参与阴茎勃起的外周递质信号通路及其与ED发生的关系*

付卫华综述，鄢俊安审校

(第三军医大学西南医院全军泌尿外科研究所，重庆 400038)

男性勃起功能障碍(erectile dysfunction，ED)是指男性持续性或反复发作的，难以达到和维持阴茎勃起来完成满意性交的病理现象。Moreland提出ED的发生可能是由于收缩因子和舒张因子之间的分泌失调所导致。这些舒张和收缩因子主要是由中枢和外周神经以及阴茎海绵体内窦隙及血管内皮细胞产生和释放。近年来，研究人员对参与阴茎勃起的中枢神经递质(5-羟色胺、多巴胺、催产素等)及其通路研究虽取得一定进展，但由于各递质信号通路本身及其相互间关联复杂，还需做大量深入的研究。但在对参与勃起的外周递质及其信号通路研究进展明显。本文就外周神经递质其下游的信号通路在阴茎勃起和ED发生的病理机制中的作用研究进展作一综述。

1 与平滑肌收缩相关的外周递质及其信号通路

参与阴茎勃起组织收缩的外周递质包括去甲肾上腺素(NA)、内皮素-1(ET-1)、神经肽 Y(NPY)、血管紧张素Ⅱ(AngⅡ)等。其中NA和ET-1在阴茎血管、海绵窦平滑肌收缩和维持阴茎疲软状态中起主要作用。

1.1 NA 在阴茎脉管系统以及海绵体平滑肌分布着丰富的交感肾上腺素能神经末梢，在阴茎萎软期，神经末梢释放的NA主要与阴茎海绵体小动脉和海绵窦平滑肌细胞上的α1-肾上腺素能受体(α1-AR)亚型α1A-AR结合，通过受体-G 蛋白-PLC途径，分解膜脂质中的磷脂酰肌醇(PIP2)为三磷酸肌醇(IP3)和二酰甘油(DG)。其中，IP3与内质网或肌质网上IP3R结合后，导致胞内储存Ca2+释放进入胞质和[Ca2+]i升高，胞质中[Ca2+]与钙调蛋白结合，使其构象改变，通过激活平滑肌肌球蛋白轻链激酶(M LCK)，使肌球蛋白轻链(MLC)磷酸化，后者再与肌球蛋白结合引发平滑肌收缩。磷酸化的M LC在肌球蛋白轻链磷酸酯酶(MLCP)的作用下脱磷酸，转化为MLC，平滑肌收缩终止。DG则在细胞内Ca2+升高的状态下激活蛋白C(PKC)，后者通过磷酸化 L型Ca2+通道或其他通道蛋白，引起Ca2+内流和Ca2+升高，促进平滑肌收缩。此外，平滑肌接受神经兴奋刺激后，细胞膜去极化使电压门控Ca2+通道开放，胞外Ca2+内流进一步增加细胞内Ca2+水平，参与平滑肌细胞收缩。

海绵体表达的α2-AR也参与阴茎勃起的调节。NA与突触后α2-AR结合后，可介导依赖胞外Ca2+内流的海绵体平滑肌收缩;而与突触前α2-AR结合后，则对血管扩张神经递质以及NA释放有抑制效应。此外α2-AR拮抗剂可以增加雄性大鼠性冲动，但其机制不明[1]。Cirino等在人阴茎海绵体平滑肌细胞发现β3-AR表达，并证实 β3-AR激活可通过抑制RhoA/Rho激酶信号通路产生舒张血管效应。有趣的是，研究发现阴茎背动脉对NA的敏感性相对较低，这有益于疲软状态下阴茎组织正常代谢所需营养和氧的供应。

1.2 ET-1 ET-1是由海绵体内皮和平滑肌细胞合成，自分泌或旁分泌作用于细胞膜上的ET-A和ET-B两种受体，在维持脉管系统和海绵体平滑肌收缩张力，保持阴茎疲软状态起主要作用。ET-A和ET-B在平滑肌细胞膜上都有表达，而在内皮细胞膜上主要表达ET-B。当ET-1与ET-A结合后，通过G蛋白耦联受体介导的信号转导，产生第二信使IP3与其受体结合，引起肌质网中 Ca2+释放和[Ca2+]i升高，促进平滑肌收缩。而ET-1与ET-B结合，在平滑肌细胞产生收缩和舒张双重效应;内皮细胞可通过提高e NOS活性，增加NO合成和释放的同时降低ET-1的产生和平滑肌收缩效应，实现自身调节[2]。近期研究还发现依赖NO/cGM P/PDE和cAMP/PDE通路可能参与ET-1的平滑肌收缩机制[3]。Harindra等证实在同一组织内ET-1和NA存在协同收缩效应。

1.3 平滑肌收缩的钙增敏机制 在对平滑肌收缩机制研究中发现2种不同收缩机制，即经典的依赖胞内Ca2+水平升高的收缩机制和不依赖胞内Ca2+变化的Ca2+增敏机制。后者同样参与NA和ET-1各自对海绵体脉管系统和小梁平滑肌收缩过程。与经典收缩机制不同，Ca2+增敏机制是通过抑制MLCP活性，减少磷酸化的MLC脱磷酸，维持平滑肌的处于高张力状态。目前，已知的抑制M LCP活性2种机制分别由RhoA/Rho激酶和PKC/CPI-17介导。

1.3.1 RhoA/Rho激酶系统介导的Ca2+增敏机制 Rho A是一种小分子的GTP结合蛋白，充当无活性的GDP与活性的GTP的分子开关。当收缩递质与细胞膜上G蛋白耦联受体结合后，鸟苷酸交换因子(GEF)作用下，激活位于胞质内无活性的RhoA-GDP复合体转换为细胞膜上有活性的Rho A-GTP复合体，后者可激活位于其下游的 Rho激酶，启动Rho A/Rho激酶途径。Rho激酶有2种同源异构体:ROCK1和 ROCK2，参与平滑肌收缩的 Rho激酶主要是ROCK 2[4]。激活ROCK 2与MLCP结合，在 MLCP目标亚单位(M YPT 1)的 Thr696和(或)Thr853位点磷酸化，使M LCP活性下降，抑制磷酸化的MLC脱磷酸，促进平滑肌收缩。

在大鼠和人的阴茎勃起组织内，较早的研究就已证实RhoA/Rho激酶系统介导的Ca2+增敏机制参与海绵体平滑肌收缩，保持阴茎疲软状态。随后的研究发现ET-1与α-AR激动剂苯肾上腺素(PE)联合作用于海绵体平滑肌时，共同激活RhoA/Rho激酶信号通路，对平滑肌收缩出现联合增效现象。最近在对大鼠阴茎动脉收缩研究中发现Rho A/Rho激酶系统不仅介导Ca2+增敏收缩机制，还可促进胞外Ca2+通过非选择性离子通道进入胞质，参与血管平滑肌收缩[5]。

1.3.2 PKC/CPI-17介导的Ca2+增敏机制 CPI-17是一种平滑肌特异的1型蛋白磷酸酶抑制蛋白，由其Thr38位点磷酸化而活化，活化后的CPI-17发生构象变化，与MLCP的催化亚单位(PP1c)结合，抑制MLCP活性，在胞内 Ca2+浓度不变的情况下，加强平滑肌收缩。当收缩递质与平滑肌细胞膜上受体结合后，通过受体-G蛋白-PLC信号转导途径，在细胞膜内表面激活蛋白激酶C(PKC)。后者进一步作用于下游信号蛋白CPI-17，使之磷酸化而被激活。此外，RhoA/Rho激酶系统也参与激活CPI-17。PKC的激动剂PDBu(phorbol-12，13-dibutyrate)诱导血管平滑肌收缩就是通过激活GTP-Rho A，再经RhoA/Rho激酶通路磷酸化MYPT 1和CPI-17，活化的CPI-17降低MLCP活性，从而实现血管平滑肌收缩[6]。

PKC/CPI-17在介导Ca2+增敏效应阴茎动脉平滑肌收缩过程中发挥重要作用，而PKC的抑制剂对PE或凝血哑烷受体激动剂U 46619诱导的小梁平滑肌收缩无抑制作用，PDBu也不能诱导小梁平滑肌收缩，即使在抑制NO合酶的情况下，这种反应仍然没有变化。这就表明PKC/CPI-17介导Ca2+增敏效应在海绵体小梁平滑肌收缩过程中作用很不明显[7]。同样的结果在正常人海绵体平滑肌也得到证实[8]。

2 平滑肌舒张相关的外周递质及其信号通路

参与阴茎勃起组织舒张的外周递质包括一氧化氮(NO)、乙酰胆碱(ACH)、血管活性多肽(VIP)、前列腺素(PGS)、降钙素基因相关肽(CGRP)等。其中NO在介导海绵体内平滑肌组织舒张、阴茎勃起生理过程中发挥最主要调控作用。

2.1 NO及其信号通路 NO是一种无机且不稳定的脂溶性气态小分子，在支配阴茎勃起组织的非肾上腺素能非胆碱能(NANC)神经末梢以及血管和海绵窦内皮组织内合成并释放。在海绵体内，NO作用于可溶性鸟苷酸环化酶(GC)后，可使平滑肌胞质内中第二信使环-磷酸鸟苷(cGMP)的浓度升高，后者激活依赖cGMP的蛋白激酶G(PKG)，活化的PKG磷酸化目标蛋白，包括离子通道、离子泵和参与调控胞内Ca2+水平的酶，这些目标蛋白磷酸化后降低胞质内有效Ca2+浓度。其作用机制包括:(1)开放平滑肌细胞膜上K+离子通道和膜超极化抑制Ca2+内流;(2)抑制细胞膜电压门控Ca2+离子通道阻止Ca2+内流;(3)激活细胞膜和肌质网上Ca2+-ATP离子泵，促进胞质内Ca2+泵出和肌质网对Ca2+重吸收;(4)磷酸化IP3，抑制 IP3介导的肌质网Ca2+释放。此外，平滑肌细胞膜上还表达特殊的 K+通道亚型，包括 KATP和 maxi-K，它们接受PKG、PKA、cGMP刺激后开放，参与调解胞质 Ca2+水平。平滑肌胞质低水平Ca2+降低了M LCK活性，M LC脱磷酸导致海绵体平滑肌舒张和阴茎勃起效应。VIP和PGE也通过cAMP/PKA途径参与海绵体平滑肌系统舒张，但这种舒张效应在阴茎勃起过程中作用有限。

2.2 一氧化氮合酶 一氧化氮合酶(NOS)是NO合成的关键酶，目前已纯化的 3种 NOS同工酶:神经型(nNOS)、内皮型(eNOS)和诱生型(iNOS)。通过免疫组化在人海绵体组织内发现:n NOS在主要在NANC神经末梢上免疫着色，而eNOS则黏附在海绵体窦隙和螺旋动脉内皮细胞上。iNOS在生理情况下不表达，而在炎症因子或细菌产物刺激等病理状态下表达明显上调，一般认为iNOS功能以细胞毒性为主。与iNOS不同，n NOS和eNOS在参与调解阴茎勃起生理过程以及ED发生中的作用已有大量研究加以证实。目前认为，n NOS在阴茎勃起的初始期起着关键作用，当各种刺激产生性冲动时，兴奋副交感神经系统释放乙酰胆碱(ACh)，后者作用于NANC神经末梢激活n NOS，活化的 nNOS随即合成并释放NO，后者引起阴茎内血管和海绵体平滑肌舒张，启动阴茎勃起。由于血管内血流改变产生的剪切力以及充盈血液对血管内皮和窦隙内皮持续牵张作用于内皮细胞，激活PI3-K/PKB信号通路，后者在内皮细胞的eNOS Ser-1177位点发上磷酸化从而激活eNOS，活化的e NOS在内皮细胞中持续合成并释NO。此外，ACh、血浆内的缓激肽以及胞质中Ca2+、O2等物质都可以刺激内皮细胞释放NO。所以，一般认为eNOS在促使阴茎勃起充分并维持勃起状态起到关键作用。

NOS在海绵体内的表达及其生物活性受机体内外多种因素影响。早期在大鼠体内研究发现PGE1可以上调阴茎内nNOS和eNOS的表达。RhoA/Rho激酶和内源性大麻样物质花生四烯酸乙醇胺都能抑制海绵体内eNOS的表达[9]。体内镉、锂元素都能降低 eNOS和(或)nNOS表达和酶活性[10-11]。此外，近期研究发现安定可以减少nNOS和eNOS在海绵体的表达[12];β1-ARs盐酸奈必洛尔可激活海绵体内 eNOS，促进NO的释放[13];中药淫羊藿苷也可增加eNOS在海绵体的表达[14]。总之，NOS作为催化生成 NO的合酶，在阴茎勃起生理中发挥重要作用，它的分布、表达、活性发生病理改变将直接影响阴茎正常勃起功能。

3 外周递质及其信号通路改变与ED的发生

一份对中国成年男性勃起功能障碍相关危险因素分析报告提示:ED的发病相关因素包括衰老、糖尿病、心血管疾病、服用精神类药物、学历、家居环境、夫妻关系以及性生活频率等日常因素，并以前3个危险因素最为显著[15]。衰老、糖尿病、心血管疾病引起的ED发病均与外周递质及其信号通路密切相关。

3.1 衰老引起的ED 在对国人问卷调查中发现50岁以上的男性，ED的患病率超过60%，并且患病率随年龄增加而升高。衰老相关的ED发病机制目前普遍认为是参与调解阴茎勃起组织收缩能力加强，而调解组织舒张能力减弱所引起。前者包括:海绵体内Rho A/Rho激酶表达增加、活性增强;血管对AngⅡ敏感性增加，阴茎血流减少。后者包括:eNOS在海绵体内表达减少;Ser-1177位点上发生磷酸化的eNOS减少，Ser-459位点上发生磷酸化的 eNOS增多，eNOS活性降低;海绵体内NANC减少;n NOS表达减少，活性降低以及L-Arg利用率减低，精氨酸酶活性增加[16];M axiK在平滑肌细胞膜上表达减少[17];RhoA/Rho激酶对eNOS活性的抑制作用。衰老过程中海绵体内平滑肌细胞比例减少，胶原纤维沉积，组织纤维化降低海绵体的顺应性，使得海绵体舒张困难[18]。此外，血浆睾丸激素水平随着年龄增加而降低，使得老年人性欲减退[19]。上述这些因素综合参与衰老过程中ED的发病。

3.2 糖尿病引起的ED 糖尿病是ED发生又一大危险因素，在糖尿病患者中，50%以上都患有不同程度的ED。国内的调查中提示其发病率在75%以上。一系列的病理变化参与糖尿病ED的发生，包括神经病、内皮功能不全、海绵体平滑肌结构和功能的改变、体内激素变化以及心理因素等。糖尿病患者的高血糖可致使海绵体内神经末梢发生结构和功能改变，功能正常的神经末梢减少，nNOS表达和活性下降，神经性NO合成减少[20]。高血糖、脂代谢紊乱还作用于海绵体内皮系统，引起阴茎灌流不足，小血管乃至微血管病变则引起海绵体缺血、缺氧，导致海绵体平滑肌数量减少，纤维化程度增加以及组织内大量的ROS产生，最终导致内皮系统受到损害，eNOS表达减少，活性下降，内皮依赖性NO合成和释放减少[21]。此外，高血糖还阻止e NOS在Ser-1177位点磷酸化，抑制其活性以及抑制cGMP依赖性的PKG1在血管平滑肌上表达[22]。在糖尿病兔海绵体内还发现ET-1及其受体表达增多;后来在糖尿病大鼠海绵体内发现 Rho A/Rho激酶表达和活性增加及其对e NOS活性的抑制作用，通过这些递质和信号途径都可减少海绵体NO的释放，增加勃起困难，参与糖尿病ED的发生。

3.3 心血管疾病引起的ED 与ED发生密切相关的心血管疾病包括高血压、冠心病、动脉粥样硬化等疾病。ED与心血管疾病两者存在共因关系和互为因果关系。它们的发病机制相似，即疾病早期主要表现为NO/cGM P介导的内皮依赖性血管舒张作用减弱，主要特点为各种原因引起的NO合成、释放减少;后期表现为血管壁结构的异常，平滑肌细胞减少和细胞排列紊乱，胶原纤维积聚在血管壁使其顺应性下降。所以，某种意义上讲，ED症状的出现提示心血管系统的病理状态，也可视为心血管疾病的预警信号[23]。

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