褪黑素抗衰老机制及其与缺血性卒中的关系

张佳丽，陈楚歆，张心怡，张宁，2，王春雪，2，3

作为一种强效自由基清除剂，褪黑素（melatonin，MT）可保护细胞免受氧化损伤。MT的缺失可加剧体内氧化损伤的积累，增加衰老相关疾病的发生风险[1]。基于自由基清除、线粒体保护及抗炎等作用，MT在减少卒中相关危险因素，延缓动脉粥样硬化进展以及改善缺血再灌注损伤等方面具有潜在应用价值。本文围绕MT抗衰老机制及其在缺血性卒中领域中应用的可能机制和前景进行总结。

1 褪黑素的生理特性

MT主要由松果体分泌产生，具有亲水和亲脂的双重特性，其存在3种膜受体，其中MT1和MT2属于G蛋白偶联受体，在中枢神经系统中主要参与昼夜节律和睡眠调节。MT1受体激活可抑制视交叉上核的神经元活动，调节睡眠，MT2受体激活则可诱导昼夜节律相位的转变[2-3]。除松果体外，视网膜、胃肠道、脑、皮肤、肝脏、肾脏等组织和器官也具有MT合成和受体表达部位[4]，这提示MT广泛参与体内多个系统的生理活动。

2 褪黑素抗衰老机制

目前关于衰老机制的理论大致可分为2种，一种认为衰老是由基因决定的不可逆结果，另一种认为衰老是细胞内损伤积累导致的功能丧失，如自由基理论、线粒体理论、磨损理论等，其中最主要的是自由基理论[1]。

2.1 褪黑素与氧化应激 自由基理论认为人的寿命取决于一生中所承受的累积自由基损伤量，氧化损伤越多，年龄相关自由基疾病发生率越高，寿命越短[1]。作为氧化代谢的副产物，自由基具有高度破坏性，可造成DNA损伤、脂质过氧化和蛋白质氧化[1]。有动物实验发现，可大量表达葡萄糖-6-磷酸脱氢酶从而提高抗氧化能力的转基因小鼠寿命比正常小鼠可延长14%，提示减少氧化损伤可能有助于延长寿命[5]。

MT具有理想自由基清除剂的大多数特性，作为一种广谱抗氧化剂，其毒性小，具有高亲脂性和部分亲水性，能跨越胎盘屏障和血脑屏障，广泛接触各种亚细胞结构，从而保护细胞膜、细胞器、细胞核和线粒体DNA（mitochondrial DNA，mtDNA）免受自由基损伤[4]。与传统抗氧化剂不同，MT与活性氧（reactive oxygen species，ROS）相互作用后的直接代谢产物3-羟基褪黑素，次级代谢产物N1-乙酰-N2-甲酰-5-甲氧-犬尿胺与N-乙酰-5-甲氧-犬尿胺均具有良好的自由基清除活性，其抗氧化能力甚至优于MT[6]。MT及其代谢产物相继清除ROS的过程被称为“自由基清除级联反应”。这种特性使MT即使在低浓度情况下也能有效保护生物体免受自由基损伤。除了直接清除自由基外，MT还可通过促进谷胱甘肽合成、增强抗氧化酶活性、抑制促氧化酶活性等途径间接减少氧化损伤[1，4，7]。

2.2 褪黑素与线粒体保护 线粒体理论是衰老的另一重要理论，认为线粒体功能障碍是导致细胞、器官和生物体衰老的重要原因之一[7]。线粒体既是ROS的主要来源，也是其主要作用靶点。与核DNA相比，mtDNA缺乏组蛋白保护和断裂修复功能，易受氧化损伤而发生突变，导致电子传递链成分缺陷，进一步促进ROS生成，形成ROS生成和mtDNA突变的恶性循环[8]。mtDNA突变、失活或丢失均可使线粒体失去再生能力，细胞能量来源持续减少，最终导致细胞死亡。

研究显示位于线粒体膜上的寡肽转运蛋白1/2可促进MT向线粒体的快速转运[9]，此外，Suofu等[10]证实线粒体是合成MT的场所之一，提示线粒体具有自主合成和快速吸收MT的能力，也部分解释了线粒体内MT水平显著高于其他细胞器或亚细胞结构的原因。清除自由基、维持呼吸链复合物稳定以及保证充足的ATP生产等作用使MT在线粒体保护方面具有明显优势[10]。

值得注意的是，虽然目前广泛认为mtDNA突变率的提高加速了衰老进程[7]，但对于mtDNA突变的来源仍存在争议。既往多认为mtDNA突变源于未修复的氧化损伤，但近来研究显示mtDNA突变可能源于mtDNA聚合酶的复制错误[7]。该观点切断了ROS和mtDNA突变之间的直接联系，但并不能否认氧化应激在衰老过程中的作用，除了mtDNA，蛋白质和细胞膜同样是氧化损伤的靶点。未来需要探究更多可将ROS、氧化应激和衰老3者联系起来的机制。

3 褪黑素与缺血性卒中危险因素的关系

3.1 褪黑素与肥胖 肥胖是缺血性卒中的独立危险因素[11]，超重和肥胖分别可使缺血性卒中的发生风险增加22%和64%[12]。研究显示，补充外源性MT可显著减少实验动物的食物摄取和体重增长，相关机制尚不明确，有研究者认为这与MT参与调节脂肪因子的表达和脂肪组织代谢有关[13]。MT可通过激活MT2受体，促进激素敏感脂肪酶、脂肪组织三酰甘油脂肪酶和脂滴包被蛋白1等脂肪分解相关基因的表达[14]；经细胞外信号调节激酶1/2和蛋白激酶A信号通路，促进激素敏感脂肪酶和脂滴包被蛋白1磷酸化；同时增强线粒体生物发生和能量代谢，诱导产热基因解偶联蛋白-3和肉碱棕榈酰转移酶-1β的表达，进而促进脂肪分解[15]。对于MT是否参与脂肪生成调节，目前仍无定论。但MT可以通过调节炎性浸润从而改善肥胖所致脂肪因子失调，如TNF-α、IL-6和内脂素升高等[16]。此外，MT不仅可逆转睡眠剥夺诱导的肠道菌群失调[17]，还可抑制食欲素神经元并促进睡眠[18]，进而减少睡眠不足对食欲和食物摄入的负面影响。

目前关于MT治疗肥胖的临床证据有限，Delpino等[19]对23项临床研究进行了荟萃分析，其中11项研究表明与安慰剂组相比，补充MT可显著减轻体重、降低BMI及减小腰围，≤8 mg/d剂量的MT可使体重减轻约0.48 kg。尽管MT减轻体重的幅度有限，但这不能否认其在减重方面的潜力，未来仍需要更多研究来验证MT作为辅助药物预防和治疗肥胖人群心脑血管疾病的有效性。

3.2 褪黑素与高血压 正常人夜间睡眠期间平均血压较日间清醒时下降10%～20%，夜间血压正常下降受损，即非杓型血压的出现是心血管事件的独立危险因素[3]。Grossman等[20]认为MT缺乏及其相关睡眠质量下降可能与老年人出现非杓型血压有关。研究显示，未接受抗高血压药物治疗的老年人尿MT排泄量每增加6.3 μg，其夜间收缩压下降约2.0 mmHg（1 mmHg=0.133 kPa）[21]，MT对视交叉上核昼夜节律的调节可能促进了正常杓型血压的恢复[22]。

内源性MT参与血压调节，MT1受体激活促进血管收缩，MT2受体激活促进血管舒张[3]，其综合效应结果受昼夜节律时间、MT来源、浓度、持续时间和受体密度等因素的影响。MT还可通过与钙调节蛋白复合体相互作用，降低平滑肌细胞内钙离子的水平，以非受体依赖的方式舒张血管[23]。多项研究发现切除松果体的小鼠血压持续升高，而在饮用水中添加MT则可逆转这一现象，这提示MT可能是一种内源性降压物质[24]。临床研究证实，单次口服3 mg MT可显著降低高血压患者24 h及日间平均收缩压和舒张压[25]，未经治疗的原发性高血压患者连续3周每晚口服2.5 mg MT可分别使收缩压和舒张压降低6 mmHg和4 mmHg，且不影响心率[26]，相应结论得到了Cagnacci等[27]的验证。MT的降压机制目前尚无定论，可能与MT抑制交感神经活性、改善肾功能损伤和小动脉扩张、抗氧化应激及抑制炎症反应等有关[3，28]。对于MT分泌明显减少的老年人，补充外源性MT对控制血压，恢复血压的24 h昼夜节律，减少心脑血管事件有潜在价值。

4 褪黑素与动脉粥样硬化的关系

动脉粥样硬化是老年人缺血性卒中的首要病因。脂质成分可经过多种途径损伤血管内皮细胞，激活炎症反应，诱导动脉粥样硬化性斑块形成。在接受高脂饮食的动物模型中，MT的摄入可降低TG、TC和LDL-C的水平，升高HDL-C水平[13]。但目前针对人体的相关临床研究较少，MT对不同人群脂质水平的影响仍存在争议。荟萃分析表明，补充MT对LDL-C和HDL-C水平无显著影响，但持续8周及以上补充≥8 mg/d剂量的MT可显著降低TG水平，而当基线TC水平≥200 mg/dL时，补充≥8 mg/d剂量的MT同样可显著降低TC水平[29]。这可能与MT抑制胆固醇经肠道吸收以及向胆汁酸转化，抑制G蛋白偶联受体介导的脂肪酸转运等有关[30-32]。

炎症反应和氧化应激均可加速动脉粥样硬化进程。动物实验表明，MT以维甲酸相关孤核受体-α依赖的方式抑制动脉粥样硬化斑块内巨噬细胞向促炎M1型分化，显著预防易损斑块破裂，降低斑块内出血和自发性斑块破裂伴腔内血栓形成的发生率，对人单核细胞源性巨噬细胞的进一步分析证实MT可显著下调M1型促炎标志物的表达[33]。Ma等[34]则发现MT可通过清除ROS，抑制动脉粥样硬化斑块内Nod样受体蛋白3炎症小体的激活和IL-1β的分泌。此外，已有研究发现急性心肌梗死患者夜间血清MT水平与氧化低密度脂蛋白水平存在潜在负相关性[35]，后者是促进动脉粥样硬化发展的关键因子。以上均提示MT可能有助于延缓动脉粥样硬化的发生与发展。

5 褪黑素与缺血再灌注损伤

有研究发现，卒中严重程度与60岁以上急性缺血性卒中患者夜间尿液MT代谢产物6-羟基硫酸褪黑素浓度直接相关[36]。另有研究显示，血清MT水平与大动脉闭塞性缺血性卒中后30 d死亡率呈正相关[37]。急性缺血性卒中可引发强烈的炎症和氧化应激反应，破坏血脑屏障，诱发脑水肿。MT可通过抑制炎症/氧化应激相关信号传导，维持线粒体稳定性，保护脑结构和功能的完整性[38]。MT水平的升高可能是机体对卒中诱导的炎症和氧化应激反应的内部保护机制。

1项临床随机对照试验显示，在颈动脉内膜切除术前3 d开始口服MT（6 mg/d）可显著降低颈动脉狭窄患者的核因子κB、TNF-α、IL-6水平，并增加核因子E2相关因子2、超氧化物歧化酶、过氧化氢酶和谷胱甘肽过氧化物酶的表达[39]。动物实验表明，MT可通过激活沉默信息调节因子上调抗凋亡因子B淋巴细胞瘤-2基因（B-cell lymphoma-2，Bcl-2）表达，减少促凋亡因子Bcl-2相关X蛋白（Bcl-2 associated X protein，Bax）的表达；通过维持线粒体膜电位、线粒体复合物I活性和线粒体细胞色素C水平而改善线粒体功能，进而改善缺血再灌注损伤，即减少梗死体积，减轻脑水肿，从而改善神经功能[40]。

目前MT改善脑缺血再灌注损伤的临床证据较少，但其对心脏、肾脏、肠道等靶器官的保护作用均已得到证实[41]，未来需要进一步开展临床研究来验证MT的脑保护作用。

综上所述，尽管目前已有的证据仍不足以得出MT可以延长寿命的结论，但MT的自由基清除作用和线粒体保护作用使其在预防和治疗衰老相关疾病方面展现出了良好的应用前景。此外，MT在预防肥胖、高血压、高脂血症等卒中相关危险因素，延缓动脉粥样硬化进展，以及改善缺血再灌注损伤等方面的作用已经得到证实，未来仍需开展进一步的临床研究明确MT作为辅助药物治疗缺血性卒中的有效性。