1-磷酸鞘氨醇及其受体在男性勃起功能障碍机制中的研究进展

刘 康 综述 饶 可 刘继红 审校

华中科技大学同济医学院附属同济医院泌尿外科（武汉 430030）

·综 述·

1-磷酸鞘氨醇及其受体在男性勃起功能障碍机制中的研究进展

刘 康 综述 饶 可 刘继红 审校

华中科技大学同济医学院附属同济医院泌尿外科（武汉 430030）

勃起功能障碍（erectile dysfunction，ED），是指阴茎不能达到和（或）维持足够的勃起硬度以完成满意的性生活[1]。由于地域、文化、年龄等的差异，ED的患病率不完全相同，其中，中国ED的患病率约为12%，据预测，到2025年为止，全世界将有3.22亿男性遭遇ED困扰[2]。ED作为一种成年男性的常见疾病已逐渐成为全社会关注的重点问题。随着对ED机制研究的不断深入，我们了解到生理性阴茎勃起是一种神经调节下复杂的血管活动，这种活动需要神经、血管、内分泌、解剖和心理等多种因素的密切协同，并且受到全身疾病、营养状况及药物等的影响[3]，以上任一方面的异常都可能导致ED。1-磷酸鞘氨醇（sphingosine-1-phospate，S1P）是一种具有重要生理功能的信使分子，在心血管系统、免疫系统、神经系统、内分泌系统、肿瘤发生等多方面都有重要的作用[4]，SIP受体（SIP receptor, SIPR）在体内分布广泛，不同组织中受体表达水平差异较大。di Villa Bianca 等[5]在人类的阴茎海绵体和阴茎血管中检测到S1P受体1~3的表达，其中受体3表达最高。近年来，为深入探索ED的发病机制、寻找治疗ED的新靶点，SIP及其SIPR在ED的机制研究中逐渐受到重视，已成为研究的热点。现对其作如下综述。

一、1-磷酸鞘氨醇及其受体的生物学特性

（一）S1P

1-磷酸鞘氨醇（S1P）是一种属于溶血磷脂介质（lysophospholipid，LP）的两性生物信号分子，LP最初被认为是生物体内合成磷脂的一种简单的代谢中间体，但是后续研究发现其具有类似细胞外生长因子或信号分子的生物学特性，其中具有代表性的物质就是S1P。体内S1P的来源主要是神经鞘磷脂的分解代谢，其产物鞘氨醇在关键酶鞘氨醇激酶（sphingosine kinase，SPHK）催化下与磷酸通过磷酸酯键相连生成S1P，SPHK是其限速酶，调节S1P的体内平衡[6]。在哺乳动物中，SPHK有SPHK1[7]和SPHK2[8]两种亚型，其对生物的发育至关重要，SPHK基因敲除小鼠的胚胎由于大脑和血管系统的发育障碍而无法存活。S1P在人血液中的浓度可达0.2~0.9 μmol/L，在血浆中S1P主要与高密度脂蛋白（high density lipoprotein, HDL）[9]、血清白蛋白或脂蛋白等以结合形式存在，其中S1P与HDL具有非常高的亲和性，因此在血浆中HDL是S1P的主要载体。最近的研究表明，HDL诱导血管舒张的能力和内皮细胞的迁移，及心血管保护作用是依赖于S1P。血浆中S1P主要来源于血小板、红细胞、单核细胞等[10]，其中血小板中由于缺乏S1P裂解酶，储存有丰富的S1P，是细胞外特别是血浆与血清中S1P的主要来源[11]。S1P可以通过S1P磷酸酶的作用转化为鞘氨醇回收利用，也可以被S1P裂解酶分解转化为磷酸乙醇胺。

在90年代初，Olivera等[12]发现S1P是一个具有重要作用的第二信使，其后，研究发现，S1P广泛存在于血液、淋巴液、红细胞、中性粒细胞、血小板等体液和细胞中，既可以分泌到细胞外，结合并激活其表面受体发挥作用；又可以作为细胞内第二信使直接调节生物学行为，其与细胞的存活、生长、迁移、粘附等一系列活动都有密切关系[13]。

（二）S1P受体

S1P受体（S1PR）是G蛋白偶联受体家族成员之一，S 1 P通过与S 1 P R结合发挥其旁分泌或自分泌的作用，目前已知的S1PR主要有5种，包括S1PR1~S1PR5，也称为内皮分化基因（endothelial differentiation genes，EDG），依次为EDG-1 （S1PR1）、EDG-5（S1PR2）、EDG-3（S1PR3）、EDG-6（S1PR4）以及EDG-8（S1PR5），其与G蛋白偶联发挥作用。S1PR分布广泛，在不同的组织及细胞中的表达水平有所不同。S1PR1、S1PR2、S1PR3、S1PR5在内皮细胞中均有表达，S1PR1~S1PR3主要表达在心血管系统， S1PR4主要表达在淋巴组织和中枢神经系统，S1PR5则以脑和脾脏为主。S1P可以通过与不同受体结合，激活相应的下游信号通路，参与机体多种生命活动过程[14]。

S1PR1表达于大脑、心脏、脾脏、肝脏、肾、骨骼肌、胸腺、胰腺等多个器官，与Gi蛋白偶联。在心血管系统中，S1PR1与内皮细胞功能密切相关，Kimura等[15]研究发现，在内皮细胞中，S1P通过作用于S1PR1激活PI3K/Akt信号通路，从而上调eNOS表达，使NO增加，提高内皮细胞存活，舒张血管平滑肌。Diaconis等[16]也发现S1P可与S1PR1结合诱导内皮细胞生成NO，从而舒张血管，调节血管张力。在免疫系统中，S1PR1可以组织B细胞和T细胞趋化渗透入组织，而且S1PR1激活可抑制T细胞晚期成熟过程。在中枢神经系统内，S1PR1还参与星形胶质细胞和神经干细胞的迁移[13]。

S1PR2分布与S1PR1类似，但是在成年期机体的血管平滑肌细胞中S1PR1的表达明显减少，以致S1PR2的作用变得突出。S1P在平滑肌细胞中结合其受体S1PR2，与G12/13蛋白偶联可以激活RhoA/Rho激酶信号途径，促进肌球蛋白轻链磷酸化，从而加强血管平滑肌收缩；与Gq蛋白偶联，激活磷脂酶C（phospholipase C, PLC），调节三磷酸肌醇（inositol 1, 4, 5-triphosphate, IP3）的形成，细胞内钙增加，促进血管收缩[17]。在内皮细胞中，S1P与S1PR2结合，可以抑制PI3K/Akt信号通路，抑制eNOS激活，减少NO生成[18]。S1PR2与Gi蛋白偶联时，可激活胞外信号调节激酶（extracellularsignal-regulated kinase, ERK）/促分裂原活化的蛋白激酶（mitogenactivated protein kinase, MAPK）信号通路调控血管发生、血管发育和免疫细胞迁移，抑制环腺苷酸(cylic adenosinemonophosphate, cAMP)的募集，增加细胞内Ca2+流出[19]。Liu等[20]研究证实，在肾小球系膜细胞中，S1P可以通过作用于S1PR2，增加磷酸化细胞外信号调节激酶1 /2（pERK1/2）和p38MAPK的表达，pERK1/2可激活L型钙通道（L- Ca2+），使细胞内Ca2+升高，同时抑制eNOS活性，减少NO合成，使用S1PR2抑制剂JTE-013与S1P2-siRNA后可以降低p-ERK1/2 和 p-p38MAPK的表达水平。

S1PR3在心脏、脾、肝、肺、肾、骨骼肌、胸腺等组织中高表达，可与Gi、Gq和G12/13蛋白偶联，在心肌缺血再灌注损伤中对心肌保护有重要作用，涉及S1P介导的VEGF-A分泌以及胸腺肿瘤细胞的迁移，参与组织水肿、淋巴癌、血管免疫母细胞性T细胞淋巴瘤等疾病的发展[21]。在血管内皮细胞中，S1PR3可以与Gq蛋白偶联，可以激活PI3K/Akt通路，促进eNOS磷酸化，同时与Gi蛋白偶联，激活eNOS，增加NO产物含量，舒张血管[22]。而在脑血管中，S1PR3可以通过激活Rho信号通路，引起血管收缩[23]。由此可见，S1PR3在心血管系统中具有双向调节的作用。S1PR3与S1PR2虽然有相似的作用位点，但其更易于Gq蛋白结合，激活PLC，Xin等[24]利用S1PR3选择性拮抗剂苏拉明处理肾系膜细胞，发现其对S1P激活的MAPK没有影响，说明S1PR3并不参与MAPK信号通路。

S1PR4~5可与Gi及G12/13蛋白偶联[13,25]，其中S1PR4主要分布于表达的淋巴组织（白细胞），少量分布于的肺组织，如气道平滑肌细胞；主要介导T细胞迁移和细胞因子的分泌。S1PR5高表达在大脑中，脾脏和皮肤也有分布。大脑内S1P5激活与抑制少突细胞祖细胞的迁移、增加少突胶质细胞的生存有关。S1P5也促进自然杀伤（NK）细胞的运输[26]。

二、S1P/S1PR在维持阴茎疲软状态中的机制

在生理条件下，神经末梢释放的内皮素（ET-1）和血管紧张素Ⅱ（AngⅡ）可以激活RhoA-GTP，进而激活Rho激酶（ROCK），在ATP作用下，ROCK促进肌球蛋白轻链（MLC）磷酸化，抑制其去磷酸化，从而使肌球蛋白与肌动蛋白交联导致收缩，最终引起平滑肌收缩，维持阴茎疲软状态[27]。而S1P一方面可以通过S1PR2、S1PR3激活RhoA/Rho激酶信号途径，介导 Ca2+敏感性途径；另一方面，S1P也可以通过S1PR1、S1PR2与Gi、Gq蛋白偶联激活磷脂酶C（PLC），使磷脂酰二磷酸肌醇（PIP2）分解，生成三磷酸肌醇（IP3）和二酰甘油（DG）。IP3与内质网外膜上的Ca2+通道结合，使内质网释放Ca2+入胞浆，导致胞浆内Ca2+浓度明显增加，Ca2+与细胞内钙调蛋白（CAM）结合，激活肌球蛋白轻链激酶（MLCK），促进MLC磷酸化，引起平滑肌收缩[17]。可见，S1P/S1PR通过多个受体及多条途径调控平滑肌收缩，最终维持阴茎疲软状态。

三、S1P/S1PR在生理性勃起中的作用

阴茎的勃起受到下丘脑性中枢调控和外周神经调控，阴茎勃起的基础是阴茎动脉扩张和阴茎海绵体小梁的舒张，当动脉和小梁内平滑肌收缩时，阴茎处于疲软状态，反之，则阴茎勃起。目前认为NO/cGMP通路在阴茎勃起中起主要作用。性刺激过程中，阴茎海绵体内的神经元和血管内皮细胞的NO释放，激活海绵体平滑肌细胞内的鸟苷酸环化酶，使GTP转化为cGMP，cGMP激活蛋白酶G，使钙离子内流减少，海绵体平滑肌松弛，血液流入阴茎海绵窦而引起勃起。一氧化氮合酶（nitric oxide synthase，NOS）是NO合成的关键酶，包括神经源型（nNOS）、内皮型（eNOS）和诱导型（iNOS）。di Villa Bianca等[5]在人体阴茎组织中检测到S1PR1-3表达，其中S1PR3在阴茎海绵体及阴茎动脉中表达均最高，随后用S1P单独作用于离体阴茎海绵体并不会引起已收缩的阴茎海绵体组织舒张，但是与乙酰胆碱合用可以增加其舒张效应，当分别加入两种eNOS磷酸化抑制剂时，舒张平滑肌的作用再次消失，说明S1P并不是直接参与海绵体平滑肌舒张，而是通过调节eNOS磷酸化，增加NO的合成与释放，促进阴茎的勃起。由此认为S1P是内皮型一氧化氮合酶（endothelial nitric oxide synthase，eNOS）生成的关键调节剂[28]，Watterson等[17]研究也证实，S1P与S1PR1、S1PR3受体结合时可以激活PI3K/Akt通路，促进eNOS磷酸化，舒张平滑肌。因此，我们认为，生理状态下，S1P可以通过其受体促进eNOS磷酸化，舒张海绵体平滑肌，促进阴茎的勃起。

四、S1P/S1PR在男性勃起功能障碍发生中的机制

（一）S1P/S1PR参与由高血压诱导ED发生的机制

高血压是ED发生的一个独立危险因素，高血压患者ED的发病率约为正常人的2倍，50岁高血压男性ED患病率约为30%，70岁则增加到50%甚至更高[29]。高血压诱导ED的机制涉及到多个病理生理过程，如氧化应激效应造成血管内皮损害以及RhoA/Rho激酶活性上调等[30]。Wang等[31]将自发性高血压大鼠与正常大鼠进行对比，发现自发性高血压大鼠阴茎海绵体内压/平均动脉压（intracavernous pressure/mean arterial pressure，ICP/MAP）明显低于正常大鼠，通过检测两组大鼠的阴茎海绵体组织，自发性高血压大鼠的阴茎海绵体中S1PR1，eNOS，P-eNOS表达明显降低，S1PR2、S1PR3、ROCK1-2表达显著增高。根据以上研究结果，可以认为，在高血压患者中，阴茎海绵体组织中S1PR1的表达降低，S1PR2和S1PR3的表达上调，由此抑制NO通路并激活RhoA/Rho激酶通路，导致阴茎海绵体平滑肌增强，减少勃起时血液供应，最终导致ED的发生。

（二）S1P/S1PR参与由海绵体神经损伤诱导ED发生的机制

海绵体神经损伤导致ED是盆腔手术及放疗治疗后常见的并发症，尤其是前列腺根治切除术术后，ED是最常见的术后并发症，其产生原因与海绵体神经损伤密切相关。Cho等[32]通过对大鼠双侧海绵体神经钳夹和切断构建两种神经损伤ED大鼠模型，并于损伤后第1周和第8周模拟急慢性神经损伤的病理过程。在第1周和第8周时，钳夹组和切断组大鼠阴茎海绵体中平滑肌细胞/胶原比值、α-平滑肌肌动蛋白（alpha smooth muscle actin，α-SMA）和磷酸化肌球蛋白结合亚基（phosphorylated myosin phosphatase target subunit 1，p-MYPT1）水平均低于正常对照组，同时发现切断组大鼠阴茎海绵体组织中RhoA 和ROCK1表达在术后第1周和第8周均明显升高，而在钳夹组大鼠阴茎海绵体中RhoA表达水平在术后第1周即升高，ROCK1表达在第8周才有明显升高；两组模型组中转化生长因子TGF-β1和S1PR2表达在术后第1周和第8周均升高，但第8周低于第1周，SPHK1mRNA表达在术后第1周明显增加，第8周时则降至正常。从以上结果我们可以看出，海绵体神经损伤后，TGF-β1刺激SPHK1表达，合成S1P，作用于S1PR2上调RhoA/ROCK1表达，参与阴茎海绵体纤维化的发生，最终导致ED。

（三）S1P/S1PR参与性腺功能低下诱导ED发生的机制

睾酮是阴茎正常勃起的一个重要因素，任何导致血睾酮水平降低的疾患几乎不可避免地使阴茎勃起功能受损。低雄激素水平是导致ED发生的一个重要危险因素。陈学勤等[33]通过手术切除双侧睾丸的方法建立大鼠ED模型，发现在去势大鼠的阴茎海绵体中S1PR1表达、eNOS及P-eNOS水平显著降低，且血清睾酮水平与S1PR1表达量呈正相关，而对于S1PR2、S1PR3、ROCK1、ROCK2水平，模型组均明显高于对照组；且在丙酸睾酮治疗的替代组中并未见到以上的改变。由此，可以认为在雄激素缺乏患者体内，低雄激素状态可能通过抑制S1PR1，引起eNOS及P-eNOS表达降低，进而抑制NO/cGMP通路，抑制海绵体平滑肌收缩，同时，低雄激素状态下，S1PR2、S1PR3表达上调，激活RhoA/Rho激酶信号通路，使得ROCK1、ROCK2表达增加，收缩海绵体平滑肌，导致阴茎勃起供血不足，最终发展为ED。

（四）S1P/S1PR参与由糖尿病诱导ED发生的机制

糖尿病是ED极其重要的危险因素，据统计，糖尿病患者患ED的风险为30%~80%，约为正常人的3倍，且患ED的时间较正常人提前约10年，并且症状更加严重，很大程度影响患者的生活质量[34,35]。糖尿病导致ED的发病机制很复杂，涉及内分泌、血管、神经等多个系统， 我们课题组通过腹腔注射链佐菌素建立Ⅰ型糖尿病诱导ED模型，发现在糖尿病ED大鼠阴茎海绵体组织中S1PR3表达较正常组明显降低，且模型组中p-Akt（Ser473）、eNOS、p-eNOS（Ser1177）、NO水平、NOS活性、cGMP含量均较对照组降低，表明NO/cGMP通路受抑制，同时发现平滑肌细胞/胶原比值及α-SMA较对照组降低，TGF-β1、磷酸化的Smad2（phosphorylated Smad-2，p-Smad2）和结缔组织生长因子（connective tissuegrowth factor，CTGF）则明显高于对照组。另外，在糖尿病ED大鼠中，RhoA,、ROCK1、ROCK2、p-MYPT1表达显著高于对照组，TUNEL染色显示糖尿病ED大鼠海绵体中凋亡细胞比例明显高于正常大鼠，当给予糖尿病ED大鼠S1PR3激动剂FTY-720处理后，NO/cGMP通路激活，S1PR3表达升高，海绵体纤维化及凋亡水平均降低，大鼠的勃起功能得到改善。根据以上研究结果，我们认为在糖尿病患者体内，S1PR3表达降低，S1PR3/Akt/NOS通路受抑制，内皮细胞功能受损，同时激活TGF-β1/Smad/ CTGF通路和RhoA/ROCK/LIM激酶2（LIM kinase 2, LIMK2）/coflin通路，导致阴茎海绵体纤维化，并且诱导细胞凋亡，致使勃起功能受影响。

小 结

S1PR广泛分布于全身的各种组织和细胞中，对人体的心血管系统、神经系统、内分泌系统、免疫系统、肿瘤发生等发挥着重要的作用，目前关于S1P/ S1PR的研究多集中在心血管系统，其在ED机制中的研究较少。根据已有的研究，S1P/S1PR与ED的关系是极其复杂的，一方面可以保护血管内皮，调节血管的舒张；另一方面，可以调节平滑肌收缩，影响细胞的凋亡及纤维化，要具体阐明两者之间关系还有待进一步深入研究。随着社会老龄化、慢性疾病和肿瘤疾病的发病率不断上升，老龄、糖尿病、代谢综合征和前列腺癌根治术后导致ED患者也日趋增多，由于这些因素可引起阴茎海绵体内皮功能障碍、平滑肌细胞损伤及纤维化等一系列ED发生的重要环节，针对此类难治性ED，传统治疗难以达到满意的治疗效果,，而越来越多的研究表明，S1P/S1PR在多种危险因素诱导的ED中均发挥着重要的作用，可以作为一个治疗ED的有效靶点。虽然目前利用S1P/S1PR治疗ED还处在基础研究阶段，但是随着对S1P/S1PR研究的推进，我们将更加全面、准确地认识到S1P/S1PR在ED机制中的复杂性及其生物学意义，最终为ED的预防诊治提供新的策略和靶点。

勃起功能障碍; 1-磷酸鞘氨醇; 1-磷酸鞘氨醇受体

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（2016-10-25收稿）

10.3969/j.issn.1008-0848.2016.11.013

R 698.1