长时间光照对动物与人的褪黑素作用研究进展与启示

雷颜宾 张柳琪 卢泳冀

西南医科大学，泸州市， 646000

摘要：

本文分别综述了长时间光照与褪黑素对动物与人的影响，得出褪黑素一定是生物体内尤其是人体内生物节律机制中十分重要一环的结论。结合目前生活中许多人有熬夜、睡前使用电子设备的习惯，导致身体出现异常状况的事件发生，本文还探讨了现实生活中人受长时间光照影响导致出现健康隐患的机制，给出一些恰当的生活建议。

Abstract：

In this paper, we reviewed the effects of long-term light and melatonin on animals and humans, and concluded that melatonin must be a very important link in the mechanism of biological rhythms, especially in human. Considering that many people have the habit of staying up late and using electronic devices before going to sleep, which is accompanied by the occurrence of abnormal physical conditions, this paper also discusses the mechanism of people's health risks caused by long-term exposure to light in real life, and puts forward some appropriate life suggestions based on the principle.

前言：

褪黑素（melatonin，常简称为MT或MLT）是一种广泛存在于生物体内的多功能吲哚类激素。临床研究发现，其在具有神经体液调节功能的同时，还具有抗氧化、调节睡眠、调节昼夜节律、增强免疫力、抑制肿瘤等作用，在生物生命活动中发挥重要作用^[1]。 太阳每天东升西落，人们也随之工作与歇息。从古至今，人们对于人体奥秘的探索从未停止过；工业革命以前，人们关于睡眠机制的想法往往是抽象的。华夏民族的智慧将这种现象归纳为“天人相应”理论，强调人应顺从自然的光照规律来作息；现代医学发现，褪黑素不仅在人体睡眠活动中起着举足轻重的作用，还会随光照模式的改变而改变其分泌周期^[2]。

可是，随着科技的发展，越来越多的人开始改变先辈遗传的作息，习惯在夜间工作或娱乐，延长了受光照的时间，其中一些人发生了食欲不振、失眠、脑卒中等意料之外的健康事件。对此，本综述站在循证医学的角度集中探讨长时间（泛指大于8小时每天）光照对不同的实验动物与人体褪黑素分泌影响，期望得出有用的结论，为人们提供理论参考和有价值的建议。

1. 长时间光照对哺乳动物的褪黑素影响

1.1长时间光照对小鼠褪黑素的影响及其作用

徐峰等^[3]采用模拟时差刺激的实验方法，发现光照时间的相对延长、光照制度的较大幅度改变等因素，会成为小鼠免疫功能显著降低、抗应激能力、活动力显著下降、寿命明显缩短的诱发原因。而外源褪黑素的给予能显著对抗上述症状，修复性地延长小鼠的寿命。袁崇刚等^[4]运用行为学方法，对受长时间光照的小鼠使用Y-迷宫检测小鼠的分辨、学习和记忆能力，结果表明长时间光照可引起小鼠学习记忆能力出现不同程度的下降，这种下降与小鼠的年龄相关度较小，而受光照的同时补充外源褪黑素的小鼠可在一定程度上抵抗这种下降。袁崇刚等^[5]运用毒理学方法，对受长时间光照的小鼠运用流式细胞仪检测小鼠骨髓细胞周期并进行比较，发现其骨髓S期细胞比例明显下降，G0与G1期细胞比例明显上升，细胞分裂周期明显延长。每日定时补充褪黑素的小鼠可以抵抗这种变化，而随机补充褪黑素的小鼠不可。这提示褪黑素分泌的日周期节律有促进和维持小鼠骨髓细胞高速增殖的作用。肖遥等^[6]采用血清学分析，发现光照改变可以影响小鼠褪黑素的昼夜节律，导致小鼠血褪黑素整体含量与昼夜相位的改变。钱淑雯等^[7]基于“天人相应”理论，加入中医药的使用，作褪黑素时间序列节律变化研究，发现中药的妥善使用可以增加小鼠血褪黑素的含量。徐静等^[8]发现中药方药对光-褪黑素生物信号转导周期网络运行机制的调谐作用。若辅以光照周期的归位，则对小鼠的血褪黑素分泌周期有调节作用；若不改变光照周期，则对其分泌周期没有明显影响。这一系列的交互作用均对雌鼠的改变更明显，所以推测褪黑素与雌鼠生殖系统可能存在特殊的作用。Litvinenko等^[9]采用免疫学与血清学分析，发现接受长时间光照的小鼠血液中褪黑素与CD4、CD8细胞绝对数量均会下降，外源褪黑素补偿后血液中CD4与CD8细胞绝对数量会回升。

1.2长时间光照对大鼠褪黑素的影响及其作用

刘莉莉等^[10]探究不同光照时间对大鼠血褪黑素浓度变化的影响，发现不同光照时间对大鼠松果体激素分泌褪黑素具有明显的调节作用。刘晓燕等^[11]采用人工气候模拟箱模拟与当前季节反季节的光照，发现实验组大鼠的褪黑素及性腺轴激素的分泌周期发生改变，适应了当前的光照。这说明外界环境光节律的周年变化是影响机体产生季节性生理变化的扳机;在实验结果的基础上认为分泌褪黑素的松果腺可以作为研究人体与自然内外沟通机理的切入点。 周振等^[12]、赵华等^[13]发现无论是40μW/cm2还是2000μW/cm2的900MHz微波辐射，均能减弱大鼠的自发活动、紊乱血浆褪黑素和血液睾酮水平的昼夜节律、推迟峰值时间并降低峰值水平。这些影响在大鼠深夜受辐射时最大，而在正午附近时点受影响最小。陈文俊等^[14]发现过度光照有抑制大鼠褪黑素分泌、促进性腺提早发育的作用，可导致大鼠性发育提前。

张宁等^[15]采用ELISA检测持续光照下大鼠雌鼠血清中褪黑素、雌二醇的水平；用免疫组织化学法观察褪黑素受体的表达；用RT-PCR法检测卵巢组织中雌激素受体α，β（ERα，ERβ）的mRNA的表达量。结果表明，持续光照可以抑制青春期前雌性大鼠褪黑素及其受体表达，并促进卵泡发育和卵巢雌激素受体的表达。卞宏生^[16]采用血清学技术，分析持续光照下大鼠脑内各种物质的含量变化，发现褪黑素的干预作用均与大鼠脑内DMH区域神经元活性以及多种睡眠促进物质的共同参与有关。间接说明了褪黑素的分泌是大鼠睡眠调节机制中十分重要的一环。

1.3长时间光照对山羊褪黑素的影响及其作用

王林枫等^[17]采用随机分组的方法，对不同光照时间组的绒山羊采全血进行血清学分析，发现长光照对MT有抑制作用而短光照对MT、INS分泌有促进作用；MT对PRL、IGF-I、LEP的分泌有抑制作用而对INS有促进作用；内、外源褪黑素对体内各种激素的分泌均有较大影响。血液褪黑素含量的高低能影响绒山羊的绒毛产量^[18]。毛晨羽等^[19、20]在褪黑素分泌对母绒山羊免疫和抗氧化功能的影响上深入的研究表明，短光照处理会显著提升母产绒山羊血清中MLT浓度，持续短光照能分泌更多的MLT，提高山羊的免疫和抗氧化功能，后者可能具有延缓个体衰老的功效。

2. 长时间光照对禽类褪黑素的影响及其作用

崔利宏等^[21]、龄南等^[22]、刘志楠等^[23]分别选用成年鹌鹑、7日龄雏鸭、7日龄雏鸡为实验动物分别进行实验，随机分组后接受不同程度的延长光照处理，翼下静脉采全血，用经典血细胞记计数法（WBC，RBC）在显微镜下计数，同时用比色法测定血红蛋白含量。结果表明，光照时间的延长导致褪黑素的分泌受到抑制，促使受到长光照处理的三种实验动物血白细胞数、红细胞数和血红蛋白含量显著下降。刘淑英等^[24]选用实验用鸡、鸭若干，随机分组后分别进行光照处理一段时间，后采全血进行WBC血细胞计数、ELISA分析，得到光照时间增加与内源性褪黑素水平降低存在关联；褪黑素水平降低对鸡、鸭外周血白细胞数和γ-IFN含量有显著影响，进而对鸡、鸭的免疫力产生影响。徐萌杰等^[25]将雏鸡随机分组，分别规律给予不同剂量外源性褪黑素，一段时间后采翼下静脉采全血,用白细胞分类计数法对血细胞计数，结果表明血褪黑素水平对鸡外周血中淋巴细胞和中性粒细胞百分率均有明显影响，且随着褪黑素浓度的提高。 龄南^[26]、陈大勇等^[27、28]采用与前面类似的方法处理实验动物，用流式细胞仪检测各组间鸡外周血中T、B细胞及其亚群数量的变化，与单核细胞吞噬指数的变化，发现褪黑素对T、B淋巴细胞及其亚群数量和单核细胞吞噬指数有显著的增长促进作用。在一定范围内，随着内源性褪黑素的增加，这些免疫细胞的功能进一步增强。这说明褪黑素对免疫系统存在一定的正向调节作用。而褪黑素减少总是伴随鸡的各种免疫器官与淋巴细胞功能下降、免疫细胞数量下降，这提示光照时间的增加与动物免疫功能下降在褪黑素的分子层面上存在关联。宋丽霞等^[29]使用不同光照时间处理1日龄雏鸡，采用免疫组化试验，发现由光照延长导致的褪黑素分泌降低能够刺激鸡c-fos原癌基因的表达。

3.光照因素与褪黑素因素对人类作用的研究

3.1褪黑素对人类作用的研究

大量国外研究也表明，褪黑素对人除了常见的助眠作用以外，还与多种生理活动有关^[30]。Rodriguez等^[31]发现褪黑素具有调节抗氧化酶的能力。Mayo等^[32]更进一步，发现褪黑素可以调控抗氧化酶基因表达，增加两种神经元细胞系中超氧化物歧化酶（sod）和谷胱甘肽过氧化物酶（GPx）的mRNA表达。Cipolla-Neto等^[33]发现褪黑素还是机体抗肥胖机制的因子之一，在分子层面上与脂肪细胞受体直接关联。Rahma等^[34]发现血褪黑素浓度与36~39周孕妇的子宫收缩频率存在正线性关系。

3.2光照对人类作用的研究

徐心坦等^[35]的研究结果表明，节律性光-暗循环光照有利于早产儿形成血褪黑素与血压的日间节律。毛天欣等^[36]发现光照除了传统的视觉作用外，还具有警觉性等非视觉效应。

Jones等^[37]认为夜间的人造光作为典型的非自然光源，其作用可能超出了人体的适应能力范围；过度的夜间人造光暴露极可能造成生物适应能力的下降。Green等^[38]发现睡前长时间使用带屏幕的电子设备，不仅与导致失眠、睡眠质量差有直接联系，还与次日早晨注意力水平下降存在一定关联，甚至可能影响到人体的生物节律。Tähkämö等^[39]发现夜间人工光的照射往往对人体造成负面影响，其中能最大程度抑制褪黑素分泌的光波长为424nm（紫色光）。在短期实验中，停止光照后的15min内血褪黑素浓度即开始恢复。Sletten等^[40]的研究表明，想要在短期内调回睡眠周期、改善由长期熬夜与失眠带来的身体不适症状，仅仅依靠调回睡眠周期用处不大，还需要补充外源褪黑素。Perras等^[41]发现，如果人正在经历较严重的疾病或是已经形成了相当程度的内分泌紊乱，此时仅仅再使用光照撤退的方法，对于褪黑素分泌失调也是于事无补。Phillips^[42]采用问卷方式调查后发现，延迟的和不规律的昼夜节律与本科学生学习成绩下降有一定的关联。马云会等^[43]采用采用匹兹堡睡眠质量指数（下称PSQI）量表、流调中心抑郁量表、网络成瘾（PIU）诊断问卷与手机使用及依赖问卷，对四千余名青少年进行量表测量；邢麟等^[44]采用、PSQI量表、手机使用及依赖问卷、艾森克人格问卷少年版，对一千五百余名宝鸡市青少年进行测量。结果均反映PSQI量表得分与抑郁情绪严重程度、睡眠障碍情况呈一定的正相关，青少年手机依赖程度与PSQI量表得分呈正相关；年级越高，手机依赖程度越普遍严重。

4.结论

综上所述，褪黑素是一种在多种生物体内均存在的物质，是调节生物体内昼夜节律的激素类物质，主要产生对神经、睡眠的生理作用或细胞的休眠作用，还广泛地与生物体内系统存在其它作用方式和调节关系，对不同种类的其它生物作用强度略有差异：对哺乳动物，褪黑素在一定程度上可以增强其免疫系统能力、调节血压、改善血液循环、促进性腺发育；对偶蹄目哺乳动物，褪黑素能促进性腺发育、绒毛体积增长；对禽类，褪黑素能提高免疫系统能力与外周血细胞数量，并抑制体内原癌基因的表达。

目前科学界受到广泛认可的学说认为，褪黑素会在生物体受到光照时抑制分泌，所以在实际研究中，最常用的褪黑素调控方法即为调控实验对象受到的光照。但当理论外推到人时，研究人员往往还要考虑光照对人附加作用的影响，比如光的警觉性等，光照对人的作用与褪黑素的联系还有待进一步研究。但可以肯定的是，褪黑素一定是生物体内尤其是人体内生物节律机制中十分重要的一环。

5.讨论

目前，熬夜学习、工作或娱乐，各种原因导致的睡眠质量差，都是导致现代人入睡时间推迟、有机会在夜间受到更多非自然性光照的主要因素^[16]；这些因素往往还导致起床时间的延后。在两种结果的混合作用下，大多数现代人的生活节律很容易被打破。

现有的动物实验均证明，长期的晚睡、熬夜、睡前使用光源，不仅会使动物的褪黑素周期紊乱，还会使动物各激素整体的分泌周期紊乱，进而在分子生物学层面上引发差异。短时间内，这种差异并不会导致机体出现严重不良反应。但假以时日，等到误差聚沙成塔，不良反应最终显现，人们只能追悔莫及。

可以推演、猜想人们由于持续使用带屏幕的电子产品超过预定的睡眠时间有意或无意地重复累计，这样以褪黑素为主要作用的各种激素的分泌周期极有可能会逐步偏离正常轨道：前期，褪黑素的分泌周期紊乱，会导致失眠、入睡困难等症状的发生；中期，随着褪黑素分泌时相的改变，身体中部分激素的周期也开始偏离正常范围，出现顽固性的失眠及内分泌失调等身体问题；后期由于身体部分激素的分泌时相偏移出正常范畴，继而引起整体生物节律的变化。而该变化可能进一步造成激素分泌的紊乱，最终导致内分泌失调综合征。处于这一阶段的人们仅靠光照撤退无法还原其生物节律。这样的生物机制可能是长期熬夜人群免疫力下降、各器官系统功能下降；失眠、脑卒中等恶性突发性疾病发生概率增加的机制基础。

本文给人群提供恢复节律的建议：对于处在紊乱前期的人们，可以尝试调整睡眠作息；对于处在紊乱中期的人们，调整睡眠作息的同时并外服褪黑素一段时间；对于处在紊乱后期的人们，根据前文，可考虑采用中药与褪黑素联服，调整作息的同时减少以蓝紫光为首的光污染，辅以心理辅导、精神放松的方法以恢复正常的褪黑素分泌节律。

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光照和褪黑素显著影响PRLI、GF-I的分泌类型，并促进绒山羊的绒毛生长。

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