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1、1松果腺褪黑素与肾脏 长期以来,松果腺一直被认为是视觉系统的一个退化器官,自1958 年 Lerner 从牛的松果腺提取物中分离出一种能使蛙皮肤褪色的物质,并命名为褪黑素(melatonin,MT)后,松果腺的功能才重新引起人们的兴趣。40 年来,有关松果腺的研究成指数增加。 MT 除具有抑制性腺、甲状腺、肾上腺功能及镇静、镇痛等作用外1 ,近年还发现,它与炎症免疫过程密切相关,参与神经-内分泌-免疫网络的调节作用,并且是炎症免疫的高位调节点之一2 。可以说,体内众多器官系统均受到这个内分泌器官的调节和影响。肾脏是机体内重要器官之一,具有排泄、调节和内分泌功能。临床上,各种原因所导致的肾损害极
2、为常见。目前,常见肾损害之一的肾小球肾炎,其病因和发病机理尚未明了,亟待深入研究3 。晚近,有人注意到411 ,MT 与肾功能和肾脏疾病间具有较多的联系,我们从这方面的进展做一综述。 一、褪黑素与肾小球功能 Lang 等4于 1981 年首次提出了 MT 和肾脏的直接联系,他的实验结果表明大鼠肾组织内可能存在 MT 受体。随后,有作者2报道5 ,松果腺切除可诱导大鼠高血压,此时大鼠血浆 MT 水平降低,肾素水平增加,外源性补给 MT 则可逆转高血压,并使得血浆肾素水平下降;另外应用 MT 治疗原发性高血压患者,可降低患者血压6 。这些结果都表明了 MT 对血压具有调节作用。 MT 和肾小球功能
3、直接联系的实验是血浆 MT 水平变化可影响动物的肾小球滤过率(GFR)。有人发现,澳大利亚母羊 GFR 夏天比冬天高 22.5 倍,但巴基斯坦母羊的情形则与之相反。这些现象提示,季节和光照时间的差异可影响动物的 GFR。众所周知,松果腺 MT 的分泌有明显的节律性,且受季节、光照时间等因素的影响。例如,一天之中,血浆 MT 水平昼低夜高,且午夜时有一峰值;一年之中,夏天光照时间长,血 MT 水平低,冬天光照时间短,故血浆 MT 水平高。为了证实血 MT 水平的变化和 GFR 之间的联系,日本学者 Tsuda 等7 进行了深入研究,得出了以下结果:(1) 东京的母羊,夏天(68 月 )的 GFR
4、 显著高于冬天,相应的母羊在夏天血MT 水平明显低于冬天;(2) 在 20时,依光照时间不同将动物分为三组,即明暗之比为 24h0h、12h12h 和 0h24h 组,持续时间均为 1 周,结果 0h24h 组 GFR 显著低于其它两组,此组的血MT 水平亦最高;(3) 更进一步,给三组大鼠连续静脉输注MT(20g/h,每天 16 小时,共 7 天),在 24h0h 组,其 GFR 显著低于未输注组,但 0h24h 组,输注组与未输注组 GFR 相近。这3些研究证实了血 MT 水平的变化在不同季节、光照周期时诱发 GFR改变中起了重要作用,但血 MT 浓度增加引起 GFR 降低的机理目前尚不清
5、楚。 二、褪黑素与肾小管功能 正常人夜间钠、钾、氯和尿酸的排泄量仅为白天的 50%,而松果腺 MT 的分泌节律是夜间显著高于白天。以豚鼠为例12 ,午夜时血清 MT 为 72.058.61pmol/L(n=15),中午时血清 MT 为50.345.64pmol/L(n=20),故推测 MT 浓度的改变可能是影响尿产物节律改变的原因之一。进一步,Richardson 等13 给叙利亚仓鼠皮下注射 MT 以观察其对水盐代谢的影响。结果发现,给药组仓鼠摄水量增加,尿钠、钾浓度降低,其时血浆抗利尿激素(ADH)较给药前下降 99%,有趣的是垂体后叶 ADH 含量却显著增加。然亦有相反的报道,Karpp
6、anen 等发现切除大鼠松果腺后,尽管大鼠摄水量和尿量增加,但尿钠、钾排泄量降低。这些相互矛盾的结果可能源于动物种类差异和(或) 实验设计的不同。 肾脏和其它几种激素共同调节血液中多种离子的水平,其中4肾小管的重吸收和分泌起主导作用。实验证实,MT 可调节血液中阳离子的水平14 。持续光照(功能性松果腺切除)大鼠,可改变血钠水平,增加血钙、镁和锌水平;给予 MT 则降低血清镁、钙和锌水平,不改变血钾、氯水平。MT 如何影响血清离子水平和肾小管功能,目前仍不清楚,可能的机理是:(1)MT 直接作用于下丘脑视上核和室旁核,抑制 ADH 分泌和(或) 合成;(2) 肾组织中存在 MT受体,再经一系列
7、受体后效应发挥其生物学作用。 三、褪黑素与慢性肾功能衰竭 慢性肾功能衰竭(CRF) 患者常表现各种内分泌紊乱和下丘脑 -垂体轴功能抑制,如甲状腺功能异常、生长发育迟缓、性功能减 退和胰岛素抵抗等。另外,终末期肾脏疾病患者多伴有睡眠障碍、智力减退、自杀倾向以及细胞免疫功能减弱。所有这些临床和生化改变,与 MT 平衡失调所引起的结果非常相似。事实上,已有实验结果证实了两者间的联系。南非医生 Viljoen 等9检测了 110 例不同 CRF 患者明相( 上午 700800) 血浆 MT 水平,结果发现,接受内科保守治疗和血液净化治疗的所有 CRF 患者,其明相血浆 MT水平明显增加,为正常人 2
8、倍以上,且与病人的内生肌酐清除率呈负相关。作者推测血浆 MT 水平增加主要是由于肾脏的清除功能减5退,肾移植成功后,则 MT 水平下降;进一步研究 CRF 患者暗相的MT 分泌节律发现,所有血透患者和大部分肾移植后患者其午夜时峰值缺如,可能的原因是夜间氮乙酰转移酶(NAT)活性降低,后者是松果腺内 MT 合成限速酶。但 Vaziri 等10 ,11的结果则与Viljoen 等的报道相抵触。他们研究了 11 个长期维持性血透患者明相血浆 MT 在血透前后的变化。结果表明,CRF 患者在透析前(上午600)和透析后 (900)其血清 MT 水平与正常人相比无显著性差异。为了深入研究 CRF 时 M
9、T 的代谢异常,他们观察了促红细胞生成素(EPO)对慢性肾衰大鼠 MT 分泌节律的影响。结果发现,肾衰大鼠明相血清 MT 水平和暗相血清 MT 峰值水平及松果腺 MT 含量均明显降低,给予 EPO 治疗后,在贫血纠正的同时,可部分纠正上述指标。CFR 时 MT 水平和节律异常的病理生理机制和此时 MT 补充的潜在价值尚需进一步研究。 四、褪黑素对肾损害的保护作用 迄今为止,有关 MT 保护肾损害的报道甚少,Daniels 等15研究 MT 是否能阻止四氯化碳诱导大鼠肝脂质过氧化损害时发现,给予大鼠腹腔内注射四氯化碳(5mg/kg)前 30 分钟和注射后60 分钟,分别腹腔内给予 MT(10mg
10、),结果同未注射组相比,肾组6织内脂质过氧化水平明显降低,表明 MT 可能具有较强的清除自由基能力。事实上,MT 的抗氧化作用、并作为一种新的自由基清除剂已经得到肯定1620 。 特殊的微病毒持续感染可诱发动物高丙球蛋白血症,免疫复合物沉积于肾、肝、肺和血管壁,导致多脏器损害,称之为Aleutian disease(AD)。各种类型的水貂均易染此病,且患 AD 病的水貂死亡率甚高。给某些野生型和半野生型水貂预防性应用 MT后,可使水貂的感染率降低;即使部分动物感染了 AD,其肝、肾、肺损害程度亦明显减轻,感染后的死亡率下降8 。这一保护作用的机制目前尚不清楚,可能与 MT 的清除自由基、调节机
11、体免疫功能等有关。 五、松果腺褪黑素影响肾脏机能机制的研究 1.肾组织内褪黑素受体:过去的数十年内,有关 MT 的研究多局限于功能水平;直到 Vakkuri 等成功地合成了 2-碘褪黑素,继之合成碘标褪黑素(2-125I Iodomelatonin)后,使得人们转而研究MT 的作用部位2123 。碘标褪黑素与最初使用的氚标褪黑素7(3H-melatonin)相比,具有比放射活性高、特异性强、敏感度高的优点,两者的比放射活性分别为 2200 和 2220MBq/mmol,最低可检出 MT 结合位点数量分别为 0.1fmol/mg 蛋白和 0.1pmol/mg蛋白。因此使用碘标 MT 后,相继在鸟
12、类、哺乳类动物和人类的中枢神经系统如脑、垂体和视网膜等部位发现了 MT 结合位点。随后又在外周组织如免疫系统、生殖系统、肠道、血管等部位证实了它的存在24 。 前已述及,MT 与肾脏的病理和生理过程密切相关。MT 的中枢和外周结合位点的存在,使人们考虑到肾组织内可能存在 MT结合位点。事实上,近年来,Song 等12,23,24 先后在鸡、鸭、豚鼠等肾组织内发现了 MT 结合位点,且位点与配体的结合具有饱和性、时间依赖性、特异性和可逆性等特点。按最大位点结合数量的多少顺序排列为鸭、鸡和豚鼠。以鸭肾结合位点的研究为例,体外结合试验表明,碘标 MT 与鸭肾结合位点的结合可稳定 23小时。结合后 2
13、 小时,加入非标记 MT 可以使碘标 MT 与位点分离,分离速度与结合速度相同。饱和性研究证实,配体与位点结合的 Kd值为 44.64.4pmol/L,Bmax 值为 6.430.60fmol/mg 蛋白。药理学试验表明,MT、 2-碘褪黑素、6- 氯褪黑素、6-羟基-5-羟色胺及氮乙酰-5-羟色胺均可抑制碘标 MT 与其位点的结合。这些特点符合受体的基本特性。有趣的是鸭和鸡肾 MT 结合位点的数量明相时8显著高于暗相。这与一些文献报道的中枢 MT 结 合位点的昼夜变化相一致,但与 MT 分泌的昼夜节律正好相反。这种受体数量的变化是由 MT 分泌波动引起抑或受组织细胞本身改变影响尚待进一步探讨
14、。另外,与鸟类截然不同的是哺乳类动物豚鼠肾组织 MT 结合位点的数量无昼夜时相的变化。这一差异的原因可能是源于不同的种族和(或) 不同的受体类型,亦需深入研究。 Song 等12研究豚鼠肾内碘标 MT 受体分布时发现,89.7%MT 受体位于肾皮质,10.3%位于髓质,亦即肾内 MT 受体呈不均一性,皮质远远大于髓质,前者为后者 8 倍以上;肾组织 MT受体分布的亚细胞水平研究显示:细胞核占 59.3%、线粒体占 22.3%、微粒体占 18.3%、胞浆内则未发现 MT 受体。类似的发现亦见于兔和人胚胎肾组织25,26 。这种不均一分布的生理意义目前尚不清楚,Pang 等认为一个可能的意义是影响
15、肾素分泌,进而调节肾小球及肾小管功能。 Dubocovich 等21根据 MT 受体与配体结合的亲和力和药理学特性的不同,将哺乳类动物脑组织的 MT 受体分为两种类型,一种是高亲和力受体(ML-1),另一种是低亲和力受体 (ML-2)。Pang 等27则认为,鸟类和哺乳类动物肾组织内的 MT 受体为9ML-1 型。进一步研究21,245-氧-3-硫三磷酸鸟苷(GTPrS)对肾组织内碘标 MT 受体的影响时发现, MT 受体与 G 蛋白偶联,cGMP 可能是 MT 受体的第二信使,并且依照不同动物肾内 MT 受体对 GTRrS 的不同反应分为三个亚型,影响 MT 与配体结合 Kd 值者为 ML-
16、1 亚型,影响 Bmax 者为 ML-1 亚型,对两者都影响则为 ML-1 亚型。据此,鸡肾内 MT 受体为 ML-1 亚型,豚鼠肾组织和人胚胎肾 HEK293 细胞表面为 ML-1 亚型。最近,Song 等260 已克隆出豚鼠肾内 MT 受体,其本质是一种分子量为37000 的蛋白质,定位于肾皮质近端小管外膜,与血浆 G 蛋白偶联,同脑组织内的 MT 受体本质相同。 总而言之,进一步研究 MT 受体的病理生理作用,MT 受体的详尽细胞内信号传递系统,不同环境条件下 MT 受体的调节将是未来 MT 受体研究的方向。 2.褪黑素的抗自由基作用:肾损害的自由基学说认为,各种致病因素作用于肾组织,使其产生反应性氧化代谢产物,如超氧化阴离子(O2-)、过氧化氢 (H2O2)和一氧化氮(NO) 等。这些反应性氧化代谢产物是肾损害的重要介质。正常肾组织具有抗氧