睪丸退行性病變的發病機制及其治療靶標

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睪丸退行性病變的發病機制及其治療靶標

作者單位:210029 南京,江蘇建康職業學院藥學系

劉嘉,聶超,曾慶琪

[關鍵詞]睪丸；退行性變；發病機制；治療；靶標

目前,男性性功能障礙的發病率正逐年增高,其由多種因素引起,如肥胖、糖尿病、心血管病等[1]。其中,睪丸退行性病變是男性性功能障礙的重要因素之一。流行病學資料顯示,男性在40歲以后,每年血清中的睪酮水平會下降1%~2%,到近70歲時僅為峰值的20%[2]。睪丸退行性病變的作用機制有睪丸內氧化應激、炎性反應、睪丸內皮素-1及內質網應激等,而圍繞上述機制為治療靶標的相關研究也正在開展,主要有基質金屬蛋白酶靶標、內皮素靶標、炎性細胞因子靶標、還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADP)氧化酶靶標等。

1睪丸退行性病變的發病機制

1.1睪丸組織的氧化應激當體內氧化與抗氧化作用失衡,傾向于氧化作用時,中性粒細胞浸潤,蛋白酶分泌增加,產生大量的氧化產物,此稱為氧化應激(OS)。老年人幾乎所有的器官都易受到氧化應激帶來的損害,睪丸亦不例外,睪丸組織中的活性氧簇(ROS)產生及消除發生失衡而致ROS增多,ROS因具有不成對的電子而氧化性較強,產生較強的細胞毒性,影響細胞功能。一般認為,ROS降低性功能的機制為[3]:(1)ROS可激活蛋白激酶C(PKC),PKC能抑制激素第二信使環磷酸腺苷(cAMP)的合成,從而抑制雄激素作用的發揮；(2)ROS可抑制一氧化氮合酶(NOS)生成NO,導致睪丸內NADP氧化酶增加,此可進一步造成組織內ROS富集,由此導致惡性循環,影響睪丸功能；(3)ROS可通過P38絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)級聯反應及上調環氧合酶-2(COX-2)表達抑制膽固醇轉運,進而抑制睪酮合成,導致睪丸功能減退；(4)陰莖組織中的ROS尤其是超氧陰離子(O2-)可直接收縮陰莖血管,陰莖海綿體組織學改變,最終導致器質性陽痿。

1.2內皮素-1內皮素系廣泛分布于幾乎各類組織細胞的活性多肽,具有收縮平滑肌、促增殖等生物學效應。內皮素由3個同分異構體家族即內皮素-1,內皮素-2及內皮素-3組成,睪丸的功能主要受內皮素-1水平的影響。當睪丸內皮素-1水平正常時,其通過旁分泌方式作用于Leydig細胞,促進睪酮分泌,同時通過PKC通路誘導睪丸管周肌樣細胞內Ca2+發生瞬間變化,介導睪丸管周肌樣細胞周期性收縮和精子的運輸,維持精子活力及正常性功能。當ET-1水平過高時,過量的內皮素-1與其受體結合,誘導ROS產生,產生睪丸內氧化應激機制,抑制睪酮合成及性功能；而ROS的不平衡又能促進內皮素-1的表達,由此造成惡性循環[4],此為內皮素上調型睪丸退行性病變。當內皮素-1水平不足時,直接導致睪丸管周肌樣細胞及生精細胞功能減退,反饋性抑制下丘腦-垂體-性腺,此為內皮素下調型睪丸退行性病變。

1.3內質網應激內質網(ER)是真核細胞中蛋白質合成、折疊與分泌的重要細胞器,其膜結構占細胞內膜的50%。ER具極強的內穩態體系。但仍有諸多因素(如缺血再灌注損傷、氧化應激、同型半胱氨酸誘導等)可導致內質網功能的內穩態失衡,形成內質網應激。內質網應激條件下,10號染色體缺失的磷酸酶基因(pten10)與分子伴侶葡萄糖調節蛋白78(GRP78)分離而活化,并引起其下游真核細胞翻譯啟始子2α磷酸化而失活,終止細胞內絕大部分蛋白質的合成,同時可激活活性轉錄因子4(ATF4)的表達,進而引起CCAAT/增強子結合蛋白同源蛋白表達量上調,進而導致一系列疾病的發生,其中包括睪丸功能減退。另外,內質網應激情況下會影響固醇激素的合成,進而影響睪酮的合成。Cheng等[5]構建了鏈脲佐菌素(60 mg/kg,腹腔注射)糖尿病伴性功能障礙大鼠,發現睪丸功能減退大鼠血漿中的內質網應激標志性分子免疫球蛋白結合蛋白水平顯著提升,提示內質網應激與睪丸功能減退相關。

1.4炎癥亞臨床炎癥與男性性功能障礙發生、發展的相關性已被諸多臨床研究所證實。有研究顯示,全身性的慢性炎性反應可使血漿中的高敏C反應蛋白(hsCRP)水平升高,繼而引發陰莖動脈粥樣硬化,影響勃起功能,導致性功能下降[6]。而睪丸、前列腺等生殖道器官發生感染或炎癥時,則使垂體激素自分泌或旁分泌功能均不同程度受損,導致促黃體生成素(LH)分泌減少,睪酮水平下降,精子合成減少,睪丸功能減退。此外,還有研究認為,炎癥(全身或局部)可增加體內細胞間黏附分子(ICAM)和血管細胞黏附分子(VCAM)水平,改變睪酮合成的微環境,從而影響睪丸功能[7]。值得關注的是,以上的作用機制均非導致睪丸退行性病變的單一因素。睪丸退行性病變涉及多個機制的相互影響,相互調節,是復雜信號通路綜合作用的結果。

2睪丸退行性病變的治療靶標

2.1基質金屬蛋白酶基質金屬蛋白酶(MMP)由5個功能不同的結構域組成:疏水信號肽序列、前肽區、催化活性區、富含脯氨酸的鉸鏈區及羧基末端區。在正常的睪丸組織中,MMP可與其內源性抑制劑組織金屬蛋白酶抑制劑(TIMP)一同調控細胞外基質,調節精小管的轉換,促進精子細胞的發育與成熟；而當睪丸內出現氧化應激時,MMP與TIMP可能出現異常表達,影響精子的生成及發育。 Justulin等[8]研究了MMP-2和MMP-9表達與雄性大鼠性腺萎縮及再生之間的關系,結果顯示,MMP-2和MMP-9的水平在性腺閹割后表達水平均明顯升高,而在使用睪酮替代療法后,MMP-2水平上升,MMP-9水平不變化。由此推斷,MMP-2在性腺再生中起主要作用,而MMP-9在性腺萎縮及早期重生中起主要作用。Muniz等[9]用免疫吸附法測定28例健康者(對照組),35例勃起功能障礙(ED)患者(ED組)及33例伴糖尿病(DM)ED患者(ED/DM組)循環血中MMP-2、MMP-9、TIMP-1及TIMP-2的水平。結果發現,ED組和ED/DM組MMP-2水平較健康者明顯下降(P<0.05)；而ED/DM組MMP-9/TIMP-1比例亦明顯低于對照組(P<0.05),由此提示MMP可作為男性性功能低下的潛在治療靶標。

2.2內皮素內皮素是睪丸退行性病變最早的研究靶標之一。Conte等[10]研究證實內皮素-1可增加間質細胞內睪酮的基礎分泌,表明內皮素-1與男性性功能關系密切。Belloni等[11]的研究發現,內皮素-1可促進鼠離體間質細胞分泌睪酮,選擇性內皮素A受體拮抗劑BQ-123可抑制此作用,內皮素B受體特異性配基BQ-788則不能抑制,說明內皮素-1主要通過與內皮素A受體結合而介導此效應。然而,當內皮素-1水平過高時,則會激發ROS、核因子活化B細胞κ輕鏈增強子及NOS等的產生,誘發睪丸功能減退。Carneiro等[12]應用單側腎切除及醋酸去氧皮質酮給藥構建了高血壓相關性性功能障礙大鼠模型,在給予內皮素A受體阻斷劑阿曲生坦后,模型大鼠海綿體竇內最高壓力/平均動脈壓比值增加,RhoA/Rho激酶表達下降,性功能改善。由上可見,內皮素系統作為男性性功能低下的治療靶標,關鍵點在于維持睪丸內內皮素系統的正常水平,既不能過表達,又不可表達不足。有學者認為,內皮素作為睪丸功能衰退的研究靶點前途并不明朗,因為先前有關內皮素受體拮抗劑的動物實驗結果存在矛盾,且尚無有效臨床研究的證實。然而,內皮素系統對于某些全身性內皮功能異常(如糖尿病、高血壓及系統性硬化癥)的睪丸退行性病變患者具有重要意義。

2.3炎性細胞因子睪丸中的巨噬細胞本身并不足以產生抑制睪酮分泌的炎性細胞因子,但在炎性刺激下,睪丸支持細胞和間質細胞即可分泌炎性細胞因子,影響睪酮水平,導致睪丸退行性病變的發生。Giugliano等[13]發現在肥胖人群中,發生睪丸退行性病變人群循環血中的白介素-6、白介素-8、白介素-18及C-反應蛋白等促炎癥因子水平明顯高于無睪丸退行性病變的人群；且認為睪丸退行性病變與血管內皮功能障礙相關。Iwasa等[14]利用靜脈注射脂多糖構建小鼠炎癥模型,發現炎性小鼠睪丸組織中參與睪酮合成的細胞色素P450側鏈清除酶、睪丸類固醇急性調節蛋白及3β-羥類固醇脫氫酶的表達水平明顯下調,致使睪丸間質細胞合成睪酮受阻,影響睪丸功能。以上可說明,早期針對炎性細胞因子的抗炎治療可作為治療睪丸性退行性病變的靶標之一,以助于改善男性性功能。

2.4NADP氧化酶NADP氧化酶最早被發現特異存在于吞噬細胞,其能生成ROS而在吞噬細胞清除病原微生物的過程中發揮重要作用,是ROS的主要來源之一。NADP氧化酶激活后,會產生體內氧化應激機制,同時還能與活化的雙鏈RNA依賴性蛋白激酶和內質網應激共同介導諸多疾病的發生。Jin等[15]研究發現,在高血壓相關的大鼠ED模型睪丸內,ROS水平明顯升高,灌胃給予香莢蘭乙酮(NADP氧化酶抑制劑)后,NADP氧化酶表達下調,睪丸內ROS水平下降,大鼠勃起功能改善。Claudino等[16]的研究證實,NADP氧化酶的亞單位gp91phox的持續上調與一氧化氮長期抑制大鼠的勃起功能障礙直接相關。以上研究表明,NADP氧化酶作為男性性功能低下的治療靶標之一而被廣泛關注。

除上述靶標外,其他還有Rho激酶、NOS、腫瘤壞死因子-α等靶標,其均與氧化應激及炎性反應相關。

3展望

睪丸退行性病變的目前治療手段主要為兩種:(1)睪酮替代療法(TRT),臨床用藥主要有十一酸睪酮片、丙酸睪酮注射液等。TRT雖可改善睪酮缺乏引起的臨床癥狀,增強性欲、性生活頻率及夜間勃起次數,但其對年齡相關的睪丸退行性病變卻無顯著改善作用。另長期應用睪酮會抑制中樞性腺軸的反饋,增加某些疾病如前列腺癌、良性前列腺增生、睡眠呼吸暫停綜合征等的發病風險。(2)磷酸二酯酶-5(PED-5)抑制劑(如他達拉非等),其可通過選擇性地抑制降解環磷酸鳥苷(cGMP)的磷酸二酯酶-5活性,而增高細胞內cGMP濃度,導致平滑肌松弛,使陰莖海綿體內動脈血流增加,產生勃起。臨床研究顯示,磷酸二酯酶-5抑制劑可使ED患者對性刺激產生勃起反應,且持續時間較長[17],但對雄性激素缺乏的中老年睪丸退行性病變患者的臨床療效卻缺乏證據支持。由此可見,目前對于睪丸退行性病變的治療并無有效的方法。結合上述的發病機制及其治療靶標開發相關的新藥已勢在必行,同時,要把上述的機制、通路有機結合在一起,利用網絡藥理學的方法找到復雜通路的關鍵點,找到新藥研發的突破口。

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(收稿日期:2014-08-04)

文章編號1004-0188(2015)03-0332-03

doi:10.3969/j.issn.1004-0188.2015.03.041

中圖分類號R 699

文獻標識碼A

通訊作者:曾慶琪,E-mail:liujia402@yeah.net

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