梗阻性膀胱逼尿肌功能失调分子机制的研究进展

刘胜来，田大伟，吴长利*

(1.天津医科大学第二医院 泌尿外科/天津市泌尿外科研究所/天津市泌尿外科基础医学重点实验室, 天津 300211;2.天津医科大学中新生态城医院 泌尿肾病科, 天津 300467)

随着社会老龄化，前列腺增生(benign prostatic hyperplasia,BPH) 成为危害老年男性健康的社会问题[1]。流行病学资料显示，中国60岁以上男性BPH发病率达50%,且每年以800万人速度在增长。首诊BPH人群中至少20%已继发膀胱功能异常，出现膀胱收缩力下降、兴奋性异常、顺应性改变[2]。梗阻伴发的膀胱功能改变是一组重要而复杂的症候群。单纯解决梗阻并不能完全缓解已继发的改变，究其原因是膀胱腔内压超负荷和周期性过度牵张使组织缺血低氧， 引起了基因与蛋白水平的改变，最终肌细胞内代谢紊乱及细胞外基质(extracellular matrix,ECM)重构[3]。膀胱出口梗阻(bladder outlet obstruction,BOO)继发的病理生理变化逐渐得到证实，但确切的发病机制尚不完全明确[4]。本文将从分子水平、细胞水平、组织水平对梗阻性膀胱功能失调的机制进行综述，旨为寻找新的治疗靶点。

1 分子水平的变化

1.1 机械牵拉张力

BOO引起的膀胱功能改变是一组由机械刺激诱发的复杂病理生理过程。由于氧需求增加和氧输送减少之间的不平衡引起平滑肌细胞(smooth muscle cells，SMCs)代偿性肥大、增殖及炎性介质参与，激活参与代偿期向失代偿期过渡的ECM重构和胶原积累的信号通路，开启了不可逆膀胱重构的自然病程。平滑肌细胞接受机械性压力感受器的信号对膀胱容量进行调节。机械性压力感受器主要有蛋白激酶C (protein kinase C，PKC)及牵张激活离子通道(stretch activated ion channel，SAC)[5]。PKC是一种重要的信号分子，当肌细胞受刺激时PKC从细胞质向细胞膜易位，膜结合的PKC在机械牵拉力的作用下发生构象改变,诱发了下游的信号级联反应，引起细胞核内基因表达的改变。活化的PKC促进神经生长因子(nerve growth factor,NGF)的过度表达，加速创伤组织的修复反应[6]。SAC是最快速最高效的传感器，通过细胞膜张力变化可介导钙离子影响膜电位对离子通道进行调节，作为第二信使还可激活下游信号发挥调节作用。信号通路之间并不是孤立存在的，而是多通路相互交叉多机制相互联系的整体。

细胞生命周期中主要有电学、化学、力学3大信号系统，三者相互协调相互影响。微观力学信号可转化为生物化学信号。细胞受挤压、拉伸、扭曲等机械刺激转化为化学信号最终影响到免疫识别、肿瘤迁移、组织重构等病理生理过程。e-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase，JNK)参与膀胱平滑肌细胞拉伸引导的信号传导途径，机械拉伸可使细胞外钙离子减少，JNK的活化完全依赖细胞外钙离子浓度减少而影响到SMC内的信号传导[7]。肝磷脂结合表皮生长因子 (heparin-binding epidermal growth factor,HB-EGF)是尿路梗阻后平滑肌细胞增殖的强力调节因子,肌细胞受拉伸刺激使HB-EGF mRNA水平显著增加，HB-EGF介导了机械刺激到基因与蛋白水平表达的变化[8]。微观力学信号还可激活炎性通路引起免疫细胞主导的无菌性炎性反应[9]。在BOO的尿路上皮组织中发现炎性反应、肥大细胞激活、巨噬细胞增多以及细胞凋亡增加等现象，机械敏感的黏着斑激酶(focalad-hesion kinase, FAK)活化能够激活T淋巴细胞、活化巨噬细胞，调节促纤维化相关单核巨噬细胞活性，加剧巨噬细胞介导的炎性反应。机械力对巨噬细胞影响具有双向性，较低的张力可能维持微环境稳态，而异常的拉伸则形成了炎性的局部微环境，加速了异常的组织修复愈合，促使组织发生纤维化[10]。

1.2 缺血低氧

慢性持续BOO情况下，膀胱壁承受压力负荷增大，有效血流量减少，周期性异常反复的贮尿及排尿形成缺血再灌注损伤(ischemia-reperfusion injury, IRI)[11]。生理条件下尿路上皮和逼尿肌细胞内几乎没有低氧诱导因子(hypoxia inducible factor,HIF)的表达，而在BOO膀胱标本中发现HIF-1α的表达，尿潴留患者HIF-1α在尿路上皮表达高出原来4倍，72 h时表达达到最大值[12]。HIF-1α和HIF-2α的转录表现出时间依赖性的特点，短期低氧(4 h)短暂上调，长期低氧(72 h以上)HIF-1和HIF-2α蛋白恢复正常低氧水平时，而HIF-3α基因和蛋白表达显著增加[13-14]。低氧促进人膀胱平滑肌细胞(human bladder smooth muscle cells,hbSMCs) 增殖分化，低氧条件下培养的hbSMCs保持较强的细胞活力，这种变化与细胞周期抑制剂p27kip1的增加有关[15]。低氧状态下hbSMCs细胞内变化还包括α-平滑肌肌动蛋白、波形蛋白的表达增加，结缔组织生长因子(connective tissue growth factor,CTGF)基因以及胶原蛋白基因的表达上调，以及胶原蛋白-1转录的持续增加，该过程都不同程度加速了组织的纤维化[16]。通过RNA干扰降低膀胱TGF-β1的表达能改善膀胱壁组织的纤维化，降低逼尿肌压，从而有效改善神经源性膀胱大鼠的排尿异常[17]。

低氧可激活炎性信号通路。hbSMCs在低氧环境中产生强烈的炎性反应，实验表明健康人hbSMC在3% O2含量环境下培养，分别于2、24、48和72 h后从mRNA、细胞蛋白、分泌蛋白水平进行检测，发现TGF-β、IL-1β、IL-6和TNF-α的表达呈时间依赖性增加，其中TNFα、IL-1β和IL-6都是炎性反应中分泌的急性期蛋白[18]。透视电镜下观察到低氧环境下大量T淋巴细胞聚集，组织间质出现水肿、正常组织结构受到破坏。T淋巴细胞活化还可通过分泌细胞因子在细胞免疫中发挥重要作用。在膀胱黏膜下的T淋巴细胞浸润数量与膀胱过度活动的炎性程度呈正相关，尤其是CD3阳性T细胞的浸润患者膀胱过度活动症明显加重。

持续低强度的慢性刺激可引起膀胱壁内非可控非感染性的炎性因子大量释放，多种炎性介质的长期聚集可引起平滑肌细胞及间质细胞的增殖、损伤、纤维化等病理过程[19]。

1.3 神经元相关的改变

神经支配受体的减少是BOO膀胱功能改变另一重要原因。调节逼尿肌收缩功能的受体主要有胆碱受体、嘌呤受体，调节舒张功能的受体主要是肾上腺受体。活检证实BOO逼尿肌神经支配受体表达明显减少，而在BOO迅速缓解后80%的受体水平可恢复正常[20]。豚鼠β肾上腺素受体(除β3-AR外)通过cAMP-PKA信号传导途径调节逼尿肌舒张功能，cAMP激动剂及磷酸二酯酶抑制剂均能使豚鼠逼尿肌细胞膜超级化，消除自发性动作电位的发生而抑制逼尿肌收缩[21]。逼尿肌活动度低的患者一氧化氮合酶(诱导型)的表达明显降低，当β3-AR明显升高时提示膀胱出现严重的过度充盈或已出现失代偿状态。

平滑肌细胞之间的收缩力及电信号以细胞耦联方式进行传递，机械耦联以中间连接作为结构基础传递速度较为缓慢，电耦联以缝隙连接为基础快速传递电信号。缝隙连接构成了相邻细胞间的特殊通道，钙离子及小分子在细胞间的转运，调节许多重要的生理功能[22]。研究表明CX43及CX40 mRNA表达与逼尿肌不稳定高度相关，CX43在逼尿肌细胞膜上的表达降低可使肌细胞之间的缝隙连接通信障碍，正常电信号如不能在逼尿肌细胞中传递则会出现排尿功能障碍，而缝隙连接增加会引起BOO肌源性膀胱活动过度。BOO膀胱功能改变发生在尿路上皮细胞内，在BOO引起上尿路积水的标本中发现黏附蛋白和毒菌碱受体M3的表达明显降低，嘌呤能受体P2X3和毒菌碱受体M2的表达明显升高，表明上尿路积水与神经受体的分布密切相关。

2 细胞水平的改变

膀胱平滑肌细胞之间通过中间连接使肌束成为一个有机组合整体，自发收缩和神经性收缩动态平衡，应力舒张和神经性舒张协调一致。SMCs肥大是BOO最显著的形态学改变，SMCs直径与BOO患者症状持续时间呈正相关，BOO患者的SMCs由于肥大使平均分布面积升高。超微结构中BOO患者的SMCs肥厚具有4个典型特征：细胞间隙增宽、中间细胞连接减少、胶原和弹性蛋白沉积增加、肌束呈斑片状分布[23]。膀胱压力超负荷状态下多种刺激促进SMCs增殖，包括细胞外来源的张力刺激信号、细胞内来源的第二信使刺激信号及基因转录活化信号，最终的结局是基因转录活化通过代谢改变引起细胞表型的变化，这一过程也正是研究膀胱功能失调的重点[24]。

膀胱Cajal间质细胞(interstitial cells of Cajal, ICCs)是平滑肌收缩的特殊起搏细胞，与膀胱多种功能障碍性疾病密切相关。血清干细胞因子(serum stem cell factor,SCF)是ICCs细胞膜C-KIT受体的配体，编码C-KIT蛋白的基因C-KIT或编码SCF的基因SCF发生突变时，KIT信号途径被阻断可导致ICCs细胞的异常增殖。SCF与C-KIT结合组成SCF/C-KIT信号系统参与了机体所有C-KIT阳性细胞的发育、分化、增殖等过程。缺血低氧、炎性介质增多均可导致膀胱ICCs样细胞数量和表型发生改变[25]。Ca2+作为次级信号分子在逼尿肌的信号传导过程中起关键作用。生理条件下膀胱舒缩功能主要是对ICCs的Ca2+进行调节,外源性ATP引起膀胱ICCs细胞内Ca2+一过性升高，通过兴奋嘌呤能受体P2X2和P2X5使钙离子的通透性增加，为ATP介导的嘌呤能神经信号在各种排尿功能障碍性疾病中的研究提供了新的切入点。

3 组织水平变化

ECM重构是梗阻性膀胱功能异常组织水平的最大改变，肌束内和肌束间弹性蛋白的增加是BOO梗阻程度正相关的唯一参数。逼尿肌长时间受牵拉机械性刺激后释放大量炎性细胞因子，促进单核细胞向巨噬细胞的转化，不仅对自身组织造成损伤，也促发炎性级联反应加剧，正向诱导成纤维细胞、上皮细胞、循环间充质干细胞等向肌成纤维细胞的转化。随BOO时间的延长，ECM重构进行性加重，肌束内出现明显纤维化，肌成纤维细胞本身具有更强的合成和释放ECM成分的能力，促进大量胶原束的形成，改变了局部力学应力，这些胶原束聚集在一起使组织质地变硬、弹性下降。膀胱间质内胶原和弹性蛋白长期沉积增加改变了膀胱的生物力学特性，顺应性降低波及上尿路是膀胱功能失代偿的重要标志[26]。梗阻性逼尿肌中C/M(结缔组织与平滑肌的比率)与膀胱重量之间呈线性正相关，结缔组织比例随膀胱重量的增加而升高，早期SMCs增生肥大出现C/M减低，随后是结缔组织的异常增加，出现C/M升高，C/M与膀胱顺应性显著负相关，重度BOO患者的逼尿肌胶原含量显著高于中度患者。ECM重构贯穿梗阻的病程始终，经历了肥厚期、代偿期和失代偿期3个重要阶段,每个阶段不同病理机制发生的时机和可逆性是临床关注的热点，也是实现膀胱功能失调个体化精准治疗的前提。

4 问题与展望

梗阻性膀胱逼尿肌功能失调是一种良性病变，尚未得到人们的广泛关注与重视，但病程晚期同样对患者的生活质量造成严重影响。目前对膀胱功能障碍研究较少，大多还处于动物实验的探索阶段。临床上还没有针对膀胱功能异常诊疗的规范和标准，缺乏相应的筛查手段，确诊时大多已处于不可逆的晚期阶段。鉴于上述情况，应该加大对膀胱功能失调发病机制的深入研究，有利于隐匿性膀胱功能障碍疾病的早期发现，可争取及时有效的救治；有利于对不同类型、不同阶段的膀胱功能失调进行等级分层，更好实现个体化精准治疗；有利于发现膀胱功能失调的治疗靶点，可大大提高诊疗的效率。因此，膀胱功能失调的治疗重点不是局限于主观症状的改善，而是提高对发病机制的认识，做到早发现早预防。