褪黑素与产科疾病关系的研究进展

何珊，徐友娣

(南京医科大学附属南京医院 妇产科，江苏 南京 210001)

褪黑素(melatonin，MT)主要在松果体中合成，是一种亲脂性激素，可发挥抗氧化、抗炎作用和调节生殖相关生理过程(卵泡生成、卵母细胞成熟和黄体形成、胚胎着床以及胎儿发育的整个妊娠过程)。既往研究发现，MT在子痫前期(preeclampsia，PE)、胎儿生长受限(fetal growth restriction，FGR)、妊娠期糖尿病(gestational diabetes mellitus，GDM)等产科疾病患者血中水平下降，补充MT可改善相应高危妊娠的临床表现，因此考虑将MT补充剂作为支持胎儿发育和改善高危妊娠的新方法。作者就MT与孕期相关疾病关系的研究进展作一综述，以期为相关疾病的治疗提供理论依据。

1 MT生物学概述

MT主要在夜间由松果体合成，也可由视网膜、消化道、皮肤和卵巢等合成。MT的生物合成是以色氨酸为原料，通过色氨酸羟化酶和芳香族氨基酸脱羧酶的羟基化和脱羧作用产生5- 羟色胺，再通过乙酰化、甲基化合成MT[1]。MT作为一种昼夜节律性激素，其合成和分泌受视交叉上核内源性生物钟调控，当处于夜间缺乏光信号刺激时，颈上神经节神经末梢分泌的去甲肾上腺素通过β- 肾上腺素受体刺激松果体细胞，诱导N- 乙酰转移酶活性，激活MT合成过程。除受昼夜节律影响外，MT的合成及分泌也受个体、季节及年龄影响，在3～5岁时分泌量可达到最高水平，随后逐渐减少直至趋向稳定。MT具有高脂溶性及部分水溶性特质，可穿过生理屏障进入细胞，螯合氧和氮的活性物质，激活细胞内的抗氧化酶系统，也可通过与膜受体(MT1、MT2和MT3受体)或维甲酸Z受体/维甲酸相关核受体结合发挥相应的生物学效应。其中MT1、MT2受体作为主要发挥作用的受体，分别由4号染色体的MTNR1A基因和11号染色体MTNR1B基因编码，均属于7跨膜G蛋白偶联受体家族，具有相似的MT结合位点结构。

2 MT在妊娠中的作用

2.1 MT对母体的作用

正常妊娠期间母体血清MT水平逐渐增加，至妊娠晚期达到高峰并于分娩24 h内迅速下降[2]。妊娠早期MT可改善子宫内膜容受性和促进孕酮合成，接近预产期的高浓度MT可作用于子宫肌层促进分娩，主要因子宫肌层MT2具有催产素受体协同作用，通过蛋白激酶C依赖性机制诱导连接蛋白43转录表达增加，进而增加细胞间偶联信号以促进子宫收缩[3]。现有离体研究发现，催产素应用后，子宫肌层MT抑制电生理活动，MT这种双重特性可能与MT受体在孕期持续被沉默，直至临近分娩期子宫MT受体表达增加有关。

2.2 MT对胎儿的作用

妊娠晚期胎儿松果体分泌MT较少，直至出生后3～5月才真正发挥作用，而妊娠早期胎儿体内就已存在MT受体。随着孕期母体MT水平增加及MT具有亲脂特性，循环中MT可自由穿过胎盘使胎儿暴露于白天低浓度和夜晚高浓度的MT节律中，因此干扰母体正常光/暗循环和MT分泌可对胎儿生长和神经发育产生不利影响。MT可通过降低氧化应激、减少羟基自由基形成以及抗炎起到保护胎儿脑神经作用[4]。

3 MT与孕期相关疾病

3.1 MT与PE

PE作为妊娠常见疾病，现普遍认可两阶段学说：母胎界面处于较强的氧化应激环境中，胎盘异常产生的大量因子以及细胞碎片等进入母体血液循环，导致内皮功能障碍。现研究发现PE孕妇体内MT水平以及MT1、MT2受体表达低于正常孕妇[5]，但尚缺乏足够证据表明是MT生成减少参与PE发病机制还是PE孕妇体内氧化应激消耗导致的MT含量减少。同时现有研究发现，PE大鼠额外补充MT可改善胎盘氧化状态、保护内皮细胞完整性以及降血压。

MT具有强抗氧化作用，不仅可直接作为外源性抗氧化剂发挥作用，还可调节内源性抗氧化酶的合成。其中核因子相关因子2(nuclear factor erythroid 2- related factor，Nrf2)作为调节机体氧化应激反应的重要转录因子，负责调控下游Ⅱ相解毒酶与抗氧化酶血红素加氧酶- 1(heme oxygenase 1，HO- 1)、醌氧化还原酶1、谷胱甘肽S- 转移酶的表达。既往研究发现，PE孕妇体内Nrf2、HO- 1浓度增高，Nrf2及HO- 1的高表达与氧化应激及人滋养细胞侵袭能力有关。Zuo等[6]使用N- 硝基- L- 精氨酸甲酯50 mg·d-1诱导PE大鼠模型，将大鼠分为MT 10 mg·kg-1·d-1组、阿司匹林1.5 mg·kg-1·d-1组及对照组3组，结果显示注射MT的PE大鼠体内Nrf2、HO- 1及血浆中丙二醇、sFlt- 1/PlGF值较无MT组降低，推测MT通过Nrf2/ARE/HO- 1通路发挥相应抗氧化作用。线粒体是细胞氧化应激的主要场所，而Nrf- 2作为线粒体活性的有效诱导剂，MT可通过提高Nrf- 2的核易位来诱导氧化系统的激活[7]，或直接减少电子传递链的电子泄漏和ROS生成来保护线粒体[8]。Milczarek等[9]研究发现，MT以浓度依赖性与抗坏血酸相互作用，减少胎盘线粒体NADPH和ROS的产生，进而保护线粒体。此外，MT可预防与宫内炎症相关的氧化应激，这种作用可能归因于肿瘤坏死因子α(TNF- α)、白介素6(IL- 6)、环氧化酶(COX- 2)等炎症因子的下调。如Sagrillo- Fagundes等[10]发现，缺氧/复氧的PE胎盘模型中，MT可部分降低模型中升高的IL- 6和TNF- α含量。

胎盘的缺血缺氧还可导致部分毒性合体滋养层细胞碎片和异常因子通过细胞外囊泡(extracellular vesicles，EVs)进入循环损伤外周血管内皮功能。Zhao等[11]研究中收集了25个8～12周选择性手术流产孕妇的胎盘，暴露于PE血清进行培养，随后释放带有毒性滋养层碎片的EVs导致胎盘亚硝化损伤，结果外源性MT可部分减少胎盘3- 硝基- L- 酪氨酸合成和毒性EVs的产生。近期同样有研究[12]表明，无论较低浓度还是较高浓度的MT，均可减少PE外植体EVs携带的错误折叠蛋白数量和血管细胞黏附分子1(vascular cell adhesion molecule1, VCAM- 1)表达。此外，MT还可直接通过减少血管收缩、血小板聚集进一步保护内皮细胞功能。如Uzun等[13]研究发现MT可减少松果体切除术后PE大鼠体内血管内皮生长因子(VEGF)、VCAM- 1、TNF- α和IL- 6的表达。已知VEGF在妊娠早期胎盘形成中可调节血管生成，TNF- α可促进内皮细胞分泌炎性细胞因子，VCAM- 1可介导白细胞活化与内皮细胞黏附并释放特殊的颗粒物质使得内皮细胞通透性增加，三者均能导致内皮细胞功能障碍，MT可减少上述因子表达，发挥保护内皮细胞功能的作用。

MT的降压机制尚不明确。现研究发现，MT可通过内皮细胞特异性MT受体激活NO合酶，或通过下丘脑调节儿茶酚胺水平，进而影响血管平滑肌张力，同时MT本身的抗氧化作用(如减少超氧阴离子产生)等均与降血压有关[14]。关于PE孕妇的Ⅰ期临床试验[7]发现，给予早发型PE孕妇外源性MT(10 mg，每天3次)后第3～4天、第6～7天及分娩时较未处理组的降压药物使用剂量减少，较对照组孕期平均延长6 d。

3.2 MT与FGR

FGR与子宫胎盘低灌注、慢性缺氧及氧化应激增加有关。MT作为常见的抗氧化剂，Peng等[15]研究发现，MT组FGR大鼠胎盘中抗氧化基因mRNA水平升高，Nrf2/ARE(Nrf2下游的一种顺式作用元件)通路中营养转运蛋白增加，谷胱甘肽过氧化物酶(glutathione peroxidase，GSH- Px)、过氧化氢酶(catalase，CAT)及超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)等抗氧化酶增加，从而发挥抗氧化作用。氧化应激损伤线粒体DNA，研究提示，MT改善第10号染色体缺失的磷酸酶及张力蛋白同源基因诱导激酶1(PINK1)/Parkin、BCL2和腺病毒E1B19kDa相互作用蛋白3(BINP3)这两条线粒体障碍通路而发挥保护作用。如Zhu等[16]研究发现，MT可缓解FGR大鼠模型中的线粒体膜电位降低、Parkin易位和胎盘滋养细胞凋亡。Zhu等[17]研究发现，相较于镉诱导大鼠的FGR模型，MT+镉组大鼠发生FGR的比例和BNIP3蛋白降低，由此推测，MT抑制胎盘滋养细胞中ROS介导的BNIP3通路来清除受损线粒体及过度堆积的活性氧。

除抗氧化作用外，MT与胰岛素样生长因子(insulin- like growth factor，IGF- 1)及哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin, mTOR)信号有关。IGFs作为常见影响胎盘结构发育和功能的因子，Wang等[18]研究发现，MT可增加FGR大鼠血清中IGF- 1及其下游因子真核细胞始动因子4E结合蛋白1(4E binding protein, 4EBP1)和核糖体S6蛋白激酶1(S6kinse1, S6K1)含量，进而推测MT可通过IGF- 1/mTOR/S6K1/4EBP1通路影响胎儿的营养发育。现大部分研究认为MT可保护胎儿脑神经和改善宫内生长受限情况，但对改善后代出生体重尚存在争议。有研究认为MT可改善子宫血流量和抗氧化进而增加后代体重，如Sales等[19]研究发现，给怀有双胞胎的绵羊注射36 mg MT缓释剂后雄性胎羊体重较18 mg MT组和对照组分别增加22%和14%。但也有研究[20]发现，产前使用MT可降低氧化物生成和延长分娩孕周，但后代体重明确降低，并推测可能与MT减少胎儿血浆前列腺素及皮质醇的合成有关，这两者的合成及代谢与胎儿生长发育密切相关。Lemley等[21]研究同样发现MT可治疗胎盘血流不足导致的胎羊生长发育受限，但不能缓解营养受限所致胎羊体重下降。

3.3 MT与GDM

GDM常见致病机制为胰岛素抵抗、糖脂代谢和胰岛细胞受损。现已发现MT对外周代谢组织(肝脏、骨骼肌、胰腺)的葡萄糖代谢过程有影响，MT主要作用于MT受体。现有大量研究发现MT受体的mRNA表达水平及遗传变异与孕期葡萄糖稳态、胰岛素抵抗及GDM的发病有关[22]。卢世姝等[23]研究发现，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)水平以及提高叉头框转录因子O1(forkhead box- O1，FoxO1)磷酸化水平，由此推测MT可通过PKB/GSK- 3β促进葡萄糖摄取以及通过PKB/FoxO1抑制肝糖异生。

此外，MT可通过环磷酸腺苷(cyclic adenosine monophosphate，cAMP)和细胞外调节蛋白激酶(extracellular signal- regulated kinase，ERK)通路来调节胰岛β细胞功能。如Gomes等[24]研究将松果体切除术后的母鼠分为动态补充MT组、固定补充MT组和对照组3组，结果发现，对照组葡萄糖耐量降低、ERK1含量增加且分娩3 d后母鼠受体酪氨酸激酶通路表达增加，进而推测MT可调节妊娠胰岛β细胞功能和哺乳期胰岛重塑功能。同时MT作为抗氧化剂，当GDM孕妇胎盘ROS直接和(或)间接损害胰岛β细胞并促使其凋亡时，MT可发挥抗氧化、抗炎的保护作用。如孙平等[25]研究发现，给予低浓度(5 mg·kg-1)MT的GDM大鼠胰腺组织在显微镜下病理损伤较未处理组减轻，细胞凋亡水平下降，血清中葡萄糖、糖化血红蛋白及胰岛素水平降低，同时胰腺组织中CAT、GSH- PX、SOD等抗氧化酶活性及抗氧化剂GSH水平升高。

MT除对孕妇自身血糖具有调节作用外，也可改善GDM后代心肌损伤和神经发育。已知孕期高血糖可诱导胎儿神经干细胞过早分化为神经元和星形胶质细胞进而影响胎儿。Li等[26]研究结果显示，MT通过抑制神经干细胞的自噬以及调节蛋白激酶途径来保护胎儿脑神经。高糖状态下后代更容易出现心脏功能障碍和心肌细胞凋亡，可能与氧化应激和内质网应激介导的细胞凋亡过度激活有关。Gao等[27]在研究中补充MT，通过恢复心脏胰岛素受体底物信号来提高GDM后代对心肌缺血再灌注损伤的耐受性。

4 小 结

综上所述，MT具有抗氧化、保护线粒体、抗炎等特性，在PE、FGR、GDM等氧化应激相关的疾病模型中可发挥较好的保护作用，但具体机制尚未完全明确。同时现有关于MT的临床研究，大部分研究对象数量较少，对MT的安全性尚缺乏充足证据。通过进一步对MT与产科领域所致氧化应激相关疾病的基础和临床研究，可为今后临床治疗PE、FGR、GDM等开发新的辅助药物。