褪黑素及其尿代謝產(chǎn)物診斷中樞性性早熟的價值與研究進展

郭豆豆，江子藝，李 欣

（華中科技大學同濟醫(yī)學院附屬協(xié)和醫(yī)院兒科，湖北 武漢 430022）

褪黑素（melatonin，MT）在自然界中廣泛存在，不僅限于哺乳動物，在非哺乳動物中一些脊椎動物及無脊椎動物，甚至許多植物也有分泌。其生物作用廣泛，包括調(diào)節(jié)生殖系統(tǒng)、調(diào)節(jié)內(nèi)源性節(jié)律、增強免疫、抗氧化防御、抗腫瘤及改善睡眠障礙等，因此越來越受到人們的關(guān)注[1]。褪黑素的作用方式既包括受體依賴型，即由細胞膜的G 蛋白偶聯(lián)受體（初黑素MT1、MT2 受體）及細胞核孤兒受體（RORα1、RORα2 和RZRβ）介導；也可通過受體非依賴性的途徑與細胞內(nèi)蛋白（鈣調(diào)蛋白、微觀蛋白相關(guān)蛋白等）作用產(chǎn)生[2]。研究證據(jù)表明，褪黑素可通過對下丘腦-垂體-性腺軸（hypothalamic-pituitary-gonadal axis，HPG axis）不同水平的抑制作用來調(diào)節(jié)哺乳動物的季節(jié)性生殖功能。與其他哺乳動物一樣，人類生殖亦受褪黑素影響。人類松果體褪黑素分泌量具有時序特點，隨著年齡增長逐漸減少。人在出生后數(shù)月即可分泌褪黑素，3～6 歲時達到最高峰，7～10 歲起松果體開始逐漸出現(xiàn)退化，青春期時褪黑素分泌降至成人水平，正好與青春期啟動的年齡相吻合，老年期最低。對褪黑素及其尿代謝產(chǎn)物的進一步研究可以為探究性早熟發(fā)病機制、診斷中樞性性早熟（central precocious puberty，CPP）提供新的方法和參考。

1 褪黑素對下丘腦-垂體-性腺軸的抑制作用

1.1 下丘腦及垂體水平促性腺激素釋放激素（gonadotropinreleasing hormone，GnRH）是下丘腦-垂體-性腺軸的中心成分，控制垂體黃體生成素（luteinizing hormone，LH）和卵泡刺激素（follicle-stimulating hormone，F(xiàn)SH）分泌，進而調(diào)節(jié)性腺的功能活動。褪黑素的抗性腺作用是通過負性調(diào)節(jié)GnRH 介導的神經(jīng)元活動影響下丘腦GnRH 的脈沖頻率及釋放，從而調(diào)節(jié)生殖軸活動[3]。Roy 等[4]發(fā)現(xiàn)，在哺乳動物中，褪黑素可以通過激活其下丘腦神經(jīng)元受體使GnRH 表達下調(diào)，從而抑制GnRH 分泌，這一過程可能涉及蛋白激酶C（PKC）和細胞外信號調(diào)節(jié)激酶1/2（ERK1/2）途徑參與。此外，褪黑素可促進下丘腦促性腺激素抑制激素（gonadotropin-inhibitory hormone，GnIH）轉(zhuǎn)錄和分泌，對性腺有抑制作用。Chowdhury 等[5]發(fā)現(xiàn)2 種重要的調(diào)控鳥類和哺乳動物生殖的抑制性下丘腦神經(jīng)肽，即促性腺激素抑制激素和RFRP-3（哺乳動物的GnIH 同源物）。在鳥類中，褪黑素在體外可增加下丘腦釋放GnIH，抑制LH 血漿濃度，而在哺乳動物中控制RFRP-3 釋放的機制仍不清楚，有待進一步研究。同時，褪黑素的合成與分泌節(jié)律由位于下丘腦視交叉上核（suprachiasmatic nucleus，SCN）的晝夜節(jié)律脈沖器產(chǎn)生，受到光照的抑制，過度光照暴露可抑制大鼠褪黑素分泌，對性腺有促進作用并引起性發(fā)育提前[6]。

1.2 性腺水平在性腺水平上，褪黑素對外周組織睪丸、卵巢有直接抑制作用。李濤等[7]研究發(fā)現(xiàn)男性生殖系統(tǒng)如睪丸、精子等也存在褪黑素膜受體，同時田素民等[8]發(fā)現(xiàn)褪黑素可使睪丸間質(zhì)細胞分泌睪酮減少，導致前列腺組織萎縮，說明褪黑素對男性HPG 軸的性腺水平有直接調(diào)節(jié)作用。在女性中，辜榮飛等[9]研究結(jié)果表明，給予外源性的褪黑素可能直接通過下丘腦-垂體-卵巢軸的褪黑素受體，對女性生殖系統(tǒng)有顯著的抑制作用。研究表明，褪黑素通過在人卵巢中表達的MT1 和MT2 受體起作用，其對卵巢中卵泡細胞的作用與對睪丸中間質(zhì)細胞作用類似，卵泡內(nèi)的褪黑素水平干擾了人類生殖功能的調(diào)節(jié)[10]。動物實驗收集的數(shù)據(jù)也證實了褪黑素對卵泡發(fā)育起到抑制作用[11]。另外，褪黑素的抗氧化及抗凋亡作用可以改善間質(zhì)細胞和卵泡細胞的質(zhì)量。褪黑素對性腺類固醇的調(diào)節(jié)作用涉及多種信號通路，包括cAMP 信號通路降低類固醇合成急性調(diào)節(jié)蛋白（steroidogenesis acute regulatory protein，StAR）及PKC 信號轉(zhuǎn)導通路介導的胞內(nèi)鈣離子濃度升高等途徑，這些轉(zhuǎn)導途徑調(diào)節(jié)睪丸支持細胞的生理功能，從而調(diào)節(jié)精子生成，也調(diào)節(jié)雌激素和孕酮的產(chǎn)生。目前的研究表明褪黑素與性類固醇激素之間存在相互作用，褪黑素的作用不但影響性類固醇，而且還受性類固醇的影響，兩者之間存在雙向關(guān)系。這種交流取決于褪黑素水平、年齡、激素狀況、組織和環(huán)境條件[12]。此外，所涉及的直接或間接機制途徑也給這種相互作用帶來了高度的復雜性。目前所獲得的知識仍不能夠揭示褪黑素和性類固醇激素之間相互作用的復雜關(guān)系[13]。

2 褪黑素與兒童下丘腦-垂體-性腺軸的關(guān)系

對新生兒促性腺激素的研究發(fā)現(xiàn)，褪黑素通過抑制GnRH 誘導的鈣信號及促性腺激素分泌使下丘腦-垂體-性腺軸處于靜止狀態(tài)。褪黑素抑制HPG 軸，其機制可能包括環(huán)磷酸腺苷（cAMP）、環(huán)磷酸鳥苷（cGMP）和細胞內(nèi)Ca2+途徑，刺激GnRH 神經(jīng)元后減少GnRH 分泌，從而抑制卵泡刺激素（FSH）和黃體生成素（LH）釋放來影響生殖和性功能[14]。當褪黑素抑制作用減弱時，GnRH 脈沖式分泌的幅度和頻率增加而再次激活下丘腦-垂體-性腺軸啟動青春期[15]。性早熟或青春期延遲通常與褪黑激素水平異常有密切關(guān)聯(lián)，盡管沒有足夠的數(shù)據(jù)表明褪黑激素在青春期中的重要作用[16]。綜上所述，褪黑素對HPG 軸啟動引發(fā)的青春期成熟有抑制作用。

中樞性性早熟兒童的夜間血清褪黑素水平明顯低于同年齡青春期前兒童[17]。臨床發(fā)現(xiàn)青春期推遲兒童夜間褪黑素處于高水平，說明褪黑素能夠抑制青春期發(fā)育，而褪黑素水平降低有助于青春期啟動。此外，通過檢測不同形式的性腺功能減退患者血清褪黑素濃度，Kumanov 等[18]研究發(fā)現(xiàn)，促性腺激素和褪黑素釋放之間呈明顯負相關(guān)。已有研究證明血褪黑素與青春期提前啟動具有相關(guān)性，褪黑素分泌下降發(fā)生在促性腺激素釋放激素脈沖發(fā)生器去抑制的發(fā)育階段[19]。這與在兒童時期促性腺激素水平較低時，褪黑素水平較高；而在老年時期促性腺激素水平較高時，褪黑素分泌減少的觀點相一致。此外，一項睡眠評估的先導性研究發(fā)現(xiàn)，對褪黑素-睡眠-青春期三者的聯(lián)系的探究，進一步理解褪黑素與中樞性性早熟之間的關(guān)聯(lián)機制[20]。

3 血褪黑素及其尿代謝產(chǎn)物應(yīng)用于診斷中樞性性早熟的前景

褪黑素主要在松果體中合成，雖然也存在于身體的其他部位，包括胃腸道、視網(wǎng)膜、皮膚、骨髓和淋巴細胞，但松果體以外部位的褪黑素甚少。褪黑素呈晝夜節(jié)律分泌，夜間血清褪黑素水平最高。褪黑素一旦合成，就會迅速被釋放到血液和腦脊液中，然后分布到機體大多數(shù)組織中，如唾液、膽汁、精液和羊水[21]。褪黑素體內(nèi)的主要代謝部位在肝臟，其次在腎臟中代謝，代謝產(chǎn)物大部分由尿中排泄，尿6-羥基硫酸褪黑素能可靠反應(yīng)循環(huán)中褪黑素水平，從而避免了直接測量低水平血清褪黑素的挑戰(zhàn)[22]。

根據(jù)我國最新《中樞性性早熟診治指南（2015）》相關(guān)定義[23]，促性腺激素基礎(chǔ)值和GnRH 激發(fā)試驗對中樞性性早熟的診斷、療效評估及隨訪觀察具有重要意義。但該試驗需要反復多次抽血，增加患兒痛苦，降低了患兒及家屬的依從性。張文杰等[24]認為通過免疫化學發(fā)光法檢測夜間12 h 尿促性腺激素可能對兒童HPG 軸啟動的判斷具有很大幫助。由于褪黑素的脈沖式釋放，單次抽血標本的褪黑素水平不能代表循環(huán)水平，需多次抽血減小誤差，在臨床上具有難操作性。最新一項薈萃分析提示，檢測晨尿中褪黑素主要代謝產(chǎn)物尿6-羥基硫酸褪黑素并通過尿肌酐值進行校正是正確評估夜間褪黑素總量最簡單可靠的方法[25]。同時隨著放射免疫分析（radio immunoassay，RIA）及酶聯(lián)免疫吸附試驗（enzyme-linked immunosorbent assay，ELISA）技術(shù)的不斷進步，應(yīng)用尿6-羥基硫酸褪黑素水平來輔助診斷兒童中樞性性早熟具有可行性且易于推廣。另外，它可結(jié)合尿促黃體生成素、尿卵泡刺激素提高診斷的可靠性，但目前仍需要更多大樣本研究證實尿6-羥基硫酸褪黑素水平在中樞性性早熟的診斷和療效評估方面的作用價值。

4 討論

越來越多臨床醫(yī)師及家庭開始關(guān)注兒童性早熟造成的身高及心理等不良影響。然而，目前性早熟的病因仍不清楚，中樞性性早熟是女童性早熟最常見的原因。褪黑素在夜間且呈脈沖式釋放，由于受到光線的強烈抑制，白天在靜脈血漿中幾乎檢測不到褪黑素，大約凌晨3 點褪黑素分泌量迅速上升達到高峰；同時，由于褪黑素停止產(chǎn)生后很快從循環(huán)中清除，所以血漿測定褪黑素水平存在諸多局限[26]。雖然測量唾液褪黑素可有效揭示循環(huán)褪黑素24 h節(jié)律性，但它僅代表循環(huán)褪黑素的游離部分，因而不適宜用來推斷生物體褪黑素的絕對水平。尿6-羥基硫酸褪黑素是褪黑素主要的代謝產(chǎn)物，可代替血漿褪黑素水平反映下丘腦-垂體-性腺軸啟動情況。因此，尿代謝產(chǎn)物6-羥基硫酸褪黑素有望成為診斷中樞性性早熟的可靠指標[27]。此檢測具有無創(chuàng)性，可多次采樣，并可通過在夜間無額外光線暴露情況下采集分析，從而判斷兒童HPG 軸是否提前啟動。故檢測褪黑素水平有望成為診斷中樞性性早熟的新方法，并為性早熟的鑒別診斷提供依據(jù)。盡管關(guān)于褪黑素水平在兒童及青春期的變化仍存在爭議，有部分研究認為性成熟期間循環(huán)中褪黑素水平降低是由體重增加引起的，而不是與松果體分泌減少有關(guān)[28-29]。但目前可獲得的關(guān)于褪黑素與性發(fā)育相關(guān)性的研究主要集中在20 世紀80～90 年代及21 世紀初，且樣本量小，結(jié)合褪黑素水平存在種族間差異及中樞性性早熟發(fā)病機制不明等因素，褪黑素在性早熟發(fā)病機制中的作用和對性早熟診斷的意義尚不明確。

褪黑素在細胞及分子水平如何對HPG 軸及性腺產(chǎn)生抑制作用；除了受體介導的細胞內(nèi)信號如cAMP、cGMP和細胞內(nèi)Ca2+途徑，是否存在跨細胞膜作用或RORα1、RORα2 和RZRβ 核受體通路抑制GnRH 轉(zhuǎn)錄，這些問題需要后續(xù)研究進一步闡明。在將來，褪黑素在性早熟發(fā)病機制和臨床應(yīng)用方面仍需多中心及大樣本的臨床研究證實。