血管衰老與雄激素

孫 榮 談世進

年齡的增長不僅伴隨著衰老，還伴隨著衰老性疾病的發生，如動脈粥樣硬化(atherosclerosis，AS)、高血壓、腦卒中等心腦血管疾病。血管衰老作為推動衰老性疾病發生、發展的重要因素，被認為是衰老性疾病的共同發病機制。近年來，由于全國人口老齡化的加劇，這些衰老性疾病的發生率及病死率一直處于高水平狀態，迫切需要探索加速血管衰老的影響因素及機制，為臨床干預措施提供依據。雄激素作為男性體內重要的性激素，不僅決定了男性的第二性征，尤其與老年男性心血管疾病關系密切。流行病學研究顯示，雄激素缺乏是心血管疾病(cardiovascular disease，CVD)的獨立危險因素［1］。本文著重闡述雄激素對血管衰老的影響，主要從血管衰老的功能及結構兩個層面探討。

一、血管衰老

衰老不僅是年齡的增長，還伴隨著器官、組織、細胞的衰老，尤其是血管的衰老。衰老是CVD主要的危險因素，可以解釋50%衰老患者臨床CVD的出現。實際上，由增齡導致的血管結構和功能的改變(即血管衰老)，獨立于一些其他的危險因素，如高血壓、糖尿病及高膽固醇血癥的存在而產生致病作用［2］。血管的發育從20歲以后維持相對穩定，中年期后開始衰老。隨著年齡增長，血管發生一系列病理生理變化如生理性硬化，動脈壁延展性降低，動脈供血功能減退。血管衰老的變化總結為動脈管腔的擴大、內膜中膜的增厚、血管硬化及內皮功能障礙［3］。以往認為血管衰老是一系列不可變因素產生的不可避免的進程，但隨著近幾年對衰老的深入研究，目前認為探討衰老相關的血管功能障礙的分子機制，可以促使我們找到延緩血管衰老的策略，減少CVD的發生并延緩其進展。

二、雄激素對血管衰老功能的影響

隨著年齡的增長，體內激素水平的失衡是血管衰老及衰老相關性疾病發生的重要危險因素。最近的一篇關于雄激素與心血管疾病的Meta分析顯示，睪酮缺乏可增加高血壓、AS、內皮功能障礙等心血管疾病的發生率［4］。

1．雄激素對血管功能的作用及機制:雄激素對血管的作用主要表現在它的舒張血管功能上，其機制主要與雄激素的非基因作用有關。Yildiz等［5］的研究表明，睪酮可誘導胸廓內動脈(internal mammary artery，IMA)的擴張。高膽固醇血癥、增齡及吸煙可降低睪酮的這一作用，且睪酮舒張IMA與鈣依賴鉀通道(Ca2+-activated K+channel，BKca)的活化開放有關。Deenadayalu等［6］既往的實驗證實了睪酮通過開放豬冠脈平滑肌細胞上BKca通道舒張血管，且這一效應可能與環磷鳥嘌呤核苷(cyclic guanosinc monophosphate，cGMP)的積累有關，他們對這一現象的進一步的研究取得了新的進展。利用膜片鉗技術證實了雄激素激活BKca通道，且可被一氧化氮合酶(nitric oxide synthase，NOS)抑制劑阻斷。NOS及鳥苷酸環化酶(guanylate cyclase，GC)的抑制劑可減弱睪酮誘導的血管舒張。抑制蛋白激酶G(cGMP-dependent protein kinase，PKG)可減弱睪酮對BKca通道的刺激作用，而純化的PKG可在冠脈平滑肌細胞上模擬睪酮對BKca通道的刺激作用。這個實驗表明，睪酮誘導內膜剝脫的冠脈舒張至少部分通過增加一氧化氮(nitric oxide，NO)合成，導致cGMP合成增加及PKG激活，從而開放BKca通道。Oloyo等［7］在SD大鼠腹主動脈上也得到了相同的睪酮舒張血管的效果，且通過非基因途徑，與內向整流鉀通道活化及LCa2+通道的阻斷有關。根據目前的研究筆者認為，睪酮具有血管舒張作用，且很可能通過增加NO的合成，及部分離子通道的激活有關。

2．雄激素對血管衰老的影響:上述筆者得出雄激素可以舒張未衰老血管的結論，但其對衰老血管的影響研究較少。Ota等［8］研究表明，體內睪酮水平缺乏可加速神經元及血管的衰老，在認知功能障礙及性腺功能減退的衰老促進大鼠(senescence-accelerated mouse prone-8，SAMP8)，雙氫睪酮(dihydrotestosterone，DHT)的補充改善了衰老大鼠的氧化應激，增加了內皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase，eNOS)活化，隨后誘導沉默信息調節因子1(silent information regulator 1，SIRT1)表達，SIRT1 通過上調eNOS抑制內皮衰老，從而預防血管的衰老。張莉等［9］發現，對去勢及生理劑量睪酮對小鼠主動脈衰老的影響進行了比較系統的研究，衰老組及去勢組與正常組及去勢后生理劑量睪酮補充組相比，主動脈中丙二醇含量升高，超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)活性下降，說明生理劑量的睪酮可以改善衰老血管的氧化應激產物的清除，以及增強抗氧化物質的活性。雄激素抗衰老作用不僅體現在氧化應激誘導的模型上，也有研究表明，雄激素補充可以延緩糖尿病所致衰老血管的損傷［10］。除了睪酮及DHT有抗血管衰老的作用，研究表明脫氫表雄酮(dehydroepiandrosterone，DHEA)也可預防及改善血管衰老所指的eNOS合成NO減少及衰老相關血管功能障礙這一狀況［11］。雖然目前的實驗研究證實了這3種雄激素形式的抗血管衰老作用，但具體的效應劑量尚無統一定論，而多數研究傾向于生理劑量雄激素的補充可以改善血管衰老狀態。

三、雄激素與血管細胞衰老

血管衰老不僅是血管功能上的改變，結構也發生了相應的改變，可發生在血管壁的各種組織，主要是內皮細胞及平滑肌細胞。內皮細胞(endothelial cells，EC)及血管平滑肌細胞(vascular smooth muscle cell，VSMCs)作為血管主要的功能細胞，接受著長時間的血流動力學的影響，產生適應性的應答。雄激素受體廣泛分布于血管內皮細胞及平滑肌細胞，因此可以通過調控內皮細胞及平滑肌細胞而影響血管的功能。

1．內皮功能障礙及雄激素對血管內皮細胞衰老的作用:(1)衰老血管內皮細胞功能障礙:內皮在正常血管適應血壓及其他慢性血流動力學改變中十分重要，因此內皮功能障礙可看做動脈衰老的特征之一。NO作為內皮細胞合成的主要生物活性物質之一，是血管功能的體現。Minamino等［12］對人的動脈粥樣硬化斑塊進行組化研究，發現血管細胞呈現衰老的形態及衰老相關β半乳糖苷酶染色陽性，eNOS活性下降。許多動物實驗及人細胞衰老的實驗中均證實了衰老的主動脈內皮細胞功能受損這一病理特征［12，13］。年齡相關的內皮功能障礙的分子機制是十分復雜的，目前認為NOS合成酶的表達及活性降低以及NO的生物合成減少是主要因素。(2)雄激素對血管內皮細胞衰老的作用:目前雄激素與內皮細胞的研究主要集中在雄激素對內皮細胞的增生作用及對內皮NO合成的影響。雄激素可促進內皮細胞增生，然而雄激素的促內皮增殖作用與抗衰老的關系尚不明確，其抗血管的衰老作用可能主要體現在促進內皮細胞合成NO上。在大鼠主動脈上，睪酮通過雄激素受體及鈣內流顯著增加了NO的合成，鈣離子通道阻滯劑維拉帕米可以減少睪酮的促NO合成作用［14］。內皮細胞培養也發現睪酮通過蛋白激酶C-絲裂原激活蛋白激酶(protein kinase C-mitogen-activated protein kinade，PKC-MAPK)依賴途徑促進NO合成。DHEA可改善由衰老引起的內皮合成NO下降，使cGMP合成增加，改善NO相關的信號途徑，明顯延緩血管衰老的進程［15］。DHT可通過抑制caspase-3、caspase-9及P38 MAPK保護H2O2誘導的內皮細胞衰老凋亡［16］。Nheu 等［17］的實驗結果也證實了DHEA可保護EC免于氧化應激，提高了氧化應激下EC的存活率，且這一效應不依賴于雄激素受體。以上研究證實了3種雄激素均可以產生延緩內皮細胞衰老的保護作用，但劑量效應關系尚未確定，因為也有研究表明，超生理劑量的睪酮抑制內皮細胞eNOS的表達，從而使NO合成減少，可能與氧化應激有關［18］。因此，還需大量實驗來探討雄激素的抗內皮細胞衰老作用的劑量。

2．雄激素對衰老VSMCs的作用:VSMCs的增生和遷移是血管重塑的核心進程，受生長因素及信號網絡的調控。探索VSMCs中衰老相關的信號通路，可以幫助我們逐漸理解衰老相關CVD中細胞的反應及功能的改變。衰老動脈平滑肌細胞主要表現為遷移和(或)增生、凋亡增加，BKca通道減少，及對內皮舒張因子及 K+的反應性增加［19，20］。而雄激素對VSMCs的作用恰好也是主要表現在影響其增生、遷移及分化方面［17，21］。且前面也有提到，雄激素激活BKca通道的作用可被NOS抑制劑阻斷。因此，雄激素可以通過多種機制作用于VSMCs的衰老進程，而且很有可能也是通過影響NO的合成發揮作用。普遍的研究結果顯示雄激素可以促進VSMCs的增生，但仍有一些研究顯示DHEA抑制VSMCs的增生。雄激素的抗VSMCs衰老另一機制可能通過減少氧化應激產生的活性氧(reactive oxygen species，ROS)，因為ROS是引起細胞衰老的重要機制之一。吳賽珠等研究顯示，DHEA可以顯著減少三丁基過氧化氫(tertbutyl hydroperoxide，t-BHP)或H2O2誘導的β半乳糖苷酶染色陽性VSMCs細胞數、G0/G1期細胞的比例，以及增強SOD活性。而睪酮則通過NADPH氧化酶誘導VSMCs產生ROS，并通過NADPH氧化酶源ROS及c-Src依賴途徑誘導VSMCs遷移［21］。睪酮的這一作用與高血壓導致的血管重塑有密切關系，但對VSMCs的整體作用是否促進細胞衰老尚未深入研究，睪酮誘導VSMCs的ROS產生很可能是一種促衰老作用。

綜上所述，心血管疾病的發生與血管衰老密切相關，血管的衰老涉及功能及結構的改變。雄激素作為體內重要活性物質，通過促進內皮合成NO改善衰老血管的舒張功能。多個研究表明，外源補充DHEA可以改善衰老相關性疾病的進展。然而，目前的研究顯示，睪酮在高血壓的發生發展中因促進ROS的生成導致血管功能障礙，似乎在血管衰老中起反面角色。雄激素的抗衰老作用機制尚未完全明確，且不同雄激素對血管的抗衰老作用似乎不同。盡管睪酮、DHT、DHEA這3種激素同屬于雄激素類，但他們具有各自獨特的作用，具體的機制尚未可知。多數研究對DHEA抗衰老作用較為認可，但對睪酮的抗衰老作用尚有爭議，且對DHT的研究較少。從目前的研究狀況來看，雄激素產生抗衰老作用的劑量及其他不良反應尚未明確，沒有充足的證據認為睪酮的替代治療對心血管疾病有利，還需要大量的臨床試驗來證實。

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