梗阻性膀胱逼尿肌功能失調分子機制的研究進展

劉勝來，田大偉，吳長利*

(1.天津醫科大學第二醫院 泌尿外科/天津市泌尿外科研究所/天津市泌尿外科基礎醫學重點實驗室, 天津 300211;2.天津醫科大學中新生態城醫院 泌尿腎病科, 天津 300467)

隨著社會老齡化，前列腺增生(benign prostatic hyperplasia,BPH) 成為危害老年男性健康的社會問題[1]。流行病學資料顯示，中國60歲以上男性BPH發病率達50%,且每年以800萬人速度在增長。首診BPH人群中至少20%已繼發膀胱功能異常，出現膀胱收縮力下降、興奮性異常、順應性改變[2]。梗阻伴發的膀胱功能改變是一組重要而復雜的癥候群。單純解決梗阻并不能完全緩解已繼發的改變，究其原因是膀胱腔內壓超負荷和周期性過度牽張使組織缺血低氧， 引起了基因與蛋白水平的改變，最終肌細胞內代謝紊亂及細胞外基質(extracellular matrix,ECM)重構[3]。膀胱出口梗阻(bladder outlet obstruction,BOO)繼發的病理生理變化逐漸得到證實，但確切的發病機制尚不完全明確[4]。本文將從分子水平、細胞水平、組織水平對梗阻性膀胱功能失調的機制進行綜述，旨為尋找新的治療靶點。

1 分子水平的變化

1.1 機械牽拉張力

BOO引起的膀胱功能改變是一組由機械刺激誘發的復雜病理生理過程。由于氧需求增加和氧輸送減少之間的不平衡引起平滑肌細胞(smooth muscle cells，SMCs)代償性肥大、增殖及炎性介質參與，激活參與代償期向失代償期過渡的ECM重構和膠原積累的信號通路，開啟了不可逆膀胱重構的自然病程。平滑肌細胞接受機械性壓力感受器的信號對膀胱容量進行調節。機械性壓力感受器主要有蛋白激酶C (protein kinase C，PKC)及牽張激活離子通道(stretch activated ion channel，SAC)[5]。PKC是一種重要的信號分子，當肌細胞受刺激時PKC從細胞質向細胞膜易位，膜結合的PKC在機械牽拉力的作用下發生構象改變,誘發了下游的信號級聯反應，引起細胞核內基因表達的改變。活化的PKC促進神經生長因子(nerve growth factor,NGF)的過度表達，加速創傷組織的修復反應[6]。SAC是最快速最高效的傳感器，通過細胞膜張力變化可介導鈣離子影響膜電位對離子通道進行調節，作為第二信使還可激活下游信號發揮調節作用。信號通路之間并不是孤立存在的，而是多通路相互交叉多機制相互聯系的整體。

細胞生命周期中主要有電學、化學、力學3大信號系統，三者相互協調相互影響。微觀力學信號可轉化為生物化學信號。細胞受擠壓、拉伸、扭曲等機械刺激轉化為化學信號最終影響到免疫識別、腫瘤遷移、組織重構等病理生理過程。e-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase，JNK)參與膀胱平滑肌細胞拉伸引導的信號傳導途徑，機械拉伸可使細胞外鈣離子減少，JNK的活化完全依賴細胞外鈣離子濃度減少而影響到SMC內的信號傳導[7]。肝磷脂結合表皮生長因子 (heparin-binding epidermal growth factor,HB-EGF)是尿路梗阻后平滑肌細胞增殖的強力調節因子,肌細胞受拉伸刺激使HB-EGF mRNA水平顯著增加，HB-EGF介導了機械刺激到基因與蛋白水平表達的變化[8]。微觀力學信號還可激活炎性通路引起免疫細胞主導的無菌性炎性反應[9]。在BOO的尿路上皮組織中發現炎性反應、肥大細胞激活、巨噬細胞增多以及細胞凋亡增加等現象，機械敏感的黏著斑激酶(focalad-hesion kinase, FAK)活化能夠激活T淋巴細胞、活化巨噬細胞，調節促纖維化相關單核巨噬細胞活性，加劇巨噬細胞介導的炎性反應。機械力對巨噬細胞影響具有雙向性，較低的張力可能維持微環境穩態，而異常的拉伸則形成了炎性的局部微環境，加速了異常的組織修復愈合，促使組織發生纖維化[10]。

1.2 缺血低氧

慢性持續BOO情況下，膀胱壁承受壓力負荷增大，有效血流量減少，周期性異常反復的貯尿及排尿形成缺血再灌注損傷(ischemia-reperfusion injury, IRI)[11]。生理條件下尿路上皮和逼尿肌細胞內幾乎沒有低氧誘導因子(hypoxia inducible factor,HIF)的表達，而在BOO膀胱標本中發現HIF-1α的表達，尿潴留患者HIF-1α在尿路上皮表達高出原來4倍，72 h時表達達到最大值[12]。HIF-1α和HIF-2α的轉錄表現出時間依賴性的特點，短期低氧(4 h)短暫上調，長期低氧(72 h以上)HIF-1和HIF-2α蛋白恢復正常低氧水平時，而HIF-3α基因和蛋白表達顯著增加[13-14]。低氧促進人膀胱平滑肌細胞(human bladder smooth muscle cells,hbSMCs) 增殖分化，低氧條件下培養的hbSMCs保持較強的細胞活力，這種變化與細胞周期抑制劑p27kip1的增加有關[15]。低氧狀態下hbSMCs細胞內變化還包括α-平滑肌肌動蛋白、波形蛋白的表達增加，結締組織生長因子(connective tissue growth factor,CTGF)基因以及膠原蛋白基因的表達上調，以及膠原蛋白-1轉錄的持續增加，該過程都不同程度加速了組織的纖維化[16]。通過RNA干擾降低膀胱TGF-β1的表達能改善膀胱壁組織的纖維化，降低逼尿肌壓，從而有效改善神經源性膀胱大鼠的排尿異常[17]。

低氧可激活炎性信號通路。hbSMCs在低氧環境中產生強烈的炎性反應，實驗表明健康人hbSMC在3% O2含量環境下培養，分別于2、24、48和72 h后從mRNA、細胞蛋白、分泌蛋白水平進行檢測，發現TGF-β、IL-1β、IL-6和TNF-α的表達呈時間依賴性增加，其中TNFα、IL-1β和IL-6都是炎性反應中分泌的急性期蛋白[18]。透視電鏡下觀察到低氧環境下大量T淋巴細胞聚集，組織間質出現水腫、正常組織結構受到破壞。T淋巴細胞活化還可通過分泌細胞因子在細胞免疫中發揮重要作用。在膀胱黏膜下的T淋巴細胞浸潤數量與膀胱過度活動的炎性程度呈正相關，尤其是CD3陽性T細胞的浸潤患者膀胱過度活動癥明顯加重。

持續低強度的慢性刺激可引起膀胱壁內非可控非感染性的炎性因子大量釋放，多種炎性介質的長期聚集可引起平滑肌細胞及間質細胞的增殖、損傷、纖維化等病理過程[19]。

1.3 神經元相關的改變

神經支配受體的減少是BOO膀胱功能改變另一重要原因。調節逼尿肌收縮功能的受體主要有膽堿受體、嘌呤受體，調節舒張功能的受體主要是腎上腺受體。活檢證實BOO逼尿肌神經支配受體表達明顯減少，而在BOO迅速緩解后80%的受體水平可恢復正常[20]。豚鼠β腎上腺素受體(除β3-AR外)通過cAMP-PKA信號傳導途徑調節逼尿肌舒張功能，cAMP激動劑及磷酸二酯酶抑制劑均能使豚鼠逼尿肌細胞膜超級化，消除自發性動作電位的發生而抑制逼尿肌收縮[21]。逼尿肌活動度低的患者一氧化氮合酶(誘導型)的表達明顯降低，當β3-AR明顯升高時提示膀胱出現嚴重的過度充盈或已出現失代償狀態。

平滑肌細胞之間的收縮力及電信號以細胞耦聯方式進行傳遞，機械耦聯以中間連接作為結構基礎傳遞速度較為緩慢，電耦聯以縫隙連接為基礎快速傳遞電信號。縫隙連接構成了相鄰細胞間的特殊通道，鈣離子及小分子在細胞間的轉運，調節許多重要的生理功能[22]。研究表明CX43及CX40 mRNA表達與逼尿肌不穩定高度相關，CX43在逼尿肌細胞膜上的表達降低可使肌細胞之間的縫隙連接通信障礙，正常電信號如不能在逼尿肌細胞中傳遞則會出現排尿功能障礙，而縫隙連接增加會引起BOO肌源性膀胱活動過度。BOO膀胱功能改變發生在尿路上皮細胞內，在BOO引起上尿路積水的標本中發現黏附蛋白和毒菌堿受體M3的表達明顯降低，嘌呤能受體P2X3和毒菌堿受體M2的表達明顯升高，表明上尿路積水與神經受體的分布密切相關。

2 細胞水平的改變

膀胱平滑肌細胞之間通過中間連接使肌束成為一個有機組合整體，自發收縮和神經性收縮動態平衡，應力舒張和神經性舒張協調一致。SMCs肥大是BOO最顯著的形態學改變，SMCs直徑與BOO患者癥狀持續時間呈正相關，BOO患者的SMCs由于肥大使平均分布面積升高。超微結構中BOO患者的SMCs肥厚具有4個典型特征：細胞間隙增寬、中間細胞連接減少、膠原和彈性蛋白沉積增加、肌束呈斑片狀分布[23]。膀胱壓力超負荷狀態下多種刺激促進SMCs增殖，包括細胞外來源的張力刺激信號、細胞內來源的第二信使刺激信號及基因轉錄活化信號，最終的結局是基因轉錄活化通過代謝改變引起細胞表型的變化，這一過程也正是研究膀胱功能失調的重點[24]。

膀胱Cajal間質細胞(interstitial cells of Cajal, ICCs)是平滑肌收縮的特殊起搏細胞，與膀胱多種功能障礙性疾病密切相關。血清干細胞因子(serum stem cell factor,SCF)是ICCs細胞膜C-KIT受體的配體，編碼C-KIT蛋白的基因C-KIT或編碼SCF的基因SCF發生突變時，KIT信號途徑被阻斷可導致ICCs細胞的異常增殖。SCF與C-KIT結合組成SCF/C-KIT信號系統參與了機體所有C-KIT陽性細胞的發育、分化、增殖等過程。缺血低氧、炎性介質增多均可導致膀胱ICCs樣細胞數量和表型發生改變[25]。Ca2+作為次級信號分子在逼尿肌的信號傳導過程中起關鍵作用。生理條件下膀胱舒縮功能主要是對ICCs的Ca2+進行調節,外源性ATP引起膀胱ICCs細胞內Ca2+一過性升高，通過興奮嘌呤能受體P2X2和P2X5使鈣離子的通透性增加，為ATP介導的嘌呤能神經信號在各種排尿功能障礙性疾病中的研究提供了新的切入點。

3 組織水平變化

ECM重構是梗阻性膀胱功能異常組織水平的最大改變，肌束內和肌束間彈性蛋白的增加是BOO梗阻程度正相關的唯一參數。逼尿肌長時間受牽拉機械性刺激后釋放大量炎性細胞因子，促進單核細胞向巨噬細胞的轉化，不僅對自身組織造成損傷，也促發炎性級聯反應加劇，正向誘導成纖維細胞、上皮細胞、循環間充質干細胞等向肌成纖維細胞的轉化。隨BOO時間的延長，ECM重構進行性加重，肌束內出現明顯纖維化，肌成纖維細胞本身具有更強的合成和釋放ECM成分的能力，促進大量膠原束的形成，改變了局部力學應力，這些膠原束聚集在一起使組織質地變硬、彈性下降。膀胱間質內膠原和彈性蛋白長期沉積增加改變了膀胱的生物力學特性，順應性降低波及上尿路是膀胱功能失代償的重要標志[26]。梗阻性逼尿肌中C/M(結締組織與平滑肌的比率)與膀胱重量之間呈線性正相關，結締組織比例隨膀胱重量的增加而升高，早期SMCs增生肥大出現C/M減低，隨后是結締組織的異常增加，出現C/M升高，C/M與膀胱順應性顯著負相關，重度BOO患者的逼尿肌膠原含量顯著高于中度患者。ECM重構貫穿梗阻的病程始終，經歷了肥厚期、代償期和失代償期3個重要階段,每個階段不同病理機制發生的時機和可逆性是臨床關注的熱點，也是實現膀胱功能失調個體化精準治療的前提。

4 問題與展望

梗阻性膀胱逼尿肌功能失調是一種良性病變，尚未得到人們的廣泛關注與重視，但病程晚期同樣對患者的生活質量造成嚴重影響。目前對膀胱功能障礙研究較少，大多還處于動物實驗的探索階段。臨床上還沒有針對膀胱功能異常診療的規范和標準，缺乏相應的篩查手段，確診時大多已處于不可逆的晚期階段。鑒于上述情況，應該加大對膀胱功能失調發病機制的深入研究，有利于隱匿性膀胱功能障礙疾病的早期發現，可爭取及時有效的救治；有利于對不同類型、不同階段的膀胱功能失調進行等級分層，更好實現個體化精準治療；有利于發現膀胱功能失調的治療靶點，可大大提高診療的效率。因此，膀胱功能失調的治療重點不是局限于主觀癥狀的改善，而是提高對發病機制的認識，做到早發現早預防。