褪黑素提高機(jī)體免疫力：COVID－19輔助防治的探討

王 靜，劉國(guó)世

（中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué) 動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)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(dòng)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(zhì)，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(diào)節(jié)動(dòng)物繁殖機(jī)能，在動(dòng)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(guò)程中發(fā)揮著廣泛的作用［3－4］。同時(shí)，褪黑素可以通過(guò)抑制過(guò)度先天性免疫反應(yīng)，促進(jìn)獲得性免疫反應(yīng)，提高機(jī)體對(duì)病毒感染的耐受性［5－6］。文章對(duì)褪黑素調(diào)節(jié)機(jī)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(jìn)行討論，為褪黑素在提高家畜和人的免疫力、抗病毒的應(yīng)用方面提供參考。

1 褪黑素是維持細(xì)胞機(jī)能的重要生物活性物質(zhì)

自然界中褪黑素?zé)o處不在，在細(xì)菌、單細(xì)胞真核生物、植物（包括水果、蔬菜、糧食作物）、動(dòng)物和人等各種生物中都被發(fā)現(xiàn)［7－9］；除松果體外，動(dòng)物的視網(wǎng)膜、皮膚、胃腸道、神經(jīng)細(xì)胞、睪丸、卵巢、卵母細(xì)胞及免疫器官等多個(gè)器官、組織和細(xì)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(dòng)物和人松果腺在夜間分泌褪黑素增多，白天光照時(shí)降低；在冬季褪黑素分泌水平較春季高。褪黑素對(duì)睡眠－覺(jué)醒周期及季節(jié)適應(yīng)性起調(diào)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(dá)到高峰，35歲之后迅速下降。研究發(fā)現(xiàn)，褪黑素還有很強(qiáng)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(diào)控機(jī)體免疫功能。

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

2 褪黑素通過(guò)抗炎癥能力提高家畜機(jī)體免疫力

配子發(fā)生、受精、妊娠期母體與胎兒對(duì)話、生殖激素產(chǎn)生等過(guò)程均有免疫因素的參與，其中任何環(huán)節(jié)中免疫失調(diào)和異常都會(huì)導(dǎo)致繁殖力下降甚至不育。褪黑素可以影響免疫細(xì)胞、免疫相關(guān)的基因表達(dá)和細(xì)胞因子的產(chǎn)生［6］。因此，褪黑素有調(diào)節(jié)炎癥和免疫的功能，可以在基礎(chǔ)水平作為免疫增強(qiáng)劑，在過(guò)度的免疫反應(yīng)時(shí)起抗炎癥的作用［25］。褪黑素可以抑制過(guò)度的先天性免疫反應(yīng)，降低炎癥因子的產(chǎn)生，還促進(jìn)獲得性免疫反應(yīng)，加快特異性抗體的產(chǎn)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(xì)胞（PBMCs）可以合成褪黑素參與免疫調(diào)節(jié)。在脂多糖（LPS）作用的體外試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，過(guò)表達(dá)褪黑素合成酶（AANAT）的轉(zhuǎn)基因奶山羊PBMCs細(xì)胞可與褪黑素Ⅱ型受體（MT2）結(jié)合并激活胞內(nèi)p38 MAPK通路，促進(jìn)PBMCs細(xì)胞自噬，降低PBMCs細(xì)胞參與的過(guò)度炎癥反應(yīng)；在體內(nèi)試驗(yàn)中，奶山羊注射LPS后，轉(zhuǎn)AANAT基因羊高水平的褪黑素抑制PBMCs細(xì)胞內(nèi)的ERK MAPK信號(hào)通路，上調(diào)抗氧化水平，降低自噬水平，升高血清中抗炎性細(xì)胞因子，提高抗炎癥反應(yīng)，緩解過(guò)度炎癥反應(yīng)導(dǎo)致的細(xì)胞、組織損傷［26］。褪黑素還能保護(hù)細(xì)胞免受由Bcl2／Beclin－1途徑引發(fā)的自噬性細(xì)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(guò)調(diào)節(jié)T細(xì)胞的活化、分化和T細(xì)胞應(yīng)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(jī)體免疫力

患隱性乳房炎奶牛的機(jī)體免疫功能會(huì)受到抑制，氧自由基（ROS）增多，奶牛受感染的風(fēng)險(xiǎn)就會(huì)增加，這可能會(huì)使奶牛乳中體細(xì)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(xì)胞數(shù)，主要是降低炎癥細(xì)胞數(shù)，特別是對(duì)體細(xì)胞數(shù)量在30～100萬(wàn)／mL的荷斯坦奶牛，降低效果尤為明顯，體細(xì)胞數(shù)降幅達(dá)40%。褪黑素還可以降低血液皮質(zhì)醇濃度，增加白蛋白含量，減少白細(xì)胞和淋巴細(xì)胞數(shù)量，從體液和細(xì)胞免疫兩個(gè)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(xì)菌感染引發(fā)的全身炎癥反應(yīng)

褪黑素能改善由病原菌感染所引起的全身炎癥反應(yīng)，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(xiàng)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(nèi)死亡，而10名分兩次口服40 mg褪黑素的兒童患者無(wú)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(duì)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(shí)，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(huì)造成家畜和人機(jī)體免疫力和繁殖力下降，嚴(yán)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(duì)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(jìn)展迅速、高度致命的疾病，目前尚無(wú)有效的治療方法。2014—2016年西非的埃博拉疫情成為一場(chǎng)規(guī)模和影響都前所未有的健康危機(jī)，造成1.1萬(wàn)多人死亡［36］。目前，世界衛(wèi)生組織和非洲國(guó)家正在努力控制非洲的一場(chǎng)新的埃博拉病毒大規(guī)模疫情，該疫情已導(dǎo)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(shí)破壞免疫系統(tǒng)，如果不迅速實(shí)施治療，多達(dá)50%的患者會(huì)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(duì)埃博拉出血綜合征進(jìn)行建模，證實(shí)了褪黑素有很強(qiáng)的抗埃博拉病毒活性，可以用來(lái)降低失血性休克綜合征的嚴(yán)重程度。當(dāng)血管被注入埃博拉病毒樣顆粒（VLP）時(shí)，會(huì)激活Rho／ROCK通路，從而誘導(dǎo)肌動(dòng)蛋白束的形成和拉伸力，減弱血管內(nèi)皮細(xì)胞鈣黏連蛋白形成的細(xì)胞間連接，影響細(xì)胞骨架重塑。新開(kāi)發(fā)的實(shí)驗(yàn)藥物FX06和褪黑素通過(guò)介導(dǎo)抑制內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)Rho／ROCK通路，抑制埃博拉病毒對(duì)血管細(xì)胞連接的破壞，保護(hù)血管完整性。按摩爾濃度計(jì)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(yán)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(wàn)，會(huì)造成約50萬(wàn)人死亡［40］。人感染高致病性甲型流感病毒（如H5N1、HIN1）時(shí)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］。“細(xì)胞因子風(fēng)暴”可能是導(dǎo)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(xì)胞介素6（IL6）、干擾素γ（IFN－γ）及其誘導(dǎo)蛋白10（IP10）水平升高［44］。其發(fā)病機(jī)制還包括損傷部位的ROS增多，進(jìn)一步加重肺部損傷。

褪黑素具有清除活性氧、抗炎和免疫調(diào)節(jié)作用，目前已經(jīng)報(bào)道其對(duì)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(shí)增強(qiáng)抗炎細(xì)胞因子白細(xì)胞介素（IL－10）、白細(xì)胞介素27（IL－27）、IFN－γ轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β（TGF－β）水平，共同抵抗流感炎癥損傷。與單獨(dú)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(dòng)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(dǎo)致?tīng)倥８篂a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(huì)出現(xiàn)肺水腫、斑片狀炎性細(xì)胞浸潤(rùn)和中度透明膜形成。重癥患者出現(xiàn)大量肺泡損傷和進(jìn)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(xì)胞介素（如IL1B、IL5、IL7）和粒細(xì)胞－巨噬細(xì)胞集落刺激因子（GM－SCF）等的水平升高，部分患者激活Th1細(xì)胞的同時(shí)抑制免疫的Th2細(xì)胞。首例重癥新冠肺炎死亡患者的病理解剖結(jié)果顯示，其肺部出現(xiàn)嚴(yán)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(xì)胞增加，淋巴細(xì)胞數(shù)目減少且被過(guò)度激活，這可能是由于直接感染淋巴細(xì)胞或抑制骨髓的抗病毒反應(yīng)［51］。目前，尚沒(méi)有褪黑素治愈新型冠狀病毒肺炎的詳細(xì)報(bào)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(nèi)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(bào)道。血管緊張素轉(zhuǎn)化酶2（ACE2）是包括COVID－19在內(nèi)的HCoV病毒感染的關(guān)鍵入口受體，COVID－19通過(guò)氣道、肺泡以及血管內(nèi)膜上ACE2進(jìn)入細(xì)胞。褪黑素調(diào)節(jié)新冠病毒攻擊細(xì)胞的靶點(diǎn)ACE2。除肺部外，ACE2表達(dá)富集于睪丸中的精原細(xì)胞、間質(zhì)細(xì)胞和支持細(xì)胞，因?yàn)檠G屏障無(wú)法完全隔離病毒，血液中的病毒還會(huì)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(jí)卵泡［55］和子宮內(nèi)膜［56］中表達(dá)，到目前為止尚未見(jiàn)新冠病毒對(duì)女性生殖系統(tǒng)及新生兒有害方面的報(bào)道［57－58］。諸多研究表明，過(guò)度炎癥、氧化和過(guò)度免疫反應(yīng)可能是NCP的主要發(fā)病機(jī)理［46，59］。

目前尚無(wú)針對(duì)COVID－19的有效藥物，從現(xiàn)有的藥物中進(jìn)行篩選可以縮短時(shí)間，降低成本［52］。盡管在COVID－19中應(yīng)用褪黑素的直接證據(jù)尚不清楚，褪黑素可以同時(shí)發(fā)揮抵抗過(guò)度的炎癥、氧化和過(guò)度的免疫反應(yīng)。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(yù)見(jiàn)，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(fù)制或轉(zhuǎn)錄，應(yīng)用褪黑素也能緩解氧化損傷并提高機(jī)體免疫力，延長(zhǎng)患者的生存時(shí)間，為患者的免疫系統(tǒng)恢復(fù)并最終消滅病毒提供機(jī)會(huì)。COVID－19還會(huì)發(fā)生突變，原始毒株美國(guó)、澳洲分布較多，中國(guó)主要為二代突變體，因此對(duì)患者的及時(shí)治療和未感人群的預(yù)防都尤為重要［56］。E.A.Herrera等［61］和A.Shneider等［62］推測(cè)，褪黑素可以作為治療新冠肺炎的輔助手段，10 mg褪黑素對(duì)預(yù)防和治療COVID－19 ICU患者的睡眠障礙有效且安全性高［63］。美國(guó)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(yù)防COVID－19感染，并強(qiáng)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(kāi)展更多褪黑素與COVID－19相關(guān)的研究。

4 展望

褪黑素可以通過(guò)調(diào)節(jié)機(jī)體免疫提高動(dòng)物繁殖力。過(guò)去的20年里，大量的臨床試驗(yàn)也檢驗(yàn)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(zhì)疏松、糖尿病、類風(fēng)濕關(guān)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(dǎo)包括病毒生命周期、病毒對(duì)宿主形態(tài)或生理的調(diào)節(jié)、病毒的轉(zhuǎn)運(yùn)、病毒粒子對(duì)宿主細(xì)胞附著等過(guò)程，降低病毒造成的炎癥反應(yīng)［14］。同時(shí)，褪黑素可以通過(guò)精準(zhǔn)調(diào)控先天性免疫和獲得性免疫兩方面提高機(jī)體免疫力。新型冠狀病毒可能同時(shí)破壞機(jī)體免疫力、引發(fā)炎癥及影響男性生殖健康。建議繼續(xù)開(kāi)展褪黑素防控動(dòng)物和人冠狀病毒相關(guān)的研究與臨床試驗(yàn)。