低雄激素狀態(tài)引起勃起功能障礙的分子機(jī)制*

姜睿 曾洋

(西南醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院泌尿外科，四川 瀘州 646000)

勃起功能障礙(Erectile dysfunction,ED)是指男性不能夠持續(xù)獲得和維持足夠的陰莖勃起以完成滿意的性生活[1-2]。ED患者主要見于40歲以上的男性，患病率隨著年齡的增長(zhǎng)而增加，并且在60歲以上的男性中，重度ED比中度ED的患病率增長(zhǎng)速度更快[3-4]。

ED的發(fā)生、發(fā)展與許多因素相關(guān)，其中雄激素水平下降是重要原因之一。雄激素對(duì)陰莖海綿體平滑肌具有營(yíng)養(yǎng)作用，是陰莖海綿體平滑肌松弛增加陰莖血流引起勃起過(guò)程的重要條件。生理濃度的睪酮可以抑制動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞鈣離子通道開放，通過(guò)減少動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞鈣離子內(nèi)流誘導(dǎo)血管舒張而充盈陰莖血流，促進(jìn)陰莖勃起，低雄激素狀態(tài)則抑制勃起[5-6]。雄激素替代治療安全有效，能夠改善ED患者的治療效果[7-9]。然而前列腺癌的發(fā)生率逐年上升，雄激素阻斷是治療前列腺癌的重要方法，在患者體內(nèi)維持低雄激素狀態(tài)可抑制前列腺癌細(xì)胞的生長(zhǎng)，但同時(shí)抑制患者勃起功能。因此，了解低雄激素狀態(tài)引起ED相關(guān)分子機(jī)制是制定有效治療方案的關(guān)鍵。

1 NO/cGMP信號(hào)通路

一氧化氮(NO)/環(huán)磷酸鳥苷(cGMP)信號(hào)通路是陰莖正常勃起的關(guān)鍵通路[10]。在性刺激時(shí)，陰莖海綿體血管內(nèi)皮細(xì)胞在內(nèi)皮性一氧化氮合酶(eNOS)的催化下合成并釋放NO，后者進(jìn)一步活化鳥苷酸環(huán)化酶，將三磷酸鳥苷(GTP)轉(zhuǎn)化為cGMP，cGMP濃度增加降低了平滑肌細(xì)胞胞質(zhì)內(nèi)鈣離子濃度，從而引起平滑肌松弛，增加陰莖血流，促進(jìn)勃起。通過(guò)NO/cGMP信號(hào)通路促使陰莖勃起具有睪酮依賴性[11]，該信號(hào)通路是目前低雄激素狀態(tài)引起ED研究最多的分子機(jī)制，并且多數(shù)研究顯示低雄激素狀態(tài)通過(guò)調(diào)控其上游信號(hào)分子，間接作用于NO/cGMP信號(hào)通路抑制陰莖勃起。

1.1 P2Y受體、P2X受體 細(xì)胞外核苷酸是重要的血管活性因子，在血管張力調(diào)節(jié)中發(fā)揮重要的作用。與胞外核苷酸相結(jié)合的細(xì)胞表面受體稱為嘌呤(Purine，P)受體。P受體分為P1受體和P2受體，其中P2受體存在于許多組織中，P2受體通過(guò)與核苷酸及其相關(guān)類似物相結(jié)合，發(fā)揮調(diào)控血管舒張的功能。P2受體可根據(jù)其信號(hào)傳導(dǎo)機(jī)制和特征分子結(jié)構(gòu)分為配體門控離子通道P2X受體與代謝型P2Y受體[12]，P2X受體激活以后能促進(jìn)細(xì)胞外鈣離子的進(jìn)入，P2Y受體的激活則導(dǎo)致鈣離子從細(xì)胞內(nèi)鈣離子儲(chǔ)存庫(kù)釋放出細(xì)胞。低雄激素狀態(tài)可能通過(guò)下調(diào)P2Y受體的表達(dá)、上調(diào)P2X受體表達(dá)抑制了eNOS活化和表達(dá)，使NO生成減少，進(jìn)一步抑制下游反應(yīng)，增加了平滑肌細(xì)胞胞質(zhì)內(nèi)鈣離子濃度，從而引起平滑肌收縮，陰莖血流減少，抑制了勃起[13-14]。

1.2 SKca3、IKca 鉀離子通道開放能夠通過(guò)誘導(dǎo)陰莖海綿體平滑肌細(xì)胞(Smooth muscle cell,SMC)超級(jí)化，達(dá)到SMC舒張效應(yīng)，而這一生理過(guò)程主要是通過(guò)位于細(xì)胞膜上或肌質(zhì)網(wǎng)的鈣離子通道的關(guān)閉，鈣庫(kù)或細(xì)胞外流入細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的鈣離子減少，鈣離子與SMC鈣調(diào)蛋白結(jié)合減少來(lái)實(shí)現(xiàn)的。鉀離子通道根據(jù)其在不同組織細(xì)胞中功能特點(diǎn)、激活機(jī)制不同主要有內(nèi)向整流鉀通道、三磷酸腺苷敏感K+通道、電壓依賴的K+通道和依賴鈣離子活化的鉀通道(Kca)[15]。其中Kca通道按照其電導(dǎo)率、藥理學(xué)特點(diǎn)和基因分型不同，主要分為big conductance Ca2+-activated potassiumchannel (BKca)、intermediate conductance Ca2+-activatedpotassium channel (IKca)與small conductance Ca2+-activated potassiumchannel (SKca)三大類[16]。低雄激素狀態(tài)可能通過(guò)下調(diào)大鼠陰莖海綿體中SKca亞型SKca3 和IKca表達(dá)，抑制eNOS的表達(dá)或活性，引發(fā)下游系列反應(yīng)，增加了平滑肌細(xì)胞胞質(zhì)內(nèi)鈣離子濃度，抑制SMC舒張，減少了陰莖血流使勃起功能下降[17]。

1.3 二氧化硫(sulfur dioxide,SO2) SO2是一種新型的氣體信號(hào)分子，它的生理學(xué)效應(yīng)主要包括一下幾點(diǎn)：①舒張血管。②改善血管結(jié)構(gòu)的重構(gòu)。③抑制心臟的正常功能。④抑制炎癥反應(yīng)的進(jìn)行。⑤抗氧化作用等[18]。內(nèi)源性SO2一方面可以通過(guò)促進(jìn)NO的產(chǎn)生在調(diào)節(jié)血管舒張過(guò)程中起著重要作用，另一方面也可增加大鼠主動(dòng)脈中eNOS的活性和表達(dá)[19]。低雄激素狀態(tài)抑制了SO2信號(hào)，進(jìn)而下調(diào)eNOS減少NO 的生成，最終抑制陰莖海綿體舒張功能，導(dǎo)致ED[20]。

1.4 eNOS 二聚體eNOS單體耦聯(lián)可形成二聚體產(chǎn)生NO舒張平滑肌[21]。四氫葉酸(BH4)是穩(wěn)定eNOS二聚體活性的重要輔助因子。在內(nèi)皮細(xì)胞中，BH4 和二氫葉酸(BH2)可相互轉(zhuǎn)化，當(dāng)BH4/BH2下降時(shí)，eNOS解耦聯(lián)增加[22-24]。3-硝基酪氨酸(3NT)也可促進(jìn)eNOS解耦聯(lián)[25]。低雄激素狀態(tài)降低了BH4/BH2比值并增加了3NT含量從而促進(jìn)eNOS發(fā)生解耦聯(lián)，進(jìn)一步減少NO生成，抑制了大鼠勃起功能[26]。

1.5 A2B受體 腺苷(Adenosine)是核苷的一種，包括4種亞型：A1、A2A、A2B、A3。其中A2B受體則廣泛分布于泌尿系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)中，在內(nèi)皮細(xì)胞、心肌細(xì)胞中均有表達(dá)，在血管舒張、缺血缺氧性心肌損傷、炎癥因子的釋放等方面均有調(diào)控作用[27-29]。腺苷也是重要的擴(kuò)血管因子，參與調(diào)控陰莖的勃起過(guò)程，在陰莖海綿體內(nèi)直接注射腺苷能夠誘發(fā)陰莖勃起[30]。低雄激素狀態(tài)能抑制大鼠陰莖海綿體組織中腺苷A2B受體的表達(dá)，抑制eNOS/cGMP 信號(hào)通路，導(dǎo)致去勢(shì)大鼠勃起功能下降[31]。

1.6 細(xì)胞外囊泡(Extracellular vesicles,EVs) EVs是指具有雙層膜結(jié)構(gòu)的胞外囊泡體，大小約40～1000 nm。EVs主要分為兩類：一類大小約100～1000 nm，它從胞膜上直接脫離，當(dāng)細(xì)胞被活化、受到損傷或者出現(xiàn)凋亡時(shí)產(chǎn)生，被稱為微囊泡；另一類大小約40～100 nm，它從胞質(zhì)內(nèi)的多囊小體中間接排出，被稱為外泌體[32]。對(duì)大鼠陰莖海綿體內(nèi)注射間充質(zhì)干細(xì)胞來(lái)源的外泌體，可以發(fā)現(xiàn)在大鼠陰莖海綿體組織中eNOS的表達(dá)明顯增強(qiáng)，陰莖動(dòng)脈損傷ED大鼠的勃起功能明顯改善[33]。低雄激素狀態(tài)可導(dǎo)致攜帶eNOS的EVs減少使陰莖海綿體內(nèi)皮細(xì)胞中NO減少?gòu)亩种撇餥34]。

1.7 細(xì)胞焦亡 細(xì)胞焦亡是近年來(lái)發(fā)現(xiàn)的一種依賴炎性胱天蛋白酶的程序性細(xì)胞死亡方式。目前有兩種分子信號(hào)通路介導(dǎo)細(xì)胞焦亡，分別為依賴Caspase-1的經(jīng)典炎癥小體途徑和依賴Caspase-4/5/11的非經(jīng)典炎癥小體途徑，兩條途徑最終都通過(guò)炎性胱天蛋白酶切割Gasdermin-D(GSDMD)釋放出具有成孔特性的GSDMD-N 端而引起焦亡[35]。其中，NLRP3 炎癥小體介導(dǎo)的經(jīng)典細(xì)胞焦亡途徑研究最多，NLRP3、ASC、Caspase-1、GSDMD和IL-1β是該途徑中的重要蛋白。內(nèi)皮細(xì)胞焦亡可通過(guò)下調(diào)eNOS和NO表達(dá)引起內(nèi)皮功能障礙[36-37]。脂多糖+三磷酸腺苷可誘導(dǎo)小鼠陰莖海綿體組織NLRP3炎癥小體形成，并引起Caspase-1、IL-1β表達(dá)增加和勃起功能下降[38]。在低雄激素狀態(tài)下，NLRP3、ASC、Caspase-1、GSDMD-N、IL-1β等表達(dá)上調(diào)，促進(jìn)大鼠陰莖海綿體組織平滑肌細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞焦亡，導(dǎo)致陰莖海綿體組織纖維化增加、NO 生成減少，抑制大鼠勃起功能[39]。

1.8 S1P1、S1P2、S1P3 NO/cGMP、RhoA/Rho激酶分別是勃起過(guò)程中關(guān)鍵的舒張和收縮因子，各種原因?qū)е律鲜鲂盘?hào)通路的改變均有可能導(dǎo)致ED 的發(fā)生。1-磷酸鞘氨醇(Sphingosine-1-phosphate,S1P)是一種具有重要生理功能的信使分子，與NOS、RhoA/Rho激酶之間有密切聯(lián)系，研究發(fā)現(xiàn)1-磷酸鞘氨醇受體1-3(S1P1-3) 在人類陰莖海綿體和陰莖血管中均有表達(dá)[40]。低雄激素狀態(tài)大鼠勃起功能下降，可能與低雄激素狀態(tài)下陰莖海綿體內(nèi)S1P1表達(dá)下調(diào)、抑制eNOS/NO/cGMP 信號(hào)通路，同時(shí)S1P2、S1P3 表達(dá)升高、激活RhoA/Rho信號(hào)通路有關(guān)[41]。應(yīng)用十一酸睪酮進(jìn)行雄激素替代治療可以通過(guò)抑制S1P2/RhoA/Rho激酶的激活，從而抑制陰莖海綿體平滑肌收縮，改善去勢(shì)大鼠勃起功能[42]。

2 CO信號(hào)通路

一氧化碳(Carbon monoxide,CO)被認(rèn)為是重要的氣體信使分子，在體內(nèi)主要由血紅素氧合酶(Heme oxygenase,HO)的亞型HO-2分解血紅素產(chǎn)生，CO通過(guò)和可溶性鳥苷酸環(huán)化酶的亞鐵血紅素結(jié)合，使其變構(gòu)、激活、增加cGMP的生成來(lái)調(diào)節(jié)血管張力，參與陰莖的勃起。低雄激素狀態(tài)可使HO-2表達(dá)下降，導(dǎo)致體內(nèi)CO減少，進(jìn)一步使陰莖勃起受到抑制[43-44]。

3 H2S信號(hào)通路

硫化氫(Sulfureted hydrogen,H2S)是繼NO和CO之后發(fā)現(xiàn)的第3種新型氣體信號(hào)分子，廣泛存在于人體和哺乳動(dòng)物體內(nèi)各個(gè)器官組織，特別是在神經(jīng)系統(tǒng)和平滑肌細(xì)胞內(nèi)，發(fā)揮著重要的生理調(diào)節(jié)功能，具有血管舒張調(diào)節(jié)功能[45]。胱硫醚-β-合成酶(Cystathionine beta-synthase,CBS) /胱硫醚-γ-裂解酶(Cystathionine-gamma-lyase,CSE)是催化L-半胱氨酸產(chǎn)生H2S的2種限速酶[46]。有研究[47]表明，低雄激素狀態(tài)下陰莖海綿體組織CBS、CSE表達(dá)下降引起H2S信號(hào)通路受抑可能是雄激素缺乏引起大鼠勃起功能下降的機(jī)制之一。

4 其它靶分子

陰莖海綿體平滑肌細(xì)胞胞質(zhì)內(nèi)鈣離子濃度的變化決定平滑肌的收縮與舒張，進(jìn)而影響陰莖勃起和疲軟的生理過(guò)程。蘭尼堿受體1(Ryanodine receptor 1,RyR1)是平滑肌細(xì)胞肌質(zhì)網(wǎng)中調(diào)控胞內(nèi)鈣離子濃度的重要受體，電壓門控鈣離子通道1.3 (CaV1.3)參與細(xì)胞內(nèi)外鈣離子交流，兩者共同調(diào)節(jié)平滑肌細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度而調(diào)控平滑肌舒張和收縮。低雄激素狀態(tài)下調(diào)了RyR1、CaV1.3的表達(dá)，從而引起陰莖勃起受到抑制[48]。細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶Erk1/2與平滑肌及內(nèi)皮系統(tǒng)功能關(guān)系密切，低雄激素狀態(tài)可能通過(guò)上調(diào)了Erk1/2表達(dá)進(jìn)而引起ED[49]。低雄激素狀態(tài)抑制陰莖海綿體雄激素受體/血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(Androgen receptor/vascular endothelial growth factor,AR/VEGF)表達(dá)，用十一酸睪酮進(jìn)行雄激素替代治療可通過(guò)調(diào)節(jié)AR/VEGF表達(dá)保護(hù)內(nèi)皮細(xì)胞完整性從而改善去勢(shì)大鼠勃起功能[50]。

5 小結(jié)與展望

低雄激素狀態(tài)主要通過(guò)調(diào)控多個(gè)靶點(diǎn)分子影響陰莖勃起過(guò)程中重要的NO/cGMP和RhoA/Rho激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，同時(shí)調(diào)控其它與陰莖海綿體平滑肌細(xì)胞收縮和舒張有關(guān)的信號(hào)通路如H2S、SO2等。這些信號(hào)通路構(gòu)成了調(diào)控陰莖勃起的復(fù)雜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，而尋找具有治療作用的關(guān)鍵分子或信號(hào)通路是治療低雄激素ED的基礎(chǔ)。