褪黑素及其尿代谢产物诊断中枢性性早熟的价值与研究进展

郭豆豆，江子艺，李 欣

（华中科技大学同济医学院附属协和医院儿科，湖北 武汉 430022）

褪黑素（melatonin，MT）在自然界中广泛存在，不仅限于哺乳动物，在非哺乳动物中一些脊椎动物及无脊椎动物，甚至许多植物也有分泌。其生物作用广泛，包括调节生殖系统、调节内源性节律、增强免疫、抗氧化防御、抗肿瘤及改善睡眠障碍等，因此越来越受到人们的关注[1]。褪黑素的作用方式既包括受体依赖型，即由细胞膜的G 蛋白偶联受体（初黑素MT1、MT2 受体）及细胞核孤儿受体（RORα1、RORα2 和RZRβ）介导；也可通过受体非依赖性的途径与细胞内蛋白（钙调蛋白、微观蛋白相关蛋白等）作用产生[2]。研究证据表明，褪黑素可通过对下丘脑-垂体-性腺轴（hypothalamic-pituitary-gonadal axis，HPG axis）不同水平的抑制作用来调节哺乳动物的季节性生殖功能。与其他哺乳动物一样，人类生殖亦受褪黑素影响。人类松果体褪黑素分泌量具有时序特点，随着年龄增长逐渐减少。人在出生后数月即可分泌褪黑素，3～6 岁时达到最高峰，7～10 岁起松果体开始逐渐出现退化，青春期时褪黑素分泌降至成人水平，正好与青春期启动的年龄相吻合，老年期最低。对褪黑素及其尿代谢产物的进一步研究可以为探究性早熟发病机制、诊断中枢性性早熟（central precocious puberty，CPP）提供新的方法和参考。

1 褪黑素对下丘脑-垂体-性腺轴的抑制作用

1.1 下丘脑及垂体水平促性腺激素释放激素（gonadotropinreleasing hormone，GnRH）是下丘脑-垂体-性腺轴的中心成分，控制垂体黄体生成素（luteinizing hormone，LH）和卵泡刺激素（follicle-stimulating hormone，FSH）分泌，进而调节性腺的功能活动。褪黑素的抗性腺作用是通过负性调节GnRH 介导的神经元活动影响下丘脑GnRH 的脉冲频率及释放，从而调节生殖轴活动[3]。Roy 等[4]发现，在哺乳动物中，褪黑素可以通过激活其下丘脑神经元受体使GnRH 表达下调，从而抑制GnRH 分泌，这一过程可能涉及蛋白激酶C（PKC）和细胞外信号调节激酶1/2（ERK1/2）途径参与。此外，褪黑素可促进下丘脑促性腺激素抑制激素（gonadotropin-inhibitory hormone，GnIH）转录和分泌，对性腺有抑制作用。Chowdhury 等[5]发现2 种重要的调控鸟类和哺乳动物生殖的抑制性下丘脑神经肽，即促性腺激素抑制激素和RFRP-3（哺乳动物的GnIH 同源物）。在鸟类中，褪黑素在体外可增加下丘脑释放GnIH，抑制LH 血浆浓度，而在哺乳动物中控制RFRP-3 释放的机制仍不清楚，有待进一步研究。同时，褪黑素的合成与分泌节律由位于下丘脑视交叉上核（suprachiasmatic nucleus，SCN）的昼夜节律脉冲器产生，受到光照的抑制，过度光照暴露可抑制大鼠褪黑素分泌，对性腺有促进作用并引起性发育提前[6]。

1.2 性腺水平在性腺水平上，褪黑素对外周组织睾丸、卵巢有直接抑制作用。李涛等[7]研究发现男性生殖系统如睾丸、精子等也存在褪黑素膜受体，同时田素民等[8]发现褪黑素可使睾丸间质细胞分泌睾酮减少，导致前列腺组织萎缩，说明褪黑素对男性HPG 轴的性腺水平有直接调节作用。在女性中，辜荣飞等[9]研究结果表明，给予外源性的褪黑素可能直接通过下丘脑-垂体-卵巢轴的褪黑素受体，对女性生殖系统有显著的抑制作用。研究表明，褪黑素通过在人卵巢中表达的MT1 和MT2 受体起作用，其对卵巢中卵泡细胞的作用与对睾丸中间质细胞作用类似，卵泡内的褪黑素水平干扰了人类生殖功能的调节[10]。动物实验收集的数据也证实了褪黑素对卵泡发育起到抑制作用[11]。另外，褪黑素的抗氧化及抗凋亡作用可以改善间质细胞和卵泡细胞的质量。褪黑素对性腺类固醇的调节作用涉及多种信号通路，包括cAMP 信号通路降低类固醇合成急性调节蛋白（steroidogenesis acute regulatory protein，StAR）及PKC 信号转导通路介导的胞内钙离子浓度升高等途径，这些转导途径调节睾丸支持细胞的生理功能，从而调节精子生成，也调节雌激素和孕酮的产生。目前的研究表明褪黑素与性类固醇激素之间存在相互作用，褪黑素的作用不但影响性类固醇，而且还受性类固醇的影响，两者之间存在双向关系。这种交流取决于褪黑素水平、年龄、激素状况、组织和环境条件[12]。此外，所涉及的直接或间接机制途径也给这种相互作用带来了高度的复杂性。目前所获得的知识仍不能够揭示褪黑素和性类固醇激素之间相互作用的复杂关系[13]。

2 褪黑素与儿童下丘脑-垂体-性腺轴的关系

对新生儿促性腺激素的研究发现，褪黑素通过抑制GnRH 诱导的钙信号及促性腺激素分泌使下丘脑-垂体-性腺轴处于静止状态。褪黑素抑制HPG 轴，其机制可能包括环磷酸腺苷（cAMP）、环磷酸鸟苷（cGMP）和细胞内Ca2+途径，刺激GnRH 神经元后减少GnRH 分泌，从而抑制卵泡刺激素（FSH）和黄体生成素（LH）释放来影响生殖和性功能[14]。当褪黑素抑制作用减弱时，GnRH 脉冲式分泌的幅度和频率增加而再次激活下丘脑-垂体-性腺轴启动青春期[15]。性早熟或青春期延迟通常与褪黑激素水平异常有密切关联，尽管没有足够的数据表明褪黑激素在青春期中的重要作用[16]。综上所述，褪黑素对HPG 轴启动引发的青春期成熟有抑制作用。

中枢性性早熟儿童的夜间血清褪黑素水平明显低于同年龄青春期前儿童[17]。临床发现青春期推迟儿童夜间褪黑素处于高水平，说明褪黑素能够抑制青春期发育，而褪黑素水平降低有助于青春期启动。此外，通过检测不同形式的性腺功能减退患者血清褪黑素浓度，Kumanov 等[18]研究发现，促性腺激素和褪黑素释放之间呈明显负相关。已有研究证明血褪黑素与青春期提前启动具有相关性，褪黑素分泌下降发生在促性腺激素释放激素脉冲发生器去抑制的发育阶段[19]。这与在儿童时期促性腺激素水平较低时，褪黑素水平较高；而在老年时期促性腺激素水平较高时，褪黑素分泌减少的观点相一致。此外，一项睡眠评估的先导性研究发现，对褪黑素-睡眠-青春期三者的联系的探究，进一步理解褪黑素与中枢性性早熟之间的关联机制[20]。

3 血褪黑素及其尿代谢产物应用于诊断中枢性性早熟的前景

褪黑素主要在松果体中合成，虽然也存在于身体的其他部位，包括胃肠道、视网膜、皮肤、骨髓和淋巴细胞，但松果体以外部位的褪黑素甚少。褪黑素呈昼夜节律分泌，夜间血清褪黑素水平最高。褪黑素一旦合成，就会迅速被释放到血液和脑脊液中，然后分布到机体大多数组织中，如唾液、胆汁、精液和羊水[21]。褪黑素体内的主要代谢部位在肝脏，其次在肾脏中代谢，代谢产物大部分由尿中排泄，尿6-羟基硫酸褪黑素能可靠反应循环中褪黑素水平，从而避免了直接测量低水平血清褪黑素的挑战[22]。

根据我国最新《中枢性性早熟诊治指南（2015）》相关定义[23]，促性腺激素基础值和GnRH 激发试验对中枢性性早熟的诊断、疗效评估及随访观察具有重要意义。但该试验需要反复多次抽血，增加患儿痛苦，降低了患儿及家属的依从性。张文杰等[24]认为通过免疫化学发光法检测夜间12 h 尿促性腺激素可能对儿童HPG 轴启动的判断具有很大帮助。由于褪黑素的脉冲式释放，单次抽血标本的褪黑素水平不能代表循环水平，需多次抽血减小误差，在临床上具有难操作性。最新一项荟萃分析提示，检测晨尿中褪黑素主要代谢产物尿6-羟基硫酸褪黑素并通过尿肌酐值进行校正是正确评估夜间褪黑素总量最简单可靠的方法[25]。同时随着放射免疫分析（radio immunoassay，RIA）及酶联免疫吸附试验（enzyme-linked immunosorbent assay，ELISA）技术的不断进步，应用尿6-羟基硫酸褪黑素水平来辅助诊断儿童中枢性性早熟具有可行性且易于推广。另外，它可结合尿促黄体生成素、尿卵泡刺激素提高诊断的可靠性，但目前仍需要更多大样本研究证实尿6-羟基硫酸褪黑素水平在中枢性性早熟的诊断和疗效评估方面的作用价值。

4 讨论

越来越多临床医师及家庭开始关注儿童性早熟造成的身高及心理等不良影响。然而，目前性早熟的病因仍不清楚，中枢性性早熟是女童性早熟最常见的原因。褪黑素在夜间且呈脉冲式释放，由于受到光线的强烈抑制，白天在静脉血浆中几乎检测不到褪黑素，大约凌晨3 点褪黑素分泌量迅速上升达到高峰；同时，由于褪黑素停止产生后很快从循环中清除，所以血浆测定褪黑素水平存在诸多局限[26]。虽然测量唾液褪黑素可有效揭示循环褪黑素24 h节律性，但它仅代表循环褪黑素的游离部分，因而不适宜用来推断生物体褪黑素的绝对水平。尿6-羟基硫酸褪黑素是褪黑素主要的代谢产物，可代替血浆褪黑素水平反映下丘脑-垂体-性腺轴启动情况。因此，尿代谢产物6-羟基硫酸褪黑素有望成为诊断中枢性性早熟的可靠指标[27]。此检测具有无创性，可多次采样，并可通过在夜间无额外光线暴露情况下采集分析，从而判断儿童HPG 轴是否提前启动。故检测褪黑素水平有望成为诊断中枢性性早熟的新方法，并为性早熟的鉴别诊断提供依据。尽管关于褪黑素水平在儿童及青春期的变化仍存在争议，有部分研究认为性成熟期间循环中褪黑素水平降低是由体重增加引起的，而不是与松果体分泌减少有关[28-29]。但目前可获得的关于褪黑素与性发育相关性的研究主要集中在20 世纪80～90 年代及21 世纪初，且样本量小，结合褪黑素水平存在种族间差异及中枢性性早熟发病机制不明等因素，褪黑素在性早熟发病机制中的作用和对性早熟诊断的意义尚不明确。

褪黑素在细胞及分子水平如何对HPG 轴及性腺产生抑制作用；除了受体介导的细胞内信号如cAMP、cGMP和细胞内Ca2+途径，是否存在跨细胞膜作用或RORα1、RORα2 和RZRβ 核受体通路抑制GnRH 转录，这些问题需要后续研究进一步阐明。在将来，褪黑素在性早熟发病机制和临床应用方面仍需多中心及大样本的临床研究证实。