìn)一步清除活性氧簇,轉(zhuǎn)變成N1-乙酰-N2-甲酰-5-甲氧犬脲酰胺,通過N1-乙酰-N2-甲酰-5-甲氧犬脲酰胺途徑,能清除十幾種活性氮物【14】。此外,在高自由基環(huán)境下,如細(xì)胞暴露于過氧化氫、谷氨酸或淀粉樣蛋白2535能降低DNA和脂質(zhì)損傷和降低神經(jīng)元凋亡【15】。這系列的反應(yīng)能解釋MT抗氧化增強(qiáng)反應(yīng)能高效率的減少自由基損傷【16】。N1-乙酰-N2-甲酰-5-甲氧犬脲酰胺比MT具有更強(qiáng)的抗氧化作用,二者協(xié)同作用,進(jìn)一步增強(qiáng)了MT對(duì)活性氧簇的清除能力。同時(shí)N1-乙酰-N2-甲酰-5-甲氧犬脲酰胺能抑制脂多糖介導(dǎo)產(chǎn)生腫瘤壞死因子及白細(xì)胞介素8,同時(shí)也能減輕5-氨基酮戊酸引起DNA損傷【17】。2. MT的抗腫瘤作用【7，18】MT是重要的生理性腫瘤抑制劑,有效地抑制多種癌細(xì)胞的生長(zhǎng),包括乳腺癌、黑素瘤、前列腺癌、肝癌等。白血病、淋巴瘤等腫瘤患兒的尸檢發(fā)現(xiàn)其松果體有組織學(xué)上的變化【19】，表明MT可能與腫瘤有關(guān)。2.1 MT對(duì)乳腺癌的作用大量的體內(nèi)和體外實(shí)驗(yàn)表明MT對(duì)乳腺癌的發(fā)生和腫瘤的生長(zhǎng)具有一定的抑制作用。雌激素陽性細(xì)胞（MCF-7）是用來研究的最多的細(xì)胞株模型，大量體外實(shí)驗(yàn)證明MT對(duì)MCF-7具有明顯的抑制作用,MT可能通過對(duì)雌激素受體（ER）的影響而發(fā)揮抗腫瘤作用【20，21】。有研究考察了MT對(duì)不同乳腺癌細(xì)胞株的抗雌激素和抗增殖作用, 并研究了其與ER和MT受體（MTR1）的關(guān)系,結(jié)果發(fā)現(xiàn)MT可以抑制ER陽性乳腺癌細(xì)胞的增殖反應(yīng),且人類乳腺癌細(xì)胞株MCF-7上的MTR1過量表達(dá)可以提高M(jìn)T的腫瘤生長(zhǎng)抑制作用【22，23】。有最新文獻(xiàn)【24】從遺傳角度探討了MT與乳腺癌的關(guān)系，研究指出：（1）MT能影響核受體（GR和RAR）的轉(zhuǎn)錄活動(dòng)，從而參與調(diào)控乳腺癌細(xì)胞的生長(zhǎng)；（2）MT能影響合成和活化雌激素的酶的基因表達(dá)，如干擾基因CYP19的甲基化等修飾；（3）MT能通過天然的或誘導(dǎo)產(chǎn)生的一些物質(zhì)抑制導(dǎo)致癌變的關(guān)鍵酶的活性；（4）MT通過抑制D1的表達(dá)調(diào)節(jié)細(xì)胞的周期；（5）MT通過光暗的變化擾動(dòng)生理節(jié)律，從而干擾抑癌基因PER2。總之,MT具有抗乳腺癌作用,其機(jī)制復(fù)雜多樣,還有待于進(jìn)一步研究闡明。2.2 MT對(duì)前列腺癌的作用前列腺中存在著高親和力的MT受體，所以MT能直接作用于前列腺細(xì)胞,抑制良性或惡性前列腺腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)。激活MT1受體和減少性激素誘導(dǎo)Ca2+內(nèi)流是MT直接抑制雄激素依賴性人前列腺癌細(xì)胞增生的兩個(gè)重要機(jī)制。Shiu等【25】在1例晚期激素不敏感前列腺癌患者的腫瘤組織發(fā)現(xiàn)高親和力的MT1的表達(dá),MT使這種激素不敏感腫瘤疾病穩(wěn)定了6 wk,這例報(bào)道證實(shí)了MT的抑瘤作用可能通過膜受體MTR1引起的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路產(chǎn)生抗增殖作用。最新的研究表明【26】,藥理濃度的MT不僅可以抑制雄激素敏感的前列腺癌細(xì)胞(LNCaP),還可以抑制雄激素不敏感的前列腺癌細(xì)胞(PC3)的增殖反應(yīng),還可以使細(xì)胞周期停滯,促進(jìn)細(xì)胞的分化,這種作用的機(jī)制并不是通過影響PKA途徑。2.3 MT與皮膚癌變動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)MT在由苯并(BP)吡誘發(fā)的皮膚癌變的兩個(gè)階段都有一定的作用【27】，同時(shí)發(fā)現(xiàn)經(jīng)過MT治療后的患癌動(dòng)物體內(nèi)的脂質(zhì)過氧化水平較低，且MT還具有防止BP及其代謝產(chǎn)物侵襲DNA作用。2.4 MT對(duì)臨床腫瘤的作用一些臨床試驗(yàn)表明單獨(dú)使用藥理濃度的MT可以對(duì)30%的晚期無法治療的轉(zhuǎn)移性實(shí)體瘤患者有控制腫瘤進(jìn)展的作用, Mills等【28】在2004年開展的一項(xiàng)含643個(gè)樣本的系統(tǒng)性隨機(jī)對(duì)照研究證實(shí),MT作為惟一的治療藥物或作為輔助手段治療腫瘤,能降低66%的死亡危險(xiǎn),而且無嚴(yán)重不良反應(yīng),這為把MT應(yīng)用于癌癥治療提供了有利的依據(jù),但目前仍需大量的臨床隨機(jī)雙盲對(duì)照實(shí)驗(yàn)來證實(shí)MT的癌癥治療的有效性及安全性。2.5 MT主要抗腫瘤機(jī)制MT抗腫瘤機(jī)制復(fù)雜而廣泛,目前主要包括調(diào)節(jié)雌激素作用信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路,影響細(xì)胞周期,調(diào)節(jié)生長(zhǎng)因子,干擾鈣調(diào)素和微管蛋白功能,增加細(xì)胞間縫隙連接,對(duì)細(xì)胞代謝的影響以及抗氧化作用和免疫調(diào)節(jié)作用等。（1）抗雌激素作用雌激素通過激活腺苷酸環(huán)化酶（AC），使ER陽性細(xì)胞內(nèi)cAMP的濃度提高,MT可以通過與其膜受體的結(jié)合，抑制AC活性,降低cAMP水平從而對(duì)抗雌激素的作用效應(yīng)。MT還可以影響雌激素調(diào)節(jié)蛋白、生長(zhǎng)因子和原癌基因表達(dá)的影響,可抑制黃體酮受體基因和原癌基因c-fos的表達(dá),MT能反式作用于ER,使ER失去對(duì)雌激素的敏感性,從而阻斷雌激素的促分裂活性?？傊?MT對(duì)雌激素反應(yīng)通路的影響可能是其抗瘤作用的重要機(jī)制。（2）對(duì)鈣調(diào)蛋白CaM )的作用【29】MT是一種內(nèi)源性的CaM拮抗劑,研究表明,MT可作為CaM拮抗劑,與關(guān)鍵靶酶(如磷酸二酯酶)和結(jié)構(gòu)蛋白(如微管蛋白)直接相互作用,也可通過特殊的蛋白激酶間接影響Ca2+信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)。MT可以選擇性地激活神經(jīng)母細(xì)胞瘤細(xì)胞內(nèi)Ca2+依賴的PKC活性,生理濃度的MT能與CaM相結(jié)合,阻斷鈣調(diào)素-微管蛋白復(fù)合物的形成,導(dǎo)致微管蛋白體積凈增加;藥理濃度的MT直接與微管蛋白結(jié)合、改變其次級(jí)結(jié)構(gòu)、并進(jìn)一步引起微管破裂。（3）對(duì)細(xì)胞代謝的影響【30】亞油酸(LA)是重要的腫瘤生長(zhǎng)促進(jìn)劑。MT可以通過肝細(xì)胞瘤細(xì)胞上的膜受體,抑制對(duì)脂肪酸包括LA以及其致分裂原代謝物13-HODE的攝取和轉(zhuǎn)化,而13-HODE能通過EGF受體和酪氨酸自身磷酸化增加EGF對(duì)致分裂原的反應(yīng)性,激活下游的細(xì)胞分子信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路如MAPK、MEK和ERK1/2。（4）影響端粒酶活性【31】MT抑制MCF-7癌細(xì)胞株端粒末端轉(zhuǎn)移酶的活性, MT減少裸鼠中MCF-7異種移植物的增長(zhǎng),降低端粒末端轉(zhuǎn)移酶的活性。（5）抑制內(nèi)皮素(ET-1)的合成【32】MT對(duì)ET-1的合成有明顯的抑制作用。MT具有抑制合成ET-1的酶(即ET-1轉(zhuǎn)化酶)的作用。此外，MT的抗氧化及免疫調(diào)節(jié)作用也跟抑制腫瘤有很大關(guān)系。MT的抗腫瘤作用是一個(gè)廣闊的研究領(lǐng)域,而且新的作用機(jī)制仍在不斷發(fā)現(xiàn)之中。腫瘤的發(fā)生、生長(zhǎng)、轉(zhuǎn)移、惡化與內(nèi)源性MT水平和晝夜節(jié)律特點(diǎn)密切相關(guān),這在腫瘤的診斷和治療中具有十分重要的參考價(jià)值。通過對(duì)MT抗腫瘤機(jī)制的深入研究,以及探索和開發(fā)新的MT的結(jié)構(gòu)類似物,必定能將MT或MT類似物開發(fā)出新的抗腫瘤藥或腫瘤輔助藥應(yīng)用于臨床。3MT與免疫【7，33，34】MT的免疫活性已經(jīng)經(jīng)過多種動(dòng)物模型得到證實(shí)。早在1986年，Maestroni 已經(jīng)在鼠類實(shí)驗(yàn)上證明MT對(duì)免疫功能有一定影響。下面介紹下其MT對(duì)免疫功能的影響。（1）MT對(duì)非特異性免疫的影響MT通過粒單細(xì)胞譜存在的MT受體,刺激粒-單核細(xì)胞的生成,促進(jìn)血細(xì)胞、NK細(xì)胞的生成。最近研究結(jié)果顯示,MT對(duì)中性粒細(xì)胞數(shù)目與功能均有調(diào)節(jié)作用【35】。MT能夠逆轉(zhuǎn)由酒精導(dǎo)致的大鼠中性粒細(xì)胞減少和吞噬功能減低,說明中性粒細(xì)胞的吞噬功能依賴于夜間MT分泌高峰,其機(jī)制可能是通過作用于中性粒細(xì)胞的膜受體和(或)核受體發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用。既然MT在體內(nèi)外都可以影響非特異免疫的各組分,說明其可作為抗腫瘤、抗病毒的有效措施。（2）特異性免疫增強(qiáng)作用MT能夠增強(qiáng)機(jī)體的特異性免疫功能,尤其對(duì)受損的免疫功能作用更為突出。Akbulut【36】和Tian【37】分別以不同的途徑給予老年鼠MLT,結(jié)果顯示其血清IgM、IgG較正常對(duì)照組明顯升高,退化的胸腺得到逆轉(zhuǎn),免疫器官胸腺與脾臟的重加,T、B淋巴細(xì)胞、NK細(xì)胞的數(shù)量及活性增加。此外MT還能夠改善由于其他原因?qū)е碌氖軗p免疫功能。被弓形蟲感染或由金屬鋁或鎘導(dǎo)致的免疫受損的大鼠,外源性給予MT后,也得到上述類似的結(jié)果,提示MT可以調(diào)節(jié)老年及免疫受損的動(dòng)物特異性免疫功能。以往認(rèn)為MT的免疫調(diào)節(jié)作用與內(nèi)啡肽系統(tǒng)有關(guān)。最近研究資料表明其免疫增強(qiáng)功能與免疫器官存在MT受體有關(guān),MT能夠增強(qiáng)野生型和MT1功能基因缺失的大鼠脾細(xì)胞的增殖和(KLH) IgG的濃度,而MT2受體的拮抗劑(2-苯基N-乙酰色胺)能夠減弱MLT的這種作用【38】。但人類粒細(xì)胞與淋巴細(xì)胞上不存在MT2受體,提示MLT的免疫調(diào)節(jié)作用在人與動(dòng)物應(yīng)分別研究。有學(xué)者認(rèn)為MT增強(qiáng)免疫受損者免疫功能是通過提高CD4+、CD8+T細(xì)胞的百分含量,改變CD4+/CD8+T細(xì)胞的比值,調(diào)整Th/Ts比例,從而提高免疫功能。而大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為MT可能通過調(diào)節(jié)細(xì)胞因子的產(chǎn)生、免疫細(xì)胞與細(xì)胞因子相互作用,從而調(diào)節(jié)免疫功能。（3）MT與中性粒細(xì)胞及單核細(xì)胞MT及其氧化代謝產(chǎn)物AFMK(N1-乙?；?N2-甲酰基-5-甲氧犬鳥胺)與中性粒細(xì)胞、單核細(xì)胞之間有著緊密的聯(lián)系。單核細(xì)胞能夠促進(jìn)MLT氧化成為AFMK, LPS誘導(dǎo)的中性粒細(xì)胞和單核細(xì)胞產(chǎn)生TNF-、IL-8,而MLT與AFMK能夠抑制LPS的這種作用,且AFMK的這種作用較MT強(qiáng)。TNF-、IL-8為炎性反應(yīng)嚴(yán)重程度的指標(biāo),說明MLT可以抑制急慢性炎性反應(yīng)。中性粒細(xì)胞和單核細(xì)胞對(duì)AFMK敏感,說明MLT的新陳代謝可能參與MLT與免疫細(xì)胞之間的化學(xué)聯(lián)系。（4）MT與巨噬細(xì)胞MT可以調(diào)節(jié)眾多免疫細(xì)胞的功能,但研究表明LT沒有刺激活性巨噬細(xì)胞釋放細(xì)胞因子的作用。LPS能夠刺激肺泡巨噬細(xì)胞釋放IL-6、TNF-、IL-1、活性氧中間產(chǎn)物(H2O2、O2-)增加,MT預(yù)處理后,這些細(xì)胞因子的釋放并未增加。為了研究MT是否可能通過其它間接途徑來影響巨噬細(xì)胞的功能, Shafer在脾細(xì)胞還未與機(jī)體分離之前用MLT干預(yù),結(jié)果發(fā)現(xiàn)MLT對(duì)LPS激活的巨噬細(xì)胞釋放IL-1、TNF-仍然沒有影響。體內(nèi)研究,通過持續(xù)飲水給予小鼠MLT,結(jié)果表明MLT對(duì)LPS激活的腹膜巨噬細(xì)胞沒有激發(fā)作用【39】。推測(cè)MLT并不是巨噬細(xì)胞重要的調(diào)節(jié)因子。（5）MT與免疫細(xì)胞及細(xì)胞因子大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為MT通過作用于免疫活性細(xì)胞,釋放細(xì)胞因子從而來調(diào)節(jié)免疫功能。研究發(fā)現(xiàn)淋巴細(xì)胞本身無論是否在激活狀態(tài)下均可合成分泌MT。MT可以通過淋巴細(xì)胞的膜受體和核受體產(chǎn)生IL-2;并且能調(diào)節(jié)IL-2受體的表達(dá)在體外,MT作用于淋巴細(xì)胞,促進(jìn)其增殖并分泌IL-1、IL-2、IL-6、IL-12、IFN-增多,其機(jī)制可能是通過調(diào)節(jié)細(xì)胞因子mRNA