Le rôle de la lumière et de la mélatonine en fertilité

La lumière est le stimulus le plus puissant conditionnant le fonctionnement cyclique de nombreux organismes vivants par le biais de la production de la neurohormone mélatonine.

C’est depuis une cinquantaine d’années que l’on a pu associer la mélatonine à la reproduction chez les vertébrés, en particulier dans le contexte de reproduction saisonnière.

La mélatonine est secrétée durant la période nocturne et reflète la durée de celle-ci ainsi que son allongement durant la période hivernale. La mélatonine nocturne est impliquée dans la régulation de la fertilité ainsi que dans de nombreuses autres fonctions telles que les fonctions métaboliques, immunitaires et comportementales. Bien que dans le contexte de la société industrielle les humains semblent moins sujets à des variations saisonnières de leur reproduction, le lien entre la mélatonine et la fertilité est un sujet de plus en plus étudié (1).

Les modifications circadiennes de la mélatonine ont d’importantes fonctions de régulation sur de nombreux phénomènes cycliques de la physiologie humaine. L’alternance et la durée des jours et des nuits gouverne le rythme de nombreux comportements incluant les phases de sommeil, les comportements sexuels, l’humeur, l’éveil, l’appétit, l’activité physique et ultimement l’état de santé global de l’espèce humaine. Ces phénomènes sont influencés par le rôle que joue la mélatonine dans la régulation de sécrétions hormonales multiples, de la synthèse de neurotransmetteurs, de l’équilibre métabolique et du stress oxydatif.

La mélatonine (N-acetyl-5-methoxytryptamine) est principalement produite par la glande pinéale. D’autres organes ou glandes sont également capables de la synthétiser, tel que le tube digestif, le cerveau, l’œil, la peau, le rein, le foie, la thyroïde, le thymus, le pancréas, le système immunitaire et le système reproducteur. La sécrétion de mélatonine suit un cycle de 24h en réponse à l’alternance des jours et des nuits. Elle est inhibée par la lumière et stimulée par l’obscurité, sa production augmentant progressivement entre 18h et 20h pour atteindre son maximum entre 0h et 5h (2).

Les informations lumineuses envoyées depuis les neurones de la rétine de l’œil transitent d’abord par une région de l’hypothalamus qui les retransmet à la glande pinéale pour la production de mélatonine. Ainsi, les variations lumineuses ont un impact sur le comportement et influencent les périodes de repos et d’activité. On a observé en effet que l’illumination externe artificielle durant la soirée et la nuit créait des troubles du rythme circadien endogène (3). Suite à ces observations, il a été démontré que l’utilisation adaptée et adéquatement synchronisée de lumière est une avenue thérapeutique non invasive efficace pour traiter les troubles de l’humeur saisonniers, les pathologies neurodégénératives de type démence ainsi que les troubles bipolaires, la schizophrénie et la maladie de Parkinson.
L’exposition lumineuse peut également être proposée en dehors d’indications strictement thérapeutiques, par exemple pour le jet lag ou le travail en horaire décalé (3).

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Le rôle de la lumière et de la mélatonine en fertilité
Cycle circadien et cycle hormonal féminin

Sources du dossier :

1. 1)   Olcese JM. Melatonin and Female Reproduction: An Expanding Universe. Front Endocrinol (Lausanne). 2020 Mar 6;11:85. doi: 10.3389/fendo.2020.00085. PMID: 32210911; PMCID: PMC7067698.
2. 2)       Fernando S, Rombauts L. Melatonin: shedding light on infertility?–A review of the recent literature. J Ovarian Res. 2014 Oct 21;7:98
3. 3)       Blume C, Garbazza C, Spitschan M. Effects of light on human circadian rhythms, sleep and mood. Somnologie (Berl). 2019 Sep;23(3):147-156. doi: 10.1007/s11818-019-00215-x
4. 4)       Gamble KL, Resuehr D, Johnson CH. Shift work and circadian dysregulation of reproduction. Front Endocrinol. (2013) 4:92. 10.3389/fendo.2013.00092
5. 5)   Miyauchi F, Nanjo K, Otsuka K. Effects of night shift on plasma concentrations of melatonin, LH. FSH and prolactin, and menstrual irregularity. Sangyo Igaku. (1992) 34:545–50 10.1539/joh1959.34.545
6. 6)   Stocker LJ, Macklon NS, Cheong YC, Bewley SJ. Influence of shift work on early reproductive outcomes: a systematic review and meta-analysis. Obstet Gynecol. 2014 Jul;124(1):99-110. doi: 10.1097/AOG.0000000000000321. PMID: 24901274.
7. 7)       Sponholtz TR, Bethea TN, Ruiz-Narváez EA, Boynton-Jarrett R, Palmer JR, Rosenberg L, Wise LA. Night Shift Work and Fecundability in Late Reproductive-Aged African American Women. J Womens Health (Larchmt). 2021 Jan;30(1):137-144. doi: 10.1089/jwh.2019.8166. Epub 2020 Jun 29. PMID: 32598212; PMCID: PMC7826436.
8. 8)   Garmier-Billard M, DeFelice J, Soler F, Iwaz J, Ecochard R (2019) Nocturnal light pollution and clinical signs of ovulation disorders. Trends Med 19: DOI: 10.15761/TiM.1000193
9. 9)       Russart KLG, Nelson RJ. Light at night as an environmental endocrine disruptor. Physiol Behav. 2018 Jun 1;190:82-89. doi: 10.1016/j.physbeh.2017.08.029. Epub 2017 Sep 7. PMID: 28870443; PMCID: PMC5839924.
10. 10)    Russel J. Reiter, Ph.D., Hiroshi Tamura, M.D., Ph.D., Dun Xian Tan, M.D., Ph.D., and Xiao-Ying Xu, Ph.D. Melatonin and the circadian system: contribution to successful female reproduction. Fertility and sterility 2014
11. 11) Zheng M, Tong J, Wei-Ping L, Chen ZJ, Zhang C. Melatonin concentration in follicular fluid is correlated with antral follicle count (AFC) and in vitro fertilization outcomes in women undergoing assisted reproductive technology (ART) procedures. Gynecol Endocrinol. (2018) 34:446–50. 10.1080/09513590.2017.1409713
12. 12) Tong J, Sheng S, Sun Y, Li H, Li WP, Zhang C, Chen ZJ. Melatonin levels in follicular fluid as markers for IVF outcomes and predicting ovarian reserve. Reproduction. 2017 Apr;153(4):443-451. doi: 10.1530/REP-16-0641. Epub 2017 Jan 6. PMID: 28062641.
13. 13) Yang L, Xu H, Chen Y, Miao C, Zhao Y, Xing Y, Zhang Q. Melatonin: Multi-Target Mechanism Against Diminished Ovarian Reserve Based on Network Pharmacology. Front Endocrinol (Lausanne). 2021 Apr 19;12:630504. doi: 10.3389/fendo.2021.630504. PMID: 33959095; PMCID: PMC8095380.
14. 14)    Tamura, H.; Jozaki, M.; Tanabe, M.; Shirafuta, Y.; Mihara, Y.; Shinagawa, M.; Tamura, I.; Maekawa, R.; Sato, S.; Taketani, T.; Takasaki, A.; Reiter, R.J.; Sugino, N. Importance of Melatonin in Assisted Reproductive Technology and Ovarian Aging. Int. J. Mol. Sci. 2020, 21, 1135. https://doi.org/10.3390/ijms21031135
15. 15)    Danilenko KV, Samoilova EA. Stimulatory effect of morning bright light on reproductive hormones and ovulation: results of a controlled crossover trial. PLoS Clin Trials. 2007 Feb 9;2(2):e7
16. 16)    Russel J. Reiter, Ph.D., Hiroshi Tamura, M.D., Ph.D., Dun Xian Tan, M.D., Ph.D., and Xiao-Ying Xu, Ph.D. Melatonin and the circadian system: contribution to successful female reproduction. Fertility and sterility 2014
17. 17)    Pham HT, Chuang HL, Kuo CP, Yeh TP, Liao WC. Electronic Device Use before Bedtime and Sleep Quality among University Students. Healthcare (Basel). 2021 Aug 24;9(9):1091. doi: 10.3390/healthcare9091091. PMID: 34574865; PMCID: PMC8466496.