松果体外褪黑素研究进展

杨王浩，赵淑琴，闫美淋，雍 芳，陈华涛，郜 原*

(1.甘肃农业大学生命科学技术学院，甘肃兰州 730070；2.西北农林科技大学动物医学院，陕西杨凌 712100)

1 褪黑素的发现

1958年，Lerner[1]首先发现动物松果体分泌的褪黑素(N-acetyl-5-methoxytryptamine)可以控制昼夜节律和其他周期性节律(包括季节性繁殖)[2]。之后的许多年里，研究人员认为只有松果体可以分泌褪黑素。但在研究松果体褪黑素的合成途径中，研究人员发现大部分动物的视网膜和小脑中也存在褪黑素合成的相关酶。此后，在许多其他组织中也发现了褪黑素合成的关键酶。

最初的研究表明存在于松果体外的褪黑素与视网膜有关，在视网膜组织中鉴定出羟辛醇-O-甲基转移酶(hydroxindole-O-methyltransferase)，也叫N-乙酰血清素-O-甲基转移酶(N-acetylserotonin-O-methyltransferase，ASMT)[3]。进一步研究表明，视网膜和切除松果体的大鼠的小脑中可能存在褪黑素。在上述组织中检测到芳胺乙酰转移酶(aralkylamine-N-acetyltransferase，AANAT)和ASMT，表明这些组织有能力不依赖松果体独立合成褪黑素。此外，1975年Raikhlin等人采用免疫细胞化学方法鉴定了肠黏膜肠嗜铬细胞中的褪黑素，他们发现胃肠道中的褪黑素含量约是松果体中的400倍，是血浆中的10～100倍。研究人员还发现胃肠部位产生的褪黑素不受光周期控制，而是受食物摄入的节律所控制。同时，人们在切除了松果体的大鼠的血浆和尿液中也检测到褪黑素。在切除了大鼠松果体的这项研究中，褪黑素的每日尿排泄量在松果体切除后下降了80%，并且没有表现出昼夜变化。这些研究结果使“松果体褪黑素”转向“松果体外褪黑素”的研究。随着包括PCR在内的更为具体的分子生物学技术的应用，AANAT和ASMT mRNA已在多种组织和器官中检测到，其中包括胸腺、脾脏、心脏、骨骼肌、肝脏、胃、肠道、胎盘、睾丸、卵巢、大脑皮层和纹状体等。由于这些组织同时表达AANAT和ASMT，因此它们很有可能从血清素合成褪黑素。

有一些组织在白天通常不产生吲哚胺，例如视网膜。夜晚松果体外褪黑素合成的变化表明吲哚胺的产生是由信号通路调节而不是受光周期调节的。此外，在每天24 h中，松果体外的许多组织中的褪黑素含量比血浆中的高，这些组织的胞内褪黑素将会释放到循环中。上述结果表明，褪黑素可能在局部发挥作用，保护细胞免受氧化和炎症损伤。据此可推测褪黑素是一种高效的抗氧化剂，褪黑素可能在非松果体细胞中合成，它可用于对抗有氧过程中产生的代谢产物来保护细胞。

1.1 褪黑素受体

褪黑素在体内发挥作用主要通过两种途径介导，一种是通过受体介导，另一种是通过非受体介导[4]。这里主要介绍细胞膜上的褪黑素受体[5]，也就是受体介导的途径。在受体介导途径中，褪黑素受体MT1和MT2均属于G蛋白偶联受体家族[6，7]。MT1褪黑素受体与生殖、代谢以及血管收缩等功能有关[8]，而MT2受体则起控制昼夜节律、视网膜多巴胺释放和血管扩张等作用。然而，另一种褪黑素结合位点MT3，现已被鉴定为醌还原酶2，它与细胞的异源代谢有关，MT3并不完全符合褪黑素受体的标准，因此在文中暂不讨论。

1.2 褪黑素合成途径

松果体和肠外组织中均有褪黑素的合成。在所有组织中，褪黑素都由色氨酸通过血清素途径产生的。其中在松果体内，褪黑素的产生受视交叉上核(SCN)的昼夜节律信号控制，而视交叉上核又与光周期有关。褪黑素一旦形成，不会储存在松果体中，而是迅速分泌到脊髓液和血液中，并以游离和蛋白结合的形式出现。除了视网膜等一些组织与松果体中的褪黑素代谢途径不同外，其他组织中的褪黑素的合成是通过与松果体相同的代谢途径产生的，不受光周期的调节。

动物物种间褪黑素合成的调节存在显著差异。与低等哺乳动物相比，人类松果体组成性地表达AANAT mRNA、ASMT mRNA和蛋白质，表明在褪黑素节律性合成中起主要作用的是转录后调节。这些发现表明，与褪黑素合成有关的酶活性受蛋白质相互作用的调节。尽管AANAT和ASMT的mRNAs已经在大多数检测组织中(包括人类在内)确定存在，但这些酶是否通过形成复合物来合成褪黑素尚不清楚。

1.3 褪黑素剂量与作用的关系

除其他作用外，松果体中的褪黑素与松果体外组织产生的褪黑素共同参与维持体内平衡，保护细胞免受氧化应激。哺乳动物血液中的循环褪黑素浓度高达0.5 nmol/L，而松果体外的浓度则因组织而异，但可以达到微摩尔水平。松果体中的褪黑素和胞外褪黑素都能对抗自由基损伤，但它们的作用机制不同，即分别通过抗氧化和清除自由基的活性来达到对抗自由基损伤的作用。循环褪黑素结合并激活MT1/MT2膜受体，通过Gi蛋白抑制腺苷酸环化酶，降低cAMP含量。因此，蛋白激酶A和cAMP反应元件结合蛋白或激活转录因子受到抑制。通过这一途径，褪黑素可以调节抗氧化基因的转录。褪黑素激活MT1/MT2受体也触发其他信号途径，包括磷脂酶C/蛋白激酶C(PLC/PKC)、丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)和细胞外信号调节激酶(ERK1/2)等途径。褪黑素的作用取决于其剂量和细胞中MT1、MT2两种受体的存在[9]。对可变天然MT1和MT2受体的研究表明，在MT1/MT2受体存在下，纳摩尔浓度的褪黑素浓度即可降低ERK活性。MT1和MT2的缺陷会使ERK途径的褪黑素活化。因此，不同脑区和不同组织中的MT1/MT2相对分布和褪黑素剂量水平会驱动其不同的信号通路[10]。

在体内多种试验中使用高浓度的褪黑素，褪黑素始终表现出抗氧化活性。褪黑素的抗氧化活性主要涉及两个机制：一种是直接的自由基清除剂活性，在与ROS和氮物种相互作用期间产生一系列中间体，所有这些中间体都是自由基清除剂。将这种反应定义为褪黑素家族的自由基清除级联反应；另一种是间接的抗氧化活性，该机制导致内源性抗氧化酶的表达和活性增加。这种机制最初与褪黑素通过核RORα受体的作用有关，也可能取决于褪黑素膜受体的激活，因为最近研究表明高剂量的褪黑素增加了大鼠肝脏中mRNA的表达和MT1/MT2受体蛋白质的含量。此外，一些控制褪黑素细胞内分布机制的存在允许其到达靶标(包括细胞核和线粒体)，该现象可以用来解释大剂量褪黑素在多种疾病模型中抵消高氧化状态的原因。

1.4 褪黑素抗氧化与促氧化作用

大多数研究报道了褪黑素的抗氧化作用[11]，但在某些情况下褪黑素也可能诱导促氧化活性。促氧化活性主要发生在严重受损的细胞和癌细胞中[12]。褪黑素在癌细胞中的细胞内促氧化活性取决于NF-κB的激活，而NF-κB的激活又驱动褪黑素的合成，将褪黑素转化为促凋亡分子。褪黑素在不同类型的癌症中诱导产生的瞬时ROS会导致谷胱甘肽/谷胱甘肽二硫化物比率的变化。当谷胱甘肽/谷胱甘肽二硫化物比例降低时，褪黑素驱动细胞命运至细胞凋亡；而当谷胱甘肽/谷胱甘肽二硫化物比例增加时，褪黑素对细胞命运则具有相反的作用。褪黑素抗氧化剂/促氧化剂的平衡可能取决于细胞的氧化还原环境，但其促氧化剂活性可解释其对瘤细胞的抑制作用[13]。促氧化剂可用于控制细胞的命运，减少细胞对生物体的潜在危险。细胞的褪黑素依赖性氧化还原状态可能具有其他的后果。众所周知，过氧化物酶是一种将过氧化氢降解为水的硫醇过氧化物酶，参与细胞的氧化还原途径。在真核细胞中，昼夜节律计时涉及转录和非转录机制，非转录机制则涉及过氧化物酶的氧化还原循环。褪黑素影响过氧化物酶的表达，并可能影响其氧化还原循环[14]，从而改变细胞的氧化还原状态。

2 外源性褪黑素的来源

通过使用高度敏感的褪黑素抗体，在大脑、视网膜、皮肤、肝、肾、甲状腺、胰腺、胸腺、脾脏、生殖道等组织中分别鉴定出松果体外褪黑素。褪黑素的物理化学性质使其具有两亲性质，能够跨越所有形态的生理障碍，包括细胞膜和血脑屏障。虽然外周褪黑素通常不能进入体循环，但这种结论有几个例外，主要是存在于低等脊椎动物中，如小鸡、大鼠等。在试验中，给大鼠和小鸡口服过量的色氨酸可诱导血清褪黑素的剂量呈依赖性增加。

虽然已知一些哺乳动物激素是由多种类型的细胞产生的，但这些分子都没有褪黑素那样具有广谱的来源。因此，褪黑素在已鉴定的信号分子中具有独特的位置。这反映了它在稳态控制和细胞生长中的重要作用。

2.1 大脑中的褪黑素

人们怀疑大脑中也存在褪黑素，因为褪黑素可以从体循环和松果体释放到脑室。脑部褪黑素除了来自其他部位外，Jiménez-Jorge等还提出了脑产生褪黑素的可能性。这些研究人员测量了胎儿期和胎儿出生后发育阶段的大脑中褪黑素含量以及AANAT和ASMT的表达和活性，发现大脑组织中AANAT和ASMT显著变化以及褪黑素含量的波动。由于大鼠松果体在胎儿出生后2周才开始产生褪黑素，因此可以得出结论：大鼠脑部在胎儿发育早期阶段可合成褪黑素。松果体切除术在此期间不影响脑部褪黑素水平，这一现象也表明脑部可以合成褪黑素。

但是目前尚不清楚哪种类型的细胞负责合成大脑中的褪黑素。研究人员培养的星形胶质细胞和C6大鼠胶质瘤细胞均产生褪黑素。当这些细胞分化为成熟神经元时，褪黑素的产生进一步增加。但是这些培养物中几乎没有胶质细胞，这表明神经元自身可以合成褪黑素。褪黑素在神经元或神经胶质细胞中的合成和存在表明局部产生的褪黑素可以在脑中发挥内分泌、旁分泌和自分泌作用，通过控制神经递质释放和神经发生来调节神经元稳态[15]。

2.2 视网膜中的褪黑素

视网膜是许多脊椎动物形成褪黑素的另一个主要部位，它发挥多种调节功能[16]。Bubenik等使用特异性褪黑素抗体首次在2日龄大鼠幼仔视网膜组织中发现了褪黑素的存在，其浓度随着年龄的增长而增加，一直维持到20日龄。外源性褪黑素给药或松果体切除术可以增加大鼠视网膜中褪黑素的含量，前者依赖于视网膜对循环褪黑素的摄取[17]。

在检测猕猴视网膜中褪黑素的合成试验中，通过PCR和Northern blot检测AANAT和ASMT在恒河猴视网膜中的表达，发现ASMT表达量极低，仅在夜间可以检测到。反过来，AANAT mRNA水平在24 h内相似，无较大的波动，但AANAT的活性却在夜间增加了4倍。这些结果与之前对Y79人视网膜母细胞的研究结果一致，与啮齿动物相比，猕猴和人类只需要激活AANAT，而不需要改变基因表达，就能快速合成褪黑素。

2.3 免疫系统中的褪黑素

一些与免疫系统相关的细胞和组织也可以产生褪黑素[18,19]。其中，胸腺、肥大细胞、自然杀伤细胞、嗜酸性粒细胞、血小板和内皮细胞分别含有不同浓度的褪黑素。人类淋巴细胞也会产生大量的褪黑素，其含量是夜间血浆浓度的5倍。人和大鼠胸腺都可以合成褪黑素。18日龄胎鼠胸腺含褪黑素，表达AANAT和ASMT的活性。这些酶表现出明显的昼夜差异，白天水平很高，夜间降低；相反，胸腺的褪黑素含量也表现出一种昼夜节律，在夜间达到高峰，所以褪黑素的周期与AANAT和ASMT的周期不同步。褪黑素可以通过血胎屏障从母体转移到胎儿，这种明显的差异可能与胸腺从胎儿血液中摄取循环母体褪黑素有关。胸腺褪黑素的最大活性是成年期达到的。然而，成年大鼠的胸腺在夜间的褪黑素含量较低，推测来源于松果体的夜间高浓度褪黑素抑制了胸腺褪黑素的合成。松果体切除后影响松果体外褪黑素的合成与含量。

在大鼠腹腔分离的巨噬细胞中已经确认存在褪黑素和5-羟色胺。在色氨酸存在下，巨噬细胞表现出较高的AANAT活性和较高的褪黑素生成量。骨髓是另一个含有大量褪黑素的组织，为了证明这一观点，Tan等人首先通过免疫细胞化学、放射免疫分析、高效液相色谱电化学检测和质谱分析确定了大鼠骨髓中存在褪黑素。夜间大鼠骨髓中褪黑素的含量几乎比血浆浓度高两个数量级。松果体切除术后残留在该组织中的大量褪黑素支持了大鼠骨髓中褪黑素合成的猜想。外源性褪黑素给药后，骨髓中检测到的细胞内褪黑素浓度增加，这表明骨髓细胞可以从血液中汲取部分褪黑素。随后在小鼠和人骨髓细胞中都证实了存在大量的褪黑素。总的来说，这些数据均表明骨髓中的细胞可以合成褪黑素。

2.4 皮肤中的褪黑素

1993年，Slominski的研究小组在叙利亚仓鼠皮肤中鉴定出2种NAT异构体。试验表明，人类黑色素瘤细胞将l-色氨酸转化为血清素和褪黑素，并表达色氨酸羟化酶和ASMT。这些结论证明黑色素瘤细胞产生的褪黑素可能与抑制黑色素瘤细胞增殖有关。啮齿动物和人类皮肤中存在MT1/MT2褪黑素受体和5HT2B和5HT7血清素受体，表明人类皮肤不仅合成褪黑素，而且也是这种吲哚胺的作用靶点。其中一些作用涉及MT1/MT2和RORα受体的存在，包括调节毛发生长、色素沉着、抑制黑色素瘤细胞增殖以及其他皮肤细胞的有丝分裂活性。其他文献中报道的褪黑素的抗氧化级联反应在皮肤中也是有效的。因此，皮肤作为一种能够产生褪黑素的组织代表，同时也是多种具有保护性褪黑素作用的靶点，通过内部或局部机制发挥调节作用。

褪黑素还可能对皮肤有额外的作用。哺乳动物的毛发密度可以抵御极端的气温；毛发厚度的季节变化受光周期的控制。因此，我们可以合理地假设褪黑素的季节性变化影响全年毛发的生长规律。

2.5 胃肠道中的褪黑素

早在1975年就有人提出，胃肠道嗜铬细胞(GIT)可能会合成褪黑素[20]。GIT局部产生褪黑素的现象来源于对出生后大鼠的研究。虽然松果体在出生后第2周才产生褪黑素，但在2日龄大的大鼠的GIT组织中即可检测到褪黑素，而且，几十年前人们发现松果体切除术后GIT中褪黑素的合成保持不变。同时使用多种方法进行研究证实了不同物种的GIT中存在褪黑素[21]。这些结论以及GIT中AANAT和ASMT活性的检测，进一步证明GIT可以不依赖于松果体合成褪黑素[22]。并且研究人员发现GIT中的褪黑素水平是血清的10～100倍，GIT中的褪黑素总量是松果体的400倍，由此进一步证明GIT中有自己独特的褪黑素生产方式。外源性褪黑素给药会增加GIT中褪黑素的含量，而且大多数食物都含有褪黑素，食用后，这种吲哚胺会被肠道吸收进入循环。

GIT中褪黑素的来源仍然是一个值得讨论的问题。在出生后不久的小鼠中可检测到GIT褪黑素，其在空肠、回肠和结肠中的浓度存在区域性差异，但是每种水平都高于胃中的水平。肠腔液也含有褪黑素，它可能来自黏膜和胆汁。由于微生物也大量产生褪黑素，肠道菌群也可能是褪黑素的另一种来源。很明显，GIT褪黑素可能有多种来源，包括其他组织、胆汁、肠道菌群或食物等。由于消化道中褪黑素的含量通常不会出现每日波动，因此光周期对GIT褪黑素的含量几乎没有调节作用。因为许多食物都含有褪黑素，所以GIT中的褪黑素含量至少有一部分可能来自进食。这也可以部分解释白天动物进食时GIT中褪黑素含量高的原因。

2.6 生殖道中的褪黑素

松果体与生殖系统之间的潜在联系早在1898年就已经被确定，当时有报道称人类松果体肿瘤与青春期松果体外褪黑素致畸之间存在关系。然而，相关文献指出，报道中所描述的松果体肿瘤不是松果体，而是绒毛膜癌，它产生于人绒毛膜促性腺激素，导致假性早熟。在褪黑素被鉴定以后，Hoffman和Reiter发现雄性仓鼠在短时间内暴露于光照下会导致性腺萎缩，手术切除松果体可以阻止性腺萎缩。这些发现指出了光周期、松果体活动和生殖之间的关系。随后的几年中，在与生殖有关的代谢中均发现褪黑素，证明了褪黑素可能具有控制季节性生殖的复杂作用。

通过对收集的人卵巢排卵前的卵巢液进行分析得知，卵巢液中褪黑素的含量明显高于血清中的含量，两者之间呈正相关。卵泡液中的褪黑素具有昼夜节律和年节律，这可能与人类的生育特性有关[23]。人类的卵泡细胞中含有褪黑素和MT1，MT2 mRNA则存在于人类的颗粒细胞中。与未成熟卵泡相比，成熟卵泡中含有大量褪黑素，褪黑素含量与孕酮的产生呈正相关，表明褪黑素对人类生殖和局部类固醇生成具有调节作用。褪黑素可能在颗粒细胞中合成并释放到卵泡液中，在卵泡液中浓缩，在卵巢中没有检测到AANAT mRNA，表明卵巢褪黑素来自血液。但是，随后报道的大鼠卵巢中AANAT和ASMT活性的存在，表明卵巢中也可以产生褪黑素。AANAT和ASMT的动力学分析的数据与松果腺Kms的数据相近，表明卵巢确实可以合成褪黑素。AANAT和ASMT的活性也在大鼠睾丸中检测到，在间质细胞的活性最高，在曲细精管的活性最低。睾丸间质细胞产生的高水平血清素，以及在这些细胞中存在的褪黑素结合位点，都与睾丸中褪黑素的合成以及在睾丸中发挥的特定作用一致。褪黑素在卵巢和睾丸的多个部位的合成和表达反映了其潜在的生殖生理内分泌、自分泌和旁分泌调节，从而保证了卵子和精子的质量。现在已经确定褪黑素是由卵巢产生并作用于卵巢，从而控制其功能，在这种情况下，推测褪黑素有助于提高卵母细胞质量，从而提高生物繁衍后代的能力。

3 体液中的褪黑素

生物体液中也存在褪黑素，其浓度很高，有时甚至高于血清中的浓度。现在可以检测到褪黑素的体液包括脑脊液、唾液、胆汁、母乳和羊水等，但是这些体液中褪黑素的来源及其功能仍不清楚。

3.1 脑脊液中的褪黑素

脑脊液中的褪黑素可能主要来源于松果体。脑脊液中褪黑素的昼夜节律与血液中的昼夜节律一致，这支持了褪黑素直接释放到第三静脉并同步进入大脑，影响神经结构的观点。在绵羊和人类的第三脑室液体中检测到的褪黑素含量最高，而侧脑室中的浓度较低。脑脊液中至少有一部分褪黑素是从松果体隐窝直接排入绵羊的第三脑室。人类研究也显示褪黑素可能通过松果体隐窝直接进入脑脊液。脑脊液中的褪黑素水平随着血液的波动而波动，昼夜节律在夜间达到高峰，白天达到最低水平。据报道，绵羊脑脊液中夜间褪黑素水平比血浆高几百倍，因为它没有在脑脊液中代谢，所以它保持在更高的水平。然而，在人类身上，由于昼夜采集脑脊液样本的困难，没有明确的数据可供分析。

3.2 胆汁中的褪黑素

目前清楚的是，一部分循环的褪黑素来自肝门脉肝内肠上皮细胞，它保护肝脏和胆道免受各种刺激，输送到胆道系统的褪黑素的数量取决于肝脏褪黑素的含量及其在肝脏内的分解代谢[24]。虽然褪黑素通过肝脏代谢的确切比例尚不清楚，但有研究表明这取决于血液中褪黑素的浓度。因此，肝脏内褪黑素浓度低于白天的褪黑素浓度，肝脏不会代谢褪黑素。反之，随着浓度的升高，分解代谢会增加。除了已知的肝脏分解代谢活动外，肝脏褪黑素分解代谢的意义还有待讨论。大部分褪黑素从肝脏代谢中渗出，通过胆汁排出体外。许多物种，包括大鼠、豚鼠、兔子、猪、猴和人类，其胆汁中都含有高达11 000 pg/mL的褪黑素。这些值比GIT中高40倍，比白天血清中褪黑素浓度高2～3个数量级。Messner等人也检测到人通过胆汁排出的大量褪黑素(51 ng/24 h)。同时，有新的数据表明肝脏也可以合成褪黑素，因为肝细胞中含有AANAT和ASMT，并且它们还能与色氨酸或其他褪黑素的代谢前体相接触。

3.3 唾液中的褪黑素

许多激素、肽和其他分子会从血液循环转移到唾液中。唾液腺也能转化或激活不活跃的激素。唾液中的褪黑素是血浆经唾液腺超滤后，从而进入口腔的，也可以说，这些腺体可以产生褪黑素。通过免疫组化分析显示大鼠唾液腺内存在褪黑素,以及这种吲哚胺在唾液中的累积情况。

AANAT存在于大鼠腮腺、颌下腺和舌下腺的横纹管上皮细胞中，也存在于人类颌下腺。此外，大鼠口腔黏膜和腮腺也表达MT1和MT2受体，褪黑素的合成可能发生在唾液腺，在那里它可能有旁分泌或自分泌的作用。

褪黑素通过唾液分泌，其浓度约为血清浓度的30%，这与血液中游离的褪黑素浓度相对应。因此，唾液中的褪黑素取决于血清水平，它的昼夜节律与血清中的昼夜节律非常相似。关于唾液中褪黑素的功能，有观点认为它可能通过一种与nNOS依赖机制有关的机制来控制大鼠腮腺蛋白质的合成。虽然这些蛋白质的具体性质尚未确定，但褪黑素在口腔中的保护作用表明，它可能参与诱导口腔防御蛋白质的合成。

3.4 羊水中的褪黑素

怀孕和分娩期间，羊水中的褪黑素含量很低。在人类生育过程中，血清褪黑素与羊水褪黑素呈正相关，虽然褪黑素水平低于血清，但也存在昼夜节律[25]。褪黑素的浓度与分娩时的生理压力或其他与之相关的内分泌变化是无关的。研究人员认为羊水中褪黑素浓度升高是胎儿出现致畸的内分泌标志物。此外，在妊娠小鼠中，褪黑素给药可显著减轻脂多糖诱导的宫内胎儿死亡和生长迟缓的作用，而不改变羊水中TNF-α和IL-1β的水平。与此同时，给孕妇服用褪黑素没有副作用，反而起改善和保护胎儿的作用。尽管如此，还需要进一步的研究来评估褪黑素在羊水中的作用。

3.5 母乳中的褪黑素

母亲分娩后，3 d～4 d的母乳中能够鉴定出褪黑素。虽然在白天没有检测到褪黑素，但晚上可以测量，其值比血清低3倍。因为新生儿的松果体不会有节奏地产生褪黑素,母乳中的褪黑素昼夜节律可能对新生儿起到时间生物调节作用[26]。Cubero等人验证了这一假设。他们测定了16名12周大的婴儿所食用的母乳中色氨酸的含量。这些婴儿被分为两组，分别为自然喂养和人工喂养。母乳中的色氨酸含量在凌晨3点达到昼夜节律峰值，这与母乳喂养的这些婴儿尿中6-硫氧基褪黑素的排泄相一致。人工喂养的新生儿睡眠质量显著下降，说明母乳中色氨酸的变化与新生儿睡眠效率有关。因此，母乳中的褪黑素、色氨酸的变化均可作为时间生物信号，可以向母乳喂养的婴儿传达一天中的时间信息，从而巩固睡眠-觉醒节律。一旦新生儿昼夜节律系统成熟，就会产生内源性褪黑素，并提供自体时间生物学信息。

牛奶中的褪黑素可能对新生儿的健康有其他重要影响。在一项调查婴儿绞痛和睡眠障碍的病因的研究中，发现纯母乳喂养的婴儿发生绞痛的可能性明显低于人工母乳喂养的婴儿，夜间睡眠时间有延长的趋势。显然，母乳中的褪黑素是一种潜在的时间生物品。因此母乳喂养为新生儿提供了一个与外界时间同步的介质。

4 褪黑素的安全性及毒性研究

褪黑素是一种非常安全的分子[27]。生物体内的内源性生理褪黑素水平降低比其过量或长期使用会造成更大的机体损害。Jahnke等人的一项深入研究揭示了高剂量褪黑素的低毒性。在这项研究中，这些异常大量的褪黑素没有以任何明显的方式影响妊娠。这些剂量的褪黑素超过了睡眠诱导推荐剂量的7万倍。对于使用了最高剂量的动物，所产生的负面影响是轻微的[28,29]。

褪黑素给人注射1个月，注射剂量相对较高，在研究结束时，他们测量了一些血液和内分泌参数，没有发现并报告任何异常情况[30]。受试者有一些嗜睡的症状，但是对眼睛、肝脏、肾脏和骨髓的全面检查中没有发现毒性的产生。但是每天急性服用1 g褪黑素肯定会导致血液中这种吲哚胺的药理浓度极高。

褪黑素在一些国家被广泛作为非处方药使用，在另一些国家则被作为处方药使用。另外，暂时没有发现有相关疾病与长期使用褪黑素有关。

短期使用褪黑素也会发生一些副作用，这些反应在人们的意料之中，因为在某些情况下，每一种分子偶尔都会发生一种副作用。

5 结论

褪黑素在体内多个合成位点可能反映了一种适应机制，贯穿整个进化过程。身体的正常生理功能需要所有器官和组织之间的内稳态平衡。时间生物系统的工作是维持这些功能，并使褪黑素作为主要的内源性同步器。褪黑素由色氨酸通过血清素产生，在系统发育学上是在非常古老的单细胞生物中合成，包括蓝细菌、藻类和锥虫。褪黑素在进化早期就存在，这表明它对细胞生理的重要性。原始细胞可能形成了一种防御机制，以对抗紫外线诱导的自由基生成，将色氨酸分解成一系列具有抗氧化特性的代谢物。其中，褪黑素可能是最有效的抗氧化剂，因为它可以代谢到其他抗氧化代谢物AFMK和AMK中，所以原始细胞利用褪黑素抗氧化剂会产生级联反应。如果这些细胞以恒定的速率产生褪黑素，当白天大部分紫外线照射发生时，由于褪黑素的清除活性，其细胞内浓度可能会下降，这可能是褪黑素昼夜节律的起源。时间生物和清除自由基这两种作用，在进化过程中与褪黑素有关。褪黑素在机体适应环境方面的功效可能是因为褪黑素目前正在执行相似的功能，而且它的化学结构在数十亿年的进化过程中一直没有改变。

基于这些考虑，我们可以假设褪黑素在体内具有双重作用，同步机体功能和保护细胞免受氧化或抗炎症损伤。这就解释了为什么松果体外的褪黑素与松果体的作用方式不同，并且具有不同的调节机制。虽然松果体产生的褪黑素可能在一定程度上调节松果体外褪黑素的合成，但后者可能还受到其他机制的控制，包括细胞的氧化还原状态等。此外，褪黑素的抗氧化和抗炎特性需要比松果体产生和释放更高浓度的吲哚胺，这也解释了与血清水平相比，为什么组织和器官水平中褪黑素的浓度更高。

另一个重要的考虑因素是褪黑素的临床相关性。由于细胞中需要高含量的褪黑素来发挥保护作用，因此，为了治疗目的，可能需要高剂量褪黑素在血液中产生药理水平，在亚细胞组分中产生生理相关水平。这些剂量是褪黑素细胞内治疗靶点饱和所必需的。研究褪黑素在不同亚细胞水平上的合成、代谢和作用的调节机制，对于更好地理解其临床应用是有必要的。考虑到在给予高剂量的褪黑素时可能会造成一些昼夜节律的破坏，所以必须选择正确的给药时间。此外，当使用高治疗剂量的褪黑素时，首先考虑的是抵消氧化或炎症应激。一旦达到正常状态，就需要减少褪黑素的剂量来恢复昼夜节律紊乱。