氧化應激誘導勃起功能障礙機制的研究進展

牛陽九，楊培，牛立盼，劉鳳霞

(新疆醫科大學基礎醫學院人體解剖學教研室，烏魯木齊 830011)

勃起功能障礙(erectile dysfunction，ED)指性刺激下男性不能持續獲得和(或)維持充分陰莖勃起以完成滿意的性生活[1]，對患者的情緒和生命質量產生嚴重的負面影響。一項調查報告顯示，廣東40～70歲男性ED總患病率高達41.8%，且患病率與年齡成正比[2]。預計2025年全球有3.22億男性患有不同程度的ED[3]。ED導致患者性生活滿意度降低，影響家庭穩定，如不能及時就醫，還可能延誤心血管等疾病的發現與治療，給患者及家庭造成嚴重的負擔。

近年來，ED的病理學改變和分子機制逐漸清晰，其中氧化應激誘導的平滑肌和內皮細胞功能障礙是ED發生發展過程中的重要影響因素[4]。作為勃起生理過程中重要的神經遞質，一氧化氮介導的一氧化氮/環鳥苷酸通路是勃起產生的關鍵。已有研究證實，糖尿病ED患者陰莖海綿體內產生的大量活性氧誘導內皮型一氧化氮合酶的解偶聯增加，抑制一氧化氮產生，進而損害正常血管內皮功能，最終導致ED[5]。且高血壓大鼠陰莖海綿體組織中也存在類似改變[6]。因此，氧化應激是ED發病的重要機制之一?，F就氧化應激誘導ED的機制及其研究進展進行綜述。

1 陰莖勃起和疲軟

陰莖勃起是一個復雜的神經血管過程，當大腦接受性刺激信號后，可促使大腦皮質釋放神經信號，并經外周神經傳到陰莖海綿體神經。隨后，非腎上腺非膽堿能神經末梢和海綿體內皮細胞內的左旋精氨酸分別在神經型一氧化氮合酶和內皮型一氧化氮合酶的作用下產生一氧化氮，并彌散進入相鄰的平滑肌細胞內，刺激可溶性鳥苷酸環化酶將鳥苷三磷酸轉化為環鳥苷酸，并激活蛋白激酶G，繼而抑制細胞膜表面鈣離子通道活性，導致海綿體平滑肌松弛，血液流入陰莖海綿體竇，陰莖充血腫脹，此時白膜壓迫陰莖內的靜脈導致血液回流受阻，從而使陰莖勃起并且維持足夠的硬度[1,7]。

射精或性刺激停止后，交感神經興奮，釋放的去甲腎上腺素作用于海綿體平滑肌細胞膜上的腎上腺素能受體，通過激活磷脂酶C將磷脂酰肌醇分解為三磷酸肌醇和二酰甘油，三磷酸肌醇作用于內質網上的受體介導鈣離子流入，促進肌球蛋白磷酸化，使平滑肌收縮，二酰甘油與蛋白激酶C結合促進細胞內鈣離子增加，維持平滑肌的收縮。內皮細胞和海綿體神經末梢可產生內皮素和血管緊張素使無活性的Ras同源物基因組成員A-鳥苷二磷酸復合體轉變為有活性的Ras同源物基因組成員A-鳥苷三磷酸復合體，并與其下游的Rho相關卷曲形成蛋白激酶結合，促進肌球蛋白輕鏈磷酸化，引起陰莖海綿體平滑肌收縮，從而使陰莖處于疲軟狀態[6,8]。

2 氧化應激誘導ED的機制

2.1超氧陰離子 超氧陰離子是機體內大部分活性氧的最初來源，當機體產生過量超氧陰離子時，便可通過誘導氧化應激引發多種病理改變，誘發細胞損傷[9]。有研究表明，長期攝入乙醇可誘導大鼠陰莖組織內的超氧陰離子增多，降低超氧化物歧化酶表達，促進還原型煙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調誘導型一氧化氮合酶的表達，進而引發ED。一方面增多的超氧陰離子通過誘導氧化應激激活Ras同源物基因組成員A/Rho相關卷曲形成蛋白激酶通路；另一方面超氧陰離子與誘導型一氧化氮合酶產生的一氧化氮發生反應產生過氧化亞硝酸鹽。此過程促進氧化應激反應，減少一氧化氮的含量，而超氧化物歧化酶可將超氧陰離子還原為過氧化氫和氧氣，該抗氧化劑的減少進一步促進了氧化應激的產生與發展，進而導致因陰莖海綿體血管平滑肌收縮而誘導的ED的發生與發展。此外，乙醇誘導產生的超氧陰離子還可以增加腫瘤壞死因子-α的表達，通過炎癥反應加重內皮功能障礙[10]。有研究證明，放療的輻射也可通過活化NADPH氧化酶誘導超氧陰離子產生，并通過酸性鞘磷脂酶/神經酰胺途徑導致內皮細胞凋亡，進而誘導內皮功障礙，影響正常的勃起功能[11]。

2.2NADPH氧化酶 NADPH氧化酶可將電子跨過質膜轉移到氧分子中進而產生超氧陰離子，后者轉化后形成的其他種類的活性氧(如羥自由基、過氧化氫)是產生氧化應激的重要影響因子[12]。沈寒堅等[13]研究發現，大鼠海綿體神經損傷所致的ED中，陰莖海綿體組織內NADPH氧化酶的gp91phox和p22phox亞基表達上升引起的血管內皮損傷，是海綿體神經損傷性ED的重要致病機制。而Li等[14]在一項針對糖尿病ED大鼠的研究中發現，大鼠陰莖海綿體組織中的另外2個NADPH氧化酶亞基p47phox、p67phox和活性氧表達水平升高，內皮型一氧化氮合酶以及神經型一氧化氮合酶表達降低，導致一氧化氮的生物利用度減少。而NADPH氧化酶抑制劑夾竹桃麻素的治療不僅降低了活性氧的產生，同時也抑制了Ras同源物基因組成員A/Rho相關卷曲形成蛋白激酶通路的上調，使大鼠的勃起功能有一定程度的恢復。另有研究表明，使用乙醇喂養大鼠6周可促進ED的產生，其主要由NADPH氧化酶亞基活性表達增加、神經型一氧化氮合酶的減少所引起的內皮功能障礙所致，且使用夾竹桃麻素處理的大鼠恢復了部分勃起功能[15]。

2.3過氧化亞硝酸鹽 過氧化亞硝酸鹽是一種硝化劑和氧化劑，在ED中，過氧化亞硝酸鹽的細胞毒性還可誘導細胞凋亡導致細胞數量和功能的缺失，進而引發內皮功能障礙[16]。此外，過氧化亞硝酸鹽還可通過促進內皮型一氧化氮合酶解偶聯，減少一氧化氮的產生，導致海綿體平滑肌舒張功能障礙[17]。但有研究發現，過氧化亞硝酸鹽也具有松弛海綿體平滑肌的功能[18]。一氧化氮引起的海綿體平滑肌松弛是即時且能迅速恢復正常的，而過氧化亞硝酸鹽引起的平滑肌松弛是緩慢且無法恢復正常的，海綿體發生無效松弛，從而導致ED[19]。Wortel等[11]通過輻射刺激牛主動脈內皮細胞后發現，內皮細胞中過氧化亞硝酸鹽和NADPH氧化酶表達上升可誘導活性氧大量增加，且西地那非治療可通過酸性鞘磷脂酶/神經酰胺途徑抑制氧化應激，以起到保護內皮功能的作用。

2.4不對稱二甲基精氨酸 不對稱二甲基精氨酸是左旋精氨酸的內源性抑制物，可與L-精氨酸競爭性結合一氧化氮合酶的結合位點，從而抑制一氧化氮的產生[20]。黃程等[21]對糖尿病ED大鼠的陰莖海綿體組織及血清進行分析，發現大鼠的海綿體最大舒張壓與血清中不對稱二甲基精氨酸成反比，且海綿體組織內的不對稱二甲基精氨酸/二甲基精氨酸二甲胺水解酶/一氧化氮合酶隨著過氧化物的表達增加而紊亂，表明不對稱二甲基精氨酸的蓄積通過誘導氧化應激以及抑制一氧化氮合酶等途徑可導致ED的產生與發展。Kataoka等[22]發現，閹割后大鼠血清中的不對稱二甲基精氨酸、氧化應激標志物(如NADPH氧化酶、過氧化氫)表達升高，并伴隨抗氧化劑超氧化物歧化酶表達降低，同時血清中炎癥介質白細胞介素-6表達上升。

2.5內皮素-1 內皮素-1是一種由血管內皮細胞合成釋放的長效血管收縮調節因子[23]。內皮素-1水平升高導致平滑肌收縮增強，使海綿體內血流量下降，ED發病風險增加，故抑制內皮素-1可有效提高ED的治療效果[24]。在結構上，內皮素-1與其受體結合可促進血管收縮并拮抗一氧化氮的血管舒張作用，進而導致ED的發生與發展[25]。Sánchez等[26]分離提取肥胖大鼠的陰莖背動脈發現，內皮素-1主要通過誘導NADPH氧化酶的過表達導致大量活性氧產生，并引發血管收縮。以上機制均促進了ED的發生發展，且在分別使用NADPH氧化酶抑制劑和內皮素受體抑制劑后，大鼠的血管舒張功能均有一定程度的改善。Muniz等[27]通過構建長期乙醇攝入大鼠模型發現，隨著乙醇攝入量的增加，ED的發病率隨之升高，且大鼠海綿體組織中內皮素-1表達升高，血管收縮反應增強。同時，過表達的內皮素-1不僅誘發NADPH氧化酶表達上調，還通過激活Ras同源物基因組成員A/Rho相關卷曲形成蛋白激酶途徑促進ED的發生發展。

2.6同型半胱氨酸 同型半胱氨酸是一種含硫氨基酸，可通過多種途徑誘導氧化應激、導致內皮功能障礙[28]。李明等[29]調查研究發現，高血壓ED患者勃起功能與血清同型半胱氨酸水平呈負相關。Jones等[30]對高同型半胱氨酸血癥兔的陰莖海綿體平滑肌進行研究發現，其平滑肌舒張功能和一氧化氮釋放嚴重受到抑制，并認為其原因是大量產生的活性氧介導的氧化應激。而有研究發現，同型半胱氨酸可通過抑制一氧化碳/血紅素加氧酶2途徑來抑制高同型半胱氨酸血癥大鼠模型的勃起功能[31]。相反，葉酸、維生素B12等同型半胱氨酸拮抗藥物均對高同型半胱氨酸血癥ED大鼠模型有明顯治療效果[32]。

2.7核因子E2相關因子2 核因子E2相關因子2能增強細胞對氧化應激的抵抗力，有研究通過對接受陰莖假體植入的老年ED患者的陰莖組織經核因子E2相關因子2激活劑處理后，發現人陰莖組織中超氧化物減少，以及核因子E2相關因子2下游的抗氧化物血紅素加氧酶1含量增加，同時該激活劑與ED一線治療藥物他達拉非結合使用可有效增強其藥理作用[33]。丁維等[34]使用丹參酮磺ⅡA酸鈉治療高脂血癥ED大鼠，發現該藥可通過上調核因子E2相關因子2/血紅素加氧酶-1途徑減少氧化應激，改善大鼠勃起功能。另有研究發現，核因子E2相關因子2通過激活核因子E2相關因子2/血紅素加氧酶-1/二甲基精氨酸二甲胺水解酶/過氧化物酶體增殖物激活受體γ途徑恢復糖尿病ED大鼠的勃起功能并降低氧化應激[35]。此外，使用血管緊張素Ⅱ受體拮抗劑可抑制核因子E2相關因子2/Kelch樣環氧氯丙烷相關蛋白1途徑，減弱氧化應激，使海綿體神經損傷型ED大鼠模型恢復部分勃起功能[36]。

2.8睪酮 睪酮是維持男性第二性征、促進精子產生、維持性功能的重要激素[37]。Li等[38]通過使用睪酮對去勢大鼠進行治療發現，睪酮可以通過增強環加氧酶2/前列環素合酶環腺苷酸信號通路在陰莖海綿體內的表達，以及降低大鼠陰莖海綿體內的氧化應激來改善大鼠的勃起功能。該團隊隨后的研究發現，睪酮缺乏可誘導氧化應激，并通過1-磷酸鞘氨醇受體1/蛋白激酶/轉錄因子叉頭框蛋白O3a途徑導致內皮功能障礙，降低大鼠勃起功能[39]。此外，在去勢大鼠的研究中發現，睪酮缺乏可通過上調不對稱二甲基精氨酸水平以抑制一氧化氮合酶功能并促進內皮型一氧化氮合酶的解偶聯，同時誘導陰莖海綿體內的超氧化物蓄積和炎癥反應誘發ED[22,40]。上述研究進一步證實了雄激素缺乏與氧化應激和ED間的密切關聯性。在多種類型ED中，睪酮與磷酸二酯酶Ⅴ型抑制劑聯用可有效延長勃起時間，增強陰莖勃起硬度，并在磷酸二酯酶Ⅴ型抑制劑治療無效時作為其替代療法，提高患者的勃起功能[40-41]。

2.9人組織激肽釋放酶1 人組織激肽釋放酶1為激肽釋放酶最早發現的亞型。其在抗炎、抗凋亡、抗纖維化和抗氧化等方面均可發揮作用[42]。有學者對衰老大鼠的陰莖組織進行研究發現，人組織激肽釋放酶1可以通過抑制Ras同源物基因組成員A/Rho相關卷曲形成蛋白激酶/LIM激酶/絲切蛋白來抵抗平滑肌收縮和纖維化，還可通過介導二甲基精氨酸二甲胺水解酶/不對稱二甲基精氨酸/一氧化氮合酶/環鳥苷酸通路促進一氧化氮/環鳥苷酸通路的表達，以恢復勃起功能[43-44]。不僅如此，人組織激肽釋放酶1還可通過抑制NADPH氧化酶和晚期糖基化終末產物誘導的氧化應激，以及激活磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B/內皮型一氧化氮合酶通路，增強糖尿病大鼠陰莖勃起[45]。而在高同型半胱氨酸血癥大鼠模型中，人組織激肽釋放酶1同樣可通過上述類似途徑發揮抗氧化應激以及抗纖維化作用，改善大鼠的勃起功能[46]。

2.10腫瘤壞死因子-α 腫瘤壞死因子-α作為免疫細胞產生的一種炎癥介質，在炎癥反應、免疫調節、細胞增殖與分化等多種過程均發揮一定作用[47]。Long等[48]在糖尿病ED大鼠的血清中檢測到腫瘤壞死因子-α的高表達，并伴隨陰莖海綿體組織中的NADPH氧化酶表達升高和大量活性氧生成，且經腫瘤壞死因子-α抑制劑治療的大鼠勃起功能有所恢復且NADPH氧化酶表達降低，證明腫瘤壞死因子-α可通過誘導NADPH氧化酶生成而產生氧化應激。Hotston等[49]在含腫瘤壞死因子-α的培養基中培養兔的海綿體血管平滑肌細胞，發現腫瘤壞死因子-α可誘導細胞內氮氧化合物產生大量超氧陰離子，并上調磷酸二酯酶Ⅴ型表達進而抑制一氧化氮/環鳥苷酸通路。此外，腫瘤壞死因子-α還可通過抑制一氧化氮合酶的生成以及激活Ras同源物基因組成員A/Rho相關卷曲形成蛋白激酶信號通路的表達阻礙陰莖正常勃起[50]。蔣波等[51]發現，ED患者血清內腫瘤壞死因子-α的表達與ED的嚴重程度成正比，并認為人血清腫瘤壞死因子-α水平變化對協助ED的診斷具有一定臨床意義。

2.11其他 在血管緊張素Ⅱ誘導的ED大鼠陰莖海綿體組織中，活性氧表達升高，超氧化物歧化酶和髓過氧化物酶表達降低，并存在炎癥反應以及大量內皮細胞凋亡，進而誘導ED[52]。此外，N-硝基-L-精氨酸、G蛋白偶聯受體激酶2等均可通過誘導氧化應激促進ED的發生發展[53-54]。

3 小 結

作為損害勃起功能的重要因素之一，氧化應激在ED病程中具體分子機制尚未完全明確。大量研究表明，抗氧化劑可顯著改善ED動物模型的勃起功能，說明抗氧化應激是一種有效治療ED的途徑，但該治療方法在臨床上卻未取得良好療效，這可能與ED發病機制的多因素協同誘導和復雜性有關。因此，深入研究氧化應激在ED發生、發展中的詳細機制及作用靶點顯得尤為重要，也可以此為切入點研發針對性治療的抗氧化劑，為ED精準治療提供方案。