乳汁中褪黑素的節律與功能

劉云潔，常 毅，廖晨星，劉巧香，郭 剛，高家瑞，李有志，馬 慧*，劉國世*

1 中國農業大學動物科學技術學院，北京 100193 2 北京首農食品集團有限公司，北京 100028 3 北京農學院動物科學技術學院，北京102206 4 山東省飼料獸藥質量檢驗中心，山東濟南 250109

0 引言

長期以來，褪黑素被認為是一種由松果體主要分泌的小分子物質，具有調節晝夜節律的功能[1]。近幾年的研究發現，腸道在內的其他部位也能合成褪黑素[2]。作為一種強大的抗氧化劑，褪黑素在各種淋巴器官中參與多種免疫調控作用[3]。并且，其具有直接和間接的抑癌特性，也對生殖系統有調節作用[4]。擠奶時間會影響牛奶中褪黑素的濃度，夜間擠奶的牛奶富含褪黑素[5，6]。介于褪黑素的多種生理功能，一些國家的商業公司已經開發了高褪黑素牛奶作為人們的睡眠輔助劑，如新西蘭的iNdream3、芬蘭的Night Time Milk、愛爾蘭的Lullaby Milk和美國的Dreamerz。本文對乳汁中褪黑素的來源與功能進行了綜述，以期加深對乳汁中褪黑素的認識，為高褪黑素牛奶的研究和開發提供理論參考。

1 哺乳動物乳中褪黑素的節律變化

1.1 松果體內褪黑素的晝夜節律

生理過程隨晝夜節律變化，激素分泌與代謝等重要活動都會隨著晝夜循環表現出周期性變化[7]。人類血液樣本中60%～70%的代謝物含量都隨著晝夜節律發生振蕩[8]。1958年，從牛的松果體中首次分離提取了褪黑素[9]，此后的研究中又進一步發現松果體具有褪黑素合成能力。松果體褪黑素合成的限速酶，芳烷基胺N-乙酰基轉移酶（Arylalkylamine-N-Acetyltransferase，AANAT）的夜間表達量遠高于白天，這一節律的調節主要來自于光與暗的每日交替[10～12]。視交叉上核（Suprachiasmatic Nucleus，SCN）的病變也同樣會影響松果體褪黑素節律[13]，這一結果表明來自SCN的主要內源性晝夜節律起搏器的輸入對于其持久性以及與外部晝夜周期的同步是必要的。迄今為止，在所有研究的生物中，不論其休息活動模式如何，晚上松果體內褪黑素的水平都高于白天[14]。血清褪黑素也隨著松果體褪黑素的分泌存在晝夜節律。人、奶牛及大鼠等血清褪黑素在一天內存在變化，凌晨是一天中的高峰，白天血清褪黑素濃度顯著低于夜間[15]。

1.2 乳中褪黑素的節律

乳汁中褪黑素的研究起源于1993年，Illnerová第一次從人的母乳中檢測到褪黑素，并證明其分泌具有晝夜節律，進而發現單次喂奶前與喂奶后，褪黑素的濃度有所不同，喂奶后褪黑素濃度較高[16]。在夜間牛奶中，褪黑素濃度比全天奶平均高1倍以上[17，18]。為了滿足胎兒的成長需要，不同時期的乳汁的成分有所不同，一般可以根據泌乳時間分為初乳、過渡乳和普通乳。初乳中含有大量免疫物質，為胎兒提供新生時期的免疫保護。乳汁初乳、過渡乳和普通乳中褪黑素均有晝夜節律，初乳中褪黑素濃度高于過渡乳和成熟乳[19，20]。無論是早產兒還是足月母乳中褪黑素都有明確的晝夜節律，但早產胎兒母親的初乳中褪黑素含量高于足月胎兒母親[20]，與之對應的，早產出生的嬰兒出生后第3天測得的血漿和尿液中褪黑素的濃度低于足月出生的嬰兒，這說明褪黑素可能對生命早期非常脆弱的早產兒有益[21]。

不僅人奶中褪黑素存在晝夜節律，奶牛、山羊、大鼠等哺乳動物乳汁中也同樣存在褪黑素節律[22～24]。并且季節和擠奶時間等與光照有關的變量，對牛奶中的褪黑素濃度有相當大的影響。冬季牛奶褪黑素平均濃度比夏季高[24]。

2 哺乳動物乳中褪黑素的來源

2.1 乳中褪黑素來源于血液供給

乳腺分泌的乳汁中的營養成分來源于血液的供給，血液的變化也會影響牛奶的成分。由于奶中褪黑素也存在晝夜節律，奶中的褪黑素可能是來源于血液，并且牛奶褪黑素水平與血漿褪黑素濃度顯示出r=0.39（P＜0.001）的顯著相關性[25]。但奶中褪黑素的濃度遠低于血液中的濃度[18]，注射與同位素實驗能證明奶中褪黑素的來源。給奶牛和奶山羊靜脈注射褪黑素后，牛奶中的褪黑素濃度也會跟隨著血清褪黑素一起迅速升高，注射后血清褪黑素迅速降低，但奶中的褪黑素濃度降低較為緩慢，在15～30 min后超過相應的血清值[26]。Reppert的同位素試驗證明，給哺乳大鼠注射含有放射性的[3H]褪黑素，30 min后可以在幼崽的胃里檢測到[3H]褪黑素。說明大鼠血清中的褪黑素可通過乳汁進入幼崽體內，證明了奶中至少有一部分褪黑素來自于血液循環[27]。

2.2 乳中褪黑素可能來源于乳腺自身合成

牛奶中雖然存在褪黑素晝夜差異，但奶中褪黑素高峰與血清褪黑素的高峰期不在同一時刻[24]。且除松果體外，其他器官如心、肝、脾、腸等中也均能檢測到褪黑素合成酶AANAT的活性，但除松果體外的器官中均沒有檢測到該酶活性的晝夜變化[10]。近年來的研究發現，多種細胞的線粒體均能表達褪黑素合成酶，有合成褪黑素的能力[2]。胃腸道中的褪黑素含量顯著高于血清褪黑素，乳腺細胞可能也能自身合成褪黑素。分離人初乳中巨噬細胞，發現在發生吞噬作用時，單核巨噬細胞（Mononuclear Phagocyte，MN）和多核巨噬細胞（Polymorphonuclear Phagocyte，PMN）都能產生褪黑素[28]。乳腺中其他類型的細胞也同樣能產生褪黑素，這可能也是乳汁中褪黑素的來源之一。并且有研究發現，低產奶量奶牛的夜間乳中褪黑素濃度較高產奶量奶牛更高[23]，也預示著除血液來源以外，乳腺可能也參與乳汁中褪黑素合成的調控。

3 哺乳動物乳中褪黑素的功能

3.1 乳中褪黑素是新生兒褪黑素節律的來源

在懷孕期間，人類胎兒從母親那里感知代謝物和激素的晝夜節律。在分娩后，這種影響被打斷，由于嬰兒不分泌褪黑素，他們沒有完善的晝夜節律[29]。哺乳是新生兒褪黑素節律的來源[16]，褪黑素在嬰兒的睡眠-覺醒周期中起著重要作用。母乳喂養的嬰兒比配方奶粉喂養的嬰兒具有更好的睡眠參數[30]與睡眠周期，母乳喂養的嬰兒在6 周齡能完成晝夜節律與休息活動節律的構建，而配方奶粉喂養的嬰兒在12 周才能完成[31]。褪黑素對新生兒的作用不止于調控晝夜節律，早產新兒早期補充褪黑素可減少生命最初幾天的脂質過氧化，降低了患有敗血癥的新生兒血清中脂質過氧化產物丙二醛（MDA）和4-羥基烯醛（4-HAD）含量，降低了死亡率[32，33]，對保護高危新生兒具有潛在的有利作用[34]。

3.2 乳中褪黑素與炎癥反應

與在免疫器官中的研究類似，乳汁中褪黑素也與免疫調控有著緊密的聯系。乳汁中多種免疫相關因子隨晝夜節律發生變化，如夜間奶中Gpx3濃度顯著高于白天母乳[35]，白天奶中皮質醇水平高于夜間[36]。TNF-α是非感染性乳腺炎的標志物，在夜間采集的初乳中，褪黑素與TNF-α之間存在顯著的負相關關系[28]。在患有乳腺炎的母親的初乳中，由于夜間的褪黑素水平沒有升高，初乳中褪黑素濃度喪失了晝夜變化[37]。初乳吞噬細胞是一種免疫活性細胞，它分布于乳腺上皮，在分娩后的頭幾天內仍保持高度通透性[38]。這些細胞產生自由基，具有吞噬和殺菌活性，被認為是宿主抵御細菌感染的第一道防線。褪黑素能夠增加初乳吞噬細胞的超氧化物，改變細胞內Ca2+水平，刺激初乳吞噬細胞的細胞氧化代謝，有助于細胞的殺菌活性[39]。考慮到細胞和一天中不同時間的差異，褪黑素和由此產生的氧化產物所促進的殺菌活性可能具有重要的臨床意義[40]。

4 總結與展望

哺乳動物乳汁中褪黑素來源于血液循環與乳腺自身合成，具有晝夜節律。乳汁中褪黑素不僅促進新生兒的晝夜節律的形成，而且可以調控初乳的免疫活性。有研究表明，褪黑素在解凍后至少4 h甚至長達24 h在人乳中穩定[41]，并且超高溫瞬時處理工藝不會顯著改變牛奶中的褪黑素含量[23]。褪黑素這種穩定的物理特性為高褪黑素牛奶的研究和開發提供了現實基礎。