全 文 ：植物中的褪黑激素及其功能
张贵友 ,刘伟华 ,戴尧仁

(清华大学 生物科学与技术系 ,北京　 100084)
摘　要: 褪黑激素是普遍存在于动物体内的吲哚类激素 ,具有多种复杂的生物学功能。近年来人们发现植物中也含
有褪黑激素并已经在多种植物中特别是食用和药用植物中检测出来。在植物中广泛进行褪黑激素的研究将对人类
的营养、医药和农业提供非常有益的信息。
关键词: 褪黑激素 ;植物 ;自由基
中图分类号: R282. 71　　　文献标识码: A　　　文章编号: 0253 2670( 2003) 01 0087 03
Presence and possible function of melatonin in plants
ZHANG Gui-you, LIU Wei-hua, DAI Yao-ren
( Depa rtment o f Biological Sciences and Bio tech no lo gy , T singhua Univ ersity, Beijing 100084, China )
Key words: mela tonin; plants; f ree radical
　　褪黑激素 ( melatonin)又称松果体素 ,化学名称为 N -乙
酰基 -5-甲氧基色胺。自 1958年 Lerner首先从动物松果体中
提取出来以后 ,人们对其进行了广泛的研究。 并且已经证实
从低等的涡虫类、软体类直至脊椎动物体内都有褪黑激素的
存在。 褪黑激素作为一种生物时相药 ( ch ronobo tic agent)可
以有效地改善睡眠 ,尤其是对于长时间乘坐飞机、长期夜间
工作而造成的时差综合症和盲人睡眠节律紊乱有明显的疗
效。 近年研究表明褪黑激素具有提高机体免疫机能、延缓衰
老等作用 ,因此受到普遍重视。 自 20世纪 90年代初首次在
植物中发现褪黑激素以后 ,人们陆续从多种植物中检测出褪
黑激素 ,说明其在植物中也是普遍存在的。
1　植物中褪黑激素的含量
　　 1993年开始有了关于高等植物中褪黑激素的报道 ,以
后陆续在食用植物、药用植物 [1]和其他一些植物中发现了褪
黑激素的存在 [2]。到目前为止 ,人们已经对近 50种与人类生
活密切相关的植物进行了褪黑激素含量的测定。其中包括粮
食作物、蔬菜以及药用植物。 特别引人注目的是一些褪黑激
素含量很高的药用植物 ,如表 1。 而一般脊椎动物血浆中的
褪黑激素含量在 20到几百 pg /m L的水平。 有趣的是 ,迄今
为止在马铃薯和烟草叶中没有检测到褪黑激素的存在 [3] ,而
且早在 20世纪 50年代就有人报道作为褪黑激素合成过程
中的一种重要中间产物 5-羟色氨 ,在马铃薯中的检测含量
为零。 除马铃薯外 ,所有检测过的植物种子中都含有褪黑激
素。 如果确实如此 ,那么马铃薯就可以作为一种研究褪黑激
素的对照材料。
由于植物组织中含有非常复杂的化学成分 ,所以许多学
者采用 HPLC、 RIA、液相色谱 -质谱联用 ( LC-M S)、气相色
谱-质谱联用 ( GC-M S)方法以提高检测的准确性。 通过实验
探索出一种高回收率的纯化方法和高灵敏度的检测手段对
研究植物中褪黑激素的含量水平及分布是十分重要的。
表 1　一些药用植物中褪黑激素的含量
Table 1　Melatonin contents in various medicinal plants
植物名称　　 样品 含量 /( ng· g- 1 )
菊蒿 Tanacetum parthenium 新鲜绿叶 2. 45× 103
新鲜黄叶 1. 92× 103
冻干绿叶 2. 19× 103
冻干黄叶 1. 61× 103
烤干绿叶 1. 69× 103
烤干黄叶 1. 37× 103
贯叶连翘 Hypericum perfora tum 花 4. 39× 103
叶 1. 75× 103
黄芩 Scutellaria baicalensis 7. 11× 103
美黄芩 Scutella ria lateri f lora 90
tanacet 570
苦苣菜 Silybum marianum 2
罂粟 Papaver somni ferum 6
茴芹 Pimpinel la anisum 7
亚麻 Linum usitatissimum 12
小豆蔻 E let taria cardamom um 干种子 15
紫苜蓿 E let taria cardamom um 16
胡芦巴 Trigonel la foenum -graecum 43
枸杞 Lycium barbarum 103
黑芥 B rassica nigra 129
白芥 B rassica hirta 189
2　褪黑激素的合成节律
2. 1　动物中褪黑激素的合成节律: 在脊椎动物中 ,褪黑激素
主要在松果腺中合成。 其浓度变化总是和光暗相联系 ,且以
24 h为周期。在自然条件下 ,白天浓度很低甚至检测不到 ,夜
·87·中草药　 Chinese T raditional and Herbal Drug s　第 34卷第 1期 2003年 1月
收稿日期: 2002-05-11基金项目:国家重点基础研究项目《水稻重要性状功能基因组学研究》子课题 ( 1999011600)作者简介:张贵友 ( 1960— ) ,男 ,副教授 ,硕士 ,主要从事植物细胞及分子生物学研究工作 ,承担和参加多项国家自然科学基金项目 ,发表论文 30余篇。 Tel: ( 010) 62772254　 E-mail: zhang-gy@ mail. tsinghua. edu. cn
间合成增加 ,一般其分泌高峰出现在黑暗期的第 4～ 5 h,且
受人工光照的影响。 如果在合成高峰期突然施加光照 ,褪黑
激素的含量将急剧下降。动物体内褪黑激素含量的节律性变
化与动物表现出的许多周期性行为相关 ,如睡眠 -觉醒、迁徙
和繁殖等。但是动物中除松果腺外其他部位褪黑激素的合成
并不遵循严格的昼夜节律性。
2. 2　植物中褪黑 激素的合成节 律: 在 检测红叶 藜
Chenopodium rubrum L.中褪黑激素时 ,以 12-12 h光照 -黑
暗的光周期中 ,光照时几乎检测不到褪黑激素 ,在黑暗期开
始合成 ,并于黑暗处 4～ 6 h达到峰值。这与动物松果体中的
昼夜节律十分相似 [4]。我们在检测黄芩叶中褪黑激素含量时
也发现白天和夜晚存在很大的差异 ,夜间合成量约是白天的
3～ 4倍 (待发表 )。 但究竟植物中是否存在着类似动物松果
体的节律以及生物学意义还需要进行深入的实验加以考证。
Van Tassel D L等实验表明 ,西红柿和牵牛花的器官中并未
出现昼夜节律性 ,而西红柿的果实中褪黑激素的含量随着果
实的成熟、完熟和后熟而呈升高趋势 [5]。在翠叶芦荟 Aloe ve-
ra Auth和贯叶连翘中褪黑激素的含量也不存在昼夜差异。
有些植物在不同的环境温度下 ,褪黑激素的合成出现明显差
异。因此不同的植物、植物的不同部分、不同的生长时期以及
植物生长发育所处的环境不同都与褪黑激素的合成有关。
3　褪黑激素的合成途径
3. 1　动物中褪黑激素的合成途径: 有关动物体内褪黑激素
的合成路线已经研究的比较清楚。它的合成前体来源于体内
的一种必需氨基酸—— 色氨酸 ,在脑中由松果体细胞摄入
后 ,经过色氨酸羟化酶 ( T PH)的作用生成 5-羟色氨酸 ( 5-
HTP) , 5-HTP在芳香氨基酸脱羧酶的作用下形成 5-羟色胺
( 5-HT )。 松果体内的 5-HT再经芳香烷胺乙酰转移酶 ( AA-
N AT )的催化生成 N -乙酰 5-HT,最后经羟基吲哚甲基转移
酶 ( HIOM T )的催化形成褪黑激素。
3. 2　植物中褪黑激素的合成途径: 植物是否遵循动物体内
的合成途径目前还不清楚 ,但动物体内褪黑激素合成的前体
物质 5-羟色胺早在 20世纪 50年代就已经从水果和蔬菜中
检测出来 [3] ,而且有实验证实色氨酸为 5-羟色胺的合成前
体 [5]。 由此推测 ,从色氨酸到褪黑激素的合成途径在动植物
中是类似的。 因为褪黑激素具有亲水和亲脂的双重性质 ,可
以自由出入细胞 ,所以植物中具体合成器官以及合成位点现
在还不清楚。
4　褪黑激素的功能
4. 1　动物中褪黑激素的功能: 在动物体内褪黑激素的功能
可概括为以下 4种: ( 1)免疫系统作用。 如褪黑激素可与 T
细胞上的受体结合激活 cAM P,促进 Th1细胞释放白介素
2, 4和 γ干扰素 ,促进人体单核细胞释放白介素 1, 6, 12,从
而提高免疫系统的机能 [6 ]。 ( 2)生殖系统作用。在哺乳动物的
垂体、下丘脑、甲状腺等处存在着褪黑激素的受体 ,调节着动
物的生殖行为。 ( 3)抗氧化剂作用。褪黑激素作为一种电子供
体 ,可以直接解除过氧化氢、羟自由基、一氧化氮等的毒
性 [7] ,也可以通过激活体内的抗氧化酶体系而发挥作用。 ( 4)
褪黑激素作为一种节律信号 [8] ,可以控制睡眠与觉醒周期以
及季节性行为等。从褪黑激素的分泌位点和受体分布的多样
性也可以看出 ,其在有机体内的作用是复杂的。
4. 2　植物中褪黑激素的功能: 目前对于褪黑激素在植物中
作用的研究还不深入 ,许多观点都是根据褪黑激素在动物体
内的功能推测而来。 早在 1973年就有人发现褪黑激素可以
抑制洋葱根尖的有丝分裂 ,但此后再没有相关的报道。 现在
有实验表明对短日照开花植物红叶藜施以外源褪黑激素可
以影响开花 [9] ,这与动物中褪黑激素对生殖的影响有些类
似。有学者认为褪黑激素作为一种黑暗的信号分子通过叶中
的光受体传导到顶端分裂组织 ,进而诱导植物的成花过程。
还有学者提出褪黑激素可能参与种子休眠过程的调节。褪黑
激素在植物中的作用机制还需进一步研究 ,特别在植物成花
过程中的作用仍有许多谜底尚待揭开。
褪黑激素可与羟自由基反应生成 cyclic-3-hydroxymela-
tonin,与过氧化氢反应生成 N 1-acetyl-N 2-fo rmyl-5-methox-
ytr yptamine等 [7, 10 ]。同时 ,褪黑激素可以通过激活体内的抗
氧化酶体系间接起到抗氧化作用。因此可以推测褪黑激素在
植物体内也起着抗氧化剂作用 [11, 12] ,尤其是在花和种子中存
在较高含量的褪黑激素可以起到良好的种质保护作用。高含
量的褪黑激素可以使其抵御由于低温、干旱、紫外线辐射等
逆境对植物造成的胁迫 ,有效防止其细胞结构和生物大分子
受到氧化伤害。 一些生长在高海拔地区的植物 ,生长环境极
其恶劣 ,但这些植物体内往往含有较多的褪黑激素。西红柿是
呼吸跃变型植物 ,在果实成熟过程中呼吸作用增强 ,各种酶的
表达量不断增加 ,代谢水平显著提高 ,同时也导致过氧化物、
自由基升高 ,而此时褪黑激素的表达水平也明显提高。当把在
25℃下培养的芦荟转移到 4℃时 ,褪黑激素的含量增加 [11 ] ,可
见褪黑激素与植物对低温胁迫的抵御作用存在某种联系。 有
学者发现芥菜 ( m usta rd)等植物可以在受到金属污染的土壤
中生存 [13] ,这种抵御金属污染的能力可能与这些植物体内含
有较高水平的褪黑激素有关 ,因为褪黑激素可以通过与金属
螯合而起到保护细胞和生物大分子的作用 [14]。
5　展望
　　一些研究显示 ,以富含褪黑激素的植物饲喂鸟类后 ,血
浆中褪黑激素浓度升高。而且从植物中获得的褪黑激素可以
结合在老鼠脑中的褪黑激素的受体上 ,因此植物来源的褪黑
激素同样可以在动物体内发挥作用。 人口服 0. 1 mg褪黑激
素就可使血浆中褪黑激素浓度升高 [15]。 我们曾以一定浓度
的褪黑激素饲喂小鼠 ,发现可以使其退化的胸腺得到一定程
度的恢复 ,同时在体外实验中观察到褪黑激素可以明显抑制
由羟自由基诱导的胸腺细胞的凋亡 [16]。 而经常食用富含褪
黑激素的食品 ,可明显提高血液中褪黑激素的浓度。 一些菊
科植物的制备物和黄芩的叶子 ,可以用于偏头痛以及轻微的
神经系统疾病的治疗 [16 ]。
尽管人们对植物中褪黑激素的研究还很少 ,但是毕竟开
拓了褪黑激素研究的一个新的、富有吸引力的领域。 对植物
中褪黑激素的含量和功能的深入研究 ,将有助于人们深刻揭
·88· 中草药　 Chinese T raditional and Herbal Drug s　第 34卷第 1期 2003年 1月
示植物光周期运动的内在机制 ,同时也将为人类合理利用植
物资源提供理论依据。我们相信许多学者对大量的药用和食
用植物中褪黑激素的含量水平的研究将会为人类的营养、医
药和农业生产等提供非常有益的信息。
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人工神经网络在中药领域中的应用现状及前景
张东方 1 ,沙　明 1 ,杨松松 1 ,李一波2 ,曹爱民1 ,孟宪生 1

( 1. 辽宁中医学院 中药系 ,辽宁 沈阳　 110032;　 2. 沈阳航空工业学院 ,辽宁 沈阳　 110032)
摘　要: 随着模式识别理论的发展 ,人工神经网络的实践也得到了迅速的提高 ,在诸多领域都有广泛应用。 1990年
以来 ,人工神经网络技术在中药研究领域得到了大量的应用 ,在中药材的分类识别、中药制剂分析、中药药动学、药
效学以及中药化学结构预测等学科有广阔的应用前景。
关键词: 人工神经网络 ; B-P网络 ;中药
中图分类号: R28　　　文献标识码: A　　　文章编号: 0253 2670( 2003) 01 0089 03
Present condition and perspective of utilization of artificial
neural network in Chinese materia medica field
ZHANG Dong-fang1 , SHA Ming1 , YAN G Song-song1 , L I Yi-bo2 , CAO Ai-min1 , M ENG Xian-sheng1
( 1. Depa rtment o f Chinese Ma teria Medica, Liaoning Co lleg e o f TCM , Shenyang 110032, China;
2. Aviation Po ly tech nic Co llege o f Shenyang, Sh enyang 110032, China)
Key words: a rtificial neural netw ork ( ANN); B-P netw o rks; Chinese materia medica
·89·中草药　 Chinese T raditional and Herbal Drug s　第 34卷第 1期 2003年 1月
收稿日期: 2001-09-10作者简介:张东方 ( 1975— ) ,男 ,辽宁中医学院 2001级生药学专业在读博士研究生 ,研究方向为中药活性成分研究及新药开发。
Tel: 024( 86237503)　　 E-mail: Lnorien t@ ho tmai l. com