氧化應(yīng)激誘導(dǎo)勃起功能障礙機制的研究進(jìn)展

牛陽九，楊培，牛立盼，劉鳳霞

(新疆醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院人體解剖學(xué)教研室，烏魯木齊 830011)

勃起功能障礙(erectile dysfunction，ED)指性刺激下男性不能持續(xù)獲得和(或)維持充分陰莖勃起以完成滿意的性生活[1]，對患者的情緒和生命質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重的負(fù)面影響。一項調(diào)查報告顯示，廣東40～70歲男性ED總患病率高達(dá)41.8%，且患病率與年齡成正比[2]。預(yù)計2025年全球有3.22億男性患有不同程度的ED[3]。ED導(dǎo)致患者性生活滿意度降低，影響家庭穩(wěn)定，如不能及時就醫(yī)，還可能延誤心血管等疾病的發(fā)現(xiàn)與治療，給患者及家庭造成嚴(yán)重的負(fù)擔(dān)。

近年來，ED的病理學(xué)改變和分子機制逐漸清晰，其中氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的平滑肌和內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙是ED發(fā)生發(fā)展過程中的重要影響因素[4]。作為勃起生理過程中重要的神經(jīng)遞質(zhì)，一氧化氮介導(dǎo)的一氧化氮/環(huán)鳥苷酸通路是勃起產(chǎn)生的關(guān)鍵。已有研究證實，糖尿病ED患者陰莖海綿體內(nèi)產(chǎn)生的大量活性氧誘導(dǎo)內(nèi)皮型一氧化氮合酶的解偶聯(lián)增加，抑制一氧化氮產(chǎn)生，進(jìn)而損害正常血管內(nèi)皮功能，最終導(dǎo)致ED[5]。且高血壓大鼠陰莖海綿體組織中也存在類似改變[6]。因此，氧化應(yīng)激是ED發(fā)病的重要機制之一?，F(xiàn)就氧化應(yīng)激誘導(dǎo)ED的機制及其研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 陰莖勃起和疲軟

陰莖勃起是一個復(fù)雜的神經(jīng)血管過程，當(dāng)大腦接受性刺激信號后，可促使大腦皮質(zhì)釋放神經(jīng)信號，并經(jīng)外周神經(jīng)傳到陰莖海綿體神經(jīng)。隨后，非腎上腺非膽堿能神經(jīng)末梢和海綿體內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)的左旋精氨酸分別在神經(jīng)型一氧化氮合酶和內(nèi)皮型一氧化氮合酶的作用下產(chǎn)生一氧化氮，并彌散進(jìn)入相鄰的平滑肌細(xì)胞內(nèi)，刺激可溶性鳥苷酸環(huán)化酶將鳥苷三磷酸轉(zhuǎn)化為環(huán)鳥苷酸，并激活蛋白激酶G，繼而抑制細(xì)胞膜表面鈣離子通道活性，導(dǎo)致海綿體平滑肌松弛，血液流入陰莖海綿體竇，陰莖充血腫脹，此時白膜壓迫陰莖內(nèi)的靜脈導(dǎo)致血液回流受阻，從而使陰莖勃起并且維持足夠的硬度[1,7]。

射精或性刺激停止后，交感神經(jīng)興奮，釋放的去甲腎上腺素作用于海綿體平滑肌細(xì)胞膜上的腎上腺素能受體，通過激活磷脂酶C將磷脂酰肌醇分解為三磷酸肌醇和二酰甘油，三磷酸肌醇作用于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的受體介導(dǎo)鈣離子流入，促進(jìn)肌球蛋白磷酸化，使平滑肌收縮，二酰甘油與蛋白激酶C結(jié)合促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)鈣離子增加，維持平滑肌的收縮。內(nèi)皮細(xì)胞和海綿體神經(jīng)末梢可產(chǎn)生內(nèi)皮素和血管緊張素使無活性的Ras同源物基因組成員A-鳥苷二磷酸復(fù)合體轉(zhuǎn)變?yōu)橛谢钚缘腞as同源物基因組成員A-鳥苷三磷酸復(fù)合體，并與其下游的Rho相關(guān)卷曲形成蛋白激酶結(jié)合，促進(jìn)肌球蛋白輕鏈磷酸化，引起陰莖海綿體平滑肌收縮，從而使陰莖處于疲軟狀態(tài)[6,8]。

2 氧化應(yīng)激誘導(dǎo)ED的機制

2.1超氧陰離子 超氧陰離子是機體內(nèi)大部分活性氧的最初來源，當(dāng)機體產(chǎn)生過量超氧陰離子時，便可通過誘導(dǎo)氧化應(yīng)激引發(fā)多種病理改變，誘發(fā)細(xì)胞損傷[9]。有研究表明，長期攝入乙醇可誘導(dǎo)大鼠陰莖組織內(nèi)的超氧陰離子增多，降低超氧化物歧化酶表達(dá)，促進(jìn)還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(nicotinamide adenine dinucleotide phosphate,NADPH)氧化酶的活化以及上調(diào)誘導(dǎo)型一氧化氮合酶的表達(dá)，進(jìn)而引發(fā)ED。一方面增多的超氧陰離子通過誘導(dǎo)氧化應(yīng)激激活Ras同源物基因組成員A/Rho相關(guān)卷曲形成蛋白激酶通路；另一方面超氧陰離子與誘導(dǎo)型一氧化氮合酶產(chǎn)生的一氧化氮發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生過氧化亞硝酸鹽。此過程促進(jìn)氧化應(yīng)激反應(yīng)，減少一氧化氮的含量，而超氧化物歧化酶可將超氧陰離子還原為過氧化氫和氧氣，該抗氧化劑的減少進(jìn)一步促進(jìn)了氧化應(yīng)激的產(chǎn)生與發(fā)展，進(jìn)而導(dǎo)致因陰莖海綿體血管平滑肌收縮而誘導(dǎo)的ED的發(fā)生與發(fā)展。此外，乙醇誘導(dǎo)產(chǎn)生的超氧陰離子還可以增加腫瘤壞死因子-α的表達(dá)，通過炎癥反應(yīng)加重內(nèi)皮功能障礙[10]。有研究證明，放療的輻射也可通過活化NADPH氧化酶誘導(dǎo)超氧陰離子產(chǎn)生，并通過酸性鞘磷脂酶/神經(jīng)酰胺途徑導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞凋亡，進(jìn)而誘導(dǎo)內(nèi)皮功障礙，影響正常的勃起功能[11]。

2.2NADPH氧化酶 NADPH氧化酶可將電子跨過質(zhì)膜轉(zhuǎn)移到氧分子中進(jìn)而產(chǎn)生超氧陰離子，后者轉(zhuǎn)化后形成的其他種類的活性氧(如羥自由基、過氧化氫)是產(chǎn)生氧化應(yīng)激的重要影響因子[12]。沈寒堅等[13]研究發(fā)現(xiàn)，大鼠海綿體神經(jīng)損傷所致的ED中，陰莖海綿體組織內(nèi)NADPH氧化酶的gp91phox和p22phox亞基表達(dá)上升引起的血管內(nèi)皮損傷，是海綿體神經(jīng)損傷性ED的重要致病機制。而Li等[14]在一項針對糖尿病ED大鼠的研究中發(fā)現(xiàn)，大鼠陰莖海綿體組織中的另外2個NADPH氧化酶亞基p47phox、p67phox和活性氧表達(dá)水平升高，內(nèi)皮型一氧化氮合酶以及神經(jīng)型一氧化氮合酶表達(dá)降低，導(dǎo)致一氧化氮的生物利用度減少。而NADPH氧化酶抑制劑夾竹桃麻素的治療不僅降低了活性氧的產(chǎn)生，同時也抑制了Ras同源物基因組成員A/Rho相關(guān)卷曲形成蛋白激酶通路的上調(diào)，使大鼠的勃起功能有一定程度的恢復(fù)。另有研究表明，使用乙醇喂養(yǎng)大鼠6周可促進(jìn)ED的產(chǎn)生，其主要由NADPH氧化酶亞基活性表達(dá)增加、神經(jīng)型一氧化氮合酶的減少所引起的內(nèi)皮功能障礙所致，且使用夾竹桃麻素處理的大鼠恢復(fù)了部分勃起功能[15]。

2.3過氧化亞硝酸鹽 過氧化亞硝酸鹽是一種硝化劑和氧化劑，在ED中，過氧化亞硝酸鹽的細(xì)胞毒性還可誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡導(dǎo)致細(xì)胞數(shù)量和功能的缺失，進(jìn)而引發(fā)內(nèi)皮功能障礙[16]。此外，過氧化亞硝酸鹽還可通過促進(jìn)內(nèi)皮型一氧化氮合酶解偶聯(lián)，減少一氧化氮的產(chǎn)生，導(dǎo)致海綿體平滑肌舒張功能障礙[17]。但有研究發(fā)現(xiàn)，過氧化亞硝酸鹽也具有松弛海綿體平滑肌的功能[18]。一氧化氮引起的海綿體平滑肌松弛是即時且能迅速恢復(fù)正常的，而過氧化亞硝酸鹽引起的平滑肌松弛是緩慢且無法恢復(fù)正常的，海綿體發(fā)生無效松弛，從而導(dǎo)致ED[19]。Wortel等[11]通過輻射刺激牛主動脈內(nèi)皮細(xì)胞后發(fā)現(xiàn)，內(nèi)皮細(xì)胞中過氧化亞硝酸鹽和NADPH氧化酶表達(dá)上升可誘導(dǎo)活性氧大量增加，且西地那非治療可通過酸性鞘磷脂酶/神經(jīng)酰胺途徑抑制氧化應(yīng)激，以起到保護(hù)內(nèi)皮功能的作用。

2.4不對稱二甲基精氨酸 不對稱二甲基精氨酸是左旋精氨酸的內(nèi)源性抑制物，可與L-精氨酸競爭性結(jié)合一氧化氮合酶的結(jié)合位點，從而抑制一氧化氮的產(chǎn)生[20]。黃程等[21]對糖尿病ED大鼠的陰莖海綿體組織及血清進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)大鼠的海綿體最大舒張壓與血清中不對稱二甲基精氨酸成反比，且海綿體組織內(nèi)的不對稱二甲基精氨酸/二甲基精氨酸二甲胺水解酶/一氧化氮合酶隨著過氧化物的表達(dá)增加而紊亂，表明不對稱二甲基精氨酸的蓄積通過誘導(dǎo)氧化應(yīng)激以及抑制一氧化氮合酶等途徑可導(dǎo)致ED的產(chǎn)生與發(fā)展。Kataoka等[22]發(fā)現(xiàn)，閹割后大鼠血清中的不對稱二甲基精氨酸、氧化應(yīng)激標(biāo)志物(如NADPH氧化酶、過氧化氫)表達(dá)升高，并伴隨抗氧化劑超氧化物歧化酶表達(dá)降低，同時血清中炎癥介質(zhì)白細(xì)胞介素-6表達(dá)上升。

2.5內(nèi)皮素-1 內(nèi)皮素-1是一種由血管內(nèi)皮細(xì)胞合成釋放的長效血管收縮調(diào)節(jié)因子[23]。內(nèi)皮素-1水平升高導(dǎo)致平滑肌收縮增強，使海綿體內(nèi)血流量下降，ED發(fā)病風(fēng)險增加，故抑制內(nèi)皮素-1可有效提高ED的治療效果[24]。在結(jié)構(gòu)上，內(nèi)皮素-1與其受體結(jié)合可促進(jìn)血管收縮并拮抗一氧化氮的血管舒張作用，進(jìn)而導(dǎo)致ED的發(fā)生與發(fā)展[25]。Sánchez等[26]分離提取肥胖大鼠的陰莖背動脈發(fā)現(xiàn)，內(nèi)皮素-1主要通過誘導(dǎo)NADPH氧化酶的過表達(dá)導(dǎo)致大量活性氧產(chǎn)生，并引發(fā)血管收縮。以上機制均促進(jìn)了ED的發(fā)生發(fā)展，且在分別使用NADPH氧化酶抑制劑和內(nèi)皮素受體抑制劑后，大鼠的血管舒張功能均有一定程度的改善。Muniz等[27]通過構(gòu)建長期乙醇攝入大鼠模型發(fā)現(xiàn)，隨著乙醇攝入量的增加，ED的發(fā)病率隨之升高，且大鼠海綿體組織中內(nèi)皮素-1表達(dá)升高，血管收縮反應(yīng)增強。同時，過表達(dá)的內(nèi)皮素-1不僅誘發(fā)NADPH氧化酶表達(dá)上調(diào)，還通過激活Ras同源物基因組成員A/Rho相關(guān)卷曲形成蛋白激酶途徑促進(jìn)ED的發(fā)生發(fā)展。

2.6同型半胱氨酸 同型半胱氨酸是一種含硫氨基酸，可通過多種途徑誘導(dǎo)氧化應(yīng)激、導(dǎo)致內(nèi)皮功能障礙[28]。李明等[29]調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，高血壓ED患者勃起功能與血清同型半胱氨酸水平呈負(fù)相關(guān)。Jones等[30]對高同型半胱氨酸血癥兔的陰莖海綿體平滑肌進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，其平滑肌舒張功能和一氧化氮釋放嚴(yán)重受到抑制，并認(rèn)為其原因是大量產(chǎn)生的活性氧介導(dǎo)的氧化應(yīng)激。而有研究發(fā)現(xiàn)，同型半胱氨酸可通過抑制一氧化碳/血紅素加氧酶2途徑來抑制高同型半胱氨酸血癥大鼠模型的勃起功能[31]。相反，葉酸、維生素B12等同型半胱氨酸拮抗藥物均對高同型半胱氨酸血癥ED大鼠模型有明顯治療效果[32]。

2.7核因子E2相關(guān)因子2 核因子E2相關(guān)因子2能增強細(xì)胞對氧化應(yīng)激的抵抗力，有研究通過對接受陰莖假體植入的老年ED患者的陰莖組織經(jīng)核因子E2相關(guān)因子2激活劑處理后，發(fā)現(xiàn)人陰莖組織中超氧化物減少，以及核因子E2相關(guān)因子2下游的抗氧化物血紅素加氧酶1含量增加，同時該激活劑與ED一線治療藥物他達(dá)拉非結(jié)合使用可有效增強其藥理作用[33]。丁維等[34]使用丹參酮磺ⅡA酸鈉治療高脂血癥ED大鼠，發(fā)現(xiàn)該藥可通過上調(diào)核因子E2相關(guān)因子2/血紅素加氧酶-1途徑減少氧化應(yīng)激，改善大鼠勃起功能。另有研究發(fā)現(xiàn)，核因子E2相關(guān)因子2通過激活核因子E2相關(guān)因子2/血紅素加氧酶-1/二甲基精氨酸二甲胺水解酶/過氧化物酶體增殖物激活受體γ途徑恢復(fù)糖尿病ED大鼠的勃起功能并降低氧化應(yīng)激[35]。此外，使用血管緊張素Ⅱ受體拮抗劑可抑制核因子E2相關(guān)因子2/Kelch樣環(huán)氧氯丙烷相關(guān)蛋白1途徑，減弱氧化應(yīng)激，使海綿體神經(jīng)損傷型ED大鼠模型恢復(fù)部分勃起功能[36]。

2.8睪酮 睪酮是維持男性第二性征、促進(jìn)精子產(chǎn)生、維持性功能的重要激素[37]。Li等[38]通過使用睪酮對去勢大鼠進(jìn)行治療發(fā)現(xiàn)，睪酮可以通過增強環(huán)加氧酶2/前列環(huán)素合酶環(huán)腺苷酸信號通路在陰莖海綿體內(nèi)的表達(dá)，以及降低大鼠陰莖海綿體內(nèi)的氧化應(yīng)激來改善大鼠的勃起功能。該團(tuán)隊隨后的研究發(fā)現(xiàn)，睪酮缺乏可誘導(dǎo)氧化應(yīng)激，并通過1-磷酸鞘氨醇受體1/蛋白激酶/轉(zhuǎn)錄因子叉頭框蛋白O3a途徑導(dǎo)致內(nèi)皮功能障礙，降低大鼠勃起功能[39]。此外，在去勢大鼠的研究中發(fā)現(xiàn)，睪酮缺乏可通過上調(diào)不對稱二甲基精氨酸水平以抑制一氧化氮合酶功能并促進(jìn)內(nèi)皮型一氧化氮合酶的解偶聯(lián)，同時誘導(dǎo)陰莖海綿體內(nèi)的超氧化物蓄積和炎癥反應(yīng)誘發(fā)ED[22,40]。上述研究進(jìn)一步證實了雄激素缺乏與氧化應(yīng)激和ED間的密切關(guān)聯(lián)性。在多種類型ED中，睪酮與磷酸二酯酶Ⅴ型抑制劑聯(lián)用可有效延長勃起時間，增強陰莖勃起硬度，并在磷酸二酯酶Ⅴ型抑制劑治療無效時作為其替代療法，提高患者的勃起功能[40-41]。

2.9人組織激肽釋放酶1 人組織激肽釋放酶1為激肽釋放酶最早發(fā)現(xiàn)的亞型。其在抗炎、抗凋亡、抗纖維化和抗氧化等方面均可發(fā)揮作用[42]。有學(xué)者對衰老大鼠的陰莖組織進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，人組織激肽釋放酶1可以通過抑制Ras同源物基因組成員A/Rho相關(guān)卷曲形成蛋白激酶/LIM激酶/絲切蛋白來抵抗平滑肌收縮和纖維化，還可通過介導(dǎo)二甲基精氨酸二甲胺水解酶/不對稱二甲基精氨酸/一氧化氮合酶/環(huán)鳥苷酸通路促進(jìn)一氧化氮/環(huán)鳥苷酸通路的表達(dá)，以恢復(fù)勃起功能[43-44]。不僅如此，人組織激肽釋放酶1還可通過抑制NADPH氧化酶和晚期糖基化終末產(chǎn)物誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激，以及激活磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B/內(nèi)皮型一氧化氮合酶通路，增強糖尿病大鼠陰莖勃起[45]。而在高同型半胱氨酸血癥大鼠模型中，人組織激肽釋放酶1同樣可通過上述類似途徑發(fā)揮抗氧化應(yīng)激以及抗纖維化作用，改善大鼠的勃起功能[46]。

2.10腫瘤壞死因子-α 腫瘤壞死因子-α作為免疫細(xì)胞產(chǎn)生的一種炎癥介質(zhì)，在炎癥反應(yīng)、免疫調(diào)節(jié)、細(xì)胞增殖與分化等多種過程均發(fā)揮一定作用[47]。Long等[48]在糖尿病ED大鼠的血清中檢測到腫瘤壞死因子-α的高表達(dá)，并伴隨陰莖海綿體組織中的NADPH氧化酶表達(dá)升高和大量活性氧生成，且經(jīng)腫瘤壞死因子-α抑制劑治療的大鼠勃起功能有所恢復(fù)且NADPH氧化酶表達(dá)降低，證明腫瘤壞死因子-α可通過誘導(dǎo)NADPH氧化酶生成而產(chǎn)生氧化應(yīng)激。Hotston等[49]在含腫瘤壞死因子-α的培養(yǎng)基中培養(yǎng)兔的海綿體血管平滑肌細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)腫瘤壞死因子-α可誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)氮氧化合物產(chǎn)生大量超氧陰離子，并上調(diào)磷酸二酯酶Ⅴ型表達(dá)進(jìn)而抑制一氧化氮/環(huán)鳥苷酸通路。此外，腫瘤壞死因子-α還可通過抑制一氧化氮合酶的生成以及激活Ras同源物基因組成員A/Rho相關(guān)卷曲形成蛋白激酶信號通路的表達(dá)阻礙陰莖正常勃起[50]。蔣波等[51]發(fā)現(xiàn)，ED患者血清內(nèi)腫瘤壞死因子-α的表達(dá)與ED的嚴(yán)重程度成正比，并認(rèn)為人血清腫瘤壞死因子-α水平變化對協(xié)助ED的診斷具有一定臨床意義。

2.11其他 在血管緊張素Ⅱ誘導(dǎo)的ED大鼠陰莖海綿體組織中，活性氧表達(dá)升高，超氧化物歧化酶和髓過氧化物酶表達(dá)降低，并存在炎癥反應(yīng)以及大量內(nèi)皮細(xì)胞凋亡，進(jìn)而誘導(dǎo)ED[52]。此外，N-硝基-L-精氨酸、G蛋白偶聯(lián)受體激酶2等均可通過誘導(dǎo)氧化應(yīng)激促進(jìn)ED的發(fā)生發(fā)展[53-54]。

3 小 結(jié)

作為損害勃起功能的重要因素之一，氧化應(yīng)激在ED病程中具體分子機制尚未完全明確。大量研究表明，抗氧化劑可顯著改善ED動物模型的勃起功能，說明抗氧化應(yīng)激是一種有效治療ED的途徑，但該治療方法在臨床上卻未取得良好療效，這可能與ED發(fā)病機制的多因素協(xié)同誘導(dǎo)和復(fù)雜性有關(guān)。因此，深入研究氧化應(yīng)激在ED發(fā)生、發(fā)展中的詳細(xì)機制及作用靶點顯得尤為重要，也可以此為切入點研發(fā)針對性治療的抗氧化劑，為ED精準(zhǔn)治療提供方案。