盆底功能障礙中膠原蛋白代謝機制及電針對膠原蛋白的調節

冉津川,胡靜,陳炳力,李超楠,阮鑠荃,楊夢伊,屈之榆,侯文光

(上海中醫藥大學附屬岳陽中西醫結合醫院,上海 200437)

盆底功能包括封閉骨盆出口、承載和支持盆腔內器官、增加性快感、分娩、排大小便等,當盆底受到解剖損傷、功能退化或神經功能失調時,就可能會發生盆底疾病(pelvic floor disorders, PFDs)[1-2]。PDFs的患病率高,盆腔臟器脫垂(pelvic organ prolapse,POP)、壓力性尿失禁(stress urinary incontinence,SUI)最為常見,給患者帶來自卑、社交困難等影響,增加了社會經濟負擔[3-5]。隨著研究的深入,盆底功能障礙發病機制的研究逐漸從盆底整體理論、吊床理論等解剖結構的改變聚焦到超微結構和功能的研究,目前基礎和臨床研究顯示,盆底支持組織韌帶和筋膜主要細胞成分成纖維細胞合成和分泌的Ⅰ型、Ⅲ型膠原蛋白結構變化、含量減少和其比例失調是盆底韌帶、筋膜解剖結構張力降低并最終引發PFDs的原因之一[6-9]。研究顯示,電針治療盆底功能障礙疾病有效[10-11],可通過調節盆底支持組織中賴氨酰氧化酶(lysyl oxidase,LOX)、核心蛋白聚糖(decorin, DCN)、轉化生長因子(transforming growth factor, TGF)-β、基質金屬蛋白酶(matrix metalloproteinases, MMPs)和組織金屬蛋白酶抑制物(TIMPs)、鈣蛋白酶(calpain)來改變膠原結構,增加盆底支持組織中Ⅰ型膠原蛋白和Ⅲ型膠原蛋白的含量,改善盆底支持組織中Ⅰ型/Ⅲ型膠原蛋白比例,以此達到改善盆底功能障礙的目的[12-17]。盆底組織中膠原蛋白代謝和電針對膠原的調節情況如下。

1 盆底支持組織中膠原蛋白結構與代謝的影響

膠原蛋白是三股螺旋結構,膠原分子與分子之間通過醛縮合交聯、醛胺縮合交聯和醛醇組氨酸交聯,作為細胞外基質的成分,對肌腱和韌帶的功能均有影響,使膠原具有相應的力學性能[9,18-19]。Ⅰ型膠原蛋白、Ⅲ型膠原蛋白是膀胱、尿道韌帶、盆底筋膜的主要蛋白成分,Ⅰ型膠原直徑粗,具有高抗張強度,Ⅲ型膠原蛋白直徑細,與彈性相關[6-9,20]。膠原蛋白合成和分解是膠原代謝的過程,膠原蛋白由成纖維細胞合成和分泌,通過糖基化、羥基化等,最終由膠原蛋白酶分解。LOX可調節膠原纖維的形成和形態[9,21],TGF-β能合成膠原蛋白并抑制膠原蛋白分解,DCN能通過與TGF-β結合抑制膠原蛋白合成[7,22],Calpain、MMPs和TIMPs主要分解盆底支持組織中膠原蛋白[23-24]。詳見圖1。

圖1 膠原蛋白代謝示意

1.1 盆底支持組織中的LOX

LOX是一種銅依耐性的氧化酶,可介導不同類型膠原端肽和三螺旋結構域之間的共價交聯,有助于提高組織的硬度和力學性能[9,21]。LOX可參與膠原和彈性蛋白交聯的第一步,催化底物中賴氨酰殘基和羥基賴氨酰殘基氧化脫氨形成α-氨基己二酸δ-半醛,這些活性醛基可自發地與其他活性醛基或賴氨酰殘基和羥基賴氨酰殘基形成共價交聯,進一步縮和形成三向、四向、五向交聯產物,形成穩定的網狀結構,提高ECM和組織的機械性能、膠原蛋白的拉伸強度[9,21]。

盆底支持結構組織中 LOX含量減少,可能影響膠原纖維結構和形態,引起PDFs。研究顯示,SUI、POP、SUI＋POP患者陰道前壁組織中 LOX蛋白較非 SUI或POP患者含量減少,可能促使膠原質量、數量下降,使盆底支持作用和控尿能力減弱[25]。POP患者子宮主韌帶中彈性蛋白mRNA及蛋白的表達與LOX水平表達呈直線正相關[26]。

1.2 盆底支持組織中的TGF-β和DCN

TGF-β是一組具有多種功能的蛋白多肽,有TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3、TGF-β1β2 共 4 種亞型,能促進成纖維細胞大量合成、分泌膠原蛋白,并抑制膠原蛋白酶的分泌、刺激膠原蛋白酶抑制劑的表達來抑制組織中膠原蛋白分解[7]。TGF-β可上調膠原蛋白的產生,加強肌肉的修復[27]。DCN是一種小分子硫酸軟骨素類蛋白聚糖,主要分布于膠原蛋白豐富的組織,能通過結合 TGF-β抑制其活性,延遲膠原的組裝,阻止膠原三股螺旋間正常融合,抑制膠原纖維的進一步增粗[7,22]?；颊吲璧字С纸M織中 TGF-β含量變化、DCN增高會引起盆底支持組織中膠原蛋白的含量變化,引起 PDFs[28]。研究發現,POP、SUI患者陰道前壁組織中Ⅰ型、Ⅲ型膠原蛋白均減少,且陰道前壁組織中TGF-β1含量較非SUI患者降低[29-30]。中老年女性SUI患者盆底組織中Ⅰ型膠原蛋白含量減少,TGF-β1含量亦減少[31]。且 SUI越嚴重,Ⅰ型膠原蛋白和Ⅲ型膠原蛋白含量越少,TGF-β1表達越多[32]。有研究發現SUI患者尿道周圍結締組織中Ⅲ型膠原含量減少,且 SUI患者尿道周圍結締組織中Ⅲ型膠原蛋白含量與DCN mRNA表達水平呈負相關[14]。激活尿道組織中TGF-β1信號傳導,可增加Ⅰ型膠原、Ⅲ型膠原和彈性蛋白合成,改善尿道功能[33]。

1.3 盆底組織中Calpain

Calpain是一族鈣離子依耐性水解酶,依據其激活時需要的濃度可分為 Calpain-1、Calpain-2,其廣泛存在于盆底支撐性結締組織中。在病理狀態下,鈣蛋白酶被過度激活,導致起細胞支撐作用的膠原蛋白被破壞,降解肌原纖維,引起盆底組織松弛[23]。

患者 Calpain-2的表達增高,或可減少盆底支持組織中膠原蛋白含量,引起PDFs。女性SUI患者尿道周圍組織中 Calpain-2表達較非 SUI患者高,Calpain-1則無明顯差異。SUI患者尿道周圍組織中Calpain-1 mRNA未見明顯異常,Calpain-2 mRNA高于非SUI患者[34]。

1.4 盆底組織中MMPs和TIMPs

MMPs家族是ECM降解過程中的重要酶類,現已發現 28種,可降解盆底基質中的膠原蛋白,降低盆底組織的機械功能,從而誘發盆底功能障礙,正常穩定狀態組織中MMPs表達極少[24,35]。TIMPs是MMPs的天然抑制劑,主要通過與活化的MMPs分子以1:1比例非共價結合,抑制MMPs對Ⅰ型、Ⅲ型膠原的降解[24,35]。

盆底支持組織中MMPs和TIMPs表達的變化會引起膠原蛋白代謝改變,引起PDFs。POP和SUI患者盆底組織中MMP-1、MMP-2、MMP-3、MMP-4表達增加,TIMP-1、TIMP-2在盆底支持組織中降低[24]。SUI患者尿道周圍陰道壁組織和培養的陰道成纖維細胞中總膠原蛋白濃度和Ⅰ型膠原蛋白含量較正常人明顯降低,TIMP-1、TIMP-2、TIMP-3的表達水平顯著降低,MMP-1、MMP-2、MMP-9的mRNA表達顯著增加[36]。且SUI越嚴重,MMP-1、MMP-2含量越多,TIMP-1含量越少[32]。而內括約肌缺乏的女性SUI患者尿道下組織中MMP2 mRNA明顯高于尿道過度活動的患者[37]。

1.5 雌激素受體(ER)與盆底支持組織

雌激素可影響纖維母細胞對膠原代謝酶的表達[9,38],絕經后女性POP患者陰道前壁組織中ER、Ⅰ型膠原蛋白、Ⅲ型膠原蛋白均減少[39]。在SUI、POP患者盆底組織中ER降低時,其膠原代謝酶也有相關變化。SUI和POP患者陰道前壁中ER與TGF-β1均減少,且雌激素受體(ER)與Ⅰ型膠原蛋白表達呈正相關[31];絕經前后的SUI、POP、SUI合并POP患者與對照組相比陰道前壁組織中LOX蛋白減少與ER表達量減少顯著相關[40];絕經后 SUI患者陰道前壁組織中 TGF-β1及 ER降低[41],ERβ表達與MMP-2 mRNA呈正相關[42]。因此,ER與膠原代謝酶可能存在某種聯系,但研究尚不深入。因此,探究雌激素受體與盆底組織中膠原代謝酶的關系及電針的作用仍需進一步探究。

綜上所述,LOX、TGF-β、DCN、Calpain、MMPs、TIMPs、ER含量的變化會引起人體盆底支持組織中膠原蛋白含量和結構,引起PDFs的發生。

2 電針對盆底支持組織中膠原代謝的影響

電針能通過不同電針參數刺激如關元、氣海、腎俞、曲骨、膀胱俞、腎俞、三陰交等穴位,增加盆底組織中 LOX的表達,抑制 Calpain、DCN的表達,影響TIMP-1/MMP-1、TIMP-2/MMP-2、TIMP-3/MMP-3的比值來增加盆底組織中膠原的合成,抑制膠原蛋白的分解,可能強化膠原蛋白結構的穩定性,從而改善盆底功能。

邢艷麗等[12]研究發現電針可使大鼠盆底恥骨聯合和尾骨之間走行的恥骨肌和尿道下陰道壁、恥骨尿道韌帶和尿道周圍結締組織中 LOX表達明顯上調,且盆底Ⅰ型、Ⅲ型膠原蛋白含量明顯增加,SUI大鼠最大膀胱容量增大。夏夢[14]使用膀胱圍刺及電針療法后發現SUI大鼠恥骨肌中LOX表達明顯上升,且最大膀胱容量增大;即電針或可通過增加盆底組織中LOX的含量,提高膠原蛋白結構的穩定性,以此達到改善壓力性尿失禁的癥狀。但該研究只對膠原蛋白含量進行檢測,未對膠原蛋白結構進行更加深入的研究。張淑靜等[15]研究發現電針治療可降低SUI大鼠尿道下陰道壁、恥骨尿道韌帶、恥骨尾骨肌和尿道周圍結締組織中DCN mRNA表達,表明針灸可通過減少盆底組織中DCN的含量,以此增加膠原蛋白的合成減少膠原蛋白結構的不穩定性,以此增加盆底組織的支持作用,改善盆底功能。但目前對電針治療盆底功能障礙的 TGF-β1研究較少。邢艷麗等[13]研究顯示電針治療后發現SUI大鼠盆底組織恥骨肌和尿道下陰道壁、恥骨尿道韌帶和尿道周圍結締組織中Calpain表達較SUI模型大鼠明顯下降,同時盆底筋膜與韌帶中Ⅰ型膠原蛋白、Ⅲ型膠原蛋白表達明顯上升。針灸能減少盆底組織中 Calpain酶的表達,減少Ⅰ型、Ⅲ型膠原蛋白的分解,以此來改善盆底功能。電針能影響盆底組織中MMPs和TIMPs的表達。張淑靜等[15]研究發現電針治療可降低SUI大鼠尿道下陰道壁、恥骨尿道韌帶、恥骨尾骨肌和尿道周圍結締組織中MMP-1 mRNA的表達。湯康敏等[16]研究發現電針治療后 SUI大鼠尿道下陰道前壁組織中 MMP-1 mRNA、MMP-2 mRNA、MMP-3 mRNA、TIMP-1 mRNA、TIMP-2 mRNA、TIMP-3 mRNA表達水平降低,其中,TIMP-1/MMP-1、TIMP-2/MMP-2基因表達比值均升高,而TIMP-3/MMP-3基因表達因穴位不同而出現表達差異?？傮w而言,電針可降低盆底組織中 MMPs和 TIMPs的含量,影響TIMPs/MMPs的比值,減少膠原蛋白的降解,增加盆底組織的支持作用,從而改善控尿能力。詳見圖2。

圖2 電針對盆底膠原蛋白代謝的影響示意圖

3 討論

在盆底功能障礙中,盆底支持組織中膠原蛋白代謝異常將導致膠原蛋白含量減少和結構異常。電針調的含量,促進膠原蛋白合成、抑制膠原蛋白分解,改善盆底功能。目前,盆底功能障礙疾病的治療多局限在癥狀管理和手術療法[43-45],對盆底組織膠原代謝及電針對膠原代謝的調節的研究為盆底功能障礙疾病的科研和臨床提供了更豐富的思路。

盡管盆底功能障礙中盆底支持組織中膠原代謝及電針對膠原的研究取得了很大的進展,但仍可進一步研究。首先,SUI的治療選穴多樣,但現針對電針的膠原代謝研究穴位多采用局部選穴,而研究發現不同穴位對膠原代謝相關酶影響不同,如電針會陽穴較腎俞穴對 TIMPsMMPs調控更為明顯[16,46-48],今后應針對不同組穴,如遠端選穴和局部取穴對膠原代謝的影響展開探究。第二,電針治療SUI效果長期有效,電針治療盆底功能障礙疾病的膠原代謝研究雖取材時間不一,部分揭示了電針治療盆底功能障礙的近、遠期療效,為電針改善壓力性尿失禁的近期療效提供了依據,但尚不全面,缺乏對治療結束后隨訪的觀察,遠期療效仍需進一步研究[12-17,49];動物實驗可增加觀察的時間節點,探索電針治療的時效性,在治療結束后增加隨訪期的觀察。最后,當前對于盆底功能障礙的電針治療研究進展緩慢,文獻研究較少,今后應積極開展相關研究,科學設計方案,為揭示針灸學在盆底疾病中的作用,提供可靠依據。