褪黑素对雌性动物繁殖的影响

李晓宇，许钟峯，郑 鹏

（东北农业大学 动物科学技术学院，哈尔滨 150030）

褪黑素（melatonin receptor）作为一种生殖激素可以通过控制促性腺激素和性激素的合成与分泌调节动物繁殖机能，进而参与调控雌性动物卵巢功能、季节性繁殖和生理节律等过程［1］。近年来的研究表明，褪黑素在动物生理活动中扮演着重要的角色，尤其在免疫调控［2］、物种进化［3］、抗癌［4］、抗衰老［5］等方面都发挥着十分重要的作用。文章从褪黑素对雌性动物卵巢功能的影响和对季节性动物繁殖的调控两个方面进行综述，希望对后续相关研究和生产提供帮助。

1 褪黑素对雌性动物卵巢功能的影响

卵巢是雌性动物的生殖器官，卵巢功能直接影响雌性动物的繁殖能力，进而影响养殖业的经济效益，因此维持卵巢功能稳定是雌性动物繁殖的关键因素。而雌性动物的性成熟、性激素的分泌及卵泡和黄体的发育都与褪黑素有着密不可分的关系，褪黑素在雌性动物的排卵、妊娠和分娩过程中都发挥关键作用。

1.1 褪黑素受体在卵巢中的分布

哺乳动物的褪黑素受体（melatonin receptor，MTR）有两种，分别为MT1和MT2［6－7］。C.K.Lee等［8］的研究表明，在禽类、人、大鼠的卵巢间质细胞和排卵前的卵泡颗粒细胞中都有MTR的分布。在大鼠卵巢中，褪黑素与卵巢特异性结合的受体在发情前期比发情后期有所增加，说明雌激素能调节MTR的表达［9］。另有研究表明，牛颗粒细胞的生理活动受褪黑素的调控［10］。相关研究进一步揭示了MT1在牛卵丘卵母细胞复合体中表达、而MT2基因仅在卵母细胞中表达的现象［11］。此外，研究人员还在卵泡液中发现了高水平的褪黑素，并且牛颗粒细胞中黄体细胞和卵泡中都存在褪黑素结合位点［12－13］。褪黑素受体在卵巢中的广泛分布使得褪黑素对雌性动物卵巢功能调控起着重要作用。

1.2 关于褪黑素与卵巢功能的研究

1.2.1 褪黑素参与排卵的调控 由于褪黑素主要控制促性腺激素及性激素的合成和分泌，必定会影响雌性动物的生殖相关活动。研究人员在对小鼠的研究中发现，在排卵前促黄体素（LH）分泌能够诱导卵巢颗粒细胞中MTI受体极大程度表达；同时在卵丘细胞中褪黑素合成酶SNAT（即AANAT）基因的表达水平也极显著上升，卵泡液中的褪黑素水平也随之升高［14］。这些研究结果表明，MT1很有可能是LH的下游信号分子，还可能参与调控卵巢颗粒细胞黄体化。相关试验人员进一步进行了试验，结果发现：在达到MT1受体峰前给小鼠注射外源性褪黑素能够改善小鼠新生黄体的功能；外源性褪黑素还能使小鼠血清中孕酮水平上升，提高小鼠的胚胎附植点数，增加小鼠产仔数。后续研究表明，褪黑素对卵巢中颗粒细胞的调控主要是通过PI3K－Akt信号通路、细胞基质受体（ECM－Receptor）的互作影响黄体细胞外基质重塑和血管形成实现的［15］。上述结果表明：在雌性动物排卵的过程中褪黑素可以通过排卵前LH分泌使颗粒细胞MT1受体表达量增多；同时卵丘细胞大量合成褪黑素，作用于颗粒细胞的MT1受体，然后通过PI3K／Akt信号通路、外基质重塑信号等方式调控颗粒细胞的黄体形成［14－15］。

1.2.2 褪黑素对卵泡和卵母细胞发育的调节作用先前的相关研究表明，褪黑素对体外和体内卵母细胞成熟、发育中的卵泡、胚胎发育和其他生殖活动都有作用［16－19］。对于牛而言，适当浓度的外源性褪黑素处理体外牛卵母细胞能够显著提高卵母细胞第一极体排出率，改变其细胞内形态，使线粒体在细胞内的分布更加均匀。相关研究结果也证实，适当浓度的褪黑素处理后使囊胚形成率显著提高、凋亡率下降［20］。外源性褪黑素处理体外牛卵泡试验结果表明：褪黑素能够显著促进孕酮的分泌；并且通过促进抗凋亡基因Bcl2的表达使Bcl2和Bax的比率增加，进而导致细胞凋亡率下降，起到保护细胞的效果；而且褪黑素通过PI3K／AKT信号通路介导调控牛卵泡内膜细胞凋亡和类固醇生成［21］。在对猪的研究中，褪黑素改善了猪卵母细胞体外成熟效果，促进了猪卵母细胞内谷胱甘肽酶的生成并提高了抗氧化活性，同时褪黑素对猪卵母细胞内线粒体分布有一定的促进作用，并且能清除活性氧（ROS），减少氧化损伤，从而促进猪卵母细胞的发育成熟［22］。

1.2.3 褪黑素对卵巢应激的保护作用 褪黑素对卵母细胞起着免受氧化应激的保护作用［23－24］。活性氧物质能够抑制黄体细胞中黄体酮产生，而补充适量的外源性褪黑素能有效预防这种现象并且促进妊娠早期黄体酮产生［25－26］。此外，褪黑素还可保护细胞核和线粒体DNA不受自由基的损害［27］。在对牛的研究中，研究人员在体外牛卵母细胞中加入外源性褪黑素，结果发现褪黑素显著抑制了牛体外成熟卵母细胞的氧化损伤，卵母细胞体外发育能力、胞内谷胱甘肽（glutathione，GSH）水平、线粒体正常分布比率和Bcl－2／Bax mRNA比率显著提高。进一步探究结果表明，褪黑素是通过抑制p38丝裂原活化蛋白激酶的磷酸化和胞内异常的H3K4和H3K9三甲基化修饰水平对细胞起到保护作用。在小鼠试验中，研究人员发现褪黑素通过减少细胞核、线粒体和质膜中的氧化应激来保护小鼠卵泡中颗粒细胞的完整性［28－29］。

褪黑素对热应激也有一定的保护作用。热应激是一类非常常见的环境应激，热应激容易造成母畜卵泡闭锁、卵泡细胞凋亡以及卵母细胞非正常成熟。在小鼠试验中证明，褪黑素可以促进热应激后小鼠卵母细胞的成熟，可以改善热应激后小鼠卵母细胞的纺锤体异常，还可以减少热应激后卵母细胞的早期凋亡［30］。研究者在猪的试验中同样发现，褪黑素能够提高热应激猪卵母细胞的成熟效率［31］。在对羊的研究中，研究人员不仅得到与上述相似的结果，还发现褪黑素能够抑制羊颗粒细胞的凋亡［32］。除了外源性褪黑素，研究者还研究了植物中的抗氧化剂白藜芦醇对雌性动物卵巢的应激保护作用，结果发现白藜芦醇通过改善线粒体功能来缓解热应激带来的氧化损伤，以保护猪卵母细胞体外成熟。说明白藜芦醇也有缓解动物热应激的作用；但相关试验也证实，白藜芦醇对动物热应激的缓解作用效果弱于褪黑素，当两者共同添加时缓解热应激作用达到最佳［33－34］。

2 褪黑素对季节性繁殖雌性动物的调控作用

在哺乳动物漫长的进化过程中，形成了其特有的季节性生殖节律的生活特征，这种通过环境影响和自身调控两方面介导的复杂繁殖机制使动物能够在每年最适时间进行繁殖活动，保证后代有较高的存活率，能够更好地生长发育［35］。哺乳动物的季节性繁殖通常分为长日照繁殖和短日照繁殖两种，光照时长能够影响动物体内内源性褪黑素的分泌，使褪黑素在以光照作为强信号的繁殖动物群体中发挥极其关键的介导作用［36－38］。

2.1 应用于短日照繁殖动物

常见的短日照繁殖动物有梅花鹿和绵羊。试验人员给非发情期梅花鹿母鹿注射适当浓度的外源性褪黑素，结果母鹿体内促卵泡激素（folliclestimulating hormone，FSH）浓度增加，促进了卵泡发育；同时研究人员还发现母鹿体内LH含量也显著增加，这有利于母鹿达到较好的超排效果［39］。研究人员给切除了松果体的母绵羊注射适量外源性褪黑素，导致促性腺激素释放激素（gonadotropin releasing hormone，GnRH）和LH释放量同时显著增加，从而激活其生殖活性；相反地，长日照模式中的褪黑素则会抑制母羊促黄体素的释放和其生殖活性［40］。这说明褪黑素对短日照繁殖动物的生殖活性有一定的促进作用。

2.2 应用于长日照繁殖动物

仓鼠和家猫是常见的长日照繁殖动物，仓鼠较为典型。较早的研究表明，在长日照季节雌仓鼠有很强的繁殖活力，而在短日照季节繁殖性能会降到最低［41］。试验人员将雌仓鼠置于短光照周期下，结果发现这些雌仓鼠会进入乏情期，繁殖性能受到抑制［42－43］。试验人员对切除松果体后的雌仓鼠进行观察，发现没有松果体的幼年雌仓鼠卵巢普遍比正常的大，且性成熟期提前；给这些雌仓鼠注射适量的外源性褪黑素以后，其卵巢重量减轻，性成熟期延迟。切除松果体后的成年雌仓鼠则出现发情现象，注射外源性褪黑素以后这种现象减少。因此，对于雌仓鼠来说，褪黑素有抑制其生殖活动的作用［35］。研究人员在对家猫进行研究时发现，家猫卵巢活性会随着光照时间变化而变化，即卵巢活性会随着光照时间的缩短而减弱，当日照再次变长时卵巢活性才能得到恢复［44］。此外研究人员还发现，内源性褪黑素会反向调节家猫的发情周期，褪黑素的分泌会抑制家猫雌激素生成和卵泡生长，还会导致其黄体水平下降［45］。对此，可以通过给家猫口服或注射外源性褪黑素来控制生殖。

3 展望

文章主要介绍了褪黑素在雌性动物上的一些繁殖调控作用，包括提高卵母细胞的成熟、改善黄体功能、抗应激等。其中有关褪黑素的很多技术已经在母畜繁殖生产中应用，例如连续4 d给奶牛皮下注射适量褪黑素用以提高奶牛血液中白蛋白含量，降低皮质醇、白细胞、淋巴细胞水平，提高奶牛机体免疫力，降低体细胞数［46］。奶牛配种时皮下注射适量褪黑素复合抗氧化剂用以提高奶牛产后首次配种的受胎率［47］。在梅花鹿养殖中，给超数排卵供体母鹿埋植40 mg褪黑素可以使黄体数量增加［48］。在适当季节供给适量外源性褪黑素可以促进貂、貉皮毛的生长，增加绒山羊产绒量，减少内源性褪黑素可以提高动物产奶量。综上所述，褪黑素在雌性动物繁殖方面的作用很广泛，这也激励学者更多地探索褪黑素在预防和治疗雌性动物繁殖障碍疾病上的潜在作用。目前，更多的前沿技术应用于褪黑素对雌性动物繁殖的影响研究，将有助于更深入地揭示褪黑素在动物生殖调控上的作用通路和分子机制。