褪黑素與產科疾病關系的研究進展

何珊，徐友娣

(南京醫科大學附屬南京醫院 婦產科，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，可發揮抗氧化、抗炎作用和調節生殖相關生理過程(卵泡生成、卵母細胞成熟和黃體形成、胚胎著床以及胎兒發育的整個妊娠過程)。既往研究發現，MT在子癇前期(preeclampsia，PE)、胎兒生長受限(fetal growth restriction，FGR)、妊娠期糖尿病(gestational diabetes mellitus，GDM)等產科疾病患者血中水平下降，補充MT可改善相應高危妊娠的臨床表現，因此考慮將MT補充劑作為支持胎兒發育和改善高危妊娠的新方法。作者就MT與孕期相關疾病關系的研究進展作一綜述，以期為相關疾病的治療提供理論依據。

1 MT生物學概述

MT主要在夜間由松果體合成，也可由視網膜、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生5- 羥色胺，再通過乙酰化、甲基化合成MT[1]。MT作為一種晝夜節律性激素，其合成和分泌受視交叉上核內源性生物鐘調控，當處于夜間缺乏光信號刺激時，頸上神經節神經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胞，誘導N- 乙酰轉移酶活性，激活MT合成過程。除受晝夜節律影響外，MT的合成及分泌也受個體、季節及年齡影響，在3～5歲時分泌量可達到最高水平，隨后逐漸減少直至趨向穩定。MT具有高脂溶性及部分水溶性特質，可穿過生理屏障進入細胞，螯合氧和氮的活性物質，激活細胞內的抗氧化酶系統，也可通過與膜受體(MT1、MT2和MT3受體)或維甲酸Z受體/維甲酸相關核受體結合發揮相應的生物學效應。其中MT1、MT2受體作為主要發揮作用的受體，分別由4號染色體的MTNR1A基因和11號染色體MTNR1B基因編碼，均屬于7跨膜G蛋白偶聯受體家族，具有相似的MT結合位點結構。

2 MT在妊娠中的作用

2.1 MT對母體的作用

正常妊娠期間母體血清MT水平逐漸增加，至妊娠晚期達到高峰并于分娩24 h內迅速下降[2]。妊娠早期MT可改善子宮內膜容受性和促進孕酮合成，接近預產期的高濃度MT可作用于子宮肌層促進分娩，主要因子宮肌層MT2具有催產素受體協同作用，通過蛋白激酶C依賴性機制誘導連接蛋白43轉錄表達增加，進而增加細胞間偶聯信號以促進子宮收縮[3]。現有離體研究發現，催產素應用后，子宮肌層MT抑制電生理活動，MT這種雙重特性可能與MT受體在孕期持續被沉默，直至臨近分娩期子宮MT受體表達增加有關。

2.2 MT對胎兒的作用

妊娠晚期胎兒松果體分泌MT較少，直至出生后3～5月才真正發揮作用，而妊娠早期胎兒體內就已存在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節律中，因此干擾母體正常光/暗循環和MT分泌可對胎兒生長和神經發育產生不利影響。MT可通過降低氧化應激、減少羥基自由基形成以及抗炎起到保護胎兒腦神經作用[4]。

3 MT與孕期相關疾病

3.1 MT與PE

PE作為妊娠常見疾病，現普遍認可兩階段學說：母胎界面處于較強的氧化應激環境中，胎盤異常產生的大量因子以及細胞碎片等進入母體血液循環，導致內皮功能障礙。現研究發現PE孕婦體內MT水平以及MT1、MT2受體表達低于正常孕婦[5]，但尚缺乏足夠證據表明是MT生成減少參與PE發病機制還是PE孕婦體內氧化應激消耗導致的MT含量減少。同時現有研究發現，PE大鼠額外補充MT可改善胎盤氧化狀態、保護內皮細胞完整性以及降血壓。

MT具有強抗氧化作用，不僅可直接作為外源性抗氧化劑發揮作用，還可調節內源性抗氧化酶的合成。其中核因子相關因子2(nuclear factor erythroid 2- related factor，Nrf2)作為調節機體氧化應激反應的重要轉錄因子，負責調控下游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- 轉移酶的表達。既往研究發現，PE孕婦體內Nrf2、HO- 1濃度增高，Nrf2及HO- 1的高表達與氧化應激及人滋養細胞侵襲能力有關。Zuo等[6]使用N- 硝基- L- 精氨酸甲酯50 mg·d-1誘導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組及對照組3組，結果顯示注射MT的PE大鼠體內Nrf2、HO- 1及血漿中丙二醇、sFlt- 1/PlGF值較無MT組降低，推測MT通過Nrf2/ARE/HO- 1通路發揮相應抗氧化作用。線粒體是細胞氧化應激的主要場所，而Nrf- 2作為線粒體活性的有效誘導劑，MT可通過提高Nrf- 2的核易位來誘導氧化系統的激活[7]，或直接減少電子傳遞鏈的電子泄漏和ROS生成來保護線粒體[8]。Milczarek等[9]研究發現，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的產生，進而保護線粒體。此外，MT可預防與宮內炎癥相關的氧化應激，這種作用可能歸因于腫瘤壞死因子α(TNF- α)、白介素6(IL- 6)、環氧化酶(COX- 2)等炎癥因子的下調。如Sagrillo- Fagundes等[10]發現，缺氧/復氧的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致部分毒性合體滋養層細胞碎片和異常因子通過細胞外囊泡(extracellular vesicles，EVs)進入循環損傷外周血管內皮功能。Zhao等[11]研究中收集了25個8～12周選擇性手術流產孕婦的胎盤，暴露于PE血清進行培養，隨后釋放帶有毒性滋養層碎片的EVs導致胎盤亞硝化損傷，結果外源性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攜帶的錯誤折疊蛋白數量和血管細胞黏附分子1(vascular cell adhesion molecule1, VCAM- 1)表達。此外，MT還可直接通過減少血管收縮、血小板聚集進一步保護內皮細胞功能。如Uzun等[13]研究發現MT可減少松果體切除術后PE大鼠體內血管內皮生長因子(VEGF)、VCAM- 1、TNF- α和IL- 6的表達。已知VEGF在妊娠早期胎盤形成中可調節血管生成，TNF- α可促進內皮細胞分泌炎性細胞因子，VCAM- 1可介導白細胞活化與內皮細胞黏附并釋放特殊的顆粒物質使得內皮細胞通透性增加，三者均能導致內皮細胞功能障礙，MT可減少上述因子表達，發揮保護內皮細胞功能的作用。

MT的降壓機制尚不明確。現研究發現，MT可通過內皮細胞特異性MT受體激活NO合酶，或通過下丘腦調節兒茶酚胺水平，進而影響血管平滑肌張力，同時MT本身的抗氧化作用(如減少超氧陰離子產生)等均與降血壓有關[14]。關于PE孕婦的Ⅰ期臨床試驗[7]發現，給予早發型PE孕婦外源性MT(10 mg，每天3次)后第3～4天、第6～7天及分娩時較未處理組的降壓藥物使用劑量減少，較對照組孕期平均延長6 d。

3.2 MT與FGR

FGR與子宮胎盤低灌注、慢性缺氧及氧化應激增加有關。MT作為常見的抗氧化劑，Peng等[15]研究發現，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)通路中營養轉運蛋白增加，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，從而發揮抗氧化作用。氧化應激損傷線粒體DNA，研究提示，MT改善第10號染色體缺失的磷酸酶及張力蛋白同源基因誘導激酶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揮保護作用。如Zhu等[16]研究發現，MT可緩解FGR大鼠模型中的線粒體膜電位降低、Parkin易位和胎盤滋養細胞凋亡。Zhu等[17]研究發現，相較于鎘誘導大鼠的FGR模型，MT+鎘組大鼠發生FGR的比例和BNIP3蛋白降低，由此推測，MT抑制胎盤滋養細胞中ROS介導的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與胰島素樣生長因子(insulin- like growth factor，IGF- 1)及哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin, mTOR)信號有關。IGFs作為常見影響胎盤結構發育和功能的因子，Wang等[18]研究發現，MT可增加FGR大鼠血清中IGF- 1及其下游因子真核細胞始動因子4E結合蛋白1(4E binding protein, 4EBP1)和核糖體S6蛋白激酶1(S6kinse1, S6K1)含量，進而推測MT可通過IGF- 1/mTOR/S6K1/4EBP1通路影響胎兒的營養發育。現大部分研究認為MT可保護胎兒腦神經和改善宮內生長受限情況，但對改善后代出生體重尚存在爭議。有研究認為MT可改善子宮血流量和抗氧化進而增加后代體重，如Sales等[19]研究發現，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組和對照組分別增加22%和14%。但也有研究[20]發現，產前使用MT可降低氧化物生成和延長分娩孕周，但后代體重明確降低，并推測可能與MT減少胎兒血漿前列腺素及皮質醇的合成有關，這兩者的合成及代謝與胎兒生長發育密切相關。Lemley等[21]研究同樣發現MT可治療胎盤血流不足導致的胎羊生長發育受限，但不能緩解營養受限所致胎羊體重下降。

3.3 MT與GDM

GDM常見致病機制為胰島素抵抗、糖脂代謝和胰島細胞受損。現已發現MT對外周代謝組織(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。現有大量研究發現MT受體的mRNA表達水平及遺傳變異與孕期葡萄糖穩態、胰島素抵抗及GDM的發病有關[22]。盧世姝等[23]研究發現，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錄因子O1(forkhead box- O1，FoxO1)磷酸化水平，由此推測MT可通過PKB/GSK- 3β促進葡萄糖攝取以及通過PKB/FoxO1抑制肝糖異生。

此外，MT可通過環磷酸腺苷(cyclic adenosine monophosphate，cAMP)和細胞外調節蛋白激酶(extracellular signal- regulated kinase，ERK)通路來調節胰島β細胞功能。如Gomes等[24]研究將松果體切除術后的母鼠分為動態補充MT組、固定補充MT組和對照組3組，結果發現，對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增加，進而推測MT可調節妊娠胰島β細胞功能和哺乳期胰島重塑功能。同時MT作為抗氧化劑，當GDM孕婦胎盤ROS直接和(或)間接損害胰島β細胞并促使其凋亡時，MT可發揮抗氧化、抗炎的保護作用。如孫平等[25]研究發現，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損傷較未處理組減輕，細胞凋亡水平下降，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除對孕婦自身血糖具有調節作用外，也可改善GDM后代心肌損傷和神經發育。已知孕期高血糖可誘導胎兒神經干細胞過早分化為神經元和星形膠質細胞進而影響胎兒。Li等[26]研究結果顯示，MT通過抑制神經干細胞的自噬以及調節蛋白激酶途徑來保護胎兒腦神經。高糖狀態下后代更容易出現心臟功能障礙和心肌細胞凋亡，可能與氧化應激和內質網應激介導的細胞凋亡過度激活有關。Gao等[27]在研究中補充MT，通過恢復心臟胰島素受體底物信號來提高GDM后代對心肌缺血再灌注損傷的耐受性。

4 小 結

綜上所述，MT具有抗氧化、保護線粒體、抗炎等特性，在PE、FGR、GDM等氧化應激相關的疾病模型中可發揮較好的保護作用，但具體機制尚未完全明確。同時現有關于MT的臨床研究，大部分研究對象數量較少，對MT的安全性尚缺乏充足證據。通過進一步對MT與產科領域所致氧化應激相關疾病的基礎和臨床研究，可為今后臨床治療PE、FGR、GDM等開發新的輔助藥物。