1 Országos Környezetegészségügyi Intézet, Budapest MELATONIN: IN VIVO ÉS IN VITRO KÍSÉRLETEK Írta: Varró Mihály János dr., környezet-epidemiológus, közegészségügyi-járványügyi szakorvos, tanácsos
…És monda Isten: Legyenek világító testek az ég mennyezetén, hogy elválasszák a nappalt az éjszakától, és legyenek jelek, és meghatározói ünnepeknek, napoknak és esztendőknek. És legyenek világítókul az ég mennyezetén, hogy világítsanak a földre. És úgy lőn. Teremté tehát Isten a két nagy világító testet: a nagyobbik világító testet, hogy uralkodjék nappal és a kisebbik világító testet, hogy uralkodjék éjjel; és a csillagokat. És helyezteté Isten azokat az ég mennyezetére, hogy világítsanak a földre; és hogy uralkodjanak a nappalon és az éjszakán, és elválasszák a világosságot a setétségtől. És látá Isten, hogy jó. És lőn este és lőn reggel, negyedik nap. (Mózes I. könyve a Teremtésről, 1:14–19.) Bevezetés A Fényszennyezés.Csillagászat.Hu honlapon, az előző anyagban (Varró 2008) az éjjeli fényterhelés, a melatonin hormon és az egészség alapvető kapcsolatairól történt említés. Szó volt arról, hogy az éjjeli fény (light at night, LAN, különösen a rövidebb hullámhosszokon) gátolja a melatoninnak, ennek az erős antioxidáns, sőt, egyértelműen onkosztatikus hormonnak a termelődését, amelynek csökkent koncentrációja különféle daganatok fejlődését segíti elő. Megismerkedhettünk a melatonin termelődésének és élettanának, így többek között vérszintje szabályozásának néhány részletéről. Szó esett epidemiológiai vizsgálatok eredményeiről, közöttük a vakokon végzett felmérések adatairól, az éjszakai (különösen a váltó-) műszakban dolgozók egészségi állapotáról stb. Jóllehet az egész témakörben jelenleg sok a még megválaszolatlan kérdés, a prevenció szükségessége csak kevéssé alapul az elővigyázatossági elven, sokkal inkább bizonyítékokon. (Megjegyzendő, hogy tavaly, 2009-ben, a “Csillagászat Nemzetközi Éve” is volt.) A PubMed (www.pubmed.gov) a “melatonin” címszóra kb. 16 ezer találatot ad; e találatok legtöbbje összefoglalóra mutat, de sok (kb. kétezer), teljes terjedelemben, szabadon letölthető tudományos cikk is megtalálható a rendszerben; nagyságrendileg ugyanennyi az összefoglaló cikkek száma is e témában. – A melatoninnal kapcsolatos kérdéskörből most elsősorban az in vivo és az in vitro kísérletek korábbi eredményei kerülnek közlésre.
2
További irodalmi adalékok DAGANATOK Emlőrák A humán MCF-7 emlőrák-sejtvonalon többen vizsgálták a melatonin szerepét. Hill és Blask (1988) megállapították, hogy melatoninmentes tápfolyadékban a korábban leállt logaritmikus proliferáció folytatódott. Blask és mtsai (1997) ugyanezt az ösztrogénreceptor pozitív MCF-7 emlőrák-sejtvonalat melatoninnal, onkosztatikusan blokkolták. Azt találták, hogy e hatást a glutation szintézisének gátlásával fel lehetett függeszteni, de glutation adagolásával újra ki lehetett váltani. Rato és mtsai (1999) megállapították, hogy a melatonin megakadályozta a MCF-7 emlőrák-sejtvonal ösztradiol-indukálta növekedését, mégpedig az ösztogén-receptor DNS-hez való kapcsolódásának a gátlásán keresztül. A dimetil-benzatracénnek (DMBA) emlőrákokozó hatása van. Tamarkin és mtsai (1981) azt találták, hogy tobozmirigyirtott patkányokban e karcinogén hatást a melatonin részben kivédte. Shah és mtsai (1984) nőstény patkányokat folyamatos megvilágításnak tettek ki, és azt találták, hogy DMBA-val kezelve őket, közöttük megnőtt az emlőrákos egyedek aránya. Melatoninnal kezelve őket, teljesen kivédhető volt a hatás, de ez nem volt érvényes a tobozmirigyirtott patkányokra. Lenoir és mtsai (2005) pedig azt észlelték, hogy a megelőzésképpen adott melatonin gyakorlatilag ugyanolyan erősséggel akadályozta meg a rák kifejlődését a kezelt nőstény patkányokban, mint amilyen az utólag adott melatoninnak a kuratív hatása volt. Prosztata-tumor Jóindulatú prosztata-tumorhámsejteken – amelyek funkcionális melatoninreceptorokkal rendelkeztek – vizsgálódtak Gilad és mtsai (1997). Leírták az ösztradiol és a dihidro-tesztoszteron bonyolult összjátékát a melatonin gátlásának vonatkozásában. Inkább az előbbi két hormon egyensúlyának megbomlását, mint együttes hatást találtak: ha az egyensúly bármelyik irányba eltolódott, az proliferációhoz vezetett. A mechanizmusban a protein-kináz-C is szerepet játszott, megállapításuk szerint. Bélrák Dimetil-hidrazinnal (DMHA) vékony- és vastagbél-karcinómát váltottak ki nőstény patkányokban Anisimov és mtsai (1997). A tumorok súlyossági fokozatait (a tumorok kiterjedését, a bélfal penetrációját, valamint az indukált tumorok és az áttétek számát, átlagosan, állatonként) a melatonin csökkentette. Májrák Patkány hepatómában a linolénsav felvételét és mitogenikus szignálmolekulává való átalakulását blokkolták melatoninnal Blask és mtsai (1999). Ennek hatására a 3H-timidin csökkent mértékben épült be a sejtekbe, a DNS-tartalom is és a tumor nagysága is kisebb lett. Melatoninreceptor-blokkolókkal a hatást teljesen felfüggesztették. Általános mutagenezis (DNS) Króm(III)-mal és hidrogén-peroxiddal inkubáltak borjú csecsemőmirigyből származó DNS-t Qi és mtsai (2000). E vegyszerek hatására a 8-hidroxi-dezoxiguanozin mennyisége megnőtt. A melatonin 60–70x erőteljesebben védte ki ezt az oxidatív DNS-károsítást, mint a C- vagy E-vitamin, valószínűleg nagyobb direkt hidroxil-gyökfogó képességének köszönhetően.
3 VÉR, IMMUNRENDSZER M- és G-immunglobulin Az IgM és IgG vérszintje a melatonin koncentrációjával arányosan emelkedett Maestroninak és mtsainak (1987) vizsgálatában. E hatásban az opioid rendszernek volt szerepe, mert az opioid-receptorokat blokkoló naltrexon felfüggesztette a hatást. TÁPLÁLKOZÁS, METABOLIZMUS Fólsav Foláthiányt idéztek elő patkányokban Fournier és mtsai (2002); ez drasztikusan lecsökkentette a melatoninszintet. A folát a melatonin szintéziséhez közvetlenül szükséges. Zsírsejtek Egér preadipocita sejtjeit késztették proliferációra melatoninnal Zwirska-Korczala és mtsai (2005). Arra a következtetésre jutottak, hogy ez az indukció az MT2-es melatoninmembránreceptorokon keresztül történt, és az antioxidatív enzimaktivitás serkentésén és a lipid-peroxidáció gátlásán alapult. IDEGRENDSZER Ischémia Neurodegeneratív hatásokra, ischémiára és stroke-ra, valamint glutation-blokkolók adagolására fokozott érzékenységet találtak tobozmirigyirtott patkányokban Manev és mtsai (1996). Borlongan és mtsai (2000) megállapították, hogy hím patkányokban a mesterségesen előidézett agyi ischemia gliakárosító hatását orálisan adagolt melatonin szignifikánsan csökkentette, a gliasejtek és a neuronok túlélési ideje nőtt, az infarktusos terület csökkent a kontrollhoz képest. Az ischémia által kiváltott lokomotoros deficit is részben csökkent. In vitro szérum-depriváció, illetve szabadgyökképző vegyületek adagolása után adott melatonin csökkentette az asztrociták sejthalálát. Kainsav, szabadgyökök stb. A kainsavnak (kainic acid) in vitro patkányagy-homogenizátumba adott, a malonaldehidés 4-hidroxialkenál-szint emelkedésével jelzett lipid-peroxidációs hatását a melatonin koncentrációfüggően csökkentette, Melchiorri és mtsai (1995) tanulmánya alapján. Ebben, legalábbis részben, a melatonin szabadgyökfogó kapacitását tették felelőssé. Giusti és mtsai (1996) patkányokon végzett kainát-esszéjük alapján hasonló következtetésre jutottak. Martin és mtsai (2000) pedig ismét a glutation-homeosztázist állították a középpontba, amikor közölték, hogy a mitokondriumok oxidatív károsodását a melatonin sokkal kisebb koncentrációban védte ki, mint a C- vagy E-vitamin. Dabbeni-Sala és mtsai (2001) szintén kainsavval kísérleteztek. Melatonin előzetes adagolása felfüggesztette azt a hatást, melyet a mitokondriumok oxidatív enzimjei diszfunkciójának és reaktív oxigéngyökök képződésének tulajdonítottak. Akcay és mtsai (2005) patkányok agyában kainsavas léziókat hoztak létre, melyeket a melatonin kivédett. Megállapították, hogy a lipid-peroxidáció megszüntetésén keresztül hatott a hormon.
4 ÖREGEDÉS Élettartam A diétás kalorikus restrikció rhesusmajmok élettartamának növekedésével járt együtt Roth és mtsai (2001) kísérletében. Megállapították, hogy e növekedéssel együtt járt a plazma melatoninszintje életkorral történő csökkenésének kisebb mértéke. Fiatal egerekből vett tobozmirigy-implantátum vagy melatonin idősebb egerekben megnövelte az élettartamot Pierpaoli és Regelson (1994) tanulmányában, és ez a hatás a pajzsmirigy működésén keresztül jött létre. (Stevens és mtsainak az Environmental Health Perspectives-ben 2007-ben megjelent cikke tudományos ülésről számolt be, ahol áttekintették a kutatási ajánlásokat, a kutatás prioritási fókuszpontjait és a specifikus kutatási irányokat és szükségleteket.)
Mindezekből látható, hogy mennyire fontos, hogy a melatonin szintje megfelelő maradjon az életünkben. Óvjuk ezt éjjeli fényvédelemmel (is)!
5 Felhasznált irodalom
Akcay YD, Yalcin A, Sozmen EY. The effect of melatonin on lipid peroxidation and nitrite/nitrate levels, and on superoxide dismutase and catalase activities in kainic acid-induced injury. Cell Mol Biol Lett. 2005;10(2):321–9. Anisimov VN, Popovich IG, Zabezhinski MA. Melatonin and colon carcinogenesis: I. Inhibitory effect of melatonin on development of intestinal tumors induced by 1,2dimethylhydrazine in rats. Carcinogenesis. 1997;18(8):1549–53. Blask DE, Wilson ST, Zalatan F. Physiological melatonin inhibition of human breast cancer cell growth in vitro: evidence for a glutathione-mediated pathway. Cancer Res. 1997;57(10):1909–14. Blask DE, Sauer LA, Dauchy RT, Holowachuk EW, Ruhoff MS, Kopff HS. Melatonin inhibition of cancer growth in vivo involves suppression of tumor fatty acid metabolism via melatonin receptor-mediated signal transduction events. Cancer Res. 1999;59(18):4693–701. Borlongan CV, Yamamoto M, Takei N, Kumazaki M, Ungsuparkorn C, Hida H, Sanberg PR, Nishino H. Glial cell survival is enhanced during melatonin-induced neuroprotection against cerebral ischemia. FASEB J. 2000;14(10):1307–17. Dabbeni-Sala F, Floreani M, Franceschini D, Skaper SD, Giusti P. Kainic acid induces selective mitochondrial oxidative phosphorylation enzyme dysfunction in cerebellar granule neurons: protective effects of melatonin and GSH ethyl ester. FASEB J. 2001 Aug;15(10):1786–8. Erratum in: FASEB J 2001;15(13):2554. Fournier I, Ploye F, Cottet-Emard JM, Brun J, Claustrat B. Folate deficiency alters melatonin secretion in rats. J Nutr. 2002 Sep;132(9):2781-4.Melchiorri D, Reiter RJ, Sewerynek E, Chen LD, Nisticó G. Melatonin reduces kainate-induced lipid peroxidation in homogenates of different brain regions. FASEB J. 1995;9(12):1205– 10. Gilad E, Matzkin H, Zisapel N. Interplay between sex steroids and melatonin in regulation of human benign prostate epithelial cell growth. J Clin Endocrinol Metab. 1997;82(8):2535–41. Giusti P, Lipartiti M, Franceschini D, Schiavo N, Floreani M, Manev H. Neuroprotection by melatonin from kainate-induced excitotoxicity in rats. FASEB J. 1996;10(8):891–6. Hill SM, Blask DE. Effects of the pineal hormone melatonin on the proliferation and morphological characteristics of human breast cancer cells (MCF-7) in culture. Cancer Res. 1988;48(21):6121–6. Lenoir V, de Jonage-Canonico MB, Perrin MH, Martin A, Scholler R, Kerdelhue B. Preventive and curative effect of melatonin on mammary carcinogenesis induced by dimethylbenz[a]anthracene in the female Sprague-Dawley rat. Breast Cancer Res. 2005;7(4):R470–6.
6 Maestroni GJ, Conti A, Pierpaoli W. Role of the pineal gland in immunity: II. Melatonin enhances the antibody response via an opiatergic mechanism. Clin Exp Immunol. 1987;68(2):384–91. Manev H, Uz T, Kharlamov A, Joo JY. Increased brain damage after stroke or excitotoxic seizures in melatonin-deficient rats. FASEB J. 1996;10(13):1546–51. Martin M, Macias M, Escames G, Leon J, Acuna-Castroviejo D. Melatonin but not vitamins C and E maintains glutathione homeostasis in t-butyl hydroperoxide-induced mitochondrial oxidative stress. FASEB J. 2000;14(12):1677–9. Erratum in: FASEB J 2000;14(13):2128. Pierpaoli W, Regelson W. Pineal control of aging: effect of melatonin and pineal grafting on aging mice. Proc Natl Acad Sci U S A. 1994;91(2):787–91. Qi W, Reiter RJ, Tan DX, Garcia JJ, Manchester LC, Karbownik M, Calvo JR. Chromium(III)-induced 8-hydroxydeoxyguanosine in DNA and its reduction by antioxidants: comparative effects of melatonin, ascorbate, and vitamin E. Environ Health Perspect. 2000;108(5):399–402. Rato AG, Pedrero JG, Martinez MA, del Rio B, Lazo PS, Ramos S. Melatonin blocks the activation of estrogen receptor for DNA binding. FASEB J. 1999;13(8):857–68. Roth GS, Lesnikov V, Lesnikov M, Ingram DK, Lane MA. Dietary caloric restriction prevents the age-related decline in plasma melatonin levels of rhesus monkeys. J Clin Endocrinol Metab. 2001;86(7):3292–5. Shah PN, Mhatre MC, Kothari LS. Effect of melatonin on mammary carcinogenesis in intact and pinealectomized rats in varying photoperiods. Cancer Res. 1984;44(8):3403–7. Stevens RG, Blask DE, Brainard GC, Hansen J, Lockley SW, Provencio I, Rea MS, Reinlib L. Meeting report: the role of environmental lighting and circadian disruption in cancer and other diseases. Environ Health Perspect. 2007;115(9):1357–62. Tamarkin L, Cohen M, Roselle D, Reichert C, Lippman M, Chabner B. Melatonin inhibition and pinealectomy enhancement of 7,12-dimethylbenz(a)anthracene-induced mammary tumors in the rat. Cancer Res. 1981;41(11 Pt 1):4432–6. Varró MJ: A fényszennyezés emberi egészségre gyakorolt hatásai [internetes anyag]. P.4. http://fenyszennyezes.csillagaszat.hu/cikkek/a_fenyszennyezes_emberi_egeszsegre_gyakorolt_hatasai.html http://fenyszennyezes.csillagaszat.hu/files/images/PDF/fxnvmj1a.pdf
Zwirska-Korczala K, Jochem J, Adamczyk-Sowa M, Sowa P, Polaniak R, Birkner E, Latocha M, Pilc K, Suchanek R. Influence of melatonin on cell proliferation, antioxidative enzyme activities and lipid peroxidation in 3T3-L1 preadipocytes - an in vitro study. J Physiol Pharmacol. 2005;56 Suppl 6:91–9.
