非肾上腺素能非胆碱能神经机制在糖尿病膀胱中的研究进展

2018-02-10 21:03:06卫中庆

现代泌尿外科杂志 2018年4期

施龙,卫中庆

(南京医科大学第二临床医学院,南京医科大学第二附属医院泌尿外科，江苏南京 210011)

糖尿病膀胱(diabetic cystopathy,DCP)是糖尿病的晚期并发症，占糖尿病患者的45%～85%，即便血糖控制良好的患者，DCP的发病率仍可高达25%[1]。DCP主要是由高血糖导致的肌源性及神经源性病变引起逼尿肌收缩功能受损[2]，导致尿频、尿急、残余尿增多、尿失禁、尿潴留等膀胱功能障碍,多进展到终末期神经源性膀胱。不过因此时疾病的不可逆性及继发一系列并发症，患者的生活甚至生命受到严重威胁。到目前为止,本病依然是临床医治难点。糖尿病神经病变的主要分子机制是交感肾上腺素能、副交感胆碱能以及非肾上腺素能非胆碱能神经(non adrenergic non cholinergic nerve，NANC)合成和分泌的神经递质与受体的信号传导出现障碍[3]。以前的研究表明，胆碱能神经对膀胱逼尿肌收缩功能起关键调控作用。随着基础研究的不断深入，NANC神经递质及其受体作用的信号通路在DCP中的作用越来越受到重视，如肽能、神经生长因子、5-羟色胺、嘌呤能、内皮素、r-氨基丁酸、氮能以及前列腺素等受体的活性或数量发生变化均会导致膀胱功能障碍。本文就近年来NANC机制在DCP中研究比较多的的降钙素基因相关肽、神经生长因子、5-羟色胺、三磷酸腺苷及其受体的研究现状作一综述，以期对DCP的发病机制做进一步了解。

1 降钙素基因相关肽

降钙素基因相关肽(calcitonin gene-related peptide，CGRP)以α-CGRP和β-CGRP两种方式存在。β-CGRP与α-CGRP有3个氨基酸的差异，生物学特性几近相同。CGRP是一种由NANC神经合成，37种氨基酸组成的生物活性多肽，约3800 u的相对分子质量，半衰期约18 min，与降钙素基因同源，同是神经肽家族成员。CGRP广泛位于中枢和外周神经系统中，当神经末梢遭受外界各种因素干扰时，神经末梢和细胞膜表面的“辣椒素受体”被激动，促进钙离子向细胞内流动，钙离子含量升高，从而促进CGRP的释放，主要通过与其受体CLR/RAMP1 RCP结合，然后结合小G蛋白促进cAMP的增加[4]，激活ATP敏感性K+通道发挥作用。近年来大量研究发现CGRP具备多种生物学特性，作为舒血管多肽可以拮抗和平衡内皮素(endothelin,ET)的作用维持正常的生理活动，主要负责保护心脏、血管的修复、保护神经系统、疼痛调节、骨修复、肺功能的保护、介导多种免疫调节机制，在疾病的诊疗中具有重要作用[5]。大量的研究报导，糖尿病及其并发症患者，CGRP的含量显著降低，ET含量明显增加，导致剧烈的毛细血管收缩、内皮细胞损害、微循环障碍，进一步导致神经组织缺血缺氧，发生各种并发症。糖尿病时CGRP减低的原因可能为：①CGRP的mRNA表达减低[6]；②CGRP的转移有困难；③外界电流引起血管中CGRP分泌减低；④内皮受损后分泌CGRP功能产生障碍；⑤糖尿病时NO合成减低，不能促进CGRP的释放[7]。CGRP是负责膀胱感觉重要递质，而糖尿病大鼠膀胱壁CGRP的含量下降，神经分布也明显减少，这很可能是引起膀胱感觉损害的重要原因，是促使糖尿病膀胱功能障碍进一步发展的始动因素[8]。卫中庆[9]使用咖啡因来治疗糖尿病大鼠膀胱病变，其机制可能是促进背根神经节和膀胱壁的CGRP合成，进一步增强逼尿肌收缩力,提高膀胱的充盈感觉；李倩[10]应用益气理气法可以改善糖尿病膀胱病患者的症状、降低血脂、血液流变学等程度，减少膀胱残余尿量方面效果明显，并能延缓DCP的进展，对DCP有明显的效果，其机制可能是促进了神经递质CGRP合成和释放；DING等[11]认为，通过体外电脉冲刺激可以改善糖尿病膀胱病，其机制可能是增加膀胱壁和背根神经节CGRP蛋白合成。上述不同的研究结果表明：通过提高NANC神经递质中的CGRP的表达对改善糖尿病膀胱病变有一定的效果。

2 神经生长因子

神经生长因子(nerve growth factor，NGF)是一种神经营养因子，对维持感觉神经的功能具有极其重要的意义。小鼠[12]、大鼠[13]、人[14]的膀胱中均存在NGF以及对应的受体。NGF对部分膀胱组织细胞发挥生物学功能有重要作用，尤其是膀胱的传入神经[15]。NGF在小鼠膀胱上皮细胞的高表达可显著增加膀胱感觉传入纤维和交感神经纤维的数目[16]。CHEN等[17]认为糖尿病膀胱主要是由于高血糖引起外周神经受损致其合成和分泌的NGF减少，神经生长因子前体升高，神经生长因子及其前体平衡紊乱，导致神经病变的发生，应用葡萄籽原花青素治疗糖尿病膀胱，其可通过调节Nrf-2途径NGF mRNA的表达，从而改善受损的神经，达到治疗糖尿病膀胱的目的。

3 5-羟色胺

5-羟色胺(serotonin，5-HT)是重要的神经递质,在体内含有多种亚型和次亚型，与其各自对应的受体结合后通过与G蛋白偶联发挥其特定的生理效应。有研究报道，5-HT及其受体对排尿过程中具有重要意义[18]。5-HT1、5-HT2、5-HT7等亚型的激活会影响膀胱的功能[19]，其受体主要分布在脊髓背角、骶髓副交感神经核及骶髓核中[20]，中脑中缝5-HT能神经元发出的信号可刺激这些受体来调控排尿过程[21]。SONAWANE 等[22]报道糖尿病患者血液中5-HT含量增加，认为5-HT与糖尿病并发症的发生可能关联。相关实验研究发现用电场刺激糖尿病鼠逼尿肌肌条，其收缩力在5-HT存在的情况下可明显增强，并且可被阿托品所抑制。糖尿病时5-HT可间接加强乙酰胆碱的分泌进而在电场刺激下提高肌条收缩力[23]。糖尿病时逼尿肌收缩效应与5-HT2受体的激活之间的联系可能最为紧密，可能的原因有：①糖尿病膀胱重量增加，逼尿肌平滑肌细胞代偿性肥大与增生，5-HT2A受体数目相应的增加，最终会增加膀胱逼尿肌收缩效应并引发尿频、尿急等症状[24]；②糖尿病膀胱逼尿肌细胞上5-HT2A受体密度的增大，导致5-HT2A受体数量的提高，提高了糖尿病膀胱逼尿肌收缩效应[23]。有人报道Sarpogrelate(5-HT2A受体选择性拮抗剂)对治疗糖尿病患者尿频有很好的疗效[25]。上述资料表明：通过干预NANC神经中5-HT及其受体可改善糖尿病膀胱病变。

4 三磷酸腺苷

三磷酸腺苷(adenosine triphosphate，ATP)不仅可以作为直接的能源物质为机体提供能量，而且还是重要的嘌呤能信号分子参与细胞间的信号传递，是NANC神经合成和分泌的递质之一。细胞内ATP维持着较高的含量，对维护正常细胞功能是极为重要的；细胞外ATP的浓度很低，参与其它组织功能的调节。有研究发现，在细胞质和细胞膜上存在特有的ATP受体或离子通道[26]。目前的研究表明，嘌呤碱基可分为两种类型：PI、P2。P1可以识别并结合腺苷；P2可以识别并结合ATP，P2X受体具有配体门控特性，P2Y受体可与G蛋白家族偶联。研究指出，特异性多克隆抗体与免疫组化方法显示大鼠膀胱存在7种P2X受体亚型。分布在血管壁黏膜下、平滑肌膜上和浆膜层的是P2X1；P2X2广泛位于平滑肌细胞内；分布在膀胱逼尿肌内的神经束的是P2X3，与感觉神经相关；上皮细胞中P2X4分布特别高；P2X5参与上皮细胞的分化，主要分布在上皮细胞膜上；分布在上皮细胞下的基底膜上的是P2X6；上皮细胞核内主要是P2X7[27]。ATP结合其受体P2X后，通过变构效应，非选择性通透如Na+、Ca2+等离子，短时间之内即可形成膜电流，进一步促使平滑肌细胞产生舒张或收缩反应，并不需经过膜和胞内信号转导[28]。VROMAN 等[29]报道ATP作为NANC神经递质之一，可能在膀胱功能的生理调控中具有重要作用。有研究发现，离体的逼尿肌肌条放在加有ATP的培养液中会抑制卡巴胆碱刺激的肌条收缩，而外源性ATP加入剥除上皮细胞的肌条后，对卡巴胆碱的刺激可以达到与完整肌条同级的水平，提示逼尿肌收缩受到上皮细胞释放的ATP的抑制[30]。现在清楚的是，ATP触发临时逼尿肌收缩和随后的缓慢而持续的膀胱传入弛缓状态的特征，排空膀胱、排尿反射的形成需要在正常的ATP转导条件下。李日东[31]认为糖尿病是膀胱P2X3受体减少的重要原因，P2X1和P2X3受体的表达变化可能表明膀胱在非生理状态下的异常感觉或收缩。膀胱感觉通路中P2X受体的分布是介导膀胱感觉功能的前提，推测对其表达的破坏可能是糖尿病膀胱发病的重要原因之一。李日东使用加味五苓散治疗糖尿病膀胱时，认为加味五苓散具有双向调节P2X3受体的作用，对于延缓糖尿病膀胱逼尿肌的进展具有一定的意义[31]。

5 结语

总之，除了以上NANC神经递质与受体，目前关于此类的研究还包括NO、辣椒素、P物质、组胺、r-氨基丁酸及血管活性肠肽等。证据表明，当发生糖尿病膀胱时，CGRP、5-HT、NGF、ATP等及其受体的异常变化可能是糖尿病膀胱发病的重要分子机制，有可能为我们将来治疗糖尿病膀胱提供新的方向。因此，进一步探索NANC机理，对于我们进一步认识糖尿病膀胱病发病的分子机制和探索新的治疗方法具有重要的意义。

参考文献：

[1] YUAN Z，TANG Z，HE C，et al.Diabetic cystopathy:A review[J].J Diabet，2015,7(4):442-447.

[2] 薛浩良，马寅超，沈百欣，等.莱菔硫烷对糖尿病性膀胱活动低下小鼠膀胱测压参数的影响[J].医学研究生学报，2016,29(7):693-697.

[3] TYAGI P，SMITH PP，KUCHEL GA，et al.Pathophysiology and animal modeling of underactive bladder[J].Int Urol Nephrol，2014,46(1):11-21.

[4] KOKKORIS S，ANDREWS P，WEBB DJ.Role of calcitonin gene-related peptide in cerebral vasospasm，and as a therapeutic approach to subarachnoid hemorrhage[J].Front Endocrinol，2012,3:135.

[5] 邓慧玲，张玉凤，符佳，等.降钙素基因相关肽的研究进展[J].中国小儿急救医学，2015(5):337-340.

[6] MISTROVA E，WIEGAND S，SVIGLEROVA J，et al.Adrenomedullin and the calcitonin receptor-like receptor system mRNA expressions in the rat heart and sensory ganglia in experimentally-induced long-term diabetes[J].Gen Phys Biophysics，2014,33(2):215-225.

[7] 龚志刚，宋春晖，石向群.葛根素干预对糖尿病肾病大鼠降钙素基因相关肽的影响研究[J].中国当代医药，2013,20(7):7-8.

[8] YI CR，WEI ZQ，DENG XL，et al.Effects of coffee on urinary bladder dysfunction in diabetic rats[J].J Southeast University，2005,14(2):144-145.

[9] 卫中庆.TENS及COFFEE OR CAFFEINE对DCP干预机制的基础实验研究[D].苏州：苏州大学，2009,4-5.

[10] 李倩.益气调气法治疗糖尿病膀胱病的疗效观察[D].山东中医药大学，2011，13-26.

[11] DING LC，SONG T，YI C R，et al.Transcutaneous electrical nerve stimulation (TENS) improves the diabetic cytopathy (DCP) via up-regulation of CGRP and cAMP[J].PloS One，2013,8(2):269-284.

[12] GILL BC，MOORE C，DAMASER MS.Postpartum stress urinary incontinence：lessons from animal models[J].Exp Rev Obstetrics & Gynecol，2014,5(5):567-580.

[13] CRUZ C D.Neurotrophins in bladder function：what do we know and where do we go from here?[J].Neurourol Urodyn，2014,33(1):39-45.

[14] WANG LW，HAN XM，CHEN CH，et al.Urinary brain-derived neurotrophic factor：a potential biomarker for objective diagnosis of overactive bladder[J].Int Urol Nephrol，2014,46(2):341-347.

[15] LI J，WANG X，ZHANG F，et al.Toll-like receptors as therapeutic targets for autoimmune connective tissue diseases[J].Pharmacol Ther，2013,138(3):441-451.

[16] LI Y，SHI B，WANG D，et al.Nerve growth factor and substance P：expression in a rat model of diabetic bladder[J].Int Urol Nephrol，2011,43(1):109-116.

[17] CHEN SZ，ZHU Y，LIU Z，et al.Grape Seed Proanthocyanidin Extract Ameliorates Diabetic Bladder Dysfunction via the Activation of the Nrf2 Pathway[J].PLoS One，2015,10(5):e126457.

[18] 吴刚，谷宝军.5-羟色胺7受体对排尿影响的研究进展[J].现代泌尿外科杂志，2011,16(5):477-479.

[19] MATSUMOTOMIYAI K，YOSHIZUMI M，KAWATANI M.Regulatory Effects of 5-Hydroxytryptamine Receptors on Voiding Function[J].Advances Therap，2015,32(1):3-15.

[20] GASBARRI A，POMPILI A.Serotonergic 5-HT7 receptors and cognition[J].Rev Neurosci，2014,25(3):311-323.

[21] REESE J，XIAO Z，SCHWEN Z，et al.Effects of duloxetine and WAY100635 on pudendal inhibition of bladder overactivity in cats[J].J Pharmacol & Exper Therap，2014,349(3):402-407.

[22] SONAWANE RD，DEORE VB，PATIL SD，et al.Role of 5-HT2 receptors in diabetes：Swertiamarin seco-iridoid glycoside might be a possible 5-HT2 receptor modulator[J].Physiol & Behav，2015,144:66-72.

[23] EVCIM AS，MICILI SC，KARAMAN M，et al.The Role of Rac1 on Carbachol-induced Contractile Activity in Detrusor Smooth Muscle from Streptozotocin-induced Diabetic Rats[J].Basic & Clin Pharmacol & Toxicol，2015,116(6):476.

[24] SACCO E，BIENTINESI R.Innovative pharmacotherapies for women with overactive bladder：where are we now and what is in the pipeline?[J].Int Urogynecol J，2015,26(5):629-640.

[25] SACCO E，RECUPERO S，BIENTINESI R，et al.Pioneering drugs for overactive bladder and detrusor overactivity：Ongoing research and future directions[J].World J Obstetr & Gynecol，2015,4(2):24-39.

[26] 葛才保，陈六生，张力，等.细胞外ATP促葡萄糖细胞膜转运的回顾性研究[J].国际检验医学杂志，2012(S1):39-43.

[27] 何育霖，中吉泓，刘孝东.P2X受体在膀胱中的研究进展[J].国际泌尿系统杂志，2008,28(4):473-476.

[28] SALAS E，CARRASQUERO LM，OLIVOS-ORE LA，et al.Purinergic P2X7 receptors mediate cell death in mouse cerebellar astrocytes in culture[J].J Pharmacol & Experimental Therap，2013,347(3):802-815.

[29] VROMAN R，KLAASEN LJ，HOWLETT MH，et al.Extracellular ATP hydrolysis inhibits synaptic transmission by increasing ph buffering in the synaptic cleft[J].PLoS Biol，2014,12(5):3408-3423.

[30] SANTOSO AGH，SONARNO IAB，ARSAD NAB，et al.The role of the urothelium and ATP in mediating detrusor smooth muscle contractility[J].Urology，2010,76(5):7-12.