氧化应激诱导勃起功能障碍机制的研究进展

牛阳九，杨培，牛立盼，刘凤霞

(新疆医科大学基础医学院人体解剖学教研室，乌鲁木齐 830011)

勃起功能障碍(erectile dysfunction，ED)指性刺激下男性不能持续获得和(或)维持充分阴茎勃起以完成满意的性生活[1]，对患者的情绪和生命质量产生严重的负面影响。一项调查报告显示，广东40～70岁男性ED总患病率高达41.8%，且患病率与年龄成正比[2]。预计2025年全球有3.22亿男性患有不同程度的ED[3]。ED导致患者性生活满意度降低，影响家庭稳定，如不能及时就医，还可能延误心血管等疾病的发现与治疗，给患者及家庭造成严重的负担。

近年来，ED的病理学改变和分子机制逐渐清晰，其中氧化应激诱导的平滑肌和内皮细胞功能障碍是ED发生发展过程中的重要影响因素[4]。作为勃起生理过程中重要的神经递质，一氧化氮介导的一氧化氮/环鸟苷酸通路是勃起产生的关键。已有研究证实，糖尿病ED患者阴茎海绵体内产生的大量活性氧诱导内皮型一氧化氮合酶的解偶联增加，抑制一氧化氮产生，进而损害正常血管内皮功能，最终导致ED[5]。且高血压大鼠阴茎海绵体组织中也存在类似改变[6]。因此，氧化应激是ED发病的重要机制之一。现就氧化应激诱导ED的机制及其研究进展进行综述。

1 阴茎勃起和疲软

阴茎勃起是一个复杂的神经血管过程，当大脑接受性刺激信号后，可促使大脑皮质释放神经信号，并经外周神经传到阴茎海绵体神经。随后，非肾上腺非胆碱能神经末梢和海绵体内皮细胞内的左旋精氨酸分别在神经型一氧化氮合酶和内皮型一氧化氮合酶的作用下产生一氧化氮，并弥散进入相邻的平滑肌细胞内，刺激可溶性鸟苷酸环化酶将鸟苷三磷酸转化为环鸟苷酸，并激活蛋白激酶G，继而抑制细胞膜表面钙离子通道活性，导致海绵体平滑肌松弛，血液流入阴茎海绵体窦，阴茎充血肿胀，此时白膜压迫阴茎内的静脉导致血液回流受阻，从而使阴茎勃起并且维持足够的硬度[1,7]。

射精或性刺激停止后，交感神经兴奋，释放的去甲肾上腺素作用于海绵体平滑肌细胞膜上的肾上腺素能受体，通过激活磷脂酶C将磷脂酰肌醇分解为三磷酸肌醇和二酰甘油，三磷酸肌醇作用于内质网上的受体介导钙离子流入，促进肌球蛋白磷酸化，使平滑肌收缩，二酰甘油与蛋白激酶C结合促进细胞内钙离子增加，维持平滑肌的收缩。内皮细胞和海绵体神经末梢可产生内皮素和血管紧张素使无活性的Ras同源物基因组成员A-鸟苷二磷酸复合体转变为有活性的Ras同源物基因组成员A-鸟苷三磷酸复合体，并与其下游的Rho相关卷曲形成蛋白激酶结合，促进肌球蛋白轻链磷酸化，引起阴茎海绵体平滑肌收缩，从而使阴茎处于疲软状态[6,8]。

2 氧化应激诱导ED的机制

2.1超氧阴离子 超氧阴离子是机体内大部分活性氧的最初来源，当机体产生过量超氧阴离子时，便可通过诱导氧化应激引发多种病理改变，诱发细胞损伤[9]。有研究表明，长期摄入乙醇可诱导大鼠阴茎组织内的超氧阴离子增多，降低超氧化物歧化酶表达，促进还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(nicotinamide adenine dinucleotide phosphate,NADPH)氧化酶的活化以及上调诱导型一氧化氮合酶的表达，进而引发ED。一方面增多的超氧阴离子通过诱导氧化应激激活Ras同源物基因组成员A/Rho相关卷曲形成蛋白激酶通路；另一方面超氧阴离子与诱导型一氧化氮合酶产生的一氧化氮发生反应产生过氧化亚硝酸盐。此过程促进氧化应激反应，减少一氧化氮的含量，而超氧化物歧化酶可将超氧阴离子还原为过氧化氢和氧气，该抗氧化剂的减少进一步促进了氧化应激的产生与发展，进而导致因阴茎海绵体血管平滑肌收缩而诱导的ED的发生与发展。此外，乙醇诱导产生的超氧阴离子还可以增加肿瘤坏死因子-α的表达，通过炎症反应加重内皮功能障碍[10]。有研究证明，放疗的辐射也可通过活化NADPH氧化酶诱导超氧阴离子产生，并通过酸性鞘磷脂酶/神经酰胺途径导致内皮细胞凋亡，进而诱导内皮功障碍，影响正常的勃起功能[11]。

2.2NADPH氧化酶 NADPH氧化酶可将电子跨过质膜转移到氧分子中进而产生超氧阴离子，后者转化后形成的其他种类的活性氧(如羟自由基、过氧化氢)是产生氧化应激的重要影响因子[12]。沈寒坚等[13]研究发现，大鼠海绵体神经损伤所致的ED中，阴茎海绵体组织内NADPH氧化酶的gp91phox和p22phox亚基表达上升引起的血管内皮损伤，是海绵体神经损伤性ED的重要致病机制。而Li等[14]在一项针对糖尿病ED大鼠的研究中发现，大鼠阴茎海绵体组织中的另外2个NADPH氧化酶亚基p47phox、p67phox和活性氧表达水平升高，内皮型一氧化氮合酶以及神经型一氧化氮合酶表达降低，导致一氧化氮的生物利用度减少。而NADPH氧化酶抑制剂夹竹桃麻素的治疗不仅降低了活性氧的产生，同时也抑制了Ras同源物基因组成员A/Rho相关卷曲形成蛋白激酶通路的上调，使大鼠的勃起功能有一定程度的恢复。另有研究表明，使用乙醇喂养大鼠6周可促进ED的产生，其主要由NADPH氧化酶亚基活性表达增加、神经型一氧化氮合酶的减少所引起的内皮功能障碍所致，且使用夹竹桃麻素处理的大鼠恢复了部分勃起功能[15]。

2.3过氧化亚硝酸盐 过氧化亚硝酸盐是一种硝化剂和氧化剂，在ED中，过氧化亚硝酸盐的细胞毒性还可诱导细胞凋亡导致细胞数量和功能的缺失，进而引发内皮功能障碍[16]。此外，过氧化亚硝酸盐还可通过促进内皮型一氧化氮合酶解偶联，减少一氧化氮的产生，导致海绵体平滑肌舒张功能障碍[17]。但有研究发现，过氧化亚硝酸盐也具有松弛海绵体平滑肌的功能[18]。一氧化氮引起的海绵体平滑肌松弛是即时且能迅速恢复正常的，而过氧化亚硝酸盐引起的平滑肌松弛是缓慢且无法恢复正常的，海绵体发生无效松弛，从而导致ED[19]。Wortel等[11]通过辐射刺激牛主动脉内皮细胞后发现，内皮细胞中过氧化亚硝酸盐和NADPH氧化酶表达上升可诱导活性氧大量增加，且西地那非治疗可通过酸性鞘磷脂酶/神经酰胺途径抑制氧化应激，以起到保护内皮功能的作用。

2.4不对称二甲基精氨酸 不对称二甲基精氨酸是左旋精氨酸的内源性抑制物，可与L-精氨酸竞争性结合一氧化氮合酶的结合位点，从而抑制一氧化氮的产生[20]。黄程等[21]对糖尿病ED大鼠的阴茎海绵体组织及血清进行分析，发现大鼠的海绵体最大舒张压与血清中不对称二甲基精氨酸成反比，且海绵体组织内的不对称二甲基精氨酸/二甲基精氨酸二甲胺水解酶/一氧化氮合酶随着过氧化物的表达增加而紊乱，表明不对称二甲基精氨酸的蓄积通过诱导氧化应激以及抑制一氧化氮合酶等途径可导致ED的产生与发展。Kataoka等[22]发现，阉割后大鼠血清中的不对称二甲基精氨酸、氧化应激标志物(如NADPH氧化酶、过氧化氢)表达升高，并伴随抗氧化剂超氧化物歧化酶表达降低，同时血清中炎症介质白细胞介素-6表达上升。

2.5内皮素-1 内皮素-1是一种由血管内皮细胞合成释放的长效血管收缩调节因子[23]。内皮素-1水平升高导致平滑肌收缩增强，使海绵体内血流量下降，ED发病风险增加，故抑制内皮素-1可有效提高ED的治疗效果[24]。在结构上，内皮素-1与其受体结合可促进血管收缩并拮抗一氧化氮的血管舒张作用，进而导致ED的发生与发展[25]。Sánchez等[26]分离提取肥胖大鼠的阴茎背动脉发现，内皮素-1主要通过诱导NADPH氧化酶的过表达导致大量活性氧产生，并引发血管收缩。以上机制均促进了ED的发生发展，且在分别使用NADPH氧化酶抑制剂和内皮素受体抑制剂后，大鼠的血管舒张功能均有一定程度的改善。Muniz等[27]通过构建长期乙醇摄入大鼠模型发现，随着乙醇摄入量的增加，ED的发病率随之升高，且大鼠海绵体组织中内皮素-1表达升高，血管收缩反应增强。同时，过表达的内皮素-1不仅诱发NADPH氧化酶表达上调，还通过激活Ras同源物基因组成员A/Rho相关卷曲形成蛋白激酶途径促进ED的发生发展。

2.6同型半胱氨酸 同型半胱氨酸是一种含硫氨基酸，可通过多种途径诱导氧化应激、导致内皮功能障碍[28]。李明等[29]调查研究发现，高血压ED患者勃起功能与血清同型半胱氨酸水平呈负相关。Jones等[30]对高同型半胱氨酸血症兔的阴茎海绵体平滑肌进行研究发现，其平滑肌舒张功能和一氧化氮释放严重受到抑制，并认为其原因是大量产生的活性氧介导的氧化应激。而有研究发现，同型半胱氨酸可通过抑制一氧化碳/血红素加氧酶2途径来抑制高同型半胱氨酸血症大鼠模型的勃起功能[31]。相反，叶酸、维生素B12等同型半胱氨酸拮抗药物均对高同型半胱氨酸血症ED大鼠模型有明显治疗效果[32]。

2.7核因子E2相关因子2 核因子E2相关因子2能增强细胞对氧化应激的抵抗力，有研究通过对接受阴茎假体植入的老年ED患者的阴茎组织经核因子E2相关因子2激活剂处理后，发现人阴茎组织中超氧化物减少，以及核因子E2相关因子2下游的抗氧化物血红素加氧酶1含量增加，同时该激活剂与ED一线治疗药物他达拉非结合使用可有效增强其药理作用[33]。丁维等[34]使用丹参酮磺ⅡA酸钠治疗高脂血症ED大鼠，发现该药可通过上调核因子E2相关因子2/血红素加氧酶-1途径减少氧化应激，改善大鼠勃起功能。另有研究发现，核因子E2相关因子2通过激活核因子E2相关因子2/血红素加氧酶-1/二甲基精氨酸二甲胺水解酶/过氧化物酶体增殖物激活受体γ途径恢复糖尿病ED大鼠的勃起功能并降低氧化应激[35]。此外，使用血管紧张素Ⅱ受体拮抗剂可抑制核因子E2相关因子2/Kelch样环氧氯丙烷相关蛋白1途径，减弱氧化应激，使海绵体神经损伤型ED大鼠模型恢复部分勃起功能[36]。

2.8睾酮 睾酮是维持男性第二性征、促进精子产生、维持性功能的重要激素[37]。Li等[38]通过使用睾酮对去势大鼠进行治疗发现，睾酮可以通过增强环加氧酶2/前列环素合酶环腺苷酸信号通路在阴茎海绵体内的表达，以及降低大鼠阴茎海绵体内的氧化应激来改善大鼠的勃起功能。该团队随后的研究发现，睾酮缺乏可诱导氧化应激，并通过1-磷酸鞘氨醇受体1/蛋白激酶/转录因子叉头框蛋白O3a途径导致内皮功能障碍，降低大鼠勃起功能[39]。此外，在去势大鼠的研究中发现，睾酮缺乏可通过上调不对称二甲基精氨酸水平以抑制一氧化氮合酶功能并促进内皮型一氧化氮合酶的解偶联，同时诱导阴茎海绵体内的超氧化物蓄积和炎症反应诱发ED[22,40]。上述研究进一步证实了雄激素缺乏与氧化应激和ED间的密切关联性。在多种类型ED中，睾酮与磷酸二酯酶Ⅴ型抑制剂联用可有效延长勃起时间，增强阴茎勃起硬度，并在磷酸二酯酶Ⅴ型抑制剂治疗无效时作为其替代疗法，提高患者的勃起功能[40-41]。

2.9人组织激肽释放酶1 人组织激肽释放酶1为激肽释放酶最早发现的亚型。其在抗炎、抗凋亡、抗纤维化和抗氧化等方面均可发挥作用[42]。有学者对衰老大鼠的阴茎组织进行研究发现，人组织激肽释放酶1可以通过抑制Ras同源物基因组成员A/Rho相关卷曲形成蛋白激酶/LIM激酶/丝切蛋白来抵抗平滑肌收缩和纤维化，还可通过介导二甲基精氨酸二甲胺水解酶/不对称二甲基精氨酸/一氧化氮合酶/环鸟苷酸通路促进一氧化氮/环鸟苷酸通路的表达，以恢复勃起功能[43-44]。不仅如此，人组织激肽释放酶1还可通过抑制NADPH氧化酶和晚期糖基化终末产物诱导的氧化应激，以及激活磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B/内皮型一氧化氮合酶通路，增强糖尿病大鼠阴茎勃起[45]。而在高同型半胱氨酸血症大鼠模型中，人组织激肽释放酶1同样可通过上述类似途径发挥抗氧化应激以及抗纤维化作用，改善大鼠的勃起功能[46]。

2.10肿瘤坏死因子-α 肿瘤坏死因子-α作为免疫细胞产生的一种炎症介质，在炎症反应、免疫调节、细胞增殖与分化等多种过程均发挥一定作用[47]。Long等[48]在糖尿病ED大鼠的血清中检测到肿瘤坏死因子-α的高表达，并伴随阴茎海绵体组织中的NADPH氧化酶表达升高和大量活性氧生成，且经肿瘤坏死因子-α抑制剂治疗的大鼠勃起功能有所恢复且NADPH氧化酶表达降低，证明肿瘤坏死因子-α可通过诱导NADPH氧化酶生成而产生氧化应激。Hotston等[49]在含肿瘤坏死因子-α的培养基中培养兔的海绵体血管平滑肌细胞，发现肿瘤坏死因子-α可诱导细胞内氮氧化合物产生大量超氧阴离子，并上调磷酸二酯酶Ⅴ型表达进而抑制一氧化氮/环鸟苷酸通路。此外，肿瘤坏死因子-α还可通过抑制一氧化氮合酶的生成以及激活Ras同源物基因组成员A/Rho相关卷曲形成蛋白激酶信号通路的表达阻碍阴茎正常勃起[50]。蒋波等[51]发现，ED患者血清内肿瘤坏死因子-α的表达与ED的严重程度成正比，并认为人血清肿瘤坏死因子-α水平变化对协助ED的诊断具有一定临床意义。

2.11其他 在血管紧张素Ⅱ诱导的ED大鼠阴茎海绵体组织中，活性氧表达升高，超氧化物歧化酶和髓过氧化物酶表达降低，并存在炎症反应以及大量内皮细胞凋亡，进而诱导ED[52]。此外，N-硝基-L-精氨酸、G蛋白偶联受体激酶2等均可通过诱导氧化应激促进ED的发生发展[53-54]。

3 小 结

作为损害勃起功能的重要因素之一，氧化应激在ED病程中具体分子机制尚未完全明确。大量研究表明，抗氧化剂可显著改善ED动物模型的勃起功能，说明抗氧化应激是一种有效治疗ED的途径，但该治疗方法在临床上却未取得良好疗效，这可能与ED发病机制的多因素协同诱导和复杂性有关。因此，深入研究氧化应激在ED发生、发展中的详细机制及作用靶点显得尤为重要，也可以此为切入点研发针对性治疗的抗氧化剂，为ED精准治疗提供方案。