褪黑素抗衰老機制及其與缺血性卒中的關(guān)系

張佳麗，陳楚歆，張心怡，張寧，2，王春雪，2，3

作為一種強效自由基清除劑，褪黑素（melatonin，MT）可保護細胞免受氧化損傷。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[1]?；谧杂苫宄?、線粒體保護及抗炎等作用，MT在減少卒中相關(guān)危險因素，延緩動脈粥樣硬化進展以及改善缺血再灌注損傷等方面具有潛在應(yīng)用價值。本文圍繞MT抗衰老機制及其在缺血性卒中領(lǐng)域中應(yīng)用的可能機制和前景進行總結(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，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合成和受體表達部位[4]，這提示MT廣泛參與體內(nèi)多個系統(tǒng)的生理活動。

2 褪黑素抗衰老機制

目前關(guān)于衰老機制的理論大致可分為2種，一種認為衰老是由基因決定的不可逆結(jié)果，另一種認為衰老是細胞內(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]。有動物實驗發(fā)現(xiàn)，可大量表達葡萄糖-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14%，提示減少氧化損傷可能有助于延長壽命[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，廣泛接觸各種亞細胞結(jié)構(gòu)，從而保護細胞膜、細胞器、細胞核和線粒體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還可通過促進谷胱甘肽合成、增強抗氧化酶活性、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 線粒體理論是衰老的另一重要理論，認為線粒體功能障礙是導(dǎo)致細胞、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。與核DNA相比，mtDNA缺乏組蛋白保護和斷裂修復(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，進一步促進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，細胞能量來源持續(xù)減少，最終導(dǎo)致細胞死亡。

研究顯示位于線粒體膜上的寡肽轉(zhuǎn)運蛋白1/2可促進MT向線粒體的快速轉(zhuǎn)運[9]，此外，Suofu等[10]證實線粒體是合成MT的場所之一，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胞器或亞細胞結(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在線粒體保護方面具有明顯優(yōu)勢[10]。

值得注意的是，雖然目前廣泛認為mtDNA突變率的提高加速了衰老進程[7]，但對于mtDNA突變的來源仍存在爭議。既往多認為mtDNA突變源于未修復(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)制錯誤[7]。該觀點切斷了ROS和mtDNA突變之間的直接聯(lián)系，但并不能否認氧化應(yīng)激在衰老過程中的作用，除了mtDNA，蛋白質(zhì)和細胞膜同樣是氧化損傷的靶點。未來需要探究更多可將ROS、氧化應(yīng)激和衰老3者聯(lián)系起來的機制。

3 褪黑素與缺血性卒中危險因素的關(guān)系

3.1 褪黑素與肥胖 肥胖是缺血性卒中的獨立危險因素[11]，超重和肥胖分別可使缺血性卒中的發(fā)生風(fēng)險增加22%和64%[12]。研究顯示，補充外源性MT可顯著減少實驗動物的食物攝取和體重增長，相關(guān)機制尚不明確，有研究者認為這與MT參與調(diào)節(jié)脂肪因子的表達和脂肪組織代謝有關(guān)[13]。MT可通過激活MT2受體，促進激素敏感脂肪酶、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[14]；經(jīng)細胞外信號調(diào)節(jié)激酶1/2和蛋白激酶A信號通路，促進激素敏感脂肪酶和脂滴包被蛋白1磷酸化；同時增強線粒體生物發(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，進而促進脂肪分解[15]。對于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)元并促進睡眠[18]，進而減少睡眠不足對食欲和食物攝入的負面影響。

目前關(guān)于MT治療肥胖的臨床證據(jù)有限，Delpino等[19]對23項臨床研究進行了薈萃分析，其中11項研究表明與安慰劑組相比，補充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，但這不能否認其在減重方面的潛力，未來仍需要更多研究來驗證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)是心血管事件的獨立危險因素[3]。Grossman等[20]認為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對視交叉上核晝夜節(jié)律的調(diào)節(jié)可能促進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受體激活促進血管收縮，MT2受體激活促進血管舒張[3]，其綜合效應(yīng)結(jié)果受晝夜節(jié)律時間、MT來源、濃度、持續(xù)時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，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]的驗證。MT的降壓機制目前尚無定論，可能與MT抑制交感神經(jīng)活性、改善腎功能損傷和小動脈擴張、抗氧化應(yīng)激及抑制炎癥反應(yīng)等有關(guān)[3，28]。對于MT分泌明顯減少的老年人，補充外源性MT對控制血壓，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值。

4 褪黑素與動脈粥樣硬化的關(guān)系

動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)皮細胞，激活炎癥反應(yīng)，誘導(dǎo)動脈粥樣硬化性斑塊形成。在接受高脂飲食的動物模型中，MT的攝入可降低TG、TC和LDL-C的水平，升高HDL-C水平[13]。但目前針對人體的相關(guān)臨床研究較少，MT對不同人群脂質(zhì)水平的影響仍存在爭議。薈萃分析表明，補充MT對LDL-C和HDL-C水平無顯著影響，但持續(xù)8周及以上補充≥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，補充≥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)運等有關(guān)[30-32]。

炎癥反應(yīng)和氧化應(yīng)激均可加速動脈粥樣硬化進程。動物實驗表明，MT以維甲酸相關(guān)孤核受體-α依賴的方式抑制動脈粥樣硬化斑塊內(nèi)巨噬細胞向促炎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，對人單核細胞源性巨噬細胞的進一步分析證實MT可顯著下調(diào)M1型促炎標志物的表達[33]。Ma等[34]則發(fā)現(xiàn)MT可通過清除ROS，抑制動脈粥樣硬化斑塊內(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相關(guān)性[35]，后者是促進動脈粥樣硬化發(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)信號傳導(dǎo)，維持線粒體穩(wěn)定性，保護腦結(jié)構(gòu)和功能的完整性[38]。MT水平的升高可能是機體對卒中誘導(dǎo)的炎癥和氧化應(yīng)激反應(yīng)的內(nèi)部保護機制。

1項臨床隨機對照試驗顯示，在頸動脈內(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[39]。動物實驗表明，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淋巴細胞瘤-2基因（B-cell lymphoma-2，Bcl-2）表達，減少促凋亡因子Bcl-2相關(guān)X蛋白（Bcl-2 associated X protein，Bax）的表達；通過維持線粒體膜電位、線粒體復(fù)合物I活性和線粒體細胞色素C水平而改善線粒體功能，進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，但其對心臟、腎臟、腸道等靶器官的保護作用均已得到證實[41]，未來需要進一步開展臨床研究來驗證MT的腦保護作用。

綜上所述，盡管目前已有的證據(jù)仍不足以得出MT可以延長壽命的結(jié)論，但MT的自由基清除作用和線粒體保護作用使其在預(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)危險因素，延緩動脈粥樣硬化進展，以及改善缺血再灌注損傷等方面的作用已經(jīng)得到證實，未來仍需開展進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。