调节“生物钟”的分子——褪黑素（melatonin）

发布日期:2022/11/18 15:11:58

褪黑素，又称褪黑激素或美拉托宁（音译），学名是N-乙酰基-5-甲氧基色胺，高等动物体内的褪黑素由松果体制造，随后进入血液到达其作用的受体，血液中它的浓度呈昼夜节律性变化，因为它的分泌与光照有关。褪黑素的分泌主要在黑暗状态下进行，因此它被形象地称之为“暗信号”，在生物体内发挥着内源性同步节律的作用，能够稳定和加强昼夜节律。

褪黑素对昼夜节律影响最为人熟知的例子是它可以促进睡眠，生理性的褪黑素浓度升高是睡眠的促发因子，而褪黑素分泌异常恰恰导致部分患者出现睡眠障碍。研究表明，适时的给予外源性褪黑素补充可以协助调整睡眠周期，尤其是针对因褪黑素分泌减少导致的失眠格外有效，但褪黑素调节睡眠的机制目前尚未完全明确，仍需要进一步的研究。

褪黑素的合成

前文已经提到，褪黑素的分泌受光控制，当视网膜感知环境中的蓝光亮度后，将光暗信号传递给松果体，令其在黑暗情况下制造褪黑素。松果体细胞利用L-色氨酸（L-tryptophan）为原料，在色氨酸羟化酶的作用下得到5-羟色氨酸，随后经脱羧酶的作用转化为5-羟色胺（血清素），然后在N-乙酰基转移酶催化下与乙酰辅酶A反应转化为N-乙酰-5-羟色胺，最后在甲基转移酶作用下即可得到褪黑素。

褪黑素的生物合成

褪黑素的一些生理和药理活性已成功应用于药品和保健食品，较大的市场需求使得探讨褪黑素的化学合成非常必要。值得一提的是，褪黑素的合成工艺成熟、纯度高，已经成为目前主要的褪黑素来源，文献报道的方法不胜枚举，此处仅介绍代表性的合成路线。利用5-甲氧基吲哚为起始原料，经草酰基化、胺化、还原和乙酰化四步反应，可以非常可观的产率得到褪黑素；另一种经典的方法是采用Fischer吲哚合成法，以4-甲氧基苯肼和4-氯丁醛为原料，经缩合得到5-甲氧基色胺，最后只需乙酰化即可得到褪黑素。

褪黑素的代表性化学合成路线

褪黑素的其他作用

生物进化复杂而漫长，遵循“优胜劣汰、适者生存”的自然法则，褪黑素这种分子能够从远古保留至今一定有它极其重要的意义。除调节生物体内的节律与环境周期保持同步外，研究还发现褪黑素能够帮助机体抵御恶劣的自然条件，还能够有效清除生物体内的自由基，使机体免受氧化损伤，此外褪黑素与钙调蛋白结合后能够调节细胞骨架的机能状态。

近些年来聚焦于褪黑素的研究表明，褪黑素还具有抗肿瘤，增强机体免疫，调节血压、心率和保护心血管细胞等作用，未来有很大可能被开发成为作用剂量低、药效温和、毒副作用小以及耐受性良好的临床药物或是膳食保健品。

褪黑素在动物体内的合成及分泌部位已经研究较为透彻，但植物中的合成途径却知之甚少，原因是褪黑素同时具有亲水性和亲脂性，极易在组织细胞间转移，为其合成部位研究带来很大困难，它在植物体内可以发挥调节植物生长、提高植物抗逆性、调节光周期等作用。