Метаанализ экспериментальных исследований влияния монотерапии мелатонином на уровень тиреоидных гормонов и глюкокортикоидов у крыс, содержащихся в стандартных условиях

ОБОСНОВАНИЕ

В настоящее время гормон эпифиза мелатонин активно исследуется на предмет использования для профилактики и терапии сердечно-сосудистых, эндокринных, нервных, психических, онкологических и других заболеваний. Широкий спектр терапевтических эффектов мелатонина (гипотензивный, кардиопротективный, улучшение показателей липидного профиля, иммунопротективный, антипролиферативный, нейропротективный, антидепрессивный и др.) объясняется тем, что чувствительные к мелатонину мембранные и ядерные рецепторы расположены практически во всех органах и тканях [1]. Изучая терапевтическое действие мелатонина, исследователи делают основной акцент на его эффекты, реализующиеся через мелатонин-чувствительные рецепторы органов-мишеней (сердца, сосудов, печени, поджелудочной железы, селезенки, тимуса и т.д.), а также на антиоксидантные свойства. При этом часто игнорируется эффект мелатонина на активность тиреоидных гормонов (ТГ) и кортикостерона (КС), которые определяют общий метаболизм.

Известно, что увеличение эндогенного мелатонина при уменьшении длины дня вызывает у позвоночных уменьшение секреции тиреотропного гормона гипофиза (ТТГ) в рars tuberalis, уменьшение активности дейодиназы 2, увеличение активности дейодиназы 3 и снижение уровня активного трийодтиронина (Т3) [2]. Несмотря на то, что уровень глюкокортикоидов также имеет четкий суточный и сезонный профиль, до сих пор нет однозначных представлений о механизмах регуляции секреции гормонов коры надпочечников с помощью мелатонина. Установлено, что супрахиазматическое ядро гипоталамуса контролирует циркадную секрецию глюкокортикоидов через моносинаптические проекции в паравентрикулярное ядро гипоталамуса, регулируя уровень кортикотропин-рилизинг гормона, а также через полисинаптический путь к надпочечникам [3][4]. В работе [4] было продемонстрировано вызванное светом быстрое снижение уровня кортикостерона в плазме, которое не было связано с уменьшением уровня адренокортикотропного гормона гипофиза (АКТГ). Есть предположение, что эффект АКТГ на кору надпочечников будет определяться сезоном и уровнем половых гормонов. Также есть мнение, что масса надпочечников зависит от сезона [5]. В некоторых исследованиях была обнаружена взаимосвязь между уровнем тиролиберина и концентрацией АКТГ [6]. В структурах головного мозга, ассоциированных с биологическими ритмами (супрахиазматическое ядро, pars tuberalis гипофиза), а также в надпочечниках представлены в основном мелатонинергические рецепторы 1 типа (МТ1) [7-9]. При этом в щитовидной железе (ЩЖ) были идентифицированы МТ1 и МТ2 рецепторы [10].

Исследования показали, что дефицит эндогенного мелатонина оказывает влияние на уровень ТГ и КС. Так, после удаления пинеальной железы у крыс наблюдалось увеличение уровня ТТГ, свободного тироксина (свТ4) и свободного трийодтиронина (свТ3) без существенных изменений общего Т4 и Т3 [11][12]. Постоянное освещение было ассоциировано со снижением Т4 у самцов, но не у самок [13]. У крыс, содержащихся при длинном дне, в среднем уровень ТГ и КС был выше, чем у животных, находящихся в условиях короткого дня или стандартного освещения [14]. Однако есть наблюдения, что постоянное освещение снижает средний уровень КС, поскольку полностью нивелирует акрофазу [15]. Пинеалэктомия вызвала у крыс увеличение среднего уровня АКТГ и КС, а также изменение циркадного профиля КС [12][16][17]. В противоположность, в исследовании [18] не было зафиксировано каких-либо изменений в суточном ритме и концентрации мелатонина и КС после пинеалэктомии. По результатам одних исследований, пинеалэктомия увеличивала массу надпочечников [19], по результатам других — не изменяла массу надпочечников, но увеличивала массу ЩЖ [20]. Введение экзогенного мелатонина нивелировало эффекты пинеалэктомии на уровень свТ3 и свТ4, но не КС [12]. В условиях постоянного освещения мелатонин незначительно снижал уровень Т3, но не Т4 [13].

ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ

Цель нашей работы — исследовать с помощью метаанализа публикаций эффект монотерапии мелатонином на концентрацию ТТГ, ТГ, АКТГ и КС у крыс без патологий, содержащихся в стандартных (или близких к стандартным) лабораторных условиях. Экспериментальные исследования действия мелатонина на параметры общего метаболизма у крыс интересны в том числе по причине того, что репродуктивная функция крыс, как и у людей, не имеет четко выраженной сезонности.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Метаанализ был выполнен в соответствии с рекомендациями PRISMA (http://www.prisma-statement.org). Поиск исследований осуществлялся весной-летом 2023 г. на английском и русском языках независимо двумя людьми в базах PubMed, Scopus, Google Scholar, elibrary без ограничения периода публикации. При поиске были использованы ключевые слова, связанные с ТГ и глюкокортикоидами (щитовидная железа, надпочечники, тиреотропный гормон гипофиза, тиролиберин, трийодтиронин, тироксин, адренокортикотропный гормон гипофиза, кортикотропин-рилизинг гормон, кортикостерон, кортизол), которые сочетались с воздействием (мелатонин, терапия мелатонином, инфузия мелатонина), объектом исследования (крысы). Кроме того, дополнительно были просмотрены списки литературы публикаций, отобранных для метаанализа.

В метаанализ были включены исследования только монотерапии мелатонином. Отбирались работы, в которых животные содержались в стандартных лабораторных условиях или условиях, близких к стандартным. Были исключены исследования, в которых крысы находились при постоянных или непропорционально длительных темноте или освещении. Если в публикации не были уточнены условия содержания, то мы считали, что животные содержались в стандартных лабораторных условиях. Также мы исключили экспериментальные работы, поставленные на линиях крыс, чувствительных к изменению фотопериода (например Fisher) и с генетическими нарушениями метаболизма (например Zucker). В метаанализ включались исследования, проведенные только на интактных или ложнооперированных животных. Исключались работы с использованием крысят до 1,5 месяца возраста и беременных самок. Время введения мелатонина и регистрации показателей также имели значения для отбора работ, в которых мелатонин вводился однократно. В этом случае были отобраны только те исследования, в которых после однократного введения мелатонина регистрация показателей была осуществлена не позднее 60 мин после введения гормона. В статистический анализ не были включены работы, исследующие эффекты мелатонина при центральном введении. Кроме того, были исключены публикации, в которых результаты были отображены в непонятной форме, не позволяющей оценить среднее значение и SD / SEM.

Из отобранных работ извлекались данные по уровню в крови ТТГ, Т3, Т4, свТ3, свТ4, КС, массе щитовидной железы и надпочечников (абсолютной и относительной). После извлечения из публикаций значения исследуемых биохимических показателей были переведены в одинаковые единицы измерения с помощью online калькуляторов http://unitslab.com/ru и http://www.scymed.com/en/smnxtm/tmbbcbb1.htm : мМЕ/л — для ТТГ, нг/мл — для Т3, КС и АКТГ, мкг/дл — для Т4, нг/дл — для свТ3 и свТ4. Для перевода ТТГ использовали стандарт Интернациональная Единица — 36,6 мг [21], для АКТГ — стандарт 1 мкг/мл эквивалентен 0,014 мМЕ/100 мл [22].

Данные объединялись в субгруппы по времени терапии мелатонином (без учета дозы). Кроме того, там, где позволяло количество исследований, был проведен анализ зависимости эффекта от дозы, способа и времени введения мелатонина, времени забора крови, возраста животных.

Метаанализ результатов исследований был проведен с помощью статистической программы Review Manager 5.3 (Cochrane Library). Для анализа был использован inverse variance тест (Mean Difference). Гетерогенность включенных в метаанализ исследований устанавливали по критерию I². Выбор модели фиксированных или рандомизированных эффектов осуществляли в соответствии с рекомендациями [23]. Для оценки статистической значимости суммарных результатов применяли Z-тест. Предвзятость при отборе публикаций проверяли с помощью графика-воронки. Доверительный интервал — 95%. Различия считались статистически значимыми при р<0,05. В тексте данные приведены в виде медианы и интерквартильного размаха или в виде среднего значения ± стандартного отклонения.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

В базах было найдено 149 работ (из них 19 обзоров), изучающих влияние мелатонина на уровень ТТГ и ТГ у крыс, и 195 работ (из них 16 обзоров), исследующих влияние мелатонина на гормоны коры надпочечников. После исключения публикаций по заголовкам и резюме 39 публикаций были отобраны для метаанализа [12][13][24–60] (табл. 1).

Влияние мелатонина на уровень ТТГ и тиреоидных гормонов

Для метаанализа были отобраны 22 публикации, исследующие влияния монотерапии мелатонином на уровень циркулирующего ТТГ и ТГ: ТТГ — 12 работ, Т3 — 16 работ, Т4 — 15 работ, 4 — свТ3 и свТ4 (табл. 1). Графики воронки не показали предвзятости при отборе публикаций. Два исследования [50][55] не были включены в количественный статистический анализ по причине содержания крыс в условиях короткого дня (8/16) и естественного освещения. В двух работах исследовалось влияние однократного введения мелатонина на уровень гормонов, в остальных мелатонин вводился от 4 дней до 80 недель. В исследованиях был использован мелатонин в дозах от 0,05 до 10 мг/кг/день, который вводился подкожно, внутрибрюшинно или орально (с питьевой водой или через зонд). В 4 работах сообщается о сборе проб крови натощак (табл. 1).

Однократное внутривенное введение мелатонина не изменяло уровень Т3 и Т4, но уменьшало уровень ТТГ (рис. 1). Исследование [29] продемонстрировало дозозависимый эффект мелатонина на уровень ТТГ, но из-за отсутствия других публикаций, подтверждающих это, сделать окончательный вывод нельзя.

Поскольку результаты работ очень гетерогенны, не было получено убедительных данных об изменении уровня ТТГ и ТГ после продолжительной терапии мелатонином (рис. 2), но наблюдалась тенденция снижения ТТГ, Т3 и Т4 при более высоких дозах мелатонина (табл. 2). Начало терапии было ассоциировано со снижением уровня Т4 в среднем на -0,82 [ -1,45, -0,19] мкг/дл (I²=93%, Z=2,54, р=0,01), однако при терапии более 7 недель отмечалось незначительное увеличение Т4 в среднем на 0,56 [ -0,07, 1,20] мкг/дл (I²=83%, Z=1,73, р=0,08). Тенденции для Т3 были противоположны Т4 через 4–5 дней терапии, но если терапии длилась дольше, то Т3 и Т4 изменялись однонаправленно. В одном исследовании наблюдали снижение ТГ при очень длительной терапии мелатонином (≥32 недели) [58] (рис. 2). Метаанализ не выявил взаимосвязи между способом введения мелатонина и эффектом терапии (табл. 2).

Эффект мелатонина на ТТГ и ТГ не был очевиден ни при дневном, ни при ночном заборе крови (рис. 3). Известно, что в течение суток у крыс, содержащихся в условиях 12 день: 12 ночь, уровень мелатонина максимален ночью и минимален днем, ТТГ максимален вечером и минимален утром, Т3 и Т4 максимальны утром и минимальны вечером [47]. Следует отметить, что введение мелатонина даже в малых дозах (0,5 и 1 мг/кг/день) существенно увеличивало уровень циркулирующего мелатонина в течение всего дня [13][47]. Введение мелатонина перед темной фазой (17:00–18:30) смещало циркадные профили Т3 и Т4, но не мелатонина и ТТГ [47]. Однако при использовании аналогичных доз и времени введения мелатонина другие авторы не наблюдали изменения циркадного профиля свТ3 и свТ4 [12].

Молодой возраст животных был ассоциирован со значительным снижением Т4 при терапии мелатонином (без учета продолжительности) (табл. 2). Через 7–10 дней терапии у всех животных, кроме старых, отмечалось снижение уровня Т3 в среднем на -0,11 [ -0,18, -0,04] нг/мл (I²=55%, Z=2,96, р=0,003), а Т4 на -0,68 [ -1,25, -0,11] мкг/дл (I²=89%, Z=2,34, р=0,02). Показано, что у крыс максимальная активность ТГ наблюдается в 1,5–2-месячном возрасте, к 3 месяцам резко снижается и далее постепенно уменьшается [61]. У 24-месячных крыс по сравнению с 6-месячными уровень Т3 снижен в 3,4 раза, Т4 — в 2 раза, свТ3 — в 2 раза, свТ4 — в 4,6 раза, без существенных изменений ТТГ [62], что указывает на уменьшение секреторной активности ЩЖ у старых животных. По данным работы [38], 10-дневная терапия мелатонином восстанавливала функцию ЩЖ и дозозависимо повышала уровень Т3 и Т4 у 19-месячных крыс.

В работе [13] установили, что мелатонин после 4-недельной терапии (2 мг/кг/день, подкожно) снижает уровень Т4 у самцов и увеличивает Т4 у самок. В работе [50] также наблюдали у самок увеличение Т3 и Т4 после 7 недель подкожного введения мелатонина в дозе 1 мг/кг/день, однако в этом исследовании крысы содержались в условиях короткого дня (8/16).

При содержании животных в условиях естественного освещения введение мелатонина в течение 10 дней в дозе 1 мг/кг/день снижало уровень Т3 и зимой и летом, а уровень Т4 и ТТГ — только зимой [55]. Можно предположить, что преобладающий эффект экзогенного мелатонина заключается в угнетении превращения Т4 в Т3. На это также указывает и то, что в условиях постоянного освещения мелатонин незначительно снижал уровень Т3, но не Т4 [13]. Было установлено, что мелатонин может увеличивать экспрессию DIO3, уменьшая активность ДНК-метилтрансферазы [63]. Однако наш метаанализ показал высокую чувствительность Т4 к терапии мелатонином, что свидетельствует о влиянии экзогенного мелатонина на секреторную функцию ЩЖ. В исследованиях in vitro было обнаружено, что мелатонин снижает уровень цАМФ в эксплантатах щитовидной железы [64], а также дозозависимо уменьшает митотическую активность фолликулярных клеток ЩЖ [65][66]. В работе [67] у крыс Wistar после 4-недельной терапии мелатонином (5 мг/кг/день) наблюдали подавление функциональной активности ЩЖ — уменьшение площади фолликулярного, интерфолликулярного эпителия и высоты тироцитов, увеличение накопления коллоида и соединительной ткани. По данным одних работ, после терапии масса ЩЖ уменьшается [41, 66], по данным других — не изменяется [68].

Влияние мелатонина на уровень кортикостерона

Для метаанализа было отобрано 20 публикаций, исследующих влияние монотерапии мелатонином на гормоны коры надпочечников крыс. В 5 работах оценивали влияние однократного введения мелатонина, в 16 — длительного (от 1 до 40 недель). Кроме того, в 3 работах исследовали изменение циркулирующего АКТГ после 1–3 недель введения мелатонина и в 6 работах — массу надпочечников после 1–12-недельной терапии мелатонином (табл. 1). Мелатонин вводился подкожно, внутрибрюшинно и орально (в основном с питьевой водой). В 4 работах сообщается о сборе проб крови натощак (табл. 1).

Для однократного введения авторы использовали мелатонин в дозах 0,1–10 мг/кг, который вводили подкожно или внутрибрюшинно. Через 30–60 мин после введения мелатонина в дозе ≥1 мг/кг в большинстве работ наблюдали повышение уровня КС. В меньших дозах мелатонин не оказывал значимого влияния на уровень КС (рис. 4). По результатам одной работы [25], однократное подкожное введение мелатонина в дозе 1 мг/кг не изменяло уровень АКТГ (рис. 4). Интрацеребровентрикулярная инфузия мелатонина вызывала у крыс существенное снижение циркулирующих АКТГ, но не КС [69]. По данным другого исследования [27], центральное введение мелатонина существенно увеличивало уровень КС в крови. Эксперименты in vitro показали, что при обработке изолированных клеток коры надпочечников самок крыс мелатонином секреция КС уменьшается при низких дозах и не изменяется при высоких дозах; при этом у самцов мелатонин вызывал дозозависимое увеличение КС. Ни у самцов, ни у самок мелатонин (независимо от дозы) не изменял стимулирующий эффект АКТГ на секрецию КС [70]. Однако в другом исследовании [8] после обработки АКТГ мелатонин снижал секрецию КС вечером, но не утром. В работе [30] наблюдали снижение КС через 1 час после введения мелатонина ночью, днем же аналогичная инъекция гормона не влияла на уровень КС. Эксперименты [71] показали, что активность эфферентных надпочечниковых нервов уменьшается при низких дозах и увеличивается при высоких дозах мелатонина.

Для длительной терапии авторы использовали мелатонин в дозах от 0,04 до 10 мг/кг/день. После 1–4 недель терапии большинство авторов наблюдали существенное снижение уровня КС, в среднем на -78,53 [ -112,65, -44,40] нг/мл, I²=96%, Z=4,51, P<0,00001. Однако после 11–40 недель терапии уровень КС существенно увеличивался, в среднем на 51,83 [17,88, 85,78] нг/мл, I²=78%, Z=2,99, P=0,003 (рис. 5). Оценка зависимости эффекта терапии от дозы показала, что в дозе ≤1 мг/кг/день мелатонин существенно не изменяет уровень КС, а в дозе 3,5–10 мг/кг/день значительно понижает КС (табл. 2). Однако по результатам работы [24], мелатонин, вводимый в течение 12 дней в дозах 0,1, 1 и 10 мг/кг/день, дозозависимо повышал уровень КС (данные не включены в статистический анализ, т.к. представлены в относительных единицах). Наш метаанализ показал, что способ введения мелатонина не оказывал существенного влияния на уровень КС (табл. 2).

Данные влияния мелатонина на уровень КС в зависимости от времени забора проб крови очень противоречивы. Одни исследователи наблюдали после терапии увеличение КС днем и уменьшение КС ночью, другие исследователи получили противоположные результаты (рис. 6). В течение суток у крыс минимальный уровень КС отмечается утром, максимальный — вечером. Введение мелатонина в дозе 0,5 мг/кг/день перед темной фазой (17:00–18:00) смещало акрофазу КС на утро, а надир на вечер [12], но более низкие дозы мелатонина и более позднее введение (19:00) не изменяли циркадный профиль КС [45].

По результатам метаанализа, у старых крыс снижение КС после терапии мелатонином было незначительно больше, чем у молодых животных (табл. 2). Известно, что при старении уровень КС увеличивается [39][72], и при одновременном исследовании 1,5-месячных и 18-месячных крыс 9-дневная терапия мелатонином (в дозе 5 мг/кг/день, орально) эффективнее снижала КС у старых животных [39].

По данным [25][51], 10–14 дней терапии мелатонином в дозах 1 и 10 мг/кг/день не оказывали влияния на уровень циркулирующего АКТГ, однако после 3 недель терапии в дозе 4,5 мг/кг/день исследователи [46] наблюдали увеличение АКТГ в крови (рис. 5). Также есть наблюдения, что 10-дневное введение мелатонина в дозе 1 мг/кг/день существенно не изменяло уровень АКТГ в гипофизе [25]. 6-дневное введение мелатонина (1,25 мг/мл) снижало аффинность глюкокортикоидных рецепторов в гипоталамусе, гипофизе и гиппокампе [73].

Терапия мелатонином не влияла на абсолютный вес надпочечников, но значительно увеличивала их относительную массу как при низких [36][37], так и при более высоких дозах гормона (рис. 5) [51]. Центральное введение мелатонина в течение 10 дней также увеличивало массу надпочечников [74].

Два исследования [36][37] не выявили различий у самцов и самок в изменении КС и относительной массы надпочечников после терапии мелатонином в течение 11–12 недель.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В итоге не было получено убедительных данных об изменении уровня ТТГ и ТГ после терапии мелатонином без учета дозы и сроков терапии, но наблюдалась тенденция снижения ТТГ, Т3 и Т4 при более высоких дозах мелатонина, однако работ слишком мало для окончательного вывода. Начало терапии было ассоциировано со снижением активности ТГ, после 7 недель терапии активность ТГ незначительно возрастала. Максимальную чувствительность к экзогенному мелатонину показал Т4, что свидетельствует о влиянии мелатонина на секреторную функцию ЩЖ.

По результатам нашего метаанализа, эффект мелатонина на уровень КС зависит от дозы и продолжительности терапии. Снижение КС было ассоциировано с терапией продолжительностью не более 4 недель и с высокими дозами мелатонина. Повышение КС наблюдалось при длительной терапии. Кроме того, мелатонин увеличивал относительный вес надпочечников. К настоящему времени плохо изучена секреция КС при использовании мелатонина в дозах 10 мг/кг и более.

Интересно отметить, что ранее проведенный нами метаанализ показал: первые недели терапии мелатонином и более высокие дозы гормона ассоциированы с увеличением уровня циркулирующей глюкозы, триглицеридов, инсулина у крыс, содержащихся в стандартных условиях [75]. Результаты настоящего и предыдущего [75] метаанализов свидетельствуют о том, что воздействие мелатонина на углеводный и липидный обмен может осуществляться в том числе и через модулирование уровня ТГ и КС.

Следует учесть, что при каких-либо возмущающих воздействиях эффект мелатонина на параметры метаболизма может изменяться. Например, при стандартной диете мелатонин практически не влияет на липидный профиль, однако при высокофруктозной, высокожировой и высокохолестериновой диете мелатонин эффективно снижает уровень триглицеридов и холестерина [75]. Это объясняется тем, что, с одной стороны, высококалорийные диеты могут изменять экспрессию и аффинность рецепторов, чувствительных к мелатонину; а с другой — мелатонин нивелирует окислительный стресс, вызванный диетами.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Источники финансирования. Финансирование из средств государственного задания №056-00119-22-00.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие конфликта интересов.

Вклад авторов. Кузьменко Н.В, Плисс М.Г. — концепция,подбор литературы, проведение метаанализа; Кузьменко Н.В., Цырлин В.А. — написание текста; Кузьменко Н.В. — иллюстрации. Все авторы одобрили финальную версию статьи перед публикацией, выразили согласие нести ответственность за все аспекты работы, подразумевающую надлежащее изучение и решение вопросов, связанных с точностью или добросовестностью любой части работы.