參與陰莖勃起的外周遞質信號通路及其與ED發生的關系*

付衛華綜述，鄢俊安審校

(第三軍醫大學西南醫院全軍泌尿外科研究所，重慶 400038)

男性勃起功能障礙(erectile dysfunction，ED)是指男性持續性或反復發作的，難以達到和維持陰莖勃起來完成滿意性交的病理現象。Moreland提出ED的發生可能是由于收縮因子和舒張因子之間的分泌失調所導致。這些舒張和收縮因子主要是由中樞和外周神經以及陰莖海綿體內竇隙及血管內皮細胞產生和釋放。近年來，研究人員對參與陰莖勃起的中樞神經遞質(5-羥色胺、多巴胺、催產素等)及其通路研究雖取得一定進展，但由于各遞質信號通路本身及其相互間關聯復雜，還需做大量深入的研究。但在對參與勃起的外周遞質及其信號通路研究進展明顯。本文就外周神經遞質其下游的信號通路在陰莖勃起和ED發生的病理機制中的作用研究進展作一綜述。

1 與平滑肌收縮相關的外周遞質及其信號通路

參與陰莖勃起組織收縮的外周遞質包括去甲腎上腺素(NA)、內皮素-1(ET-1)、神經肽 Y(NPY)、血管緊張素Ⅱ(AngⅡ)等。其中NA和ET-1在陰莖血管、海綿竇平滑肌收縮和維持陰莖疲軟狀態中起主要作用。

1.1 NA 在陰莖脈管系統以及海綿體平滑肌分布著豐富的交感腎上腺素能神經末梢，在陰莖萎軟期，神經末梢釋放的NA主要與陰莖海綿體小動脈和海綿竇平滑肌細胞上的α1-腎上腺素能受體(α1-AR)亞型α1A-AR結合，通過受體-G 蛋白-PLC途徑，分解膜脂質中的磷脂酰肌醇(PIP2)為三磷酸肌醇(IP3)和二酰甘油(DG)。其中，IP3與內質網或肌質網上IP3R結合后，導致胞內儲存Ca2+釋放進入胞質和[Ca2+]i升高，胞質中[Ca2+]與鈣調蛋白結合，使其構象改變，通過激活平滑肌肌球蛋白輕鏈激酶(M LCK)，使肌球蛋白輕鏈(MLC)磷酸化，后者再與肌球蛋白結合引發平滑肌收縮。磷酸化的M LC在肌球蛋白輕鏈磷酸酯酶(MLCP)的作用下脫磷酸，轉化為MLC，平滑肌收縮終止。DG則在細胞內Ca2+升高的狀態下激活蛋白C(PKC)，后者通過磷酸化 L型Ca2+通道或其他通道蛋白，引起Ca2+內流和Ca2+升高，促進平滑肌收縮。此外，平滑肌接受神經興奮刺激后，細胞膜去極化使電壓門控Ca2+通道開放，胞外Ca2+內流進一步增加細胞內Ca2+水平，參與平滑肌細胞收縮。

海綿體表達的α2-AR也參與陰莖勃起的調節。NA與突觸后α2-AR結合后，可介導依賴胞外Ca2+內流的海綿體平滑肌收縮;而與突觸前α2-AR結合后，則對血管擴張神經遞質以及NA釋放有抑制效應。此外α2-AR拮抗劑可以增加雄性大鼠性沖動，但其機制不明[1]。Cirino等在人陰莖海綿體平滑肌細胞發現β3-AR表達，并證實 β3-AR激活可通過抑制RhoA/Rho激酶信號通路產生舒張血管效應。有趣的是，研究發現陰莖背動脈對NA的敏感性相對較低，這有益于疲軟狀態下陰莖組織正常代謝所需營養和氧的供應。

1.2 ET-1 ET-1是由海綿體內皮和平滑肌細胞合成，自分泌或旁分泌作用于細胞膜上的ET-A和ET-B兩種受體，在維持脈管系統和海綿體平滑肌收縮張力，保持陰莖疲軟狀態起主要作用。ET-A和ET-B在平滑肌細胞膜上都有表達，而在內皮細胞膜上主要表達ET-B。當ET-1與ET-A結合后，通過G蛋白耦聯受體介導的信號轉導，產生第二信使IP3與其受體結合，引起肌質網中 Ca2+釋放和[Ca2+]i升高，促進平滑肌收縮。而ET-1與ET-B結合，在平滑肌細胞產生收縮和舒張雙重效應;內皮細胞可通過提高e NOS活性，增加NO合成和釋放的同時降低ET-1的產生和平滑肌收縮效應，實現自身調節[2]。近期研究還發現依賴NO/cGM P/PDE和cAMP/PDE通路可能參與ET-1的平滑肌收縮機制[3]。Harindra等證實在同一組織內ET-1和NA存在協同收縮效應。

1.3 平滑肌收縮的鈣增敏機制 在對平滑肌收縮機制研究中發現2種不同收縮機制，即經典的依賴胞內Ca2+水平升高的收縮機制和不依賴胞內Ca2+變化的Ca2+增敏機制。后者同樣參與NA和ET-1各自對海綿體脈管系統和小梁平滑肌收縮過程。與經典收縮機制不同，Ca2+增敏機制是通過抑制MLCP活性，減少磷酸化的MLC脫磷酸，維持平滑肌的處于高張力狀態。目前，已知的抑制M LCP活性2種機制分別由RhoA/Rho激酶和PKC/CPI-17介導。

1.3.1 RhoA/Rho激酶系統介導的Ca2+增敏機制 Rho A是一種小分子的GTP結合蛋白，充當無活性的GDP與活性的GTP的分子開關。當收縮遞質與細胞膜上G蛋白耦聯受體結合后，鳥苷酸交換因子(GEF)作用下，激活位于胞質內無活性的RhoA-GDP復合體轉換為細胞膜上有活性的Rho A-GTP復合體，后者可激活位于其下游的 Rho激酶，啟動Rho A/Rho激酶途徑。Rho激酶有2種同源異構體:ROCK1和 ROCK2，參與平滑肌收縮的 Rho激酶主要是ROCK 2[4]。激活ROCK 2與MLCP結合，在 MLCP目標亞單位(M YPT 1)的 Thr696和(或)Thr853位點磷酸化，使M LCP活性下降，抑制磷酸化的MLC脫磷酸，促進平滑肌收縮。

在大鼠和人的陰莖勃起組織內，較早的研究就已證實RhoA/Rho激酶系統介導的Ca2+增敏機制參與海綿體平滑肌收縮，保持陰莖疲軟狀態。隨后的研究發現ET-1與α-AR激動劑苯腎上腺素(PE)聯合作用于海綿體平滑肌時，共同激活RhoA/Rho激酶信號通路，對平滑肌收縮出現聯合增效現象。最近在對大鼠陰莖動脈收縮研究中發現Rho A/Rho激酶系統不僅介導Ca2+增敏收縮機制，還可促進胞外Ca2+通過非選擇性離子通道進入胞質，參與血管平滑肌收縮[5]。

1.3.2 PKC/CPI-17介導的Ca2+增敏機制 CPI-17是一種平滑肌特異的1型蛋白磷酸酶抑制蛋白，由其Thr38位點磷酸化而活化，活化后的CPI-17發生構象變化，與MLCP的催化亞單位(PP1c)結合，抑制MLCP活性，在胞內 Ca2+濃度不變的情況下，加強平滑肌收縮。當收縮遞質與平滑肌細胞膜上受體結合后，通過受體-G蛋白-PLC信號轉導途徑，在細胞膜內表面激活蛋白激酶C(PKC)。后者進一步作用于下游信號蛋白CPI-17，使之磷酸化而被激活。此外，RhoA/Rho激酶系統也參與激活CPI-17。PKC的激動劑PDBu(phorbol-12，13-dibutyrate)誘導血管平滑肌收縮就是通過激活GTP-Rho A，再經RhoA/Rho激酶通路磷酸化MYPT 1和CPI-17，活化的CPI-17降低MLCP活性，從而實現血管平滑肌收縮[6]。

PKC/CPI-17在介導Ca2+增敏效應陰莖動脈平滑肌收縮過程中發揮重要作用，而PKC的抑制劑對PE或凝血啞烷受體激動劑U 46619誘導的小梁平滑肌收縮無抑制作用，PDBu也不能誘導小梁平滑肌收縮，即使在抑制NO合酶的情況下，這種反應仍然沒有變化。這就表明PKC/CPI-17介導Ca2+增敏效應在海綿體小梁平滑肌收縮過程中作用很不明顯[7]。同樣的結果在正常人海綿體平滑肌也得到證實[8]。

2 平滑肌舒張相關的外周遞質及其信號通路

參與陰莖勃起組織舒張的外周遞質包括一氧化氮(NO)、乙酰膽堿(ACH)、血管活性多肽(VIP)、前列腺素(PGS)、降鈣素基因相關肽(CGRP)等。其中NO在介導海綿體內平滑肌組織舒張、陰莖勃起生理過程中發揮最主要調控作用。

2.1 NO及其信號通路 NO是一種無機且不穩定的脂溶性氣態小分子，在支配陰莖勃起組織的非腎上腺素能非膽堿能(NANC)神經末梢以及血管和海綿竇內皮組織內合成并釋放。在海綿體內，NO作用于可溶性鳥苷酸環化酶(GC)后，可使平滑肌胞質內中第二信使環-磷酸鳥苷(cGMP)的濃度升高，后者激活依賴cGMP的蛋白激酶G(PKG)，活化的PKG磷酸化目標蛋白，包括離子通道、離子泵和參與調控胞內Ca2+水平的酶，這些目標蛋白磷酸化后降低胞質內有效Ca2+濃度。其作用機制包括:(1)開放平滑肌細胞膜上K+離子通道和膜超極化抑制Ca2+內流;(2)抑制細胞膜電壓門控Ca2+離子通道阻止Ca2+內流;(3)激活細胞膜和肌質網上Ca2+-ATP離子泵，促進胞質內Ca2+泵出和肌質網對Ca2+重吸收;(4)磷酸化IP3，抑制 IP3介導的肌質網Ca2+釋放。此外，平滑肌細胞膜上還表達特殊的 K+通道亞型，包括 KATP和 maxi-K，它們接受PKG、PKA、cGMP刺激后開放，參與調解胞質 Ca2+水平。平滑肌胞質低水平Ca2+降低了M LCK活性，M LC脫磷酸導致海綿體平滑肌舒張和陰莖勃起效應。VIP和PGE也通過cAMP/PKA途徑參與海綿體平滑肌系統舒張，但這種舒張效應在陰莖勃起過程中作用有限。

2.2 一氧化氮合酶 一氧化氮合酶(NOS)是NO合成的關鍵酶，目前已純化的 3種 NOS同工酶:神經型(nNOS)、內皮型(eNOS)和誘生型(iNOS)。通過免疫組化在人海綿體組織內發現:n NOS在主要在NANC神經末梢上免疫著色，而eNOS則黏附在海綿體竇隙和螺旋動脈內皮細胞上。iNOS在生理情況下不表達，而在炎癥因子或細菌產物刺激等病理狀態下表達明顯上調，一般認為iNOS功能以細胞毒性為主。與iNOS不同，n NOS和eNOS在參與調解陰莖勃起生理過程以及ED發生中的作用已有大量研究加以證實。目前認為，n NOS在陰莖勃起的初始期起著關鍵作用，當各種刺激產生性沖動時，興奮副交感神經系統釋放乙酰膽堿(ACh)，后者作用于NANC神經末梢激活n NOS，活化的 nNOS隨即合成并釋放NO，后者引起陰莖內血管和海綿體平滑肌舒張，啟動陰莖勃起。由于血管內血流改變產生的剪切力以及充盈血液對血管內皮和竇隙內皮持續牽張作用于內皮細胞，激活PI3-K/PKB信號通路，后者在內皮細胞的eNOS Ser-1177位點發上磷酸化從而激活eNOS，活化的e NOS在內皮細胞中持續合成并釋NO。此外，ACh、血漿內的緩激肽以及胞質中Ca2+、O2等物質都可以刺激內皮細胞釋放NO。所以，一般認為eNOS在促使陰莖勃起充分并維持勃起狀態起到關鍵作用。

NOS在海綿體內的表達及其生物活性受機體內外多種因素影響。早期在大鼠體內研究發現PGE1可以上調陰莖內nNOS和eNOS的表達。RhoA/Rho激酶和內源性大麻樣物質花生四烯酸乙醇胺都能抑制海綿體內eNOS的表達[9]。體內鎘、鋰元素都能降低 eNOS和(或)nNOS表達和酶活性[10-11]。此外，近期研究發現安定可以減少nNOS和eNOS在海綿體的表達[12];β1-ARs鹽酸奈必洛爾可激活海綿體內 eNOS，促進NO的釋放[13];中藥淫羊藿苷也可增加eNOS在海綿體的表達[14]。總之，NOS作為催化生成 NO的合酶，在陰莖勃起生理中發揮重要作用，它的分布、表達、活性發生病理改變將直接影響陰莖正常勃起功能。

3 外周遞質及其信號通路改變與ED的發生

一份對中國成年男性勃起功能障礙相關危險因素分析報告提示:ED的發病相關因素包括衰老、糖尿病、心血管疾病、服用精神類藥物、學歷、家居環境、夫妻關系以及性生活頻率等日常因素，并以前3個危險因素最為顯著[15]。衰老、糖尿病、心血管疾病引起的ED發病均與外周遞質及其信號通路密切相關。

3.1 衰老引起的ED 在對國人問卷調查中發現50歲以上的男性，ED的患病率超過60%，并且患病率隨年齡增加而升高。衰老相關的ED發病機制目前普遍認為是參與調解陰莖勃起組織收縮能力加強，而調解組織舒張能力減弱所引起。前者包括:海綿體內Rho A/Rho激酶表達增加、活性增強;血管對AngⅡ敏感性增加，陰莖血流減少。后者包括:eNOS在海綿體內表達減少;Ser-1177位點上發生磷酸化的eNOS減少，Ser-459位點上發生磷酸化的 eNOS增多，eNOS活性降低;海綿體內NANC減少;n NOS表達減少，活性降低以及L-Arg利用率減低，精氨酸酶活性增加[16];M axiK在平滑肌細胞膜上表達減少[17];RhoA/Rho激酶對eNOS活性的抑制作用。衰老過程中海綿體內平滑肌細胞比例減少，膠原纖維沉積，組織纖維化降低海綿體的順應性，使得海綿體舒張困難[18]。此外，血漿睪丸激素水平隨著年齡增加而降低，使得老年人性欲減退[19]。上述這些因素綜合參與衰老過程中ED的發病。

3.2 糖尿病引起的ED 糖尿病是ED發生又一大危險因素，在糖尿病患者中，50%以上都患有不同程度的ED。國內的調查中提示其發病率在75%以上。一系列的病理變化參與糖尿病ED的發生，包括神經病、內皮功能不全、海綿體平滑肌結構和功能的改變、體內激素變化以及心理因素等。糖尿病患者的高血糖可致使海綿體內神經末梢發生結構和功能改變，功能正常的神經末梢減少，nNOS表達和活性下降，神經性NO合成減少[20]。高血糖、脂代謝紊亂還作用于海綿體內皮系統，引起陰莖灌流不足，小血管乃至微血管病變則引起海綿體缺血、缺氧，導致海綿體平滑肌數量減少，纖維化程度增加以及組織內大量的ROS產生，最終導致內皮系統受到損害，eNOS表達減少，活性下降，內皮依賴性NO合成和釋放減少[21]。此外，高血糖還阻止e NOS在Ser-1177位點磷酸化，抑制其活性以及抑制cGMP依賴性的PKG1在血管平滑肌上表達[22]。在糖尿病兔海綿體內還發現ET-1及其受體表達增多;后來在糖尿病大鼠海綿體內發現 Rho A/Rho激酶表達和活性增加及其對e NOS活性的抑制作用，通過這些遞質和信號途徑都可減少海綿體NO的釋放，增加勃起困難，參與糖尿病ED的發生。

3.3 心血管疾病引起的ED 與ED發生密切相關的心血管疾病包括高血壓、冠心病、動脈粥樣硬化等疾病。ED與心血管疾病兩者存在共因關系和互為因果關系。它們的發病機制相似，即疾病早期主要表現為NO/cGM P介導的內皮依賴性血管舒張作用減弱，主要特點為各種原因引起的NO合成、釋放減少;后期表現為血管壁結構的異常，平滑肌細胞減少和細胞排列紊亂，膠原纖維積聚在血管壁使其順應性下降。所以，某種意義上講，ED癥狀的出現提示心血管系統的病理狀態，也可視為心血管疾病的預警信號[23]。

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