In diesem Review sind zahlreiche Berichte zusammengefasst, in denen die neuroprotektive Wirkungsweise von Melatonin bei Ischämie-Reperfusionsschaden (Schlaganfall) in experimentellen Modellen dokumentiert wird.

Im Rahmen dieser Untersuchungen, in denen drei verschiedene Tierarten (Ratten, Wüstenrennmäuse und Katzen) zum Einsatz kamen, zeigte sich generell, dass Melatonin das Ausmaß einer Hirnschädigung verkleinert, die normalerweise infolge einer temporären Unterbrechung des Blutflusses gefolgt von einer Wiederherstellung der Zufuhr von sauerstoffreichem Blut ins Gehirn auftritt. Die exogene Melatoningabe führte in diesen experimentellen Schlaganfallmodellen zu einer Reduktion der Infarktgröße, einer geringeren Apoptosehäufigkeit, einer Steigerung der Zahl überlebender Nervenzellen, einer Reduktion der reaktiven Gliose, einer herabgesetzten Oxidation neuraler Lipide und oxidativ geschädigter DNA, einer Induktion der bcl-2 Genexpression (Aktivität, die das Überleben der Zelle verbessert), einer Hochregulierung des ERCC6-Gens («excision repair cross-complementing factor 6» – ein Gen, das für die bevorzugte DNA-Exzisionsreparatur wesentlich ist), einer Hemmung der Poly-Adenosin-Diphosphat-Ribose-Synthetase (die zum Abbau des zellulären NAD-Gehalts und damit zum Verlust von ATP führt) und zu besseren neurophysiologischen ­Ergebnissen.

Unter keinen Umständen verschlimmerte sich durch Melatonin der Schaden in Zusammenhang mit dem Ischämie-Reperfusionssyndrom. Ebenso wie die positive pharmakologische Wirkung von Melatonin kann in mehreren Studien auch gezeigt werden, dass ein relativer Mangel an endogenem Melatonin zu einer übersteigerten Schädigungsreaktion in den Nervenzellen infolge eines Schlaganfalls führt; dies lässt darauf schließen, dass Melatonin selbst in physiologischen Konzentrationen normalerweise das Gehirn vor Schäden schützt. Die vorrangige Wirkung, mit der die schützenden Effekte von Melatonin erklärt werden können, steht möglicherweise in Zusammenhang mit seinen weit verbreiteten direkten und indirekten antioxidativen Wirkmechanismen, wenngleich andere günstige Funktionen von Melatonin nicht auszuschließen sind.