禽类褪黑激素的研究进展*

何宗亮

(南京市畜牧家禽科学研究所 江苏 南京 210036)

禽类褪黑激素的研究进展*

何宗亮

(南京市畜牧家禽科学研究所 江苏 南京 210036)

褪黑激素（MT）主要是由松果腺分泌的吲哚类激素，光信号是调控MT合成的一个主要因素，自然或人为控制明暗交替的光照循环条件下，黑暗引起分泌量降低，光照引起分泌量升高。MT具有广泛的生物学功能，综述了禽类MT的生物合成、分泌、调节及其免疫、生殖和抗应激的生物学功能。

褪黑激素；松果腺；光照；生物学功能

褪黑激素（Melatonin,MT）主要是有松果腺分泌的吲哚类激素，同时在脊椎动物的视网膜也有一定程度的分泌，在生物钟的调控下表现出日节律性和季节节律性分泌的规律，光信号是调控MT合成关键因素，表现出夜晚分泌量高，白天分泌量低的特点[1]，通过与其受体结合发挥着各种生物学功能，例如：控制季节性繁殖动物的繁殖活动、调控生理节律、饲料消耗、体温、能量代谢、免疫等。大量的研究表明人工控制光照能调控MT的分泌模式[2]，在禽类的生产中人工控制光照，就是运用光照调控MT的分泌，进而调控MT对禽类免疫和繁殖等生理活动的影响；本文主要根据禽类MT的特点，综述了禽类 MT合成、分泌特征、生物调控及其生物学功能。

褪黑激素（MT）主要是由松果体分泌的一种吲哚类激素，Lerner[3]于1958年从肉牛松果体中首次分离出这一化合物，并鉴定其化学结构为N-乙酰-5-甲氧基色氨，其前体是5-羟基色氨酸，是一种小分子脂溶性物质，分子式为：C13H16N2O2，分子量为232，在20世纪20年代，McCord和Allen发现牛松果体的提取物能使蝌蚪皮肤黑色素发生凝聚反应而褪色变白，因而得名为褪黑激素。

MT除了在松果腺合成外，视网膜、眼眶腔的副泪腺和唾液腺等都能合成分泌。禽类松果体细胞合成MT是L-色氨酸在色氨酸羟化酶（TPH）、芳香族氨基酸脱羧酶（AADC）、5-羟基色胺-N-乙酰转移酶 （AANAT）和羟基吲哚-氧-甲基转移酶（HIOMT）的一系列酶促反应下合成的，其中AANAT被认为是MT合成中的关键酶，控制着整个酶促反应的速率，调控MT的生物合成[4,5]。禽类和其他哺乳动物一样，体内5-羟色胺（5-HT）浓度变化与日节律相反，即白天增多夜间急剧减少[1,6]。

大量的研究表明MT在生物体内的分泌呈昼夜、季节变化规律，而研究最成熟的是MT的昼夜分泌规律，即MT的近日节律分泌规律，禽类的松果腺在胚胎期就表现出白天分泌MT的量较多，而夜间分泌量下降的规律[7]，生物体的近日节律具有以下共同特点：①广泛性，从单细胞生物到哺乳动物均存在近日节律，而且高级生物在整体、系统、器官、细胞和分子水平均存在近日节律；②内源性，近日节律是机体内在固有的，在外界环境条件恒定的情况下，近日节律仍然存在；③可调性，外界环境，如：光暗循环等，能够影响内在的近日节律，机体通过近日节律的重置效应，使内在的近日节律与外界环境同步。

禽类MT昼夜节律性分泌受光周期变化的影响[1]，光照信息通过以下途径到达松果体：光照-视交叉-视交叉上核(SCN)-下丘脑室周区和结节区-(经后脑顶盖背侧)-脊髓的胸段-脊髓节前交感神经束-颈上神经节-节后交感神经纤维-松果体的实质细胞。Zawilska等（2006）[6]研究发现火鸡的松果体和视网膜MT在明暗交替的光照条件下，MT在光照阶段浓度最低，在黑暗阶段浓度最高，血浆MT同样有类似的节律性变化；同时还发现突然的光照能使夜间火鸡的松果体、视网膜和血浆中的MT急剧下降，表明火鸡松果体和视网膜MT的节律性受到光照和内源性生理节律时钟调控，环境的光照可能是维持MT高振幅的主要因素，在其他禽类松果体同样也表现出类似的MT分泌规律[1,6]。

一般认为，哺乳动物出生后体内才开始MT的生物合成，而禽类的MT在胚胎时期就可以检测到[8]，Csernus等（2007）[9]用光刺激不同发育阶段的鸡胚胎，检测了MT的分泌和Cry1、Cry2、Clock、Bmal2时钟基因的mRNA水平，发现：①环境光照最早能刺激孵化至13日龄的胚胎分泌MT；②在环境周期性的光照的条件下，孵化到16-18日龄的胚胎能建立起MT日节律性的释放；③15日龄的鸡胚胎腺体能检测到Cry1、Cry2、Clock和Bmal2时钟基因的mRNA；尽管MT的分泌和时钟基因早已检测到，但是MT的日节律性要到孵化后17日龄的胚胎才能够出现。

禽类和其他哺乳动物一样，光信号影响松果腺MT的合成和释放，进而调控其自身的生理节律， 禽类通过两个光色素分子 （Pinopsin和melanopsin）调控光信号对松果体的影响，进而调控MT的分泌和释放[10]，并且在12h光照和12h黑暗的循环光照条件下，由光照转入黑暗阶段的两个光色素基因（photopigment gene）表达量是黑暗阶段的5倍[11]。可以看出光信号是通过调控光色素基因的表达，进而调控松果腺MT的合成。

生物体内时钟基因也可以产生和控制昼夜节律的运转，维持振荡系统持续性并与环境周期协调同步；在自然状态下，生物钟接受外界光-暗周期信号，调整自身的位相，与外界环境保持同步，动物体内的生物钟基因启动后，经转录和翻译生成相应的蛋白质，当此蛋白质浓度达到一定程度，反馈作用于自身基因的启动部位，使其浓度高低以 24h周期进行振荡[12]。大量的研究表明松果腺分泌的MT的节律性振荡包含了时钟基因的调控[13]，禽类的 Cry1、Cry2、Clock、Bmal2时钟基因的mRNA在胚胎时期就可以检测到[9]，并且时钟基因在禽类的中央神经系统及外周组织、松果腺和视网膜都有表达，以24h为周期的节律性振荡[14]，Yamamoto等 （2001）[15]发现鸡松果腺 Cry1和Cry2基因的mRNA水平在光照条件下高水平表达，而在黑暗时低水平表达，与MT的日节律性分泌规律相反，禽类是通过自身的光感受器调控Cry1和Cry2基因的表达，表明光信号可以调控时钟基因的表达来调控禽类松果腺日节律的震荡，进而间接对MT的分泌进行调控。

禽类就巢时下丘脑多巴胺（DA）和5-羟色胺（5-HT）的活性显着增强，表明体内的DA和5-HT能促进催乳素（PRL）的合成和分泌引起禽类就巢。Zawilska等（2003）[16]发现突然的光照会增加夜间鸭子视网膜DA和二羟基苯丙氨酸（DOPAC，多巴胺的代谢物）水平，同时使N-乙酰转移酶（AANAT）活性和MT的含量降低，表明了禽类MT在调控对光适应性的同时会影响DA和DOPAC的浓度，禽类多巴胺类激素和5-HT与MT在体内是相反调控关系[6]。

垂体腺苷酸环化酶激活肽（PACAP）在动物体内分布广泛，主要分布在神经系统和胃肠道组织内，具有促进动物对营养物质消化吸收、垂体激素分泌、提高动物繁殖性能、提高动物的免疫力等功能。Nakahara（2002）[17]和Csernus（2004）[18]等研究显示PACAP能够增加禽类松果体MT的释放量，但并不影响光诱导 MT分泌节律相位的提前和推迟，表明PACAP参与了禽类MT的释放过程，而不影响其生理节律振荡系统。

4.1 MT与免疫 哺乳动物MT可以通过与免疫器官和细胞中受体结合，提高动物的免疫器官和细胞中免疫因子的活性，增强免疫功能。大量的研究表明禽类MT同样有增强免疫的功能，Brennan等（2002）[19]发现MT不但能够提高性成熟前公鸡血液中白细胞的含量，而且还能够增加B淋巴细胞和T淋巴细胞的活性，同时对体重没有任何的影响。

MT对炎症的发生和恶化都有抑制作用，Majewskia等（2005）[20]研究发现MT对2-硫代乙二醇诱导的腹膜炎作用分两个阶段，首先是阻碍腹膜炎继续恶化，降低腹膜炎白细胞的数量和细胞内活性氧水平（抗炎作用），然后提高腹膜炎白细胞数量和细胞内活性氧水平，提高机体对腹膜炎的抵抗功能。另外，禽类的MT在胚胎时期就可以发挥提高免疫功能的作用。Moore等（2005）[21]在孵化前的第4天，将MT注入火鸡胚胎的气囊中，发现MT可以加速火鸡胚胎的细胞免疫和体液免疫反应，并且在孵化21d后免疫反应提高非常明显。

4.2 MT与繁殖 通过缩短光照和持续性注射MT的方法，提高机体的内源性MT含量，可以抑制动物的性腺活动，使性腺萎缩。Lewis等（2006）[22]研究发现禽类育成期长时间的强光照，其性成熟提前，缩短光照时间能使其性成熟推迟，可能MT是通过对下丘脑和性腺的作用使禽类的性成熟推迟。所以在禽类的饲养过程中，育成期一般控制光照时间，给于短光照，使禽类的性成熟适当推迟并保持一致，待体格发育完善进入开产期后，逐步延长光照时间，刺激性腺的发育，刺激卵巢的活动，增加排卵数。

MT除了影响性成熟，还对禽类的性激素有抑制作用，Rozenboim等（2002）[23]用注射 MT的方法发现实验组白来航公鸡血浆LH水平显着下降，表明过量的MT对禽类LH分泌有抑制作用，MT可通过下丘脑-垂体-性腺（HPG）轴，在下丘脑水平上调节促性腺激素的分泌，进而影响生殖系统功能，也能直接调节性腺激素合成和分泌。

4.3 MT与应激 在畜牧生产上应激随时都可以发生，由应激引起的 PSE （pale灰白的，soft柔软的，exudative渗水的）肉给养猪生产、猪肉加工和销售造成了巨大的经济损失。在禽类生产过程中应激也很普遍，而且肉鸡对应激反应比蛋鸡小，引起这种差异可能与MT分泌水平有关，实验表明MT可以通过下丘脑-垂体-肾上腺轴的调控，减缓应激效应，提高抗应激能力，Saito等（2005）[24]发现在12h光照和12h黑暗交替的光照（LD）制度下，刚出壳肉鸡的松果体、脑干、端脑和视神经叶中的MT浓度高于蛋鸡，然而在24h的光照条件下肉鸡和蛋鸡MT的浓度没有差异。MT具体的抗应激机理和功能还需要进一步的研究。

4.4 其他 MT在季节繁殖动物可以促进毛皮的生长，还有在其他哺乳动物有催眠、镇痛和抗自由基等作用，而这些功能在禽类MT的研究中未见报道，但是，MT对禽类发育过程中小脑形态结构[25]和颗粒细胞发育[26]都有很重要的作用，同时MT可以通过对盐腺本身直接作用抑制鸭子盐腺的分泌[27]。

MT的生物学功能很广泛，在人类和其他哺乳动物研究较为深入，而禽类与其他哺乳动物的最大区别在于禽类是卵生动物，胚胎的发育需要经过体内发育和体外发育两个过程，所以，MT在禽类胚胎中的作用机理还需要进一步研究；禽类MT的有些功能例如对生长发育过程中体组成、抗应激、精子的保存和受精率等影响有待于进一步的研究；同时，外源MT在禽类生产上的应用还不成熟。

随着对禽类MT研究的逐渐深入，禽类MT的作用机理及其调控机理逐渐明理化后，可以为解决禽类生产上的一些实际问题提供科学依据，使MT运用到禽类生产成为可能。

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Research Progress in Melatonin of Poultry

HE Zong-liang（Nanjing Institute of Animal Husbandry and Poultry Science,Nanjing,210036,Jiangsu,China)

Melatonin is an indoleamine hormone produced by the pineal gland, light is one of the key regulators of melatonin synthesis with high levels during the dark phase and low levels during the light phase of a natural or imposed light-dark (LD) illumination cycle. Melatonin has many biological actions,the melatonin synthesis,secrete,regulate and biological actions including immunity,reproduce and stress in avian species were suggest in this paper.

melatonin;pineal gland;light;biological action

S831.2

A

1673-1085（2017）03-0047-05

2017-02-11

国家水禽产业技术体系(CARS-43-32)。

何宗亮(1984-),男,安徽枞阳人,硕士研究生,从事家禽遗传育种与繁育方面的研究。