褪黑素镇痛效应研究进展*

2020-12-08余智操王祥旭张红梅

中国疼痛医学杂志 2020年2期

余智操王祥旭张红梅

（空军军医大学西京医院肿瘤科，西安710032）

1959年，国外学者从牛松果体中分离出一种激素，因这种激素能使蛙背部皮肤褪色，故命名褪黑素(melatonin， MT)。褪黑素是一种吲哚类神经内分泌激素，化学成分是N-乙酰-5-甲氧基色胺，在人体内具有重要生理作用，如调节生物钟节律、调节代谢、抗氧化、调节生殖功能等[1～4]。有研究发现，褪黑素可能具有镇痛作用。这一发现引起许多学者的兴趣。目前，非甾体抗炎药和阿片类药物是疼痛治疗中的主力军。在多年的临床实践中，人们也逐渐发现这些药物的诸多不良反应。褪黑素作为一种人体内生理状态下发挥重要作用的激素，如果能够发挥镇的痛作用，未来或许有可能作为新型镇痛剂，以较小的不良反应达到较好的镇痛效果。因此，近年来褪黑素的镇痛作用越来越受到关注。本文就褪黑素镇痛研究进展做一综述，以期为褪黑素用于疼痛治疗提供参考。

一、褪黑素概述

褪黑素分子式为C13H16N2O2，分子量232.27，是一种亲脂兼部分亲水性化合物。在脊椎动物中，褪黑素主要由松果体合成分泌。松果体分泌褪黑素途径为：眼球视网膜-视交叉上核-室旁核-下丘脑外侧区-下行通路-脊髓中间带外侧柱-交感神经颈上神经节-松果体，其分泌水平与光照信号有关，有昼夜节律和季节节律性[5]。除松果体外，胆汁、骨髓、胃肠道、肾皮质、肺、视网膜和淋巴细胞等部位亦可少量合成褪黑素[6]。褪黑素前体是色氨酸，通过酶促羟化和脱羧反应变成5-羟色胺，在N-乙酰转移酶和羟基吲哚-O-甲基转移酶先后作用下，转变为N-乙酰-5-甲氧基色胺，即褪黑素。

褪黑素代谢主要在肝脏和脑中进行，其主要降解场所是肝。在肝脏，褪黑素在微粒体作用下转化成6-羟褪黑素，后者70%～80%与硫酸根结合，小部分与葡萄糖醛酸结合，通过尿液排出体外。另有小部分褪黑素3位侧链发生氧化，生成甲氧基吲哚乙酸；还有少量褪黑素通过去甲基化途径代谢[7]。

二、褪黑素镇痛作用之临床前研究

Morris等于1969年发现褪黑素与疼痛相关：夜间小鼠褪黑素分泌水平高时，对伤害性刺激不敏感，但对吗啡反应较白天敏感，提示褪黑素与疼痛及阿片类药物镇痛效应之间具有相关性。此后大量动物实验显示了褪黑素的镇痛效应[8～11]。Golombek等[12]进行大鼠热平板试验发现，腹腔注射褪黑素具有镇痛效应，夜间更强；且褪黑素的镇痛效应能被阿片受体阻滞剂纳洛酮阻断；说明褪黑素镇痛效应与阿片受体系统有关。Yu等[13]在大鼠热水甩尾实验中发现，褪黑素具有剂量依赖的镇痛效应；El-Shenawy等[14]发现，褪黑素注射大鼠腹腔后，其镇痛效应15分钟显效，30分钟达峰，持续100分钟。Wang等[15]通过缩窄性坐骨神经损伤大鼠模型发现，褪黑素和右美沙芬均能产生镇痛效应，两者联合镇痛疗效优于单药，联合用药时需要剂量更低。Laste等[16]在弗氏佐剂诱导的炎性疼痛模型中也观察到褪黑素的镇痛作用。Chen等[17]在辣椒素诱导的小鼠腹痛模型中，发现口服或腹腔注射褪黑素受体激动剂Neu-P11和Neu-P12，均能产生镇痛效应。

慢性疼痛往往导致睡眠障碍，如镇痛药物能同时改善睡眠和疼痛症状，将具有良好的临床应用前景。Huang等[18]在大鼠模型中发现，睡眠剥夺大鼠血浆褪黑素水平降低，神经病理性疼痛加剧；补充褪黑素能缓解疼痛，明显降低炎症因子分泌。Liu等[19]在坐骨神经结扎诱导的小鼠神经病理性疼痛模型中发现，神经病理性疼痛会缩短小鼠睡眠时间，而褪黑素受体激动剂piromelatine能同时改善睡眠、减弱疼痛；其镇痛作用能被褪黑素受体拮抗剂luzindole、纳洛酮、WAY-100635（5-HT1A受体拮抗剂）阻断；促眠作用可被luzindole阻断。Odo等[20]在神经病理性疼痛小鼠模型中发现，疼痛刺激妨碍小鼠睡眠，也影响褪黑素受体MT1A(melatonin receptor 1A)和MT1B (melatonin receptor 1B)的mRNA表达量。提示：神经病理性疼痛引起的睡眠障碍，除由疼痛直接刺激导致外，还可能由于疼痛刺激影响了褪黑素受体的表达。

最近，有研究显示在化疗药物引发的神经病理性疼痛中，褪黑素也有较好的镇痛效果。Galley等[21]发现，在紫杉醇导致的小鼠病理性疼痛模型中，褪黑素能发挥镇痛作用，且不影响紫杉醇杀伤肿瘤的效果。Wang等[22]将化疗药物更换为奥沙利铂，也观察到同样结果。

三、褪黑素镇痛作用之临床研究

1.褪黑素与急性痛

Caumo等[23]对59名接受经腹子宫切除术的病人随机分组，分别给予褪黑素或氯压定治疗，主要观察指标为病人疼痛程度和镇痛药物消耗量，次要观察指标为焦虑评估。结果发现，两种药物均发挥术后抗焦虑作用、减少病人术后镇痛所需的吗啡量。Gitto等[24]评价褪黑素对新生儿操作性疼痛治疗作用，将准备接受气管插管的60例新生儿分为两组，一组给予常规镇静药物，另一组联合褪黑素，结果显示联合褪黑素组有更好的镇静和镇痛效果。Marseglia等[25]也开展了一项类似研究。他们纳入60例1～14岁的、准备接受抽血操作的儿童。在抽血前30分钟，一组给予褪黑素，另外一组给予安慰剂。结果显示给予褪黑素能明显减轻抽血时的焦虑和疼痛。然而也有不同结果的研究，Andersen等[26]进行了一项纳入29名志愿者的临床研究，结果却发现在皮肤热痛觉模型中，褪黑素并没有发挥镇痛作用。上述这些研究说明，褪黑素或许可以作为镇痛药物，用于急性疼痛的镇痛治疗。

2.褪黑素与腰背部疼痛

Kurganova等[27]评价了褪黑素对慢性腰背部疼痛的作用。研究者纳入120名腰背部疼痛病人，随机分为两组。一组给予标准治疗，一组给予标准治疗联合褪黑素。结果显示褪黑素与常规镇痛药合用能增加镇痛效应。此后，该研究团队又开展了一项类似研究[28]，纳入178名慢性腰背部疼痛病人，分为六组，对照组三组分别给予盐酸氨基葡萄糖和软骨素，双氯酚氨，或二者联用，实验组则在此基础上联合褪黑素3 mg。结果发现，无论静息痛或活动痛，实验组较对照组均明显减轻；疼痛对实验组病人白天活动影响更小；实验组焦虑和抑郁症状有缓解，且睡眠得到改善。因此，认为褪黑素可作为慢性腰背部疼痛的新型辅助镇痛药物。

3.褪黑素与头痛

有研究显示褪黑素对偏头痛有镇痛作用。Peres等[29]开展了一项纳入34名偏头痛病人的临床研究，每日口服3 mg褪黑素连续3个月，病人的偏头痛发作频率降低、程度减轻，且发作时持续时间缩短。Masruha等[30]发现，偏头痛病人的褪黑素分泌水平低于健康对照，比较了146名偏头痛病人和健康者尿液中褪黑素代谢物(6-sulphateoxymelatonin)的水平，发现偏头痛病人显著低于健康受试者。由此可推测，偏头痛发生与褪黑素水平具有相关性，或偏头痛影响褪黑素代谢；补充外源性褪黑素可成为偏头痛的治疗手段。

除了偏头痛，Leone等[31]也发现褪黑素对丛集性头痛有镇痛效果。丛集性头痛病人每天服用褪黑素10 mg，头痛发生的频率降低，程度减轻。Peres等[32]发现丛集性头痛病人在夜间或者头痛发作时，褪黑素的分泌水平降低。因此，目前的证据倾向于褪黑素对偏头痛或者丛集性头痛有镇痛作用，褪黑素或许可以用于这两种头痛的镇痛治疗。

4.褪黑素与纤维肌痛

Wikner等[33]检测16名纤维肌痛病人和健康受试者尿液中褪黑素浓度，发现纤维肌痛病人尿液中褪黑素浓度显著低于健康者。Citera等[34]给21名纤维肌痛病人每天口服3 mg褪黑素，4周后病人疼痛缓解，睡眠改善。Levin等[35]给11名纤维肌痛病人减量口服褪黑素（每日1.5 mg），连续10天，病人报告疼痛减轻、白天手运动功能改善、睡眠改善。Hussain等[36]对101名纤维肌痛病人采用氟西汀单药、氟西汀联合褪黑素治疗，结果显示联合组病人的焦虑、抑郁等症状改善更为明显。Zanette等[37]研究发现阿米替林联合褪黑素治疗纤维肌痛优于单药阿米替林，病人疼痛、晨僵及睡眠障碍等症状缓解更显著。

5.褪黑素与肠易激综合征

生理状况下胃肠道可分泌少量褪黑素，提示褪黑素可能参与胃肠道维持正常生理功能。部分临床研究显示，肠易激综合征病人给予外源性褪黑素，能控制病人症状，给病人带来获益。

Lu等[38]以褪黑素(3 mg)治疗肠易激综合征，治疗8周后发现，服用褪黑素病人较安慰剂组疼痛明显减轻。Saha等[39]研究发现褪黑素不仅缓解胃肠道症状，对焦虑症状亦有缓解作用。

四、褪黑素镇痛作用机制

多项临床试验和基础研究均发现褪黑素具有镇痛作用，但其镇痛机制尚不明确。褪黑素能调节昼夜节律、改善睡眠，有助于改善慢性疼痛病人焦虑、抑郁和疼痛等症状；其次，研究发现褪黑素也具有直接镇痛作用，可能与褪黑素受体、GABA受体系统、阿片受体系统、离子通道等因素相关。

1.褪黑素与褪黑素受体

褪黑素受体主要包括膜受体和核受体。膜受体是G蛋白偶联受体，分为MT1和MT2受体，两种受体结构之间有70%的相似性。核受体(retinoid receptor-related orphan receptor， ROR)分为 3 种亚型，即RORα、RORβ和RORγ。研究发现，MT1和MT2受体抑制剂luzindole，或选择性MT2受体抑制剂4-P-PODT，均能减弱褪黑素的镇痛作用。Lopez-Canul等[40]发现，在大鼠脊髓神经结扎病理性痛模型中，皮下注射新型选择性MT2受体部分激动剂UCM924会产生持续的镇痛反应。这种效应是剂量依赖的，并且可以被4-P-POD所阻断，并且不会产生共济失调功能的损害。在免疫组化反应中，他们观察到MT2受体主要表达在延髓头端腹外侧的中脑导水管周围灰质区域；如果向该区域注射UCM924，那么也会产生明显的镇痛效应。由此可见，褪黑素可以通过MT2受体调节脑干下行镇痛通路发挥镇痛作用。该课题组的另外一项研究中[41]，他们在急性炎性痛的动物模型上得到了相似的结论。褪黑素受体的活化会降低腺苷酸环化酶的活性，降低细胞内环磷酸腺苷(cyclic adenosine monophosphate， cAMP)的水平[42]。褪黑素还能通过MT1/MT2抑制钙调蛋白与特定酶的结合[43]，而钙调蛋白激酶在中枢致敏过程中发挥了重要作用。褪黑素还可通过核受体抑制5-脂氧酶(5-lipoxygenase，5-LOX) mRNA表达，发挥转录调节因子作用，调控下游基因表达[44，45]。褪黑素仅对表达ROR/RZR受体的细胞发挥其抑制5-LOX mRNA的作用。褪黑素的这种作用还表明其可能在炎症反应中发挥重要作用，因为5-LOX是重要的炎症调节因子。

2.褪黑素与阿片受体

Golombek等[46]等较早就发现，在大鼠热平板实验中，褪黑素能产生镇痛效应，这种作用能被阿片受体阻滞剂纳洛酮阻断。这一研究初步揭示褪黑素镇痛作用可能与阿片受体有关。Yu等[47]通过热水甩尾试验观察大鼠对疼痛的反应，发现纳洛酮能减弱褪黑素的镇痛效应。Jeong等[48]也发现纳洛酮能抵消褪黑素诱导的大鼠痛阈升高。Lin等[49]在大鼠模型中，通过单位神经元放电记录分析法，记录缰核痛相关神经元放电活动，并观察外侧缰核痛神经元在褪黑色素作用下电活动的改变，及对伤害性刺激痛敏感性的改变。结果发现褪黑色素影响外侧缰核痛神经元的电活动，并使外侧缰核痛神经元对伤害性刺激敏感性降低，但此作用可被纳洛酮翻转。由此可见，褪黑色素可通过作用于外侧缰核的阿片受体而影响其痛相关神经元对痛刺激的反应，从而产生镇痛效应。在神经病理性痛模型及电刺激模型中，也有研究发现类似结果[50，51]。Liu等[52]发现，在小鼠坐骨神经结扎神经病理性疼痛模型中，褪黑素能改善小鼠睡眠状况，并产生镇痛作用；纳洛酮能阻断其镇痛作用，但并不对睡眠产生影响。Mickle等在小鼠内脏炎性痛模型中发现，褪黑素的镇痛作用依赖于脊髓上行传导通路，并与阿片受体系统相关[53]。上述研究均表明，在褪黑素的镇痛机制中，有阿片受体系统参与其中。

3.褪黑素与GABA系统

γ-氨基丁酸 (γ-aminobutyric acid， GABA)能神经元是人类神经中枢的重要抑制性信号通路，对痛觉感受神经元具有抑制作用，能支配、调节痛觉感受[54]。褪黑素能调节GABA受体的功能[55]。研究证实，大鼠脑内的褪黑素能增加GABA与GABA受体的亲和度，褪黑素及其类似物能直接与GABA受体结合，能增加GABA的分泌[56]。Zurowski等[50]在大鼠神经病理性痛模型中发现，GABA拮抗剂picrotoxin和纳洛酮均能抑制褪黑素的镇痛效应。该研究表明，褪黑素的镇痛机制与GABA和阿片受体系统有关。

4.褪黑素与离子通道

钾离子通道是亚型最多、作用最复杂的离子通道，在调节静息膜电位、动作电位的复极及神经递质释放方面具有重要作用。在细胞水平，褪黑素能够活化G蛋白偶联的离子通道[57]，从而抑制神经元一系列动作电位。褪黑素还能促进小脑、视交叉上核等区域神经元的钾离子释放。

钙离子通道在痛觉产生和中枢敏化过程中具有重要作用[58]。Ca2+离子通道可以调控多种参与痛觉调节的神经递质释放，包括P物质、乙酰胆碱、谷氨酸、GABA等[59]。Ayar等研究发现，褪黑素能够阻断钙离子通道，抑制神经节背根神经元Ca2+离子内流，降低细胞内Ca2+离子浓度，抑制神经递质释放，从而产生镇痛效应[60]。