禽類褪黑激素的研究進展*

何宗亮

(南京市畜牧家禽科學研究所 江蘇 南京 210036)

禽類褪黑激素的研究進展*

何宗亮

(南京市畜牧家禽科學研究所 江蘇 南京 210036)

褪黑激素（MT）主要是由松果腺分泌的吲哚類激素，光信號是調控MT合成的一個主要因素，自然或人為控制明暗交替的光照循環條件下，黑暗引起分泌量降低，光照引起分泌量升高。MT具有廣泛的生物學功能，綜述了禽類MT的生物合成、分泌、調節及其免疫、生殖和抗應激的生物學功能。

褪黑激素；松果腺；光照；生物學功能

褪黑激素（Melatonin,MT）主要是有松果腺分泌的吲哚類激素，同時在脊椎動物的視網膜也有一定程度的分泌，在生物鐘的調控下表現出日節律性和季節節律性分泌的規律，光信號是調控MT合成關鍵因素，表現出夜晚分泌量高，白天分泌量低的特點[1]，通過與其受體結合發揮著各種生物學功能，例如：控制季節性繁殖動物的繁殖活動、調控生理節律、飼料消耗、體溫、能量代謝、免疫等。大量的研究表明人工控制光照能調控MT的分泌模式[2]，在禽類的生產中人工控制光照，就是運用光照調控MT的分泌，進而調控MT對禽類免疫和繁殖等生理活動的影響；本文主要根據禽類MT的特點，綜述了禽類 MT合成、分泌特征、生物調控及其生物學功能。

1 MT的結構及合成途徑

褪黑激素（MT）主要是由松果體分泌的一種吲哚類激素，Lerner[3]于1958年從肉牛松果體中首次分離出這一化合物，并鑒定其化學結構為N-乙酰-5-甲氧基色氨，其前體是5-羥基色氨酸，是一種小分子脂溶性物質，分子式為：C13H16N2O2，分子量為232，在20世紀20年代，McCord和Allen發現牛松果體的提取物能使蝌蚪皮膚黑色素發生凝聚反應而褪色變白，因而得名為褪黑激素。

MT除了在松果腺合成外，視網膜、眼眶腔的副淚腺和唾液腺等都能合成分泌。禽類松果體細胞合成MT是L-色氨酸在色氨酸羥化酶（TPH）、芳香族氨基酸脫羧酶（AADC）、5-羥基色胺-N-乙酰轉移酶 （AANAT）和羥基吲哚-氧-甲基轉移酶（HIOMT）的一系列酶促反應下合成的，其中AANAT被認為是MT合成中的關鍵酶，控制著整個酶促反應的速率，調控MT的生物合成[4,5]。禽類和其他哺乳動物一樣，體內5-羥色胺（5-HT）濃度變化與日節律相反，即白天增多夜間急劇減少[1,6]。

2 禽類MT的分泌特征

大量的研究表明MT在生物體內的分泌呈晝夜、季節變化規律，而研究最成熟的是MT的晝夜分泌規律，即MT的近日節律分泌規律，禽類的松果腺在胚胎期就表現出白天分泌MT的量較多，而夜間分泌量下降的規律[7]，生物體的近日節律具有以下共同特點：①廣泛性，從單細胞生物到哺乳動物均存在近日節律，而且高級生物在整體、系統、器官、細胞和分子水平均存在近日節律；②內源性，近日節律是機體內在固有的，在外界環境條件恒定的情況下，近日節律仍然存在；③可調性，外界環境，如：光暗循環等，能夠影響內在的近日節律，機體通過近日節律的重置效應，使內在的近日節律與外界環境同步。

禽類MT晝夜節律性分泌受光周期變化的影響[1]，光照信息通過以下途徑到達松果體：光照-視交叉-視交叉上核(SCN)-下丘腦室周區和結節區-(經后腦頂蓋背側)-脊髓的胸段-脊髓節前交感神經束-頸上神經節-節后交感神經纖維-松果體的實質細胞。Zawilska等（2006）[6]研究發現火雞的松果體和視網膜MT在明暗交替的光照條件下，MT在光照階段濃度最低，在黑暗階段濃度最高，血漿MT同樣有類似的節律性變化；同時還發現突然的光照能使夜間火雞的松果體、視網膜和血漿中的MT急劇下降，表明火雞松果體和視網膜MT的節律性受到光照和內源性生理節律時鐘調控，環境的光照可能是維持MT高振幅的主要因素，在其他禽類松果體同樣也表現出類似的MT分泌規律[1,6]。

一般認為，哺乳動物出生后體內才開始MT的生物合成，而禽類的MT在胚胎時期就可以檢測到[8]，Csernus等（2007）[9]用光刺激不同發育階段的雞胚胎，檢測了MT的分泌和Cry1、Cry2、Clock、Bmal2時鐘基因的mRNA水平，發現：①環境光照最早能刺激孵化至13日齡的胚胎分泌MT；②在環境周期性的光照的條件下，孵化到16-18日齡的胚胎能建立起MT日節律性的釋放；③15日齡的雞胚胎腺體能檢測到Cry1、Cry2、Clock和Bmal2時鐘基因的mRNA；盡管MT的分泌和時鐘基因早已檢測到，但是MT的日節律性要到孵化后17日齡的胚胎才能夠出現。

3 禽類MT的生物調控

禽類和其他哺乳動物一樣，光信號影響松果腺MT的合成和釋放，進而調控其自身的生理節律， 禽類通過兩個光色素分子 （Pinopsin和melanopsin）調控光信號對松果體的影響，進而調控MT的分泌和釋放[10]，并且在12h光照和12h黑暗的循環光照條件下，由光照轉入黑暗階段的兩個光色素基因（photopigment gene）表達量是黑暗階段的5倍[11]。可以看出光信號是通過調控光色素基因的表達，進而調控松果腺MT的合成。

生物體內時鐘基因也可以產生和控制晝夜節律的運轉，維持振蕩系統持續性并與環境周期協調同步；在自然狀態下，生物鐘接受外界光-暗周期信號，調整自身的位相，與外界環境保持同步，動物體內的生物鐘基因啟動后，經轉錄和翻譯生成相應的蛋白質，當此蛋白質濃度達到一定程度，反饋作用于自身基因的啟動部位，使其濃度高低以 24h周期進行振蕩[12]。大量的研究表明松果腺分泌的MT的節律性振蕩包含了時鐘基因的調控[13]，禽類的 Cry1、Cry2、Clock、Bmal2時鐘基因的mRNA在胚胎時期就可以檢測到[9]，并且時鐘基因在禽類的中央神經系統及外周組織、松果腺和視網膜都有表達，以24h為周期的節律性振蕩[14]，Yamamoto等 （2001）[15]發現雞松果腺 Cry1和Cry2基因的mRNA水平在光照條件下高水平表達，而在黑暗時低水平表達，與MT的日節律性分泌規律相反，禽類是通過自身的光感受器調控Cry1和Cry2基因的表達，表明光信號可以調控時鐘基因的表達來調控禽類松果腺日節律的震蕩，進而間接對MT的分泌進行調控。

禽類就巢時下丘腦多巴胺（DA）和5-羥色胺（5-HT）的活性顯著增強，表明體內的DA和5-HT能促進催乳素（PRL）的合成和分泌引起禽類就巢。Zawilska等（2003）[16]發現突然的光照會增加夜間鴨子視網膜DA和二羥基苯丙氨酸（DOPAC，多巴胺的代謝物）水平，同時使N-乙酰轉移酶（AANAT）活性和MT的含量降低，表明了禽類MT在調控對光適應性的同時會影響DA和DOPAC的濃度，禽類多巴胺類激素和5-HT與MT在體內是相反調控關系[6]。

垂體腺苷酸環化酶激活肽（PACAP）在動物體內分布廣泛，主要分布在神經系統和胃腸道組織內，具有促進動物對營養物質消化吸收、垂體激素分泌、提高動物繁殖性能、提高動物的免疫力等功能。Nakahara（2002）[17]和Csernus（2004）[18]等研究顯示PACAP能夠增加禽類松果體MT的釋放量，但并不影響光誘導 MT分泌節律相位的提前和推遲，表明PACAP參與了禽類MT的釋放過程，而不影響其生理節律振蕩系統。

4 禽類MT的生物學功能

4.1 MT與免疫 哺乳動物MT可以通過與免疫器官和細胞中受體結合，提高動物的免疫器官和細胞中免疫因子的活性，增強免疫功能。大量的研究表明禽類MT同樣有增強免疫的功能，Brennan等（2002）[19]發現MT不但能夠提高性成熟前公雞血液中白細胞的含量，而且還能夠增加B淋巴細胞和T淋巴細胞的活性，同時對體重沒有任何的影響。

MT對炎癥的發生和惡化都有抑制作用，Majewskia等（2005）[20]研究發現MT對2-硫代乙二醇誘導的腹膜炎作用分兩個階段，首先是阻礙腹膜炎繼續惡化，降低腹膜炎白細胞的數量和細胞內活性氧水平（抗炎作用），然后提高腹膜炎白細胞數量和細胞內活性氧水平，提高機體對腹膜炎的抵抗功能。另外，禽類的MT在胚胎時期就可以發揮提高免疫功能的作用。Moore等（2005）[21]在孵化前的第4天，將MT注入火雞胚胎的氣囊中，發現MT可以加速火雞胚胎的細胞免疫和體液免疫反應，并且在孵化21d后免疫反應提高非常明顯。

4.2 MT與繁殖 通過縮短光照和持續性注射MT的方法，提高機體的內源性MT含量，可以抑制動物的性腺活動，使性腺萎縮。Lewis等（2006）[22]研究發現禽類育成期長時間的強光照，其性成熟提前，縮短光照時間能使其性成熟推遲，可能MT是通過對下丘腦和性腺的作用使禽類的性成熟推遲。所以在禽類的飼養過程中，育成期一般控制光照時間，給于短光照，使禽類的性成熟適當推遲并保持一致，待體格發育完善進入開產期后，逐步延長光照時間，刺激性腺的發育，刺激卵巢的活動，增加排卵數。

MT除了影響性成熟，還對禽類的性激素有抑制作用，Rozenboim等（2002）[23]用注射 MT的方法發現實驗組白來航公雞血漿LH水平顯著下降，表明過量的MT對禽類LH分泌有抑制作用，MT可通過下丘腦-垂體-性腺（HPG）軸，在下丘腦水平上調節促性腺激素的分泌，進而影響生殖系統功能，也能直接調節性腺激素合成和分泌。

4.3 MT與應激 在畜牧生產上應激隨時都可以發生，由應激引起的 PSE （pale灰白的，soft柔軟的，exudative滲水的）肉給養豬生產、豬肉加工和銷售造成了巨大的經濟損失。在禽類生產過程中應激也很普遍，而且肉雞對應激反應比蛋雞小，引起這種差異可能與MT分泌水平有關，實驗表明MT可以通過下丘腦-垂體-腎上腺軸的調控，減緩應激效應，提高抗應激能力，Saito等（2005）[24]發現在12h光照和12h黑暗交替的光照（LD）制度下，剛出殼肉雞的松果體、腦干、端腦和視神經葉中的MT濃度高于蛋雞，然而在24h的光照條件下肉雞和蛋雞MT的濃度沒有差異。MT具體的抗應激機理和功能還需要進一步的研究。

4.4 其他 MT在季節繁殖動物可以促進毛皮的生長，還有在其他哺乳動物有催眠、鎮痛和抗自由基等作用，而這些功能在禽類MT的研究中未見報道，但是，MT對禽類發育過程中小腦形態結構[25]和顆粒細胞發育[26]都有很重要的作用，同時MT可以通過對鹽腺本身直接作用抑制鴨子鹽腺的分泌[27]。

5 問題與展望

MT的生物學功能很廣泛，在人類和其他哺乳動物研究較為深入，而禽類與其他哺乳動物的最大區別在于禽類是卵生動物，胚胎的發育需要經過體內發育和體外發育兩個過程，所以，MT在禽類胚胎中的作用機理還需要進一步研究；禽類MT的有些功能例如對生長發育過程中體組成、抗應激、精子的保存和受精率等影響有待于進一步的研究；同時，外源MT在禽類生產上的應用還不成熟。

隨著對禽類MT研究的逐漸深入，禽類MT的作用機理及其調控機理逐漸明理化后，可以為解決禽類生產上的一些實際問題提供科學依據，使MT運用到禽類生產成為可能。

[1] Zawilska JB,Berezińska M,Rosiak J,et al.Daily variation in the concentration of melatonin and 5-methoxytryptophol in the goose pineal gland,retina,and plasma[J].Gen Comp Endocrinol,2003,134(3): 296-302.

[2] Zawilska JB,Lorenc A,Berezińska M,et al.Diurnal and circadian rhythms in melatonin synthesis in the turkey pineal gland and retina[J]. Gen Comp Endocrinol,2006,145(2):162-168.

[3] Lerner AB.Structure of Melatonin[J].J Am Chem Soc,1959,81:6084-6087.

[4] Zatz M,Gastel JA,Heath JR,et al.Chick pineal melatonin synthesis:lightand cyclic AMP control abundance of serotonin Nacetyltransferase protein[J]. J Neurochem,2000,74:2315-21.

[5] Herichová I,Zemana M,Macková M,et al.Rhythms of the pineal N-acetyltransferase mRNA and melatonin concentrations during embryonic and post-embryonic development in chicken [J]. Neuroscience Letters,2001,298(2):123-126.

[6] Zawilska JB, Rosiak J, Vivien-Roels B, et al. Effects of Cycloheximide and Aminophylline on 5-Methoxytryptopholand Melatonin Contents in the Chick Pineal Gland[J].Gen Comp Endocrinol,2000, 120(2):212-219.

[7] Faluhelyi N,Csernus V.The effects of environmental illumination on the in vitro melatonin secretion from the embryonic and adult chicken pineal gland [J].Gen Comp Endocrinol,2007,152,(2-3):154-158.

[8] Akasaka K,Nasu T,Katayama T,et al.Development of regulation of melatonin release in pinealcells in chick embryo[J].Brain Research,1995,692(1-2): 283-286.

[9] Csernus VJ,Nagy AD,Faluhelyi N.Development of the rhythmic melatonin secretion in the embryonic chicken pineal gland[J].Gen Comp Endocrinol,2007, 152(2-3):148-153.

[10] Natesan A,Geetha L,Zatz M.Rhythm and soul in the avian pineal[J].Cell Tissue Res,2002,309(1): 35-45.

[11] Holthues H,Engel L,Spessert R,et al.Circadian gene expression patterns of melanopsin and pinopsin in the chick pineal gland[J].Biochem Biophys Res Commun,2005,326(1):160-165.

[12] Ripperger JA,Schibler U.Circadian regulation of gene expression in animals.Curr Opin Cell Biol, 2001,13(3):357-362.

[13] Rekasi Z,Horvath RA,Klausz B,et al.Suppression of serotonin N-acetyltransferase transcription and melatonin secretion from chicken pinealocytes transfected with Bmal1 antisense oligonucleotides containing locked nucleic acid in superfusion system[J].Mol Cell Endocrinol,2006,249(1-2):84-91.

[14] Bailey MJ,Chong NW, Xiong J,et al.Chickens' Cry2:molecular analysis of an avian cryptochrome in retinal and pineal photoreceptors[J].FEBS Letters,2002,513(2-3):169-174.

[15] Yamamoto K,Okano T,Fukada Y.Chicken pineal Cry genes:light-dependent up-regulation of cCry1 and cCry2 transcripts[J].Neuroscience Letters,2001, 313(1-2):13-16.

[16] Zawilska JB,Berezińska M,Rosiak J,et al.The relationship between melatonin and dopamine rhythmsin the duck retina [J]. Neuroscience Letters,2003,347(1):37-40.

[17] Nakahara K,Abe Y,MurakamiT,etal.Pituitary adenylate cyclase-activating polypeptide (PACAP) is involved in melatonin release via the specific receptor PACAP-r1,but not in the circadian oscillator,in chick pineal cells[J].Brain Research, 2002,939(1-2):19-25.

[18] Csernus V,Józsa R,Reglodi D,Hollosy T,et al.The effect of PACAP on rhythmic melatonin release of avian pineals[J].Gen Comp Endocrinol,2004,135 (1):62-69.

[19] Brennan CP,Hendricks GL,El-Sheikh TM,et al. Melatonin and the Enhancement of Immune Responsesin ImmatureMaleChickens[J].Poultry Science,2002,81(3):371-375.

[20] Majewskia P,Dziwinskia T,Pawlaka J,et al.Antiinflammatory and opioid-mediated effects of melatonin on experimental peritonitis in chickens [J].Life Sciences,2005,76(17):1907-1920.

[21] Moore CB,Siopes TD.Enhancement of cellular and humoral immunity following embryonic exposure to melatonin in turkeys[J]. Gen Comp Endocrinol,2005,143(2):178-183.

[22] Lewis PD,Middleton BA,Gous RM.ExogenousMelatonin Modifies Rate of Sexual Maturation in Domestic Pullets.Poultry Science,2006,85(1): 117-122.

[23] Rozenboim I,Aharony T,Yahav S.The Effect of Melatonin Administration on Circulating Plasma Luteinizing Hormone Concentration in Castrated White Leghorn Roosters[J].Poultry Science,2002, 81(9):1354-1359.

[24] Saito S,Tachibana T,Choi YH,et al.ICV melatonin reduces acute stress responses in neonatal chicks [J].Behavioural Brain Research,2005,165(2): 197-203.

[25] Tun?AT,Turgut M,Aslan H,et al.Neonatal pinealectomy induces Purkinje cellloss in the cerebellum of the chick:A stereological study[J]. Brain Research,2006,1067(1):95-102.

[26] Tun?AT,Aslan H,Turgut M,et al.Inhibitory effect of pinealectomy on the development of cerebellar granule cells in the chick: A stereological study[J]. Brain Res, 2007, 1138: 214-220.

[27] Hughes MR,Bennett DC,Gray DA,et al.Influences of sex and saline intake on diurnal changes in plasma melatonin and osmoregulatory hormones of Pekin ducks[J]Gen Comp Endocrinol,2006,149 (2):205-214.

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

國家水禽產業技術體系(CARS-43-32)。

何宗亮(1984-),男,安徽樅陽人,碩士研究生,從事家禽遺傳育種與繁育方面的研究。