低雄激素状态引起勃起功能障碍的分子机制*

姜睿 曾洋

(西南医科大学附属医院泌尿外科，四川 泸州 646000)

勃起功能障碍(Erectile dysfunction,ED)是指男性不能够持续获得和维持足够的阴茎勃起以完成满意的性生活[1-2]。ED患者主要见于40岁以上的男性，患病率随着年龄的增长而增加，并且在60岁以上的男性中，重度ED比中度ED的患病率增长速度更快[3-4]。

ED的发生、发展与许多因素相关，其中雄激素水平下降是重要原因之一。雄激素对阴茎海绵体平滑肌具有营养作用，是阴茎海绵体平滑肌松弛增加阴茎血流引起勃起过程的重要条件。生理浓度的睾酮可以抑制动脉平滑肌细胞钙离子通道开放，通过减少动脉平滑肌细胞钙离子内流诱导血管舒张而充盈阴茎血流，促进阴茎勃起，低雄激素状态则抑制勃起[5-6]。雄激素替代治疗安全有效，能够改善ED患者的治疗效果[7-9]。然而前列腺癌的发生率逐年上升，雄激素阻断是治疗前列腺癌的重要方法，在患者体内维持低雄激素状态可抑制前列腺癌细胞的生长，但同时抑制患者勃起功能。因此，了解低雄激素状态引起ED相关分子机制是制定有效治疗方案的关键。

一氧化氮(NO)/环磷酸鸟苷(cGMP)信号通路是阴茎正常勃起的关键通路[10]。在性刺激时，阴茎海绵体血管内皮细胞在内皮性一氧化氮合酶(eNOS)的催化下合成并释放NO，后者进一步活化鸟苷酸环化酶，将三磷酸鸟苷(GTP)转化为cGMP，cGMP浓度增加降低了平滑肌细胞胞质内钙离子浓度，从而引起平滑肌松弛，增加阴茎血流，促进勃起。通过NO/cGMP信号通路促使阴茎勃起具有睾酮依赖性[11]，该信号通路是目前低雄激素状态引起ED研究最多的分子机制，并且多数研究显示低雄激素状态通过调控其上游信号分子，间接作用于NO/cGMP信号通路抑制阴茎勃起。

1.1 P2Y受体、P2X受体 细胞外核苷酸是重要的血管活性因子，在血管张力调节中发挥重要的作用。与胞外核苷酸相结合的细胞表面受体称为嘌呤(Purine，P)受体。P受体分为P1受体和P2受体，其中P2受体存在于许多组织中，P2受体通过与核苷酸及其相关类似物相结合，发挥调控血管舒张的功能。P2受体可根据其信号传导机制和特征分子结构分为配体门控离子通道P2X受体与代谢型P2Y受体[12]，P2X受体激活以后能促进细胞外钙离子的进入，P2Y受体的激活则导致钙离子从细胞内钙离子储存库释放出细胞。低雄激素状态可能通过下调P2Y受体的表达、上调P2X受体表达抑制了eNOS活化和表达，使NO生成减少，进一步抑制下游反应，增加了平滑肌细胞胞质内钙离子浓度，从而引起平滑肌收缩，阴茎血流减少，抑制了勃起[13-14]。

1.2 SKca3、IKca 钾离子通道开放能够通过诱导阴茎海绵体平滑肌细胞(Smooth muscle cell,SMC)超级化，达到SMC舒张效应，而这一生理过程主要是通过位于细胞膜上或肌质网的钙离子通道的关闭，钙库或细胞外流入细胞质内的钙离子减少，钙离子与SMC钙调蛋白结合减少来实现的。钾离子通道根据其在不同组织细胞中功能特点、激活机制不同主要有内向整流钾通道、三磷酸腺苷敏感K+通道、电压依赖的K+通道和依赖钙离子活化的钾通道(Kca)[15]。其中Kca通道按照其电导率、药理学特点和基因分型不同，主要分为big conductance Ca2+-activated potassiumchannel (BKca)、intermediate conductance Ca2+-activatedpotassium channel (IKca)与small conductance Ca2+-activated potassiumchannel (SKca)三大类[16]。低雄激素状态可能通过下调大鼠阴茎海绵体中SKca亚型SKca3 和IKca表达，抑制eNOS的表达或活性，引发下游系列反应，增加了平滑肌细胞胞质内钙离子浓度，抑制SMC舒张，减少了阴茎血流使勃起功能下降[17]。

1.3 二氧化硫(sulfur dioxide,SO2) SO2是一种新型的气体信号分子，它的生理学效应主要包括一下几点：①舒张血管。②改善血管结构的重构。③抑制心脏的正常功能。④抑制炎症反应的进行。⑤抗氧化作用等[18]。内源性SO2一方面可以通过促进NO的产生在调节血管舒张过程中起着重要作用，另一方面也可增加大鼠主动脉中eNOS的活性和表达[19]。低雄激素状态抑制了SO2信号，进而下调eNOS减少NO 的生成，最终抑制阴茎海绵体舒张功能，导致ED[20]。

1.4 eNOS 二聚体eNOS单体耦联可形成二聚体产生NO舒张平滑肌[21]。四氢叶酸(BH4)是稳定eNOS二聚体活性的重要辅助因子。在内皮细胞中，BH4 和二氢叶酸(BH2)可相互转化，当BH4/BH2下降时，eNOS解耦联增加[22-24]。3-硝基酪氨酸(3NT)也可促进eNOS解耦联[25]。低雄激素状态降低了BH4/BH2比值并增加了3NT含量从而促进eNOS发生解耦联，进一步减少NO生成，抑制了大鼠勃起功能[26]。

1.5 A2B受体 腺苷(Adenosine)是核苷的一种，包括4种亚型：A1、A2A、A2B、A3。其中A2B受体则广泛分布于泌尿系统、心血管系统中，在内皮细胞、心肌细胞中均有表达，在血管舒张、缺血缺氧性心肌损伤、炎症因子的释放等方面均有调控作用[27-29]。腺苷也是重要的扩血管因子，参与调控阴茎的勃起过程，在阴茎海绵体内直接注射腺苷能够诱发阴茎勃起[30]。低雄激素状态能抑制大鼠阴茎海绵体组织中腺苷A2B受体的表达，抑制eNOS/cGMP 信号通路，导致去势大鼠勃起功能下降[31]。

1.6 细胞外囊泡(Extracellular vesicles,EVs) EVs是指具有双层膜结构的胞外囊泡体，大小约40～1000 nm。EVs主要分为两类：一类大小约100～1000 nm，它从胞膜上直接脱离，当细胞被活化、受到损伤或者出现凋亡时产生，被称为微囊泡；
另一类大小约40～100 nm，它从胞质内的多囊小体中间接排出，被称为外泌体[32]。对大鼠阴茎海绵体内注射间充质干细胞来源的外泌体，可以发现在大鼠阴茎海绵体组织中eNOS的表达明显增强，阴茎动脉损伤ED大鼠的勃起功能明显改善[33]。低雄激素状态可导致携带eNOS的EVs减少使阴茎海绵体内皮细胞中NO减少从而抑制勃起[34]。

1.7 细胞焦亡 细胞焦亡是近年来发现的一种依赖炎性胱天蛋白酶的程序性细胞死亡方式。目前有两种分子信号通路介导细胞焦亡，分别为依赖Caspase-1的经典炎症小体途径和依赖Caspase-4/5/11的非经典炎症小体途径，两条途径最终都通过炎性胱天蛋白酶切割Gasdermin-D(GSDMD)释放出具有成孔特性的GSDMD-N 端而引起焦亡[35]。其中，NLRP3 炎症小体介导的经典细胞焦亡途径研究最多，NLRP3、ASC、Caspase-1、GSDMD和IL-1β是该途径中的重要蛋白。内皮细胞焦亡可通过下调eNOS和NO表达引起内皮功能障碍[36-37]。脂多糖+三磷酸腺苷可诱导小鼠阴茎海绵体组织NLRP3炎症小体形成，并引起Caspase-1、IL-1β表达增加和勃起功能下降[38]。在低雄激素状态下，NLRP3、ASC、Caspase-1、GSDMD-N、IL-1β等表达上调，促进大鼠阴茎海绵体组织平滑肌细胞和内皮细胞焦亡，导致阴茎海绵体组织纤维化增加、NO 生成减少，抑制大鼠勃起功能[39]。

1.8 S1P1、S1P2、S1P3 NO/cGMP、RhoA/Rho激酶分别是勃起过程中关键的舒张和收缩因子，各种原因导致上述信号通路的改变均有可能导致ED 的发生。1-磷酸鞘氨醇(Sphingosine-1-phosphate,S1P)是一种具有重要生理功能的信使分子，与NOS、RhoA/Rho激酶之间有密切联系，研究发现1-磷酸鞘氨醇受体1-3(S1P1-3) 在人类阴茎海绵体和阴茎血管中均有表达[40]。低雄激素状态大鼠勃起功能下降，可能与低雄激素状态下阴茎海绵体内S1P1表达下调、抑制eNOS/NO/cGMP 信号通路，同时S1P2、S1P3 表达升高、激活RhoA/Rho信号通路有关[41]。应用十一酸睾酮进行雄激素替代治疗可以通过抑制S1P2/RhoA/Rho激酶的激活，从而抑制阴茎海绵体平滑肌收缩，改善去势大鼠勃起功能[42]。

一氧化碳(Carbon monoxide,CO)被认为是重要的气体信使分子，在体内主要由血红素氧合酶(Heme oxygenase,HO)的亚型HO-2分解血红素产生，CO通过和可溶性鸟苷酸环化酶的亚铁血红素结合，使其变构、激活、增加cGMP的生成来调节血管张力，参与阴茎的勃起。低雄激素状态可使HO-2表达下降，导致体内CO减少，进一步使阴茎勃起受到抑制[43-44]。

硫化氢(Sulfureted hydrogen,H2S)是继NO和CO之后发现的第3种新型气体信号分子，广泛存在于人体和哺乳动物体内各个器官组织，特别是在神经系统和平滑肌细胞内，发挥着重要的生理调节功能，具有血管舒张调节功能[45]。胱硫醚-β-合成酶(Cystathionine beta-synthase,CBS) /胱硫醚-γ-裂解酶(Cystathionine-gamma-lyase,CSE)是催化L-半胱氨酸产生H2S的2种限速酶[46]。有研究[47]表明，低雄激素状态下阴茎海绵体组织CBS、CSE表达下降引起H2S信号通路受抑可能是雄激素缺乏引起大鼠勃起功能下降的机制之一。

阴茎海绵体平滑肌细胞胞质内钙离子浓度的变化决定平滑肌的收缩与舒张，进而影响阴茎勃起和疲软的生理过程。兰尼碱受体1(Ryanodine receptor 1,RyR1)是平滑肌细胞肌质网中调控胞内钙离子浓度的重要受体，电压门控钙离子通道1.3 (CaV1.3)参与细胞内外钙离子交流，两者共同调节平滑肌细胞内钙离子浓度而调控平滑肌舒张和收缩。低雄激素状态下调了RyR1、CaV1.3的表达，从而引起阴茎勃起受到抑制[48]。细胞外信号调节激酶Erk1/2与平滑肌及内皮系统功能关系密切，低雄激素状态可能通过上调了Erk1/2表达进而引起ED[49]。低雄激素状态抑制阴茎海绵体雄激素受体/血管内皮生长因子(Androgen receptor/vascular endothelial growth factor,AR/VEGF)表达，用十一酸睾酮进行雄激素替代治疗可通过调节AR/VEGF表达保护内皮细胞完整性从而改善去势大鼠勃起功能[50]。

低雄激素状态主要通过调控多个靶点分子影响阴茎勃起过程中重要的NO/cGMP和RhoA/Rho激酶信号转导，同时调控其它与阴茎海绵体平滑肌细胞收缩和舒张有关的信号通路如H2S、SO2等。这些信号通路构成了调控阴茎勃起的复杂信号转导网络系统，而寻找具有治疗作用的关键分子或信号通路是治疗低雄激素ED的基础。