睾丸退行性病变的发病机制及其治疗靶标



睾丸退行性病变的发病机制及其治疗靶标

作者单位:210029 南京,江苏建康职业学院药学系

刘嘉,聂超,曾庆琪

[关键词]睾丸；退行性变；发病机制；治疗；靶标

目前,男性性功能障碍的发病率正逐年增高,其由多种因素引起,如肥胖、糖尿病、心血管病等[1]。其中,睾丸退行性病变是男性性功能障碍的重要因素之一。流行病学资料显示,男性在40岁以后,每年血清中的睾酮水平会下降1%~2%,到近70岁时仅为峰值的20%[2]。睾丸退行性病变的作用机制有睾丸内氧化应激、炎性反应、睾丸内皮素-1及内质网应激等,而围绕上述机制为治疗靶标的相关研究也正在开展,主要有基质金属蛋白酶靶标、内皮素靶标、炎性细胞因子靶标、还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADP)氧化酶靶标等。

1睾丸退行性病变的发病机制

1.1睾丸组织的氧化应激当体内氧化与抗氧化作用失衡,倾向于氧化作用时,中性粒细胞浸润,蛋白酶分泌增加,产生大量的氧化产物,此称为氧化应激(OS)。老年人几乎所有的器官都易受到氧化应激带来的损害,睾丸亦不例外,睾丸组织中的活性氧簇(ROS)产生及消除发生失衡而致ROS增多,ROS因具有不成对的电子而氧化性较强,产生较强的细胞毒性,影响细胞功能。一般认为,ROS降低性功能的机制为[3]:(1)ROS可激活蛋白激酶C(PKC),PKC能抑制激素第二信使环磷酸腺苷(cAMP)的合成,从而抑制雄激素作用的发挥；(2)ROS可抑制一氧化氮合酶(NOS)生成NO,导致睾丸内NADP氧化酶增加,此可进一步造成组织内ROS富集,由此导致恶性循环,影响睾丸功能；(3)ROS可通过P38丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)级联反应及上调环氧合酶-2(COX-2)表达抑制胆固醇转运,进而抑制睾酮合成,导致睾丸功能减退；(4)阴茎组织中的ROS尤其是超氧阴离子(O2-)可直接收缩阴茎血管,阴茎海绵体组织学改变,最终导致器质性阳痿。

1.2内皮素-1内皮素系广泛分布于几乎各类组织细胞的活性多肽,具有收缩平滑肌、促增殖等生物学效应。内皮素由3个同分异构体家族即内皮素-1,内皮素-2及内皮素-3组成,睾丸的功能主要受内皮素-1水平的影响。当睾丸内皮素-1水平正常时,其通过旁分泌方式作用于Leydig细胞,促进睾酮分泌,同时通过PKC通路诱导睾丸管周肌样细胞内Ca2+发生瞬间变化,介导睾丸管周肌样细胞周期性收缩和精子的运输,维持精子活力及正常性功能。当ET-1水平过高时,过量的内皮素-1与其受体结合,诱导ROS产生,产生睾丸内氧化应激机制,抑制睾酮合成及性功能；而ROS的不平衡又能促进内皮素-1的表达,由此造成恶性循环[4],此为内皮素上调型睾丸退行性病变。当内皮素-1水平不足时,直接导致睾丸管周肌样细胞及生精细胞功能减退,反馈性抑制下丘脑-垂体-性腺,此为内皮素下调型睾丸退行性病变。

1.3内质网应激内质网(ER)是真核细胞中蛋白质合成、折叠与分泌的重要细胞器,其膜结构占细胞内膜的50%。ER具极强的内稳态体系。但仍有诸多因素(如缺血再灌注损伤、氧化应激、同型半胱氨酸诱导等)可导致内质网功能的内稳态失衡,形成内质网应激。内质网应激条件下,10号染色体缺失的磷酸酶基因(pten10)与分子伴侣葡萄糖调节蛋白78(GRP78)分离而活化,并引起其下游真核细胞翻译启始子2α磷酸化而失活,终止细胞内绝大部分蛋白质的合成,同时可激活活性转录因子4(ATF4)的表达,进而引起CCAAT/增强子结合蛋白同源蛋白表达量上调,进而导致一系列疾病的发生,其中包括睾丸功能减退。另外,内质网应激情况下会影响固醇激素的合成,进而影响睾酮的合成。Cheng等[5]构建了链脲佐菌素(60 mg/kg,腹腔注射)糖尿病伴性功能障碍大鼠,发现睾丸功能减退大鼠血浆中的内质网应激标志性分子免疫球蛋白结合蛋白水平显著提升,提示内质网应激与睾丸功能减退相关。

1.4炎症亚临床炎症与男性性功能障碍发生、发展的相关性已被诸多临床研究所证实。有研究显示,全身性的慢性炎性反应可使血浆中的高敏C反应蛋白(hsCRP)水平升高,继而引发阴茎动脉粥样硬化,影响勃起功能,导致性功能下降[6]。而睾丸、前列腺等生殖道器官发生感染或炎症时,则使垂体激素自分泌或旁分泌功能均不同程度受损,导致促黄体生成素(LH)分泌减少,睾酮水平下降,精子合成减少,睾丸功能减退。此外,还有研究认为,炎症(全身或局部)可增加体内细胞间黏附分子(ICAM)和血管细胞黏附分子(VCAM)水平,改变睾酮合成的微环境,从而影响睾丸功能[7]。值得关注的是,以上的作用机制均非导致睾丸退行性病变的单一因素。睾丸退行性病变涉及多个机制的相互影响,相互调节,是复杂信号通路综合作用的结果。

2睾丸退行性病变的治疗靶标

2.1基质金属蛋白酶基质金属蛋白酶(MMP)由5个功能不同的结构域组成:疏水信号肽序列、前肽区、催化活性区、富含脯氨酸的铰链区及羧基末端区。在正常的睾丸组织中,MMP可与其内源性抑制剂组织金属蛋白酶抑制剂(TIMP)一同调控细胞外基质,调节精小管的转换,促进精子细胞的发育与成熟；而当睾丸内出现氧化应激时,MMP与TIMP可能出现异常表达,影响精子的生成及发育。 Justulin等[8]研究了MMP-2和MMP-9表达与雄性大鼠性腺萎缩及再生之间的关系,结果显示,MMP-2和MMP-9的水平在性腺阉割后表达水平均明显升高,而在使用睾酮替代疗法后,MMP-2水平上升,MMP-9水平不变化。由此推断,MMP-2在性腺再生中起主要作用,而MMP-9在性腺萎缩及早期重生中起主要作用。Muniz等[9]用免疫吸附法测定28例健康者(对照组),35例勃起功能障碍(ED)患者(ED组)及33例伴糖尿病(DM)ED患者(ED/DM组)循环血中MMP-2、MMP-9、TIMP-1及TIMP-2的水平。结果发现,ED组和ED/DM组MMP-2水平较健康者明显下降(P<0.05)；而ED/DM组MMP-9/TIMP-1比例亦明显低于对照组(P<0.05),由此提示MMP可作为男性性功能低下的潜在治疗靶标。

2.2内皮素内皮素是睾丸退行性病变最早的研究靶标之一。Conte等[10]研究证实内皮素-1可增加间质细胞内睾酮的基础分泌,表明内皮素-1与男性性功能关系密切。Belloni等[11]的研究发现,内皮素-1可促进鼠离体间质细胞分泌睾酮,选择性内皮素A受体拮抗剂BQ-123可抑制此作用,内皮素B受体特异性配基BQ-788则不能抑制,说明内皮素-1主要通过与内皮素A受体结合而介导此效应。然而,当内皮素-1水平过高时,则会激发ROS、核因子活化B细胞κ轻链增强子及NOS等的产生,诱发睾丸功能减退。Carneiro等[12]应用单侧肾切除及醋酸去氧皮质酮给药构建了高血压相关性性功能障碍大鼠模型,在给予内皮素A受体阻断剂阿曲生坦后,模型大鼠海绵体窦内最高压力/平均动脉压比值增加,RhoA/Rho激酶表达下降,性功能改善。由上可见,内皮素系统作为男性性功能低下的治疗靶标,关键点在于维持睾丸内内皮素系统的正常水平,既不能过表达,又不可表达不足。有学者认为,内皮素作为睾丸功能衰退的研究靶点前途并不明朗,因为先前有关内皮素受体拮抗剂的动物实验结果存在矛盾,且尚无有效临床研究的证实。然而,内皮素系统对于某些全身性内皮功能异常(如糖尿病、高血压及系统性硬化症)的睾丸退行性病变患者具有重要意义。

2.3炎性细胞因子睾丸中的巨噬细胞本身并不足以产生抑制睾酮分泌的炎性细胞因子,但在炎性刺激下,睾丸支持细胞和间质细胞即可分泌炎性细胞因子,影响睾酮水平,导致睾丸退行性病变的发生。Giugliano等[13]发现在肥胖人群中,发生睾丸退行性病变人群循环血中的白介素-6、白介素-8、白介素-18及C-反应蛋白等促炎症因子水平明显高于无睾丸退行性病变的人群；且认为睾丸退行性病变与血管内皮功能障碍相关。Iwasa等[14]利用静脉注射脂多糖构建小鼠炎症模型,发现炎性小鼠睾丸组织中参与睾酮合成的细胞色素P450侧链清除酶、睾丸类固醇急性调节蛋白及3β-羟类固醇脱氢酶的表达水平明显下调,致使睾丸间质细胞合成睾酮受阻,影响睾丸功能。以上可说明,早期针对炎性细胞因子的抗炎治疗可作为治疗睾丸性退行性病变的靶标之一,以助于改善男性性功能。

2.4NADP氧化酶NADP氧化酶最早被发现特异存在于吞噬细胞,其能生成ROS而在吞噬细胞清除病原微生物的过程中发挥重要作用,是ROS的主要来源之一。NADP氧化酶激活后,会产生体内氧化应激机制,同时还能与活化的双链RNA依赖性蛋白激酶和内质网应激共同介导诸多疾病的发生。Jin等[15]研究发现,在高血压相关的大鼠ED模型睾丸内,ROS水平明显升高,灌胃给予香荚兰乙酮(NADP氧化酶抑制剂)后,NADP氧化酶表达下调,睾丸内ROS水平下降,大鼠勃起功能改善。Claudino等[16]的研究证实,NADP氧化酶的亚单位gp91phox的持续上调与一氧化氮长期抑制大鼠的勃起功能障碍直接相关。以上研究表明,NADP氧化酶作为男性性功能低下的治疗靶标之一而被广泛关注。

除上述靶标外,其他还有Rho激酶、NOS、肿瘤坏死因子-α等靶标,其均与氧化应激及炎性反应相关。

3展望

睾丸退行性病变的目前治疗手段主要为两种:(1)睾酮替代疗法(TRT),临床用药主要有十一酸睾酮片、丙酸睾酮注射液等。TRT虽可改善睾酮缺乏引起的临床症状,增强性欲、性生活频率及夜间勃起次数,但其对年龄相关的睾丸退行性病变却无显著改善作用。另长期应用睾酮会抑制中枢性腺轴的反馈,增加某些疾病如前列腺癌、良性前列腺增生、睡眠呼吸暂停综合征等的发病风险。(2)磷酸二酯酶-5(PED-5)抑制剂(如他达拉非等),其可通过选择性地抑制降解环磷酸鸟苷(cGMP)的磷酸二酯酶-5活性,而增高细胞内cGMP浓度,导致平滑肌松弛,使阴茎海绵体内动脉血流增加,产生勃起。临床研究显示,磷酸二酯酶-5抑制剂可使ED患者对性刺激产生勃起反应,且持续时间较长[17],但对雄性激素缺乏的中老年睾丸退行性病变患者的临床疗效却缺乏证据支持。由此可见,目前对于睾丸退行性病变的治疗并无有效的方法。结合上述的发病机制及其治疗靶标开发相关的新药已势在必行,同时,要把上述的机制、通路有机结合在一起,利用网络药理学的方法找到复杂通路的关键点,找到新药研发的突破口。

【参考文献】

[1]Buvat J,Maggi M,Gooren L,et al.Endocrine aspects of male sexual dysfunctions[J].J Sex Med,2010,7(4Pt2):1627-1656.

[2]Turner RM,Zeng W.The emerging pathophysiology of age-related testicular degeneration with a focus on the stallion and an update on potential therapies[J].Reprod Domest Anim,2012,47(Suppl 4):178-186.

[3]Beattie MC,Chen H,Fan J,et al.Aging and luteinizing hormone effects on reactive oxygen species production and DNA damage in rat leydig cells[J].Biol Reprod,2013,88(4):100.

[4]Cheng YS,Dai DZ,Dai Y.Testis dysfunction by isoproterenol is mediated by upregulating endothelin receptor A,leptin and protein kinase Cvarepsilon and is attenuated by an endothelin receptor antagonist CPU0213[J].Reprod Toxicol,2010,29(4):421-426.

[5]Cheng YS,Cong XD,Dai DZ,et al.Argirein alleviates corpus cavernosum dysfunction by suppressing pro-inflammatory factors p66Shc and ER stress chaperone Bip in diabetic rats[J].J Pharm Pharmacol,2013,65(1):94-101.

[6]Billups KL,Kaiser DR,Kelly AS,et al.Relation of C-reactive protein and other cardiovascular risk factors to penile vascular disease in men with erectile dysfunction[J].Int J Impot Res,2003,15(4):231-236.

[7]Emarah AM,El-Haggar SM,Osman IA,et al.Correlation between penile cavernosal artery blood flow and retinal vascular findings in arteriogenic erectile dysfunction[J].Clin Ophthalmol,2010,4:1047-1051.

[8]Justulin LA Jr,Della-Coleta HH,Taboga SR,et al.Matrix metallo-proteinase(MMP)-2 and MMP-9 activity and localization during ventral prostate atrophy and regrowth[J].Int J Androl,2010,33(5):696-708.

[9]Muniz JJ,Lacchini R,Belo VA,et al.Circulating matrix metallo-proteinases and their endogenous inhibitors in patients with erectile dysfunction[J].Int J Impot Res,2012,24(1):38-43.

[10]Conte D,Questino P,Fillo S,et al.Endothelin stimulates testosterone secretion by rat Leydig cells[J].J Endocrinol,1993,136(2):R1-4.

[11]Belloni AS,Andreis PG,Neri G,et al.In vitro studies of the subtypes of endothelin(ET)receptors present in the rat testis,and of their involvement in the secretory response of Leydig cells to ET-1[J].J Steroid Biochem Mol Biol,1996,57(1-2):89-93.

[12]Carneiro FS,Nunes KP,Giachini FR,et al.Activation of the ET-1/ETA pathway contributes to erectile dysfunction associated with mineralocorticoid hypertension[J].J Sex Med,2008,5(12):2793-2807.

[13]Giugliano F,Esposito K,Di Palo C,et al.Erectile dysfunction associates with endothelial dysfunction and raised proinflammatory cytokine levels in obese men[J].J Endocrinol Invest,2004,27(7):665-669.

[14]Iwasa T,Matsuzaki T,Murakami M,et al.Neonatal lipopoly-saccharide exposure attenuates the homotypic stress-induced suppression of LH secretion in adulthood in male rat[J].Int J Dev Neurosci,2009,27(4):345-349.

[15]Jin L,Lagoda G,Leite R,et al.NADPH oxidase activation:a mecha-nism of hypertension-associated erectile dysfunction[J].J Sex Med,2008,5(3):544-551.

[16]Claudino MA,Franco-Penteado CF,Priviero FB,et al.Upregulation of gp91phox subunit of NAD(P)H oxidase contributes to erectile dysfunction caused by long-term nitric oxide inhibition in rats:reversion by regular physical training[J].Urology,2010,75(4):961-967.

[17]Lee J,Pommerville P,Brock G,et al.Physician-rated patient prefe-rence and patient- and partner-rated preference for tadalafil or sildenafil citrate:results from the Canadian 'Treatment of Erectile Dysfunction' observational study[J].BJU Int,2006,98(3):623-629.

(收稿日期:2014-08-04)

文章编号1004-0188(2015)03-0332-03

doi:10.3969/j.issn.1004-0188.2015.03.041

中图分类号R 699

文献标识码A

通讯作者:曾庆琪,E-mail:liujia402@yeah.net

基金项目:江苏省六大人才高峰项目资助(WS-049)