褪黑素治疗心肌梗死的研究进展

林彦霞，白 睿，刘志强，刘惠亮

心肌梗死已成为严重威胁人类生存和生活质量的疾病。虽然当前药物治疗、介入治疗和冠脉搭桥疗法等对心肌梗死具有一定的治疗效果，在急性期可挽救许多患者的生命，但由于心肌梗死区恶劣的微环境会促使大量心肌细胞死亡及纤维瘢痕修复，导致患者心功能进行性下降和严重心律失常的发生，使得心力衰竭的发生率和病死率增高。因此，心肌梗死发生后，亟需一种方式来缓解心肌梗死区形成恶劣的微环境、减缓心肌细胞的死亡及纤维瘢痕的修复。据报道褪黑素（melatonin，MT）可以减少氧化损伤，调节免疫反应，刺激细胞因子分泌，从而减轻组织损伤。近年来，国内外大批研究学者针对褪黑素的心脏保护作用做了一系列研究。

1 褪黑素的作用机制

褪黑素可预防多种心血管疾病，包括缺血/再灌注（ischemia-reperfusion，I/R）、冠状动脉粥样硬化和高血压[1]。然而，褪黑素保护心肌梗死的确切机制及其影响的关键细胞参数仍有待阐明。

1.1 褪黑素受体具有多态性 Samimi-Fard等[2]通过检测急性心肌梗死与正常患者体内褪黑素的六种核苷酸受体表达的不同，提出褪黑素1A受体（Melatonin Receptor 1A，MTNR1A or MT1）的基因多态性与冠脉疾病有关。同时文献[3-6]进一步提示褪黑素受体也可能参与褪黑素的心脏保护作用。Sallinen等[3]研究显示，褪黑素两种受体亚型MT1和MT2均在大鼠左心室中表达，并在心肌梗死后表达改变。心肌梗死后1 d，左心室中MT1受体的数量减少，但在14 d内恢复；与MT1受体不同，MT2受体的数量在梗死后未减少。提示心肌梗死后MT2受体比MT1受体具有更重要的作用，这与Chen等[7]研究结果一致。为了验证褪黑素对心肌梗死的保护效应是否与MT1受体有关，研究者使用正常小鼠和MT1受体缺陷小鼠实验，结果显示褪黑素对MT1受体缺陷小鼠和正常小鼠的心肌梗死保护效应无明显差别，表明褪黑素对心肌梗死的保护作用不依赖于MT1受体。此外，Lochner等[6]使用2-苯基-N-乙酰色胺作为褪黑素受体拮抗剂，表明褪黑素受体参与褪黑素的心脏保护作用。与MT1受体相比，2-苯基-N-乙酰色胺对MT2受体亚型具有更高的选择性，表明MT2受体在心肌梗死后具有心脏保护作用。值得注意的是，He等[8]研究证明核褪黑素受体RORα是一种新的心肌I/R损伤的内源性保护性受体，得出褪黑素-RORα轴信号传导在防止缺血性心脏损伤中起着重要作用，可见核褪黑素受体RORα是褪黑素发挥心脏保护作用的重要介质。

1.2 褪黑素是一种强效抗凋亡剂 这种抗凋亡剂可以保护心肌细胞免于凋亡[9,10]。Maejima等[11]的研究表明Macrophage-stimulating 1（MST1）是一种凋亡蛋白激酶，非磷酸化状态可以抑制凋亡[12-14]，而褪黑素可以抑制MST1磷酸化，进而抑制细胞凋亡。可见MST1基因可以作为褪黑素调节心梗后细胞凋亡的重要分子靶点[15]。之前有研究表明，褪黑素上调沉默信息调节因子1（silent information regulator, SIRT1）来减轻糖尿病大鼠心肌的I/R损伤[16]。因此促使学者研究褪黑素对MI的保护作用机制即检验MST1 /SIRT1信号通路。Hu等[17]研究了在心肌细胞自噬、凋亡和线粒体损伤方面褪黑素对心肌梗死的影响和机制，证实褪黑素能改善心脏功能，抑制心肌梗死后心脏重塑的进展。其机制与减少心肌细胞自噬、细胞凋亡和减轻线粒体功能障碍相关。用转基因（基因MTS1 TG）和基因敲除（MST1-/-）建立了一个小鼠心梗模型。在转基因小鼠的心肌梗死损伤中，褪黑素能显著减少细胞自噬、凋亡，减轻线粒体损伤，而MST1基因敲除小鼠的心肌梗死损伤中褪黑素没有进一步减少细胞自噬、凋亡及减轻线粒体损伤。得出褪黑素能显著抑制MST1磷酸化而促进心肌梗死后SIRT1的表达，这表明MST 1/SIRT1信号可以作为褪黑素的下游靶目标。这些结果表明，褪黑素通过减少细胞凋亡，保护线粒体完整性和生物合成来调节心肌梗死后心脏重构和功能，其机制，至少包括MST1/SIRT1信号通路。文献[18-20]已证明，褪黑素通过激活JAK/STAT和Notch1通路在缺氧/复氧（Hypoxia/Reoxygenation，H/R）后显著地提高细胞活性。在JAK/STAT通路中，褪黑素增加p-JAK和 p-STAT，可改善线粒体氧化应激，增加抗氧化剂水平，减少细胞凋亡。褪黑素也能激活Notch1/Hes1蛋白并增加 Akt

的功能，表现为p-Akt的增加，这是一种存活蛋白，可减少H/R损伤导致的H9C2细胞氧化应激和凋亡。当去除JAK2 siRNA和Notch1 siRNA时，在H/R之前用褪黑素处理细胞，发现在不含JAK2和Notch1的情况下，褪黑素对H/R损伤的保护作用消失。表明JAK/STAT和Notch1在形成传导通路中起重要作用。文献[21,22]证明除了JAK/STAT和Noch1之外，PKG1α、PI3K/Akt、ERK1/2和STAT3的激活对于褪黑素发挥H/R损伤的心脏保护作用也是必不可少的。在H9C2细胞中使用PKG1αsiRNA、LY294002（一种 PI3K/Akt抑制剂）、U0126（一种ERK 1/2抑制剂）和AG490（一种STAT3抑制剂），褪黑素不能保护细胞免受H/R损伤。此外，文献[23,24]证明褪黑素还通过激活AMPKα，保护心脏微循环内皮细胞免受H/R损伤，从而抑制线粒体fssion-VDAC-HK2-MPTP-有丝分裂轴。表明，褪黑素预处理通过激活JAK/STAT、STAT3、Notch1/Hes 1、PKG1α、PI3K/Akt、ERK1/2和ampkα，增强抗氧化酶活性来提高细胞存活率，从而减少线粒体氧化应激损伤、内质网应激，进而减少细胞凋亡。

2 褪黑素预处理对干细胞心肌梗死保护功能的改善作用及调节机制

2.1 干细胞对心肌梗死的保护作用 心肌梗死后，左心室发生一系列改变统称为重塑。其结果是受损的心肌被纤维化组织取代从而导致收缩功能障碍和最终心力衰竭。干细胞在通过旁分泌作用预防左心室重塑的病理发展过程中起着重要作用（抑制凋亡、坏死和纤维化，促进血运重建），这已被证实是干细胞修复急性心肌梗死的主要机制[25,26]。然而，移植的干细胞存活率低仍然是干细胞治疗的一大挑战，为了提高间充质干细胞（mesenchyma stem cell，MSC）的治疗效果，研究人员发展了多种策略以提高MSC移植后的存活率或其治疗潜能，其中最为有效的一种药物就是褪黑素，因其具有抗氧化、抗凋亡、抗炎及刺激干细胞分泌一些细胞因子的特性，在氧化应激微环境中可发挥其应有的疗效。

2.2 褪黑素对干细胞的保护作用 当干细胞被移植到心肌梗死区时，它们将面临极其严酷的微环境。细胞的坏死和炎性反应可能在心肌梗死区增加[27]，其氧化应激产生的活性氧物质（reactive oxygen species，ROS）的过度集中，除了直接引起细胞凋亡，也可以影响干细胞的黏附能力，细胞和基质之间不能充分连接导致细胞凋亡进一步增加，称为失巢凋亡[28]。Wang等[29]探讨了过氧化氢（H2O2）诱导的MSC凋亡中褪黑素的保护作用和潜在机制。研究表明MSC经褪黑激素以剂量依赖方式进行预处理，结果显示褪黑素能显著减弱H2O2诱导的MSC凋亡。之后Mehrzadi等[30]将骨髓间充质干细胞（bone mesenchymal stem cells，BMSCs）分离且用褪黑素预处理，然后暴露于H2O2，结果显示褪黑素预处理能显著增加细胞生存能力、降低暴露于H2O2的BMSCs细胞凋亡分数。Zhu等[31]用脂肪来源的间充质干细胞研究证明，在体外和体内，褪黑素可以改善脂肪组织来源的MSCs的生存环境并增强其功能，同时也发现褪黑素的预处理恢复了暴露于H2O2中的MSCs的黏附能力和p-FAK及P-Src水平，因此，抗氧化作用是褪黑素保护BMSCs的重要机制之一，进一步的研究将重点关注在褪黑素如何改善BMSCs在心肌梗死微环境下的生存能力，以及进一步如何影响心肌修复。

2.3 褪黑素预处理对干细胞心肌梗死保护功能的改善作用机制 大量研究已表明褪黑素预处理对干细胞心肌梗死保护功能具有改善作用，然而其调节机制仍有待探索，Han等[32]采用心肌梗死小鼠模型评估褪黑素对脂肪间充质干细胞为基础治疗心肌梗死的影响，并探索沉默信息调节因子1（silent information regulator，SIRT1）所涉及的机制信号通路，结果显示褪黑素可通过SIRT1信号通路作为一种基于MSC治疗缺血性心脏病的新策略。Wang等[33]进一步研究表明褪黑素在缺氧/无血清（HY/SD）诱导的细胞凋亡中对MSCs具有保护作用[34]，其可能机制是褪黑素部分通过丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）信号通路来抑制HY/SD诱导的骨髓间充质干细胞死亡，同时，除了p38和ERK1/2，其他信号分子可能参与HY/SD诱导MSC凋亡[35,36]。但是否有其他信号通路参与其中，是否是p38和ERK1/2串联蛋白进一步影响褪黑激素对HY/SD诱导的细胞凋亡，有待进一步研究。

此外，Lee等[37]探讨了褪黑素对BMSCs增殖、抗氧化应激及免疫调节特性方面的影响。研究结果首次表明褪黑素通过上调朊蛋白（Prion Protein，PrPC）促进MSC功能、增强MSC介导的缺血组织新生血管形成，通过PrPC-IDO轴调节MSC的免疫作用，进而能够对心肌梗死的治疗起到很好的调控作用。

3 褪黑素预处理对干细胞心肌梗死保护功能的意义

现在越来越多的研究聚焦于提高干细胞移植后的存活和功能。例如，有报道称低氧预处理可提高治疗效果[38,39]。同时，预处理的骨髓间充质干细胞或骨髓间充质干细胞结合生长因子如VEGF，FGF-2和肿瘤坏死因子α的治疗，已被证明能促进心肌梗死中MSC的黏附、存活和治疗能力。然而，由于微环境的复杂性，某些生长因子浓度的增加可能会引起不可预知的不良反应。此外，将基因修饰的干细胞引入人体的安全性问题也是必须要考虑的。而褪黑素是一种松果体和其他各种组织分泌的内源性激素[40]。最近，褪黑素对骨髓间充质干细胞的体外保护作用已报道，体内治疗局灶性脑缺血[41]、缺血性肾疾病[42]、急性肺缺血再灌注损伤和其他疾病模型如急性间质性膀胱炎的有效性也被证实[43]。虽然器官和组织在上述研究中不同，但均表明褪黑素能保护由缺血造成的缺氧和炎性微环境中的移植细胞。由于褪黑素可作为人体的膳食补充成分，无明显不良反应，且引起关注的安全性问题小，因此褪黑素预处理可能是一种很有前途的改善干细胞心肌梗死保护功能的战略策略。

4 展 望

心肌梗死是一个不可逆转的过程，研究者们试图找出减缓这种过程的方法。褪黑素预处理改善干细胞心肌梗死保护的策略设计上还需进一步研究，之前的大量研究多是基于褪黑素对MSC的体外预处理，但这样褪黑素的疗效短暂，因此需要探索一种可以实现褪黑素对干细胞的长期作用，使其可以在体内实现褪黑素的长期调控。可以预期的是，褪黑素由于毒性低、安全性高可能在缺血性心脏病的治疗中发挥与临床相关的作用，将来经过改进应用于临床指日可待。