La mélatonine est une molécule très conservée. Sa présence remonte à d’anciens procaryotes photosynthétiques. Une fonction primitive et primaire de la mélatonine est qu’elle agit comme un piégeur de radicaux libres indépendant des récepteurs et comme un antioxydant à large spectre.
Les fonctions dépendantes des récepteurs de la mélatonine ont ensuite été acquises au cours de l’évolution. Dans la présente étude, nous nous concentrons sur le métabolisme de la mélatonine, qui comprend les enzymes synthétiques limitant la vitesse, les sites synthétiques, les mécanismes de régulation potentiels, la biodisponibilité chez l’homme, les mécanismes de décomposition et les fonctions de ses métabolites. Des preuves récentes indiquent que le métabolite original de la mélatonine pourrait être la N1-acétyl-N2-formyl-5-méthoxykynuramine (AFMK) plutôt que son produit d’excrétion urinaire communément mesuré, le sulfate de 6-hydroxymélatonine.
De nombreuses voies de formation de l’AFMK ont été identifiées à la fois in vitro et in vivo. Il s’agit notamment de voies enzymatiques et pseudo-enzymatiques, d’interactions avec des espèces réactives de l’oxygène (ROS)/espèces réactives de l’azote (RNS) et avec l’irradiation ultraviolette. L’AFMK est présent chez les mammifères, y compris chez l’homme, et est le seul métabolite de la mélatonine détectable dans les organismes unicellulaires et les métazoaires. Le sulfate de 6-hydroxymélatonine n’a pas été observé dans ces organismes peu évolués. Cela implique que l’AFMK est apparu plus tôt dans l’évolution que le sulfate de 6-hydroxymélatonine en tant que métabolite de la mélatonine. Par le biais de la voie AFMK, une seule molécule de mélatonine peut piéger jusqu’à 10 ROS/RNS.
Il est désormais prouvé que la capacité de la mélatonine à piéger les radicaux libres s’étend à ses métabolites secondaires, tertiaires et quaternaires. Il semble que l’interaction de la mélatonine avec les ROS/RNS soit un processus prolongé qui implique un grand nombre de ses dérivés. Le processus par lequel la mélatonine et ses métabolites piègent successivement les ROS/RNS est appelé cascade de piégeage des radicaux libres. Cette réaction en cascade est une nouvelle propriété de la mélatonine et explique en quoi elle diffère des autres antioxydants conventionnels. Cette réaction en cascade rend la mélatonine très efficace, même à de faibles concentrations, pour protéger les organismes contre le stress oxydatif. Conformément à sa fonction protectrice, on trouve des quantités substantielles de mélatonine dans les tissus et les organes qui sont fréquemment exposés aux agressions hostiles de l’environnement, comme l’intestin et la peau, ou dans les organes qui consomment beaucoup d’oxygène, comme le cerveau. En outre, la production de mélatonine peut être régulée à la hausse par des facteurs de stress de faible intensité tels que la restriction alimentaire chez les rats et l’exercice physique chez l’homme. Un stress oxydatif intense entraîne une chute rapide des taux de mélatonine en circulation. Ce déclin de la mélatonine n’est pas lié à sa synthèse réduite mais à sa consommation rapide, c’est-à-dire que la mélatonine circulante est rapidement métabolisée par l’interaction avec les ROS/RNS induits par le stress.
La consommation rapide de mélatonine en cas de stress élevé peut servir de mécanisme de protection des organismes dans lesquels la mélatonine est utilisée comme molécule de défense de première ligne contre les dommages oxydatifs. L’état oxydatif des organismes modifie le métabolisme de la mélatonine. Il a été rapporté que plus l’état oxydatif est élevé, plus la production d’AFMK est importante. Le rapport entre l’AFMK et un autre métabolite de la mélatonine, la 3-hydroxymélatonine cyclique, peut servir d’indicateur du niveau de stress oxydatif dans les organismes.