膀胱老化機(jī)制研究進(jìn)展

崔帆 鄧欣 雙衛(wèi)兵，3

(1山西醫(yī)科大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院，山西 太原 030000；2武警山西省總隊機(jī)動支隊勤務(wù)保障大隊衛(wèi)生隊；3山西醫(yī)科大學(xué)第一醫(yī)院泌尿外科)

隨著科學(xué)技術(shù)與醫(yī)療水平的進(jìn)步與發(fā)展，人類平均壽命逐年增長。2019年全世界65歲及以上的老年人口占全球人口的1/11，到2050年則將提高到1/6〔1〕。我國《2020年度國家老齡事業(yè)發(fā)展公報》〔2〕顯示：截至2020年11月1日零時，全國60歲以上老年人口26 402萬人，占總?cè)丝诘?8.7%。尿頻、尿急、夜尿增加及排尿困難等下尿路癥狀常給老年人帶來極大困擾，伴隨著老齡化社會的到來，這些癥狀的就診量日益增多，嚴(yán)重增加了社會經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)〔3〕。既往多認(rèn)為下尿路梗阻或神經(jīng)病變是老年人排尿障礙的主要原因。但研究發(fā)現(xiàn)，無神經(jīng)系統(tǒng)疾病和膀胱出口梗阻的老年女性及已解除膀胱出口梗阻的老年男性仍然會有排尿障礙〔4，5〕。這提示伴隨年齡增長出現(xiàn)的膀胱老化可能引起不可逆的膀胱功能損害致使老年人出現(xiàn)下尿路癥狀〔6，7〕。了解并探究膀胱老化發(fā)生發(fā)展機(jī)制，有利于對因衰老引起的膀胱功能障礙進(jìn)行有效的預(yù)防及治療，還可為探索衰老的機(jī)制提供更多思路?，F(xiàn)針對膀胱老化機(jī)制進(jìn)行綜述，以加深人們對膀胱老化的了解，提高人們對膀胱老化的認(rèn)識，幫助指導(dǎo)臨床工作。

1 膀胱老化基本病理機(jī)制

1.1逼尿肌功能受損 膀胱主要通過逼尿肌的活動來實現(xiàn)排尿和儲尿功能〔6〕。 Zhao等〔8〕通過對老齡大鼠膀胱組織光鏡觀察發(fā)現(xiàn)膀胱尿路上皮層變薄，肌肉組織質(zhì)量減少，而膠原含量明顯增多。Elbadawi等〔9〕對尿動力學(xué)檢查正常、無泌尿系統(tǒng)疾病的老年人膀胱組織電鏡觀察發(fā)現(xiàn)平滑肌萎縮，肌膜小凹耗竭、肌絲紊亂、肌漿空泡明顯。大量研究表明，隨著年齡增長，逼尿肌功能逐漸發(fā)生障礙〔10～12〕。Malone-Lee等〔10〕發(fā)現(xiàn)伴隨老齡膀胱逼尿肌收縮功能受損。而Ameda等〔11〕的研究顯示，隨著年齡的增長，膀胱逼尿肌的收縮功能并不一定會惡化，但膀胱逼尿肌不穩(wěn)定的發(fā)生率會明顯增加。老年人膀胱組織慢性缺血會導(dǎo)致產(chǎn)生過量的前列腺素和白三烯，這些炎性物質(zhì)可能與逼尿肌不穩(wěn)定發(fā)生率增加有關(guān)〔13，14〕。

1.2膀胱壁纖維化 膀胱壁纖維化是老年排尿功能障礙的重要機(jī)制〔12〕。雖然在衰老的大鼠膀胱中未見明顯的膠原沉積及膀胱纖維化，但是在老年人膀胱組織中卻發(fā)現(xiàn)纖維變性和膠原沉積現(xiàn)象引起膀胱壁纖維化，從而導(dǎo)致了膀胱順應(yīng)性降低〔15～17〕。老化膀胱纖維化的具體原因尚不清楚，但在動物模型中已顯示膀胱組織慢性缺血可引起明顯的膀胱壁纖維化和順應(yīng)性下降〔18〕。

1.3神經(jīng)受體改變 交感神經(jīng)可抑制膀胱逼尿肌收縮并刺激尿道收縮，從而促進(jìn)尿液儲存。排尿反射主要是通過激活逼尿肌上的膽堿能受體來實現(xiàn)的，嘌呤能受體在排尿過程中也起到一定作用〔6，19〕。Daly等〔20〕發(fā)現(xiàn)年齡增長使嘌呤能信號改變會影響膀胱傳入神經(jīng)，從而導(dǎo)致膀胱功能退化。也有研究發(fā)現(xiàn)，老化膀胱中的炎性因子會促進(jìn)神經(jīng)元凋亡，損傷傳入和傳出神經(jīng)元，致使逼尿肌不穩(wěn)定收縮〔21〕。年齡與介導(dǎo)膀胱逼尿肌收縮的嘌呤能成分之間存在顯著的正相關(guān)，而與介導(dǎo)膀胱逼尿肌收縮的膽堿能成分之間存在顯著的負(fù)相關(guān)〔22，23〕。年齡增加還會使膀胱對去甲腎上腺素的敏感性增加，致使老年排尿功能障礙〔12〕。隨年齡增長出現(xiàn)的神經(jīng)受體改變對膀胱功能具有重要影響〔12，24〕。

2 衰老因素在膀胱老化中的作用

2.1氧化應(yīng)激與膀胱老化

2.1.1氧化應(yīng)激與衰老 線粒體被稱為細(xì)胞的“動力工廠”，其具有產(chǎn)生ATP、維持細(xì)胞氧化與抗氧化平衡、調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)鈣水平及細(xì)胞凋亡等功能〔25，26〕。線粒體功能正常對于細(xì)胞及生物體來說十分重要，線粒體功能障礙會引起細(xì)胞能量供給不足、細(xì)胞內(nèi)鈣超載、活性氧(ROS)產(chǎn)生過多、氧化應(yīng)激(OS)反應(yīng)程度加深及DNA損傷等，最終致使細(xì)胞凋亡，誘導(dǎo)衰老及衰老相關(guān)疾病的發(fā)生〔25〕。正常生理狀態(tài)下，線粒體以氧依賴方式產(chǎn)能的過程中會伴隨產(chǎn)生少量ROS〔26〕。而隨著年齡增長出現(xiàn)的線粒體質(zhì)量控制異常使OS反應(yīng)增加、ROS生成過多〔27〕。累積的ROS一方面會繼續(xù)破壞線粒體結(jié)構(gòu)，加重線粒體損傷，加速細(xì)胞凋亡或壞死；另一方面會引起機(jī)體內(nèi)源性損傷相關(guān)分子模式的產(chǎn)生及細(xì)胞因子的釋放，導(dǎo)致炎性衰老的發(fā)生〔25，28〕。目前人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)線粒體在衰老及其相關(guān)疾病的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用，未來可以將線粒體作為靶點來干預(yù)及治療多種老齡相關(guān)疾病〔29〕。

2.1.2OS與膀胱老化的關(guān)系 Per?e等〔30〕研究發(fā)現(xiàn)，年輕小鼠尿路上皮細(xì)胞具有強(qiáng)大的抗氧化系統(tǒng)，可作為防御屏障以保持氧化作用與抗氧化用的平衡。相比之下，衰老的膀胱上皮細(xì)胞的線粒體超微結(jié)構(gòu)明顯改變，脂褐素大量積累，細(xì)胞總抗氧化能力顯著降低，細(xì)胞中脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物丙二醛(MDA)和OS標(biāo)志物誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(iNOS)的水平明顯升高。Ito等〔31〕的研究表明，大鼠膀胱尿路上皮細(xì)胞中脂質(zhì)過氧化反應(yīng)隨著大鼠膀胱的衰老而不斷增多，MDA水平隨著年齡的增長而顯著增加，衰老會使膀胱細(xì)胞組織中的OS反應(yīng)增加并導(dǎo)致衰老相關(guān)的儲尿和排尿功能障礙。Chen等〔7〕的研究不僅發(fā)現(xiàn)了老齡大鼠膀胱較年輕組MDA水平升高，抗氧化物質(zhì)超氧化物歧化酶(SOD)水平降低，還推測老化膀胱增多的OS反應(yīng)可能導(dǎo)致膀胱發(fā)生炎性衰老。另外，支配作用于膀胱的神經(jīng)在衰老過程中OS反應(yīng)也有一定程度增加，從而影響膀胱正常生理功能，導(dǎo)致膀胱功能障礙〔31〕。

2.2缺血缺氧與膀胱老化

2.2.1缺血缺氧與衰老 氧氣在有氧呼吸和新陳代謝中發(fā)揮重要作用〔32〕。當(dāng)氧氣需求超過其供應(yīng)量時，全身或局部組織會缺氧，導(dǎo)致細(xì)胞代謝異常，從而影響細(xì)胞的正常生理功能和生存能力〔33〕。目前人們已經(jīng)深入研究了細(xì)胞感知缺氧將信號傳導(dǎo)至缺氧誘導(dǎo)因子(HIF)從而適應(yīng)缺氧環(huán)境的機(jī)制〔34〕。HIF家族包括HIF-1、HIF-2、HIF-3三個成員，它們是氧依賴的異二聚體轉(zhuǎn)錄因子〔34，35〕。其中，HIF-1是使細(xì)胞適應(yīng)缺氧環(huán)境最重要的物質(zhì)〔34，36〕。HIF-1可誘導(dǎo)超過100個靶基因的表達(dá)，包括新生血管形成、厭氧代謝及細(xì)胞增殖、存活等方面〔37〕。沉默信息調(diào)節(jié)子蛋白Sirtuins家族是核煙酰胺腺嘌呤二核苷酸依賴性的蛋白質(zhì)去乙?；?，主要有SIRT1～SIRT7七個成員，它們參與細(xì)胞新陳代謝、炎癥反應(yīng)及凋亡等過程〔33〕。研究發(fā)現(xiàn)Sirtuins家族與衰老有關(guān)的慢性疾病關(guān)系密切，上調(diào)SIRT1的表達(dá)可以預(yù)防細(xì)胞早衰，SIRT3在線粒體中可以發(fā)揮抗氧化作用促進(jìn)線粒體清除ROS從而減少氧化損傷〔27，33，38〕。HIF-1與Sirtuins家族之間存在相互聯(lián)系〔39〕。在缺氧條件下進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)，SIRT1去乙?；梢种艸IF-1活性〔39，40〕。SIRT6通過去乙酰化會引起HIF-1相應(yīng)啟動子的轉(zhuǎn)錄受損，而SIRT6缺失可使HIF-1基因表達(dá)增加〔39〕。隨著年齡增長，細(xì)胞組織對缺氧的感知及反應(yīng)不足，HIF-1穩(wěn)定性下降，影響新生血管生成，導(dǎo)致缺血的發(fā)生〔41〕。除血管生成受影響外，與年齡相關(guān)的血管功能障礙還和機(jī)體長期低度炎癥環(huán)境、OS反應(yīng)增多及血管收縮/擴(kuò)張因子產(chǎn)生不平衡有關(guān)〔42〕。衰老機(jī)體中增多的缺血缺氧事件又會加重線粒體功能障礙，引起ROS和OS反應(yīng)異常，造成細(xì)胞組織損傷，從而使衰老進(jìn)程加速〔43〕。

2.2.2缺血缺氧與膀胱老化的關(guān)系 有研究發(fā)現(xiàn)，膀胱慢性缺血缺氧可使膀胱平滑肌組織中轉(zhuǎn)化生長因子-β含量升高，出現(xiàn)膀胱纖維化現(xiàn)象，導(dǎo)致膀胱順應(yīng)性下降〔44〕。Saito等〔45〕比較了年輕和老齡大鼠體內(nèi)和體外的膀胱血流量和逼尿肌功能，發(fā)現(xiàn)無論在體內(nèi)還是體外，通過激光多普勒流量計測量的膀胱血流量均隨著膀胱內(nèi)容積的增加而減少，并且老年大鼠的膀胱內(nèi)血流量小于年輕大鼠，逼尿肌收縮功能受損。Pinggera等〔46〕使用經(jīng)直腸彩色多普勒超聲檢查發(fā)現(xiàn)，與無癥狀的年輕對照相比，老年出現(xiàn)下尿路癥狀患者的膀胱血流明顯減少。研究表明，膀胱缺血使OS反應(yīng)加劇，導(dǎo)致逼尿肌功能異常、毒蕈堿受體過度反應(yīng)和神經(jīng)退行性變，從而引起膀胱功能障礙〔42，47〕。

2.3炎性衰老與膀胱老化

2.3.1炎性衰老機(jī)制 炎性衰老是指機(jī)體在衰老過程中長期處于低水平慢性促炎反應(yīng)進(jìn)行性升高的狀態(tài)〔48〕。炎癥水平的高低是影響機(jī)體衰老速率及壽命的關(guān)鍵〔49〕。端?？s短、DNA損傷積累、細(xì)胞自噬異常等細(xì)胞分子水平的變化會引起炎性衰老的發(fā)生，被釋放的各種炎性因子和OS相互作用，進(jìn)一步導(dǎo)致細(xì)胞損傷，加速衰老進(jìn)程〔29〕。端粒是存在于真核生物染色體末端的核蛋白結(jié)構(gòu)，其最主要的功能為維持染色體穩(wěn)定。隨著DNA復(fù)制次數(shù)的增加，端粒會逐漸縮短，使細(xì)胞復(fù)制達(dá)到海弗利克極限，最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡〔50～52〕。端粒酶雖然可以使端粒修復(fù)延長，但其活性受到嚴(yán)格調(diào)控，在絕大多數(shù)體細(xì)胞中處于失活狀態(tài)。隨著年齡增長及細(xì)胞復(fù)制次數(shù)增加而出現(xiàn)的端粒縮短是生命進(jìn)化過程中所選擇的生存機(jī)制，這一機(jī)制減少了細(xì)胞無限增殖發(fā)展為癌細(xì)胞的可能〔51〕。DNA損傷是細(xì)胞復(fù)制過程中發(fā)生的DNA核苷酸序列永久性改變〔52〕。DNA損傷積累是引起衰老發(fā)生的重要因素〔53〕。為了減弱DNA損傷帶來的有害影響，細(xì)胞會啟動DNA損傷修復(fù)機(jī)制，通過稀釋損傷細(xì)胞壽命能夠延長，但機(jī)體對DNA損傷的修復(fù)是有限的〔51，54〕。自噬是細(xì)胞維持內(nèi)部穩(wěn)態(tài)的一種方式，通過自噬將細(xì)胞內(nèi)受損物質(zhì)運送至溶酶體進(jìn)行分解代謝從而實現(xiàn)細(xì)胞成分的循環(huán)利用是細(xì)胞長壽的重要機(jī)制〔55〕。Bonafè等〔56〕的研究發(fā)現(xiàn)，端?？s短、DNA損傷積累可使干細(xì)胞分化為促炎癥細(xì)胞因子過表達(dá)細(xì)胞，從而促進(jìn)大量炎性細(xì)胞因子的產(chǎn)生，引起炎性衰老。而細(xì)胞自噬能力的下降則使細(xì)胞內(nèi)異常物質(zhì)尤其是功能失調(diào)的線粒體增多，導(dǎo)致ROS累積過盛，OS反應(yīng)程度加深，進(jìn)一步加重炎性衰老。Fuentu等〔57〕提出的OS-炎癥-衰老學(xué)說認(rèn)為，OS反應(yīng)中過量的ROS可介導(dǎo)慢性炎癥反應(yīng)的發(fā)生，而機(jī)體長期處于慢性炎癥環(huán)境中又會加重線粒體功能障礙，降低細(xì)胞抗氧化能力，促進(jìn)OS反應(yīng)。各種炎性細(xì)胞因子與OS產(chǎn)物相互作用，使細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能受損，導(dǎo)致細(xì)胞衰老。衰老進(jìn)程中出現(xiàn)的端?？s短、DNA損傷累積及細(xì)胞自噬能力下降又會引起機(jī)體促炎細(xì)胞因子網(wǎng)絡(luò)與抗炎細(xì)胞因子網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)態(tài)失衡，最終形成惡性循環(huán)，多因素的共同作用導(dǎo)致衰老發(fā)生并加速衰老進(jìn)程。

2.3.2炎性衰老與膀胱老化的關(guān)系 炎性衰老學(xué)說提供了有關(guān)衰老機(jī)制的新見解〔48〕。研究表明慢性炎癥反應(yīng)加劇了機(jī)體各組織器官自然發(fā)生的退化性改變，并且在老年患者的多種退行性疾病中起到關(guān)鍵作用〔58〕。Chen等〔7〕通過比較年輕組大鼠與老年大鼠膀胱組織中的NLRP3炎癥小體、白細(xì)胞介素(IL)-1β及衰老標(biāo)志物p12的含量發(fā)現(xiàn)老年大鼠膀胱中的NLRP3炎癥小題、IL-1β及p12與年輕組相比表達(dá)均增加，過表達(dá)的NLRP3炎癥小體與IL-1β主要位于膀胱尿路上皮細(xì)胞。目前已經(jīng)證明NLRP3與慢性低度炎癥相關(guān)，而且其是導(dǎo)致衰老過程中組織器官功能下降的重要物質(zhì)〔59〕。IL-1β作為炎一種炎性細(xì)胞因子，可以引起膀胱組織膠原沉積，浸潤膀胱逼尿肌層組織損害逼尿肌功能，影響膀胱神經(jīng)支配導(dǎo)致下尿路癥狀〔21〕。提示炎性衰老可能是膀胱功能障礙的一種新機(jī)制。另有研究證實，SIRT3-SOD2-線粒體ROS信號通路可激活NLPR3炎癥小體，ROS的產(chǎn)生是NLRP3炎性小體活化的關(guān)鍵〔60，61〕。這表明膀胱老化機(jī)制復(fù)雜，缺氧、OS及炎癥反應(yīng)在衰老伴發(fā)的膀胱功能障礙中都發(fā)揮了作用。

2.4熱量限制(CR)與膀胱老化

2.4.1CR與衰老 CR是指在保障機(jī)體基礎(chǔ)物質(zhì)需要且確保生物體不發(fā)生營養(yǎng)不良的情況下減少20%～40%的熱量攝入〔62〕。大量研究表明CR可以有效地延緩衰老進(jìn)程，達(dá)到延長壽命的效果〔63，64〕。β-半乳糖苷酶在衰老細(xì)胞中的含量遠(yuǎn)超過年輕細(xì)胞，雖然還尚不能作為衰老標(biāo)志物，但其對預(yù)測衰老的發(fā)生有一定的作用，研究發(fā)現(xiàn)低糖培養(yǎng)可以明顯降低細(xì)胞內(nèi)β-半乳糖苷酶的表達(dá)〔65，66〕。還有研究證實低糖培養(yǎng)基可以使細(xì)胞衰老相關(guān)蛋白p16、p21表達(dá)減少，增加細(xì)胞壽命〔67〕。CR延緩衰老的機(jī)制包括：(1)抑制OS反應(yīng)，減少ROS產(chǎn)生和iNOS表達(dá)〔68，69〕。(2)影響多種信號傳導(dǎo)通路促進(jìn)細(xì)胞自噬〔63〕。(3)調(diào)節(jié)促炎因子活性，抑制炎癥因子生成等〔70〕。目前發(fā)現(xiàn)白藜蘆醇、二甲雙胍等藥物可以發(fā)揮CR作用，達(dá)到預(yù)防或治療衰老相關(guān)疾病的效果〔63，64，71〕。

2.4.2CR與膀胱老化的關(guān)系 Ito等〔31〕探究了衰老大鼠發(fā)生膀胱功能障礙時膀胱組織及支配膀胱神經(jīng)的生物學(xué)變化，發(fā)現(xiàn)這些大鼠的逼尿肌收縮力受損，對毒蕈堿受體激動劑的反應(yīng)減少，并且對神經(jīng)尤其是膽堿能成分的反應(yīng)性降低。他們對部分大鼠進(jìn)行CR，并與正常飲食的大鼠比較還發(fā)現(xiàn)長期CR對年齡相關(guān)的膀胱功能障礙具有預(yù)防作用。但目前對CR影響膀胱老化細(xì)胞分子水平的機(jī)制還有待進(jìn)一步研究，將來通過CR或可發(fā)揮CR作用的藥物干預(yù)老化引起的膀胱功能障礙值得深入探索。

綜上，衰老與機(jī)體各組織、器官、系統(tǒng)的功能下降均密切相關(guān)〔65〕。雖然老年人的諸多泌尿系統(tǒng)疾病與膀胱老化有關(guān)，但人們對膀胱老化缺乏認(rèn)知。關(guān)于膀胱老化引起下尿路癥狀的病理生理機(jī)制研究并不多，這可能是因為動物實驗與臨床研究存在差異，而人體研究需要進(jìn)行尿動力學(xué)檢查等侵入性手術(shù)，即使進(jìn)行研究，通常也很難區(qū)分是由于疾病引起的功能障礙還是純粹與年齡相關(guān)，許多年老患者服用的藥物也可能會影響研究結(jié)果〔12〕。未來仍需提高人們對膀胱老化的了解并進(jìn)一步探索其機(jī)制，有利于幫助闡釋衰老各機(jī)制的作用，并對老年人下尿路癥狀進(jìn)行更好的干預(yù)與治療。