高偉星，馬慧，楊敏娜，方偉楠，白薩茹拉，曲永利*

（1.黑龍江八一農(nóng)墾大學動物科技學院，黑龍江大慶 163319；2.北京首農(nóng)畜牧發(fā)展有限公司，北京 100076）

隨著飼用抗生素全面禁止，抗生素替代物的研究受到廣泛關注，其中對褪黑素的研究逐漸熱化。有研究表明，褪黑素通過調(diào)節(jié)免疫細胞活性、促進免疫器官的生長，以此調(diào)節(jié)和提高動物體的免疫功能，即褪黑素能夠從多方面改善畜禽自身健康狀態(tài)，增強機體免疫和抗氧化能力，同時褪黑素對不同畜禽產(chǎn)品的產(chǎn)量及質(zhì)量均有積極作用，但目前對于改善奶牛、肉牛產(chǎn)品品質(zhì)的研究報道較少。因此，對于褪黑素在奶牛、肉牛產(chǎn)品中的開發(fā)研究仍需不斷探索。

褪黑素是一種由松果體分泌的來源于色氨酸的胺類神經(jīng)內(nèi)分泌激素，又稱為美拉酮寧、抑黑素、松果胰素等，是動物、植物及微生物體自行產(chǎn)生的內(nèi)源性物質(zhì)，可作用于動物體全身的多個器官、組織和細胞，具有調(diào)節(jié)生物節(jié)律、改善睡眠、調(diào)控生殖活動、抗氧化、抗腫瘤及清除體內(nèi)自由基等多種生理和藥理作用。褪黑素作用甚廣，將其科學應用于養(yǎng)牛生產(chǎn)中，不僅能為動物健康提供保障，而且能大大提升牧場效益。本文主要綜述了褪黑素在奶牛生產(chǎn)中的應用研究進展，為其進一步研究及合理應用提供參考。

1 褪黑素的發(fā)現(xiàn)及其合成

1.1 褪黑素的發(fā)現(xiàn) 對哺乳動物松果體的系統(tǒng)研究始于19 世紀80 年代，大約在1900 年，開始對松果體的生物學作用進行研究。1958 年Lerner 等發(fā)現(xiàn)褪黑素（N-乙酰-5-甲氧基色胺）僅由松果體產(chǎn)生，Quay等觀察到松果體中的血清素水平白天較高，晚上較低，光照周期的變化導致松果體血清素發(fā)生相應變化，他還發(fā)現(xiàn)了松果體褪黑素的每日節(jié)律與松果體中血清素變化水平恰恰相反，這些觀察結(jié)果表明，光周期調(diào)節(jié)松果體的運動節(jié)律，而松果體血清素的夜間下降是由于褪黑激素增加。1975 年Raikhlin 等利用免疫細胞化學鑒定腸黏膜、腸嗜鉻細胞中存在褪黑素，并推測胃腸道和血漿中的褪黑激素含量約比松果體分泌的褪黑素含量分別高400 倍和10～100 倍。

1.2 褪黑素的合成 1969 年Wurtman 等研究指出，哺乳動物的松果體不是腺體，而是“神經(jīng)內(nèi)分泌傳感器”。它的作用是將神經(jīng)信息轉(zhuǎn)化為內(nèi)分泌輸出。它通過制造一種獨特的酶來響應交感神經(jīng)的輸入，這種酶催化松果體激素褪黑素的合成。隨著時間推移，在后續(xù)研究中也發(fā)現(xiàn)，哺乳動物的各種器官、組織和細胞內(nèi)也可合成褪黑素，包括肝臟、腎臟、卵巢和睪丸、胎盤、子宮內(nèi)膜、卵母細胞、精子和乳腺等。

1.2.1 褪黑素在生物體內(nèi)的合成 褪黑素在生物體內(nèi)主要合成途徑如圖1，其中6-羥基褪黑素為動物體主要代謝產(chǎn)物。

圖1 褪黑素生物體內(nèi)合成與代謝

1.2.2 化學法合成褪黑素 通過植物及動物體提取褪黑素的工藝繁瑣且產(chǎn)出率較低，因此主要通過化學法合成褪黑素，化學法合成褪黑素的途徑有很多種，如以丙稀晴和丙二酸二乙酯為原料合成褪黑素、以1,3-二溴丙烷和鄰苯二甲酰胺鉀及對甲氧基苯胺為原料合成褪黑素、以4-氯-1-丁醇和4-甲氧基苯胺為原料合成褪黑素、以-丁內(nèi)酯和對甲氧基苯胺為原料合成褪黑素。其中，以-丁內(nèi)酯和對甲氧基苯胺為原料合成褪黑素的方法如圖2 所示，經(jīng)開環(huán)、加氫還原、重氮化、再還原、水解、縮合和乙酰化等加工過程，主要為4-氯丁醛的制備、4-甲氧基苯肼鹽酸鹽的合成和N-乙?；?5-甲氧基色胺（MT）的合成。

圖2 γ-丁內(nèi)酯和對甲氧基苯胺為原料合成褪黑素

2 褪黑素養(yǎng)牛生產(chǎn)中的應用

2.1 褪黑素可提高牛繁殖效率 褪黑素在牛卵巢中起到強大的抗氧化作用，能夠降低卵巢氧化應激同時使得卵母細胞免受損傷。卵泡發(fā)育決定后期胚胎發(fā)育，褪黑素受體MT1 能夠在牛的早期胚胎中持續(xù)表達，進而可對機體繁殖類激素進行調(diào)控，與成熟卵泡相比不成熟卵泡含有大量的褪黑激素且含量與孕激素產(chǎn)生正相關。褪黑素含量可能影響機體孕激素合成與分泌，從而促進卵母細胞發(fā)育與成熟，同時由于褪黑素作為抗氧化劑，能夠抑制卵母細胞凋亡，從而改善胚胎發(fā)育環(huán)境及發(fā)育能力，進而提高胚胎妊娠率。研究顯示，荷斯坦奶牛從產(chǎn)后至配種時，褪黑素濃度最高值出現(xiàn)于配種時期，配種當天體內(nèi)注射褪黑素能夠顯著提高荷斯坦奶牛春季和夏季產(chǎn)后首次配種受胎率，夏季顯著提高10.1%，春季顯著提升11.2%。

2.1.1 褪黑素可改善精液品質(zhì) 褪黑素作為一種強大的抗氧化劑，能夠提高精子線粒體活性，保證精子頂體完整性，清除體內(nèi)過多的活性氧（ROS）。Li 等將公牛精液通過一系列處理加入到培養(yǎng)基中，38.5℃恒溫培養(yǎng)1.5 h 后發(fā)現(xiàn)，添加褪黑素濃度為10mol/L 和10mol/L 時，精子存活率分別為46.9% 和31.6%，較對照組顯著提高23.2%；晚期精子凋亡率分別為31.2%和32.3%，較對照組顯著降低52.8%；使用褪黑素為10mol/L 時，其精子的頂體完整度、精子死亡率及精子獲能性顯著高于對照組及10mol/L 褪黑素組，且褪黑素組均高于對照組。周凌博等研究發(fā)現(xiàn)，湘中黑牛精液中添加10mol/L 與10mol/L 褪黑素能夠顯著提高精子質(zhì)膜完整性、線粒體活性及頂體完整性，同時能夠顯著降低精子細胞內(nèi)的ROS 水平。

2.1.2 褪黑素可加快卵母細胞分裂 Pang 等研究了褪黑素對牛卵母細胞成熟后胚胎發(fā)育的影響，通過體外培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)，10mol/L 和10mol/L 褪黑素組第一極體裂解率（79.1%和82.5%）顯著高于對照組（74.8%），而10mol/L 組與對照組間無明顯差異；而后，添加褪黑素會顯著增加成熟卵母細胞的數(shù)量，試驗組卵母細胞外周皮質(zhì)粒的比例明顯高于對照組，且褪黑素濃度為10mol/L 時外周皮質(zhì)粒最高。Sheikh 等研究發(fā)現(xiàn)，當牛卵母細胞體外培養(yǎng)基中添加10mol/L 與10mol/L褪黑素時，卵母細胞總裂解率較對照組顯著提高。Zhao 等研究結(jié)果表明，當試驗組褪黑素的添加量為10mol/L 與10mol/L 時，體外培養(yǎng)卵母細胞的細胞核、線粒體、皮質(zhì)粒、谷胱甘肽（GSH）等均顯著高于對照組，且褪黑素含量為10mol/L 時達到最大值。

褪黑素可在卵巢和睪丸中合成，反映了其潛在的生理生殖分泌調(diào)節(jié)過程，能夠加快母牛卵母細胞的成熟，改善精液品質(zhì)，誘發(fā)精子和卵母細胞自身保護機制的啟動，抗氧化性增強，減弱外界環(huán)境對其氧化作用，從而降低精子凋亡率，促進卵母細胞裂解，提高胚胎發(fā)育效率。

2.2 褪黑素可增強免疫因子抗性 Yu 等通過從12 頭荷斯坦奶牛乳中分離和純化上皮細胞進行培養(yǎng)后得出，褪黑素能夠降低促炎細胞因子、趨化因子等表達，其中包括腫瘤壞死因子-、白細胞介素（IL）-1、IL-6、趨化因子CC 基序配體CCL2、CCL5、血清淀粉樣蛋白A、觸珠蛋白等，且注射褪黑素能夠增加脂多糖（LPS）刺激的乳腺上皮細胞（bMECs）活力，使bMECs 免受LPS 誘導的炎癥和氧化劑應激損傷，其作用機制可能與褪黑素的抗氧化、抗炎和免疫增強作用有關，褪黑素能增強免疫機制，能刺激活化免疫細胞，促進阿片肽的釋放，增加抗體的生成。

2.3 褪黑素可降低牛奶中體細胞數(shù)（SCC） 乳房炎引起的牛奶SCC 過高，嚴重影響牛奶質(zhì)量，每年造成巨大的經(jīng)濟損失，并影響消費者健康。如上所述，褪黑素能夠降低促炎因子的表達。Yang 等將120 頭患有乳房炎的奶牛分為4 組，每組中一半數(shù)量的奶牛植入褪黑素，發(fā)現(xiàn)褪黑素植入顯著降低了SCC。Yao 等選取SCC 值在0.4 萬～70 萬/mL 的荷斯坦奶牛35 頭并隨機分為7 組，分別飼喂40 mg/（頭·d）與80 mg/（頭·d）7、14、21 d，試驗結(jié)果顯示，飼喂第7 天，乳中SCC開始下降且14 d 后，乳中SCC 極顯著降低，飼喂21 d后，結(jié)果與飼喂14 d 相同，在停飼后，SCC 持續(xù)下降5～7 d。Wu 等挑選3個不同牧場且分別在不同季節(jié)及各個年齡段及不同泌乳時期的健康荷斯坦奶牛進行試驗，于10:00 將褪黑素稀釋液皮下注射9.3 mg/d，連續(xù)4 d 并在褪黑素注射前和注射后15 d，收集鮮牛奶進行DHI（Dairy Herd Improvement）分析，結(jié)果顯示，在不同年齡段中，年齡最大（7 歲）的奶牛SCC 值最高。

2.4 改善乳品質(zhì) 褪黑素是一種有效的抗氧化劑，具有重要的營養(yǎng)和藥用價值。Wang 等給試驗組荷斯坦奶牛皮下注射4.64 mg 褪黑素后，產(chǎn)奶量較對照組略有提高，乳脂肪濃度顯著降低。Avilés 等研究指出，在干奶期給予褪黑素對哺乳期具有催乳作用，試驗組在耳皮下植入18 mg 褪黑素后，前14 周泌乳期內(nèi)試驗組產(chǎn)奶量顯著高于對照組，但對乳脂及乳蛋白無顯著差異。Yao 等研究表明，褪黑素組牛奶的蛋白含量顯著高于對照組，且飼喂褪黑素第14 天和21 天時乳脂及干物質(zhì)含量顯著高于對照組；但飼喂40 mg/頭褪黑素組在第14 天及21 天時牛奶中乳糖含量顯著低于對照組。Wu 等研究結(jié)果顯示，皮下注射褪黑素組蛋白質(zhì)含量在秋季時顯著高于對照組；在春季、夏季和冬季乳糖含量顯著高于對照組；在春季時乳脂含量顯著減少，但對牛奶干物質(zhì)和尿素氮均無顯著影響。

褪黑素能夠影響產(chǎn)奶量及乳成分，其主要影響乳中脂肪、乳糖及蛋白含量，但相關研究結(jié)果各不相同，分析其原因可能由于褪黑素添加量不同，也可能由于褪黑素在機體內(nèi)代謝具有時效性，測試時間不同導致褪黑素對乳成分的影響不同。

2.5 褪黑素對母牛及后代的影響 Brockus 等在妊娠期第190～262 天給荷斯坦奶牛飼喂褪黑素20 mg/（頭·d），發(fā)現(xiàn)對照組與試驗組之間母牛體重、干物質(zhì)采食量、犢牛體重與妊娠時間等指標均無差異。相反，McCarty 等選取32 頭頭胎牛和25 頭經(jīng)產(chǎn)牛（該品種包括8 頭赫里福德、28 頭安格斯和21 頭主要是安格斯繁殖的雜交品種）在妊娠第180 天時隨機分為2 組飼喂，試驗組每30 天耳皮下植入褪黑素24 mg/頭，產(chǎn)犢后195 d 時對15 頭公犢進行去勢并收獲睪丸組織進行生精小管分析，發(fā)現(xiàn)試驗組與對照組頭胎牛體重無差異，但經(jīng)產(chǎn)牛試驗組（580.0 kg）較對照組（572.0 kg）趨于增加；與對照組相比較，母牛及犢牛體內(nèi)褪黑素含量顯著增加，在妊娠240 d 時，母牛子宮動脈血流量極顯著增加；斷奶時，生精針葉管直徑和面積無差異，試驗組出生的公犢牛體重及其陰囊周長較對照組顯著增加。以上結(jié)果均表明，褪黑素均未對母牛及其后代產(chǎn)生不良影響。

3 小結(jié)與展望

褪黑素作為一種強抗氧化劑能夠延長精子凋亡時間及加快卵母細胞分裂。褪黑素的使用能夠增強機體免疫能力、降低奶牛乳中SCC、增加產(chǎn)奶量及改善乳品質(zhì)；褪黑素使用對母牛及犢牛并未出現(xiàn)不良影響，可促進公犢牛生長發(fā)育。因此，褪黑素可用于肉牛、奶牛養(yǎng)殖生產(chǎn)中，以提高其生產(chǎn)效率。

盡管褪黑素對動物機體本身具有積極促進作用，但就目前國內(nèi)外研究中，對于經(jīng)動物體轉(zhuǎn)化而生產(chǎn)的“褪黑素產(chǎn)品”在臨床驗證的相關報道少之又少。同時，由于褪黑素合成及提取工藝繁瑣，成本較高，在畜牧生產(chǎn)中的應用僅局限于試驗動物，對于畜產(chǎn)品的批量生產(chǎn)存在局限性。相信在不久的將來，關于褪黑素在養(yǎng)牛生產(chǎn)中使用及畜產(chǎn)品研發(fā)等難題將會被逐個攻克并被廣泛應用于實際生產(chǎn)當中。