一氧化氮合酶、环氧合酶与女性压力性尿失禁的关系

柯健，方克伟



一氧化氮合酶、环氧合酶与女性压力性尿失禁的关系

柯健，方克伟

综述

女性压力性尿失禁（FSUI）严重影响中老年女性身心健康，已成为女性泌尿外科常见的疾病，其分子学机制尚不清楚。一氧化氮合酶（NOS）和环氧合酶（COX）及其各自的催化产物一氧化氮（NO）和前列腺素（PG）与FSUI有密切联系。本文就NOS和COX在女性下尿路的分布及其在FSUI中的研究进展进行综述。

尿失禁，压力性；一氧化氮合酶；一氧化氮；前列腺素；环氧合酶；综述

女性压力性尿失禁（FSUI）是中老年女性常见的一种疾病，国际尿控协会定义其主要表现为咳嗽、喷嚏等腹压突然增高时尿液不由自主地自尿道溢出。FSUI的发病率随着年龄的增长而增加，但分子病理学机制尚不明确。一氧化氮合酶（NOS）和环氧合酶（COX）常常共同作用于多种疾病的发生和发展过程。研究发现，经阴道分娩可能引起泌尿生殖道的局部缺血、缺氧及炎症性损伤［1］；此类损伤常诱导NOS及COX表达，进而增加NO及前列腺素（PG）的合成，导致尿道平滑肌松弛［2-3］。本文就NOS及COX在女性下尿路的分布及其在FSUI中的研究进展作一综述。

1 NOS

1.1 NO与NOS的亚型及其生物学作用生物体内的NO主要是由L-精氨酸在还原型辅酶Ⅱ和氧气存在的条件下，由NOS催化生成L-胍氨酸时释放的。NO可以迅速与水、氧及机体中广泛存在的超氧自由基反应，生成硝酸盐和亚硝酸盐。因此，临床很难直接测量其含量，主要通过生成NO 的NOS来间接测定其变化。现已确定的NOS按照原型酶的细胞或组织来源以及表达方式分为3种亚型：神经元型NOS （nNOS）、诱导型NOS（iNOS）及内皮型NOS（eNOS），nNOS和eNOS合称为结构型NOS（cNOS），受细胞内Ca2+浓度的生理性调节。

NO通过NO/cGMP途径参与体内神经传递过程，发挥其在组织细胞中的多种生物学效应。NO在生物体内具有双重作用，低浓度NO主要发挥生理作用，维持稳态，而高浓度NO则主要参与病理过程，这取决于NOS基因能否正常表达［4］。NO作为细胞间的信号分子，参与了多种病理生理过程，包括血管舒张、神经传输、免疫调节、心脏收缩、抑制血小板聚集及干细胞的分化、增殖［5］。

一般情况下，eNOS主要存在于内皮细胞，与心血管系统的活动有关，可松弛平滑肌和调控血压；nNOS主要存在于神经元细胞，与神经元的活动及神经递质的调控相关；而iNOS主要存在于活化的巨噬细胞中，在生理情况下几乎不表达，受细胞因子等刺激诱导后可表达，能够参与机体免疫应答［6-7］。然而，有研究发现，在某些情况下，eNOS及nNOS也可以被诱导表达［8］。因此，iNOS及cNOS是否为诱导或自主表达并不是绝对的，可由其刺激因素的种类及强度改变。

1.2 NOS在下尿路的分布情况女性下尿路广泛存在着活性NOS，免疫细胞化学及还原型尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸黄递酶（NADPH-d）组织化学技术的应用证实，NOS的3种亚型广泛存在于包括人在内的多种哺乳动物的下尿路中，但各个区域的分布存在差异［9］。目前，研究已经证实，大量的NOS神经存在于大鼠、豚鼠、猪、犬和人的尿道肌壁层、血管周围以及尿路上皮中；且NOS免疫反应已在人尿道内的横纹肌纤维得到验证［10］。研究显示，对大鼠行盆神经切除术可导致大鼠尿道NOS免疫活性丧失，证实了下尿路硝基NOS神经可能来自或经过盆神经节［11］。对猫［12］、大鼠［13］和猪［14］的动物实验研究发现，NOS神经元主要分布于尿道及膀胱三角区，而逼尿肌仅有少量的分布。组织学研究发现，人类尿道及膀胱颈区域的NOS神经元密度明显高于逼尿肌，且尿道NOS酶活性也高于逼尿肌［11］。因此，NOS在下尿路主要分布于尿道及膀胱颈组织中。

2 COX

2.1 COX亚型及其生物学作用COX也称前列腺素H合成酶，是PG合成过程中的重要限速酶，可将花生四烯酸代谢成各种PG产物，从而参与机体的多种病理和生理过程，如炎性反应、发热、出凝血机制等［15］。COX有COX-1、COX-2和COX-3 3种亚型。COX-1为构成型表达，通常被认为是管家基因，在大多数哺乳动物组织中均有不同程度的表达，可介导生理过程，维持机体正常的生理功能。COX-2为诱导型表达，被认为是诱导基因，可介导病理过程。COX-2在正常生理状态下只有某些组织或器官如脑、肾、精囊、子宫等有少量表达，但多数组织内检测不到，当细胞受到表皮生长因子、脂多糖、白细胞介素、低氧、iNOS、NO等刺激时能迅速诱导表达，参与了多种疾病发生发展的病理过程［16］；在疼痛、炎症及肿瘤等病理刺激下COX-2表达量可增高［17］。COX-3是近年来发现的COX家族的新亚型，是COX-1的剪接异构体，能被对乙酰氨基酚选择性抑制，但其似乎没有在炎症及发热反应中发挥COX通常的生理作用，其生物学作用仍在研究中［18］。目前研究较多的是COX-2在炎症与肿瘤等疾病中的作用机制。

2.2 COX在下尿路的分布情况同NOS一样，COX在下尿路也广泛分布。de Jongh等［19］研究发现，正常雌性豚鼠的膀胱组织广泛存在COX-1和COX-2：COX-1在膀胱上皮、固有层和深层肌束表面的细胞分布，COX-2在膀胱上皮、固有层和肌层的细胞核附近均有分布。Nieto等［20］研究发现，COX-1和COX-2的mRNA在健康马的膀胱黏膜有稳定表达。传统观点一般认为，COX-2在某些病理条件下才表达。Ponglowhapan等［21］研究发现，COX-2及其mRNA在犬的膀胱颈及近端尿道中均有较高表达，并且切除雌犬卵巢后其表达有所下降。Thanan等［22］有关COX-2在膀胱癌表达研究中发现，COX-2在人的正常膀胱组织中有微弱表达，而在膀胱癌组织中有强烈表达。因此，COX-1和COX-2在人和哺乳动物的下尿路可能有一定的表达，当在炎症或肿瘤等病理状态下COX-2表达上调。

3 NOS与COX的关系

NO和PG是目前公认的存在“cross-talk”的炎症介质，二者可协同调控组织稳态和病理生理过程。在许多病理和生理条件下，NO和PG基础量的释放可发挥保护性作用，如血管病变、胃肠疾病、勃起功能障碍和学习记忆。过量的NO 和PG可能对细胞生存不利，二者参与一些疾病的炎性过程，如风湿性疾病、中枢神经退行性病变和中枢炎症性疾病。因此，有研究认为，具有选择性的NOS和COX抑制剂有望用于临床治疗炎症［23］。

NOS与COX在组织分布、作用机制等方面表现具有相似性，共同参与了许多生理、病理过程，协同发挥作用。Salvemini等［23］进行的一系列体内和体外研究发现，NO激活COX后可产生大量的PG，首次提出了NOS和COX具有相互联系的观点。Clancy等［24］研究发现，NO可激活COX-1而抑制COX-2，在高浓度NO存在的情况下，COX-1可以增强PG的生物学活性，从而参与炎症反应，促进血管生成。Kim等［25］研究发现，iNOS可通过增加NO而激活COX-2，认为通过药物阻断iNOS和COX-2的相互作用可达到抗炎效果。Masuda等［26］研究发现，兔膀胱在缺血再灌注损伤后，可导致iNOS上调并且释放NO，从而使得环鸟苷酸（Cyclic guanosine monophosphate，cGMP）发出某种信号，上调COX-2及其催化产物PG。NOS和COX及其催化产物的相互作用在炎症性疾病、血管生成及肿瘤的发生发展等方面都起着重要作用［27］。

综上，在某些病理条件下，NOS及NO可以上调COX的表达，从而产生具有多种病理和生理功能的PG，进而参与炎症、肿瘤等疾病的过程；同时COX也可促进NOS的表达，二者共同参与相关疾病的发生及发展过程。

4 NO、NOS、COX与FSUI

一般情况下，FSUI多发生于经阴道分娩后及绝经后期，分娩损伤、绝经期和衰老等因素可能导致了FSUI。目前，FSUI动物模型的构建多通过动物阴道球囊扩张术或卵巢切除术，其目的是为了模拟女性经阴道分娩造成的产伤及绝经后期雌激素缺乏状态。研究认为，经阴道分娩可导致泌尿生殖道的局部缺血和炎症损伤，从而诱发FSUI［28］。Phull等［29］在大鼠的阴道扩张实验研究中发现，增加阴道扩张持续的时间可导致尿道特别是尿道外括约肌产生更多的结构性、肌源性和炎症性损伤等。缺血、缺氧及再灌注损伤可导致尿道外括约肌损伤，这亦可能与分娩相关的损伤和后续发展的FSUI有关［1］。Chen等［30］在阴道扩张组雌性小鼠中发现，漏尿点压力（Leak point pressure，LPP）及最大尿道闭合压（Maximum urethral closure pressure，MUCP）显著降低，表明阴道创伤对尿道也有损伤，同时阴道扩张可能诱导缺血及牵拉损伤，造成下尿路组织成分及功能的改变，从而诱导雌鼠FSUI。绝经期雌激素缺乏可导致女性泌尿生殖道病理生理的改变。Grigoriadis等［31］发现女性FSUI的风险与下尿路雌激素受体的表达密切相关。Chen等［32］研究发现，雌激素受体α（Estrogen receptor α，ERα）基因敲除的雌性小鼠较正常雌性小鼠LPP、MUCP显著降低，且在蛋白表达上发生改变，这些改变可能与ERα在FSUI中的分子作用机制有关。

NO在尿道中通过cGMP调控近端尿道，cGMP可激活cGMP依赖的蛋白激酶G（Protein kinase G，PKG），从而导致尿道平滑肌松弛，MUCP降低，诱发FSUI［2，33］。磷酸二酯酶-5（Phosphodiesterase type 5，PDE-5）能够水解cGMP，在人类、猪和鼠的下尿路均有表达，可降低PKG的活性，从而降低NO对平滑肌的松弛［34］。PDE-5抑制剂如西地拉非等可以引起NO/cGMP调控松弛［2］。eNOS、nNOS和iNOS已经被证实在人和动物的下尿路组织中广泛表达，在分娩损伤及雌激素缺乏的条件下可以诱导生成NO［9-14］。分娩损伤引起的局部缺血和炎症损伤等下尿路改变可激活iNOS表达，增加NO合成［1］；而雌激素缺乏可导致尿道及膀胱NOS表达增加，诱导NO生成，导致尿道松弛且尿道收缩弹性降低，从而诱发FSUI［35］。Game等［36］研究发现，对切除卵巢的雌鼠长期大剂量给予雌激素的处理可导致nNOS在尿道中的表达减少，尿道压增加，表明雌激素替代疗法对于FSUI动物模型有一定治疗作用。Chen等［37］对雌性FSUI小鼠模型研究发现，阴道扩张和卵巢切除的FSUI组小鼠尿道组织中iNOS、nNOS、ERα和ERβ的表达较对照组均有不同程度的上调。COX也已被证实存在于人和哺乳动物的下尿路中，其下游产物前列腺素E2（Prostaglandin E2，PGE2）在下尿路也有分布［19-22］。研究显示，在女性下尿路中PGE2可引起尿道松弛，导致最大尿道压和尿道闭合压降低［2］。

综上所述，尿道闭合压低于膀胱内压时，可诱发FSUI。同时，COX-2可促进iNOS的表达，促进分娩损伤后的缺血、缺氧及炎症效应，进而增加NO的合成，增加对尿道的松弛效应，参与FSUI的发生和发展。因此，COX参与FSUI的发生发展，但对其具体的作用机制仍需要进一步深入研究。

5　小结

FSUI严重危害中老年女性的身心健康。分娩损伤、绝经期和衰老等影响因素可能导致FSUI。NOS和COX分布于女性膀胱颈及近端尿道，在病理条件下可诱导生成NO和PGE2，松弛尿道平滑肌，降低尿道内压及尿道闭合压，可能参与了FSUI的发生和发展。同时NOS与COX二者存在“cross-talk”效应，可相互作用，进而促进了FSUI的发生发展。这对于研究FSUI分子学机制提供了新的线索和证据，可为FSUI的药物治疗提供新的靶点，同时对于NOS及COX抑制类药物的研发提供了新的思路。

［1］Chen HY，Lin YN，Chen YH，et al. Stress urinary incontinence following vaginal trauma involves remodeling of urethral connective tissue in female mice［J］. Eur J Obstet Gynecol Reprod Biol，2012，163（2）：224-229. doi：10.1016/j.ejogrb.2012.04.012.

［2］Canda AE，Cinar MG，Turna B，et al. Pharmacologic targets on the female urethra［J］. Urol Int，2008，80（4）：341-354. doi：10.1159/ 000132690.

［3］Vitecek J，Lojek A，Valacchi G，et al. Arginine-based inhibitors of nitric oxide synthase：therapeutic potential and challenges［J］. Mediators Inflamm，2012，2012：318087. doi：10.1155/2012/3180 87.

［4］Cella M，Farina MG，Dominguez Rubio AP，et al. Dual effect of nitric oxide on uterine prostaglandin synthesis in a murine model of preterm labour［J］. Br J Pharmacol，2010，161（4）：844-855. doi：10.1111/j.1476-5381.

［5］Lei J，Vodovotz Y，Tzeng E，et al. Nitric oxide，a protective molecule in the cardiovascular system［J］. Nitric Oxide，2013，35：175-185. doi：10.1016/j.niox.2013.09.004.

［6］Poulos TL，Li H. Structural basis for isoform-selective inhibition in nitric oxide synthase［J］. Acc Chem Res，2013，46（2）：390-398. doi：10.1021/ar300175n.

［7］Darwiche SS，Pfeifer R，Menzel C，et al. Inducible nitric oxide synthase contributes to immune dysfunction followingtrauma［J］. Shock，2012，38（5）：499-507. doi：10.1097/SHK.0b013e31826c5afe.

［8］Ho MH，Bhatia NN，Khorram O. Physiologic role of nitric oxide and nitric oxide synthase in female lower urinary tract［J］. Curr Opin Obstet Gynecol，2004，16（5）：423-429.

［9］Mumtaz FH，Khan MA，Thompson CS，et al. Nitric oxide in the lower urinary tract：physiological and pathological implications［J］. BJU Int，2000，85（5）：567-578. doi：10.1046/j.1464-410x.2000.00459.x.

［10］Hedlund P. Nitric oxide/cGMP-mediated effects in the outflow region of the lower urinary tract--is there a basis for pharmacological targeting of cGMP？［J］. World J Urol，2005，23（6）：362-367. doi：10.1007/s00345-005-0019-1.

［11］Mamas MA，Reynard JM，Brading AF. Nitric oxide and the lower urinary tract：current concepts，future prospects［J］. Urology，2003，61（6）：1079-1085. doi：10.1016/S0090-4295（03）00131-6.

［12］Keast JR，Kawatani M. Extensive distribution of NADPH diaphorase activity in the nerve supply of the cat lower urinary tract［J］. J Auton Nerv Syst，1994，50（2）：161-169.

［13］Vizzard MA，Erdman SL，Forstermann U，et al. Differential distribution of nitric oxide synthase in neural pathways to the urogenital organs（urethra，penis，urinary bladder）of the rat［J］. Brain Res，1994，646（2）：279-291.

［14］Persson K，Alm P，Johansson K，et al. Co-existence of nitrergic，peptidergic and acetylcholine esterase-positive nerves in the pig lower urinary tract［J］. J Auton Nerv Syst，1995，52（2/3）：225-236.

［15］Korbecki J，Baranowska-Bosiacka I，Gutowska I，et al. Cyclooxygenase pathways［J］. Acta Biochim Pol，2014，61（4）：639-649.

［16］Ghosh N，Chaki R，Mandal V，et al. COX-2 as a target for cancer chemotherapy［J］. Pharmacol Rep，2010，62（2）：233-244.

［17］Sostres C，Gargallo CJ，Lanas A. Aspirin，cyclooxygenase inhibition and colorectal cancer［J］. World J Gastrointest Pharmacol Ther，2014，5（1）：40-49. doi：10.4292/wjgpt.v5.i1.40.

［18］Kim JW. Cyclooxygenase and prostaglandin in cancer［J］. J Korean Soc Coloproctol，2012，28（5）：226- 227. doi：10.3393/jksc.2012.28.5.226.

［19］de Jongh R，van Koeveringe GA，van Kerrebroeck PE，et al. The effects of exogenous prostaglandins and the identification of constitutive cyclooxygenase I and II immunoreactivity in the normal guinea pig bladder［J］. BJU Int，2007，100（2）：419-429. doi：10.1111/j.1464-410X.2007.07011.x.

［20］Nieto JE，Aleman M，Anderson JD，et al. Effects of phenylbutazone on gene expression of cyclooxygenase-1 and -2 in the oral，glandu-lar gastric，and bladder mucosae of healthy horses［J］. Am J Vet Res，2012，73（1）：98-104. doi：10.2460/ajvr.73.1.98.

［21］Ponglowhapan S，Church DB，Khalid M. Expression of cyclooxygenase-2 in the canine lower urinary tract with regard to the effects of gonadal status and gender［J］. Theriogenology，2009，71（8）：1276-1288. doi：10.1016/j.theriogenology.2008.12.021.

［22］Thanan R，Murata M，Ma N，et al. Nuclear localization of COX-2 in relation to the expression of stemness markers in urinary bladder cancer［J］. Mediators Inflamm，2012，2012：165879. doi：10.1155/ 2012/165879.

［23］Salvemini D，Kim SF，Mollace V. Reciprocal regulation of the nitric oxide and cyclooxygenase pathway in pathophysiology：relevance and clinical implications［J］. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol，2013，304（7）：R473-487. doi：10.1152/ajpregu.00355.2012.

［24］Clancy R，Varenika B，Huang W，et al. Nitric oxide synthase/COX cross-talk：nitric oxide activates COX-1 but inhibits COX-2-derived prostaglandin production［J］. JImmunol，2000，165（3）：1582-1587.

［25］Kim SF，Huri DA，Snyder SH. Inducible nitric oxide synthase binds，S-nitrosylates，and activates cyclooxygenase-2［J］. Science，2005，310（5756）：1966-1970. doi：10.1126/science.1119407.

［26］Masuda H，Kawano K，Matsuoka Y，et al. Interactions between inducible nitric oxide synthase and cyclooxygenase-2 in response to ischaemia- reperfusion of rabbit bladder［J］. BJU Int，2010，106 （5）：716-722. doi：10.1111/j.1464-410X.2009.09143.x.

［27］Franco L，Talamini G. Cross-talk between inducible nitric oxide synthase and cyclooxygenase in Helicobacter-pylori-induced gastritis ［J］. Med Princ Pract，2009，18（6）：477-481. doi：10.1159/000235898.

［28］Lin G，Shindel AW，Banie L，et al. Molecular mechanisms related to parturition-induced stress urinary incontinence［J］. Eur Urol，2009，55（5）：1213-1222. doi：10.1016/j.eururo.2008.02.027.

［29］Phull HS，Pan HQ，Butler RS，et al. Vulnerability of continence structures to injury by simulated childbirth［J］. Am J Physiol Renal Physiol，2011，301（3）：F641-649. doi：10.1152/ajprenal.00120.2011.

［30］Chen HY，Chen CJ，Lin YN，et al. Proteomic analysis related to stress urinary incontinence following vaginal trauma in female mice ［J］. Eur J Obstet Gynecol Reprod Biol，2013，171（1）：171-179. doi：10.1016/j.ejogrb.2013.08.034.

［31］Grigoriadis C，Hassiakos D，Bakas P，et al. Effect of gonadal steroid receptors alterations on the pathophysiology of pelvic organ prolapse and urinary incontinence［J］. Minerva Ginecol，2015.［Epub ahead of print］

［32］Chen YH，Chen CJ，Lin YN，et al. Proteomic analysis of urethral protein expression in an estrogen receptor alpha-deficient murine model of stress urinary incontinence［J］. World J Urol，2015，33 （10）：1635-1643. doi：10.1007/s00345-014-1474-3.

［33］Tidball JG，Wehling-Henricks M. Nitric oxide synthase deficiency and the pathophysiology of muscular dystrophy［J］. J Physiol，2014，592（Pt 21）：4627-4638. doi：10.1113/jphysiol.2014.274878.

［34］Game X，Bouali O，Allard J，et al. Influence of sildenafil on micturition and urethral tone in ovariectomized and non-ovariectomized mice［J］. J Sex Med，2012，9（2）：466-471. doi：10.1111/j.1743-6109.2011.02559.x.

［35］Seo Y，Park SW，Kim JY，et al. Expression of alpha1 receptor and nitric oxide synthase in oophorectomized and estrogen-supplemented rat bladder and urethra［J］. Korean J Urol，2014，55（10）：677-686. doi：10.4111/kju.2014.55.10.677.

［36］Game X，Allard J，Escourrou G，et al. Estradiol increases urethral tone through the local inhibition of neuronal nitric oxide synthase expression［J］. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol，2008，294 （3）：R851-857. doi：10.1152/ajpregu.00467.2007.

［37］Chen HY，Chen WC，Lin YN，et al. Synergistic effect of vaginal trauma and ovariectomy in a murine model of stress urinary incontinence：upregulation of urethral nitric oxide synthases and estrogen receptors［J］. Mediators Inflamm，2014，2014：314846. doi：10.1155/2014/314846.

（2015-09-10收稿2015-11-28修回）

（本文编辑陆荣展）

Relationship between nitric oxide synthase and cyclooxygenase in female stress urinary incontinence

KE Jian，FANG Kewei
Department of Urology，the Second Affiliated Hospital of Kunming Medical University，Kunming 650101，China Corresponding Author E-mail：fkw_waley@126.com

Female stress urinary incontinence（FSUI）is a common disease of women in department of urology，which severely affects elderly physical and mental health of women. The molecular mechanism of FSUI is still unclear. Nitric oxide synthase（NOS），cyclooxygenase（COX）and their respective products nitric oxide（NO）and prostaglandin（PG）are closely related with FSUI. In this paper，the distribution of NOS and COX in female lower urinary tract and the research development of NOS，COX and their products with FSUI are summarized.

urinary incontinence，stress；nitric oxide synthase；nitric oxide；prostaglandins；cyclooxygenase；review

云南省科技计划项目（2012FB048）；昆明医科大学研究生创新基金（2015S95）

昆明医科大学第二附属医院泌尿外科（邮编650101）

柯健（1989），硕士在读，主要从事压力性尿失禁的基础与临床研究

E-mail：fkw_waley@126.com

R694.54

A

10.11958/20150149