作者：李晓艳
作者单位：(100853)中国北京市，中国人民解放军总医院眼科
【摘要】 褪黑素（melatonin，MLT）是一种吲哚胺激素，其生物作用主要是调节昼夜节律、睡眠觉醒生物节律相位转换、改善睡眠。在眼部，还参与调节视网膜功能昼夜节律性变化、调节视网膜信息传递等。近年来的研究表明，褪黑素是人体内最强有效的自由基清除剂及抗氧化剂，在眼部发挥着重要作用，通过对褪黑素抗氧化作用机制的研究，可为防治与氧化应激有关的眼部疾病提供理论依据。
【关键词】 褪黑素 抗氧化 眼部疾病
0引言
褪黑素（melatonin，MLT）化学名为N乙酰5甲氧色胺，是一种吲哚胺激素。McCord和Allan发现松果体提取物可使蝌蚪皮肤变白，这是对褪黑素及其受体研究的开端。Lerner等从松果体提取物中纯化出褪黑素，此后对褪黑素的研究取得明显进展。长期以来，人们认为褪黑素的生物作用主要是调节昼夜节律、睡眠－觉醒生物节律相位转换，改善睡眠。随着研究深入，发现褪黑素还具有对抗氧化应激、抗炎症、抗凋亡等作用。氧化应激可能是许多致盲眼病的共同病因，抗氧化治疗可以减轻氧化损伤，从而阻止或延缓这些疾病的发生和发展。本文主要对近年来褪黑素的抗氧化作用及在眼科疾病中的研究进展予以综述。
1褪黑素的合成与代谢
除松果体之外，褪黑素的生物合成主要是在视网膜光感受器细胞内进行，以色氨酸为原料，经羟化、脱羧生成5羟色胺，在N乙酰转移酶作用下生成N乙酰5羟色胺，又在羟吲哚氧甲基转移酶的作用下甲基化最终形成褪黑素。褪黑素在眼内的合成量有限，仅通过旁分泌在局部发挥作用。褪黑素的生物合成具有明显的昼夜节律性，表现为夜间分泌达峰值而白天降至谷值，此过程受到外界光线及体内生物时钟的双重调节[1]。褪黑素可通过多种途径被代谢，在视网膜内主要的途径为褪黑素氧化代谢途径。褪黑素可与自由基结合生成环3羟褪黑素，然后依次氧化生成N1乙酰N2甲酰5甲氧犬尿胺（AFMK）和N乙酰5甲氧犬尿胺（AMK），后两者仍具有很强的抗氧化作用[2]，AMK不但可清除活性氧，而且还可作用于活性氮[3]。循环中的褪黑素主要经肝脏进行代谢，再以硫酸盐的形式被肾脏排泄。
2褪黑素的抗氧化作用及其机制
活性氧引起的氧化损伤是许多致盲眼病的重要病因，如糖尿病视网膜病变、老年黄斑变性、早产儿视网膜病变等，这些疾病的发病过程中都存在着活性氧产生过多、抗氧化防御系统功能失调致使活性氧清除障碍而造成对眼内组织的损伤。近年来，褪黑素的抗氧化作用逐渐受到广大学者的关注，其抗氧化机制可能与以下几个方面有关： (1)直接清除自由基:褪黑素利用吲哚环上的5甲氧基可直接清除机体内各种氧自由基及活性产物，如羟自由基、脂质过氧化物、过氧化氢以及超氧负离子等[4,5]。褪黑素主要通过提供电子来清除自由基，它淬灭一分子·OH后失去电子变成毒性很低的吲哚阳离子，随后又清除一分子O-2·，转变成AFMK和AMK，AFMK和AMK均能有效清除自由基，并与褪黑素有协同作用[2]。Reiter等[6]利用一个离体实验系统研究褪黑素与羟自由基间的相互作用，发现褪黑素中和羟自由基的能力是谷胱甘肽(GSH)的5倍。(2)增强抗氧化酶的活力及其基因表达:褪黑素也可通过提高抗氧化酶的活性来发挥间接的抗氧化作用。研究[79]表明褪黑素可增强超氧化物歧化酶(super oxide dismutase, SOD)、谷胱甘肽过氧化酶(GSHpx)、谷胱甘肽还原酶(GR)等抗氧化酶的活性。(3)抑制一氧化氮合酶（NOS）的活性:褪黑素还能通过钙调蛋白抑制体内NO合成的关键酶一氧化氮合酶的活性，从而抑制体内NO的过度生成及其它活性氮分子的产生[10,11]。(4)具有强大的线粒体保护作用：线粒体与活性氧（reactive oxygen species, ROS）关系密切，它既是ROS产生的主要来源，也是ROS损伤的主要靶位。褪黑素能减少线粒体ROS的形成，减轻钙超载，改善线粒体通透孔的状态[12]。Kim[13]的研究表明，褪黑素能够减轻大鼠缺血再灌注造成的肝细胞线粒体的肿胀、保护线粒体内膜的完整、减少细胞色素C等介质的释放、减少Caspase3的激活及凋亡形成。褪黑素还能激活线粒体复合体Ⅰ和Ⅳ，促进ATP合成，维持呼吸链的正常流动，可减少电子泄漏和自由基对DNA的破坏，从而减轻线粒体的损伤[14]。Petrosillo[15]等通过测定体外鼠心脏灌注模型的线粒体的不同生物参数，显示褪黑素可削弱再灌注损伤对线粒体功能的影响。
3褪黑素与眼科疾病
3.1糖尿病视网膜病变 糖尿病视网膜病变(diabetic retinopathy，DR) ,高血糖会导致活性氧过量产生，使多个组织发生氧化应激[16]。由于缺乏适当代偿，氧化还原反应失衡，激活应激敏感的细胞内信号通路，引起细胞损伤，最终发生糖尿病并发症[17]。视网膜多不饱和脂肪酸含量很高，相对其他组织它有最高的氧摄取和葡萄糖氧化，这种现象使视网膜对氧化应激更为敏感[18]。无论是糖尿病大鼠模型还是高糖培养的视网膜细胞，均显示视网膜超氧化物[1921]及脂质过氧化物[22,23]水平明显升高，抗氧化酶水平降低，包括超氧化物歧化酶（SOD）、谷胱甘肽过氧化酶（GSHpx)及谷胱甘肽还原酶(GR)等[24]。这表明高血糖和氧化还原平衡的变化有关系，在糖尿病视网膜病变的发病机理中，氧化应激是关键因素。近年来的研究表明：线粒体活性氧生成过多及其引起的氧化损伤可能是糖尿病并发症发病的共同机制[2527]。实验证实：高糖培养的牛视网膜血管内皮细胞及糖尿病大鼠视网膜线粒体内的抗氧化酶（锰超氧化物歧化酶，MnSOD）活性减弱、mRNA表达受到抑制[28]，而MnSOD过表达可能对糖尿病大鼠的视网膜起到保护作用[29]。崔彦[30]用不同浓度的葡萄糖培养视网膜血管内皮细胞及周细胞，采用共聚焦显微镜检测不同葡萄糖浓度下内皮细胞、周细胞线粒体活性氧产生量的变化，结果显示：随着培养基中葡萄糖浓度的增加，内皮细胞及周细胞活性氧产生逐渐增多，并且活性氧通过线粒体标记荧光探针检测证明定位于线粒体，说明高糖可以诱导线粒体活性氧的产生增多，这种改变有可能是一种始动因素继而通过多种途径导致糖尿病性视网膜病变的发生。褪黑素是一种强大的自由基清除剂及亲脂性抗氧化剂，其对糖尿病动物模型及糖尿病患者的抗氧化作用及调节糖脂代谢的作用已受到广泛重视。Winiarska等[31]的研究表明：糖尿病兔的血还原型谷胱甘肽/氧化型谷胱甘肽的比值（GSH/GSSG）及血清羟基自由基的水平较正常组明显升高，而褪黑素治疗3wk后，以上两项指标较非治疗组均有所下降，提示褪黑素可改善糖尿病的氧化应激水平。褪黑素不仅减轻糖尿病的氧化应激状态，而且还可部分的保护糖尿病鼠胰岛β细胞的氧化损伤，这在Kanter等[32]的实验中有所证实。钟历勇等[33]采用随机、单盲、安慰剂平行对照的方法观察褪黑素及安慰剂对91例糖尿病患者血清丙二醛(MDA)及超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSHPx)的影响,结果显示：褪黑素治疗8wk后血清SOD和GSHPx水平上升，而MDA水平明显下降，从而证实褪黑素对糖尿病患者的氧化应激有抑制作用，这为褪黑素的临床应用提供了依据。褪黑素目前应用于糖尿病视网膜病变保护的研究尚处于初始阶段，Baydas等[34]发现褪黑素对早期糖尿病视网膜病变具有保护作用，他应用褪黑素治疗糖尿病大鼠6wk，发现视网膜胶质细胞的活化程度减轻，作用机制是通过降低视网膜脂质过氧化物水平而减轻氧化应激对视网膜造成的损伤。糖尿病视网膜病变晚期牵涉到RPE细胞病变，曹鎏[35]采用高糖培养人RPE细胞，并用褪黑素进行干预，结果证实：高糖刺激可以导致RPE细胞中诱导型一氧化氮合酶（iNOS）的表达增加，生成过量的NO，参与DR的发生、发展，褪黑素通过抑制iNOS而减少NO的释放，从而减轻RPE细胞损伤。目前，对于褪黑素在糖尿病视网膜微血管病变及血管内皮细胞的影响，此方面的研究还比较少，但已有研究[36]表明褪黑素对高糖条件下的牛主动脉内皮细胞具有保护作用，这也给褪黑素在糖尿病视网膜血管病变的研究提供了理论依据。随着近年来对线粒体的深入研究，线粒体活性氧造成的氧化损伤在DR的发病机制中受到广大学者的关注，由于褪黑素能够保护或减轻多种细胞线粒体的氧化损伤[1215，37]，可以推测褪黑素也许能够通过减轻糖尿病视网膜的线粒体氧化损伤而起到保护作用。
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