褪黑素與產(chǎn)科疾病關(guān)系的研究進(jìn)展

何珊，徐友娣

(南京醫(yī)科大學(xué)附屬南京醫(yī)院 婦產(chǎn)科，江蘇 南京 210001)

褪黑素(melatonin，MT)主要在松果體中合成，是一種親脂性激素，可發(fā)揮抗氧化、抗炎作用和調(diào)節(jié)生殖相關(guān)生理過程(卵泡生成、卵母細(xì)胞成熟和黃體形成、胚胎著床以及胎兒發(fā)育的整個(gè)妊娠過程)。既往研究發(fā)現(xiàn)，MT在子癇前期(preeclampsia，PE)、胎兒生長(zhǎng)受限(fetal growth restriction，F(xiàn)GR)、妊娠期糖尿病(gestational diabetes mellitus，GDM)等產(chǎn)科疾病患者血中水平下降，補(bǔ)充MT可改善相應(yīng)高危妊娠的臨床表現(xiàn)，因此考慮將MT補(bǔ)充劑作為支持胎兒發(fā)育和改善高危妊娠的新方法。作者就MT與孕期相關(guān)疾病關(guān)系的研究進(jìn)展作一綜述，以期為相關(guān)疾病的治療提供理論依據(jù)。

1 MT生物學(xué)概述

MT主要在夜間由松果體合成，也可由視網(wǎng)膜、消化道、皮膚和卵巢等合成。MT的生物合成是以色氨酸為原料，通過色氨酸羥化酶和芳香族氨基酸脫羧酶的羥基化和脫羧作用產(chǎn)生5- 羥色胺，再通過乙?；?、甲基化合成MT[1]。MT作為一種晝夜節(jié)律性激素，其合成和分泌受視交叉上核內(nèi)源性生物鐘調(diào)控，當(dāng)處于夜間缺乏光信號(hào)刺激時(shí)，頸上神經(jīng)節(jié)神經(jīng)末梢分泌的去甲腎上腺素通過β- 腎上腺素受體刺激松果體細(xì)胞，誘導(dǎo)N- 乙酰轉(zhuǎn)移酶活性，激活MT合成過程。除受晝夜節(jié)律影響外，MT的合成及分泌也受個(gè)體、季節(jié)及年齡影響，在3～5歲時(shí)分泌量可達(dá)到最高水平，隨后逐漸減少直至趨向穩(wěn)定。MT具有高脂溶性及部分水溶性特質(zhì)，可穿過生理屏障進(jìn)入細(xì)胞，螯合氧和氮的活性物質(zhì)，激活細(xì)胞內(nèi)的抗氧化酶系統(tǒng)，也可通過與膜受體(MT1、MT2和MT3受體)或維甲酸Z受體/維甲酸相關(guān)核受體結(jié)合發(fā)揮相應(yīng)的生物學(xué)效應(yīng)。其中MT1、MT2受體作為主要發(fā)揮作用的受體，分別由4號(hào)染色體的MTNR1A基因和11號(hào)染色體MTNR1B基因編碼，均屬于7跨膜G蛋白偶聯(lián)受體家族，具有相似的MT結(jié)合位點(diǎn)結(jié)構(gòu)。

2 MT在妊娠中的作用

2.1 MT對(duì)母體的作用

正常妊娠期間母體血清MT水平逐漸增加，至妊娠晚期達(dá)到高峰并于分娩24 h內(nèi)迅速下降[2]。妊娠早期MT可改善子宮內(nèi)膜容受性和促進(jìn)孕酮合成，接近預(yù)產(chǎn)期的高濃度MT可作用于子宮肌層促進(jìn)分娩，主要因子宮肌層MT2具有催產(chǎn)素受體協(xié)同作用，通過蛋白激酶C依賴性機(jī)制誘導(dǎo)連接蛋白43轉(zhuǎn)錄表達(dá)增加，進(jìn)而增加細(xì)胞間偶聯(lián)信號(hào)以促進(jìn)子宮收縮[3]。現(xiàn)有離體研究發(fā)現(xiàn)，催產(chǎn)素應(yīng)用后，子宮肌層MT抑制電生理活動(dòng)，MT這種雙重特性可能與MT受體在孕期持續(xù)被沉默，直至臨近分娩期子宮MT受體表達(dá)增加有關(guān)。

2.2 MT對(duì)胎兒的作用

妊娠晚期胎兒松果體分泌MT較少，直至出生后3～5月才真正發(fā)揮作用，而妊娠早期胎兒體內(nèi)就已存在MT受體。隨著孕期母體MT水平增加及MT具有親脂特性，循環(huán)中MT可自由穿過胎盤使胎兒暴露于白天低濃度和夜晚高濃度的MT節(jié)律中，因此干擾母體正常光/暗循環(huán)和MT分泌可對(duì)胎兒生長(zhǎng)和神經(jīng)發(fā)育產(chǎn)生不利影響。MT可通過降低氧化應(yīng)激、減少羥基自由基形成以及抗炎起到保護(hù)胎兒腦神經(jīng)作用[4]。

3 MT與孕期相關(guān)疾病

3.1 MT與PE

PE作為妊娠常見疾病，現(xiàn)普遍認(rèn)可兩階段學(xué)說：母胎界面處于較強(qiáng)的氧化應(yīng)激環(huán)境中，胎盤異常產(chǎn)生的大量因子以及細(xì)胞碎片等進(jìn)入母體血液循環(huán)，導(dǎo)致內(nèi)皮功能障礙。現(xiàn)研究發(fā)現(xiàn)PE孕婦體內(nèi)MT水平以及MT1、MT2受體表達(dá)低于正常孕婦[5]，但尚缺乏足夠證據(jù)表明是MT生成減少參與PE發(fā)病機(jī)制還是PE孕婦體內(nèi)氧化應(yīng)激消耗導(dǎo)致的MT含量減少。同時(shí)現(xiàn)有研究發(fā)現(xiàn)，PE大鼠額外補(bǔ)充MT可改善胎盤氧化狀態(tài)、保護(hù)內(nèi)皮細(xì)胞完整性以及降血壓。

MT具有強(qiáng)抗氧化作用，不僅可直接作為外源性抗氧化劑發(fā)揮作用，還可調(diào)節(jié)內(nèi)源性抗氧化酶的合成。其中核因子相關(guān)因子2(nuclear factor erythroid 2- related factor，Nrf2)作為調(diào)節(jié)機(jī)體氧化應(yīng)激反應(yīng)的重要轉(zhuǎn)錄因子，負(fù)責(zé)調(diào)控下游Ⅱ相解毒酶與抗氧化酶血紅素加氧酶- 1(heme oxygenase 1，HO- 1)、醌氧化還原酶1、谷胱甘肽S- 轉(zhuǎn)移酶的表達(dá)。既往研究發(fā)現(xiàn)，PE孕婦體內(nèi)Nrf2、HO- 1濃度增高，Nrf2及HO- 1的高表達(dá)與氧化應(yīng)激及人滋養(yǎng)細(xì)胞侵襲能力有關(guān)。Zuo等[6]使用N- 硝基- L- 精氨酸甲酯50 mg·d-1誘導(dǎo)PE大鼠模型，將大鼠分為MT 10 mg·kg-1·d-1組、阿司匹林1.5 mg·kg-1·d-1組及對(duì)照組3組，結(jié)果顯示注射MT的PE大鼠體內(nèi)Nrf2、HO- 1及血漿中丙二醇、sFlt- 1/PlGF值較無MT組降低，推測(cè)MT通過Nrf2/ARE/HO- 1通路發(fā)揮相應(yīng)抗氧化作用。線粒體是細(xì)胞氧化應(yīng)激的主要場(chǎng)所，而Nrf- 2作為線粒體活性的有效誘導(dǎo)劑，MT可通過提高Nrf- 2的核易位來誘導(dǎo)氧化系統(tǒng)的激活[7]，或直接減少電子傳遞鏈的電子泄漏和ROS生成來保護(hù)線粒體[8]。Milczarek等[9]研究發(fā)現(xiàn)，MT以濃度依賴性與抗壞血酸相互作用，減少胎盤線粒體NADPH和ROS的產(chǎn)生，進(jìn)而保護(hù)線粒體。此外，MT可預(yù)防與宮內(nèi)炎癥相關(guān)的氧化應(yīng)激，這種作用可能歸因于腫瘤壞死因子α(TNF- α)、白介素6(IL- 6)、環(huán)氧化酶(COX- 2)等炎癥因子的下調(diào)。如Sagrillo- Fagundes等[10]發(fā)現(xiàn)，缺氧/復(fù)氧的PE胎盤模型中，MT可部分降低模型中升高的IL- 6和TNF- α含量。

胎盤的缺血缺氧還可導(dǎo)致部分毒性合體滋養(yǎng)層細(xì)胞碎片和異常因子通過細(xì)胞外囊泡(extracellular vesicles，EVs)進(jìn)入循環(huán)損傷外周血管內(nèi)皮功能。Zhao等[11]研究中收集了25個(gè)8～12周選擇性手術(shù)流產(chǎn)孕婦的胎盤，暴露于PE血清進(jìn)行培養(yǎng)，隨后釋放帶有毒性滋養(yǎng)層碎片的EVs導(dǎo)致胎盤亞硝化損傷，結(jié)果外源性MT可部分減少胎盤3- 硝基- L- 酪氨酸合成和毒性EVs的產(chǎn)生。近期同樣有研究[12]表明，無論較低濃度還是較高濃度的MT，均可減少PE外植體EVs攜帶的錯(cuò)誤折疊蛋白數(shù)量和血管細(xì)胞黏附分子1(vascular cell adhesion molecule1, VCAM- 1)表達(dá)。此外，MT還可直接通過減少血管收縮、血小板聚集進(jìn)一步保護(hù)內(nèi)皮細(xì)胞功能。如Uzun等[13]研究發(fā)現(xiàn)MT可減少松果體切除術(shù)后PE大鼠體內(nèi)血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEGF)、VCAM- 1、TNF- α和IL- 6的表達(dá)。已知VEGF在妊娠早期胎盤形成中可調(diào)節(jié)血管生成，TNF- α可促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞分泌炎性細(xì)胞因子，VCAM- 1可介導(dǎo)白細(xì)胞活化與內(nèi)皮細(xì)胞黏附并釋放特殊的顆粒物質(zhì)使得內(nèi)皮細(xì)胞通透性增加，三者均能導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙，MT可減少上述因子表達(dá)，發(fā)揮保護(hù)內(nèi)皮細(xì)胞功能的作用。

MT的降壓機(jī)制尚不明確?，F(xiàn)研究發(fā)現(xiàn)，MT可通過內(nèi)皮細(xì)胞特異性MT受體激活NO合酶，或通過下丘腦調(diào)節(jié)兒茶酚胺水平，進(jìn)而影響血管平滑肌張力，同時(shí)MT本身的抗氧化作用(如減少超氧陰離子產(chǎn)生)等均與降血壓有關(guān)[14]。關(guān)于PE孕婦的Ⅰ期臨床試驗(yàn)[7]發(fā)現(xiàn)，給予早發(fā)型PE孕婦外源性MT(10 mg，每天3次)后第3～4天、第6～7天及分娩時(shí)較未處理組的降壓藥物使用劑量減少，較對(duì)照組孕期平均延長(zhǎng)6 d。

3.2 MT與FGR

FGR與子宮胎盤低灌注、慢性缺氧及氧化應(yīng)激增加有關(guān)。MT作為常見的抗氧化劑，Peng等[15]研究發(fā)現(xiàn)，MT組FGR大鼠胎盤中抗氧化基因mRNA水平升高，Nrf2/ARE(Nrf2下游的一種順式作用元件)通路中營(yíng)養(yǎng)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白增加，谷胱甘肽過氧化物酶(glutathione peroxidase，GSH- Px)、過氧化氫酶(catalase，CAT)及超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)等抗氧化酶增加，從而發(fā)揮抗氧化作用。氧化應(yīng)激損傷線粒體DNA，研究提示，MT改善第10號(hào)染色體缺失的磷酸酶及張力蛋白同源基因誘導(dǎo)激酶1(PINK1)/Parkin、BCL2和腺病毒E1B19kDa相互作用蛋白3(BINP3)這兩條線粒體障礙通路而發(fā)揮保護(hù)作用。如Zhu等[16]研究發(fā)現(xiàn)，MT可緩解FGR大鼠模型中的線粒體膜電位降低、Parkin易位和胎盤滋養(yǎng)細(xì)胞凋亡。Zhu等[17]研究發(fā)現(xiàn)，相較于鎘誘導(dǎo)大鼠的FGR模型，MT+鎘組大鼠發(fā)生FGR的比例和BNIP3蛋白降低，由此推測(cè)，MT抑制胎盤滋養(yǎng)細(xì)胞中ROS介導(dǎo)的BNIP3通路來清除受損線粒體及過度堆積的活性氧。

除抗氧化作用外，MT與胰島素樣生長(zhǎng)因子(insulin- like growth factor，IGF- 1)及哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin, mTOR)信號(hào)有關(guān)。IGFs作為常見影響胎盤結(jié)構(gòu)發(fā)育和功能的因子，Wang等[18]研究發(fā)現(xiàn)，MT可增加FGR大鼠血清中IGF- 1及其下游因子真核細(xì)胞始動(dòng)因子4E結(jié)合蛋白1(4E binding protein, 4EBP1)和核糖體S6蛋白激酶1(S6kinse1, S6K1)含量，進(jìn)而推測(cè)MT可通過IGF- 1/mTOR/S6K1/4EBP1通路影響胎兒的營(yíng)養(yǎng)發(fā)育?，F(xiàn)大部分研究認(rèn)為MT可保護(hù)胎兒腦神經(jīng)和改善宮內(nèi)生長(zhǎng)受限情況，但對(duì)改善后代出生體重尚存在爭(zhēng)議。有研究認(rèn)為MT可改善子宮血流量和抗氧化進(jìn)而增加后代體重，如Sales等[19]研究發(fā)現(xiàn)，給懷有雙胞胎的綿羊注射36 mg MT緩釋劑后雄性胎羊體重較18 mg MT組和對(duì)照組分別增加22%和14%。但也有研究[20]發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)前使用MT可降低氧化物生成和延長(zhǎng)分娩孕周，但后代體重明確降低，并推測(cè)可能與MT減少胎兒血漿前列腺素及皮質(zhì)醇的合成有關(guān)，這兩者的合成及代謝與胎兒生長(zhǎng)發(fā)育密切相關(guān)。Lemley等[21]研究同樣發(fā)現(xiàn)MT可治療胎盤血流不足導(dǎo)致的胎羊生長(zhǎng)發(fā)育受限，但不能緩解營(yíng)養(yǎng)受限所致胎羊體重下降。

3.3 MT與GDM

GDM常見致病機(jī)制為胰島素抵抗、糖脂代謝和胰島細(xì)胞受損?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)MT對(duì)外周代謝組織(肝臟、骨骼肌、胰腺)的葡萄糖代謝過程有影響，MT主要作用于MT受體?，F(xiàn)有大量研究發(fā)現(xiàn)MT受體的mRNA表達(dá)水平及遺傳變異與孕期葡萄糖穩(wěn)態(tài)、胰島素抵抗及GDM的發(fā)病有關(guān)[22]。盧世姝等[23]研究發(fā)現(xiàn)，MT可增加糖原合成酶激酶3(glycogen synthase kinase- 3β，GSK- 3β)、蛋白激酶B(protein kinase B，PKB)水平以及提高叉頭框轉(zhuǎn)錄因子O1(forkhead box- O1，F(xiàn)oxO1)磷酸化水平，由此推測(cè)MT可通過PKB/GSK- 3β促進(jìn)葡萄糖攝取以及通過PKB/FoxO1抑制肝糖異生。

此外，MT可通過環(huán)磷酸腺苷(cyclic adenosine monophosphate，cAMP)和細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(extracellular signal- regulated kinase，ERK)通路來調(diào)節(jié)胰島β細(xì)胞功能。如Gomes等[24]研究將松果體切除術(shù)后的母鼠分為動(dòng)態(tài)補(bǔ)充MT組、固定補(bǔ)充MT組和對(duì)照組3組，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，對(duì)照組葡萄糖耐量降低、ERK1含量增加且分娩3 d后母鼠受體酪氨酸激酶通路表達(dá)增加，進(jìn)而推測(cè)MT可調(diào)節(jié)妊娠胰島β細(xì)胞功能和哺乳期胰島重塑功能。同時(shí)MT作為抗氧化劑，當(dāng)GDM孕婦胎盤ROS直接和(或)間接損害胰島β細(xì)胞并促使其凋亡時(shí)，MT可發(fā)揮抗氧化、抗炎的保護(hù)作用。如孫平等[25]研究發(fā)現(xiàn)，給予低濃度(5 mg·kg-1)MT的GDM大鼠胰腺組織在顯微鏡下病理?yè)p傷較未處理組減輕，細(xì)胞凋亡水平下降，血清中葡萄糖、糖化血紅蛋白及胰島素水平降低，同時(shí)胰腺組織中CAT、GSH- PX、SOD等抗氧化酶活性及抗氧化劑GSH水平升高。

MT除對(duì)孕婦自身血糖具有調(diào)節(jié)作用外，也可改善GDM后代心肌損傷和神經(jīng)發(fā)育。已知孕期高血糖可誘導(dǎo)胎兒神經(jīng)干細(xì)胞過早分化為神經(jīng)元和星形膠質(zhì)細(xì)胞進(jìn)而影響胎兒。Li等[26]研究結(jié)果顯示，MT通過抑制神經(jīng)干細(xì)胞的自噬以及調(diào)節(jié)蛋白激酶途徑來保護(hù)胎兒腦神經(jīng)。高糖狀態(tài)下后代更容易出現(xiàn)心臟功能障礙和心肌細(xì)胞凋亡，可能與氧化應(yīng)激和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡過度激活有關(guān)。Gao等[27]在研究中補(bǔ)充MT，通過恢復(fù)心臟胰島素受體底物信號(hào)來提高GDM后代對(duì)心肌缺血再灌注損傷的耐受性。

4 小 結(jié)

綜上所述，MT具有抗氧化、保護(hù)線粒體、抗炎等特性，在PE、FGR、GDM等氧化應(yīng)激相關(guān)的疾病模型中可發(fā)揮較好的保護(hù)作用，但具體機(jī)制尚未完全明確。同時(shí)現(xiàn)有關(guān)于MT的臨床研究，大部分研究對(duì)象數(shù)量較少，對(duì)MT的安全性尚缺乏充足證據(jù)。通過進(jìn)一步對(duì)MT與產(chǎn)科領(lǐng)域所致氧化應(yīng)激相關(guān)疾病的基礎(chǔ)和臨床研究，可為今后臨床治療PE、FGR、GDM等開發(fā)新的輔助藥物。