Мелатонин - это субстанция, которая в последнее время все сильнее привлекает к себе пристальное внимание исследователей. Мелатонин как отдельное вещество был впервые выделен в 1958 году группой американских ученых [1] из шишковидной железы коровы, а любопытство ученых было вызвано тем, что экстракт шишковидной железы при введении его в кожу подопытных животных был способен эту самую кожу осветлять. Ученые выделили из экстракта активный фактор и изучили его свойства. Они выяснили, что обнаруженная ими субстанция примерно в 100 раз активнее адреналина и норадреналина, в 200 раз активнее трийодотиронина* и в 5000 раз активнее серотонина [1]. А за свойство осветлять кожу они предложили назвать ее мелатонином.

* гормон щитовидной железы

Что это такое

Таким образом, производство мелатонина из серотонина в эпифизе контролируется двумя ферментами, при этом считается, что скорость течения реакции регулируется стадией ацетилирования. Считается, что именно активность ацетилирующего фермента подчинена циркадным ритмам [3]. И отсюда сразу вытекает большая проблема современного мира: излишняя паразитная освещенность, неиллюзорно сбивающая эти самые циркадные ритмы. Даже были придуманы специальные термины, характеризующие негативное воздействие паразитной освещенности: хронодизрупция (chronodisruption) и световое загрязнение (light pollution) [4]. Другой стороной проблемы является недостаток "правильного" света в дневное время у людей, работающих в помещениях. А поскольку циркадные ритмы "завязаны" на чувствительность сетчатки глаз к свету, важность правильного света и правильной темноты, сменяющих друг друга в строгом ритме, трудно переоценить - если, конечно, мы говорим о сохранении здоровья*** [4].

*** тему устройства "биологических часов" организма нужно исследовать отдельно, тем более, что функционирование волосяного фолликула тоже подчинено определенным биологическим ритмам (и об этом есть публикации, например, нашего коллеги из Украины М. Пликуса с соавторами).

Мелатонин производится не только в шишковидной железе, но также и в других тканях - правда, относительно немного. Единственным исключением является пищеварительный тракт, в котором тоже образуются немалые количества мелатонина, и зависит это производство от приема пищи (вот почему после сытного обеда так хочется поспать). Правда, считается, что этот мелатонин оказывает несущественное хронобиологическое влияние (то есть не сдвигает циркадные ритмы) [5].

Считается, что концентрация мелатонина в тканях мозга и в крови соотносится примерно как 1 к 100 [5]. Однако это ничего не говорит о том, сколько именно мелатонина попадает в ткани, особенно если мы говорим об экзогенном мелатонине (о пищевых добавках, например: не секрет, что такие добавки широко применяются в Европе и США для борьбы с бессонницей и для смягчения джетлага). На самом деле все зависит от того, насколько быстро мелатонин распадается в тканях, и отсюда следует очередной вопрос: о путях катаболизма мелатонина.

Катаболизм мелатонина более сложен, чем его синтез, и не до конца изучен [3]. Он может проходить разными путями в зависимости от места: в печени (при помощи цитохромов P450) или в ЦНС [5]. Некоторые метаболиты мелатонина сами по себе проявляют высокую биологическую активность, поэтому вопрос тщательно изучается и данные накапливаются для последующего обобщения.

Зачем он нужен

Какие же функции мелатонин выполняет в нашем организме? Принципиально их две: во-первых, мелатонин благодаря своему химическому строению является антиоксидантом, причем довольно мощным. А во-вторых, мелатонин - это сигнальная молекула. И как сигнальная молекула он может активировать определенные сигнальные пути посредством связывания со специальными белками-рецепторами. А какие это сигнальные пути и куда они ведут - вот это как раз и является предметом изучения ученых исследователей.

Согласно последним данным, мелатонин производится в митохондриях клеток [6]. Митохондрии, как мы знаем, выполняют функцию "энергетических станций" организма, производя большое количество АТФ в ходе процессов, которые обобщенно называются окислительным фосфорилированием.

Как мы знаем, отщипленные от интермедиатов в ходе цикла Кребса электроны переносятся на дыхательную цепь на внутренней мембране митохондрий. В процессе переноса участвуют различные переносчики - НАД, кофермент Q, цитохромы C. Однако электроны то и дело норовят убежать и в результате лишь частично восстанавливают кислород, позволяя ему тем самым образовывать химически активные свободные радикалы - то есть такие вещества, которые с большой готовностью окисляют все, что попадется. Обычно таким радикалом является супероксид O₂•⁻. Вообще говоря этот анион в свою очередь является очень важной сигнальной молекулой и задействован в регуляции разных процессов, но если его образуется слишком много, то это приводит к так называемому оксидативному стрессу, повреждению клетки и даже в иных случаях к ее гибели.
Другими свободными радикалами являются, например, H₂O₂, HO•, NO• и ONOO⁻. Это их в англоязычной научной литературе называют ROS и RNS.

Так вот мелатонин, произведенный митохондриями, "занимается" отловом и связыванием этих самых распоясавшихся свободных радикалов. Таким образом мелатонин поддерживает работоспособность митохондрий, а значит - улучшает метаболический статус клетки [6]. Кроме того, будучи сигнальной молекулой, мелатонин повышает экспрессию генов антиоксидантных ферментов и целый спектр генов, задействованных в деятельности иммунной системы [6]. Кроме этого, мелатонин взаимодействует со специальными митохондриальными белками, уменьшая вероятность "побега" электронов из дыхательной цепи за счет выравнивания электрического градиента мембраны, что в конечном счете приводит к ускорению транспорта электронов в цепи и к предотвращению образования ROS и RNS. И в качестве вишенки на торте - метаболиты мелатонина также являются антиоксидантами, что позволяет запускать целый каскад реакций устранения радикалов. Прямо-таки целый "Вихрь-антитеррор" в исполнении митохондрий :)

Примечательным фактом является то, что в клетках шишковидной железы морфология митохондрий в дневное и ночное время различается, хотя уровень метаболизма остается постоянным и не особо отличается от метаболизма нейронов. Кому интересно - читайте статью [6].

Считается, что митохондриальный мелатонин не поступает в кровь, а остается и работает в митохондриях. Мелатонин же, произведенный шишковидной железой, поступает в кровь. Однако в крови период полужизни мелатонина не слишком долгий: 30-40 минут, что говорит о том, что он затем или метаболизируется, или отбирается тканями для их собственных нужд [7].

Эксперименты на крысах показали, что в условиях стресса уровень мелатонина в крови резко падает даже ночью, когда его уровень высок. И что такая скорость заметно превышает способность печени метаболизировать мелатонин. Следовательно, можно предположить, что мелатонин забирают ткани: в условиях стресса потребность в антиоксидантах резко повышается [7].

А теперь от общих сведений о мелатонине перейдем к конкретике, то есть к волосам. Ее - конкретики - довольно мало. Кроме работы Фишера, Трюба и соавторов 2012 года, обозначенной в списке литературы номером 8 - можно сказать, почти ничего и нет.

Давно известно, что в волосяных фолликулах есть рецепторы мелатонина. Также известно, что мелатонин производится и в клетках фолликулов тоже [8]. Были опыты in vitro, которые показали, что повышение концентрации мелатонина в среде приводит к ускорению роста анагеновых фолликулов. Мы теперь можем предположить, почему это происходит: за счет оптимизации работы митохондрий. Результаты этих опытов породили идею применения наружного мелатонина для стимуляции роста волос, и даже выпускался такой препарат. Считается, что применение мелатонина наружно может дать позитивный эффект у пациентов с ранней стадией АГА [8]. Однако работ, посвященных применению мелатонина в лечении выпадения волос, очень немного.

С другой стороны, возможно, отсутствие энтузиазма по поводу применения мелатонина для лечения выпадения волос связано с тем, что мы пока просто не понимаем, как правильно применять мелатонин в трихологии. Возможно, исходить надо из роли мелатонина в митохондриях и как-то связать эту роль со стволовыми клетками и их дифференциацией. Мы уже знаем об особенностях метаболизма стволовых клеток и о связанных с этим особенностях морфологии митохондрий в этих клетках. Мы знаем, что дифференциация стволовых клеток в "нормальные" клетки связана с развитием митохондрий и со сменой аэробного гликолиза как основного метаболического пути в стволовых клетках на окислительное фосфорилирование в "нормальных" клетках. Возможно, будущие исследования будут посвящены как раз этим проблемам.

История про мелатонин на этом не заканчивается. Исследования в области хронобиологии показывают, что мелатонин может выполнять функцию синхронизации центральных и периферических циркадных часов между собой, настраивая их по Zeitgeber и вторичным ключам. Не зря же после приема пищи желудочно-кишечный тракт синтезирует мелатонин! И если, например, в волосяных фолликулах присутствуют рецепторы мелатонина, то не связано ли это с настройкой циркадных часов фолликулов? На 11 Мировом конгрессе исследования волос был доклад о синтезе гликогена в клетках внешней корневой оболочки волосяного фолликула. Синтез гликогена - это процесс, который подчиняется циркадным ритмам. Если рецепторы мелатонина в ВФ нужны физиологически для того, чтобы регулировать синтез гликогена, то вопрос об использовании мелатонина для роста волос начинает выглядеть совершенно по-другому.

Литература:

1. Lerner A.B., Case J.D., Takahashi Y., Lee T.H., Mori W.
   Isolation of melatonin, a pineal factor that lightens melanocytes
2. PubChem open database
   5-methoxy-N-acetyltryptamine
   Substance Record for SID 46509101
3. Dun-Xian Tan, Xiaodong Zheng, Jin Kong, Lucien C. Manchester, Ruediger Hardeland, Seok Joong Kim, Xiaoying Xu, and Russel J. Reiter
   Fundamental Issues Related to the Origin of Melatonin and Melatonin Isomers during Evolution: Relation to Their Biological Functions
4. Maria Angeles Bonmati-Carrion, Raquel Arguelles-Prieto, Maria Jose Martinez-Madrid, Russel Reiter, Ruediger Hardeland, Maria Angeles Rol, and Juan Antonio Madrid
   Protecting the Melatonin Rhythm through Circadian Healthy Light Exposure
5. Rüdiger Hardeland
   Melatonin Metabolism in the Central Nervous System
6. В этой статье, кроме всего прочего, изложена интересная теория о возможном происхождении митохондрий в эукариотических клетках:
   Dun-Xian Tan, Lucien C. Manchester, Lilan Qin, and Russel J. Reiter
   Melatonin: A Mitochondrial Targeting Molecule Involving Mitochondrial Protection and Dynamics
7. Russel J. Reiter, Dun Xian Tan, Sergio Rosales-Corral, Annia Galano, Mei-Jie Jou, and Dario Acuna-Castroviejo
   Melatonin Mitigates Mitochondrial Meltdown: Interactions with SIRT3
8. Tobias W Fischer, Ralph M Trüeb, Gabriella Hänggi, Marcello Innocenti, and Peter Elsner
   Topical Melatonin for Treatment of Androgenetic Alopecia