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下尿路NO 信号通路及其在脊髓损伤中的意义
2007-07-22   作者:鞠彦合, 廖利民   来源:

      一氧化氮(NO) 是一种广泛的信号分子, 在人体大多数器官系统的生理、病理过程中发挥着重要作用。目前对NO 的研究较多。现就其在下尿路NO 信号通路及其在脊髓损伤中的意义作一综述。

    1NO 的发现及一般生物学特性1980 Furchgott [1]提出乙酰胆碱诱导的血管舒张依赖于血管内皮的完整, 并证明这种效应由内皮释放一种称为内皮舒张因子( EDRF) 的新物质介导。随后的实验证实EDRF 的本质为NO[2]。从此NO 在现代生物学和医学研究中十分活跃, 并显示方兴未艾的趋势。
    NO
NO 合成酶(NOS) 家族合成, 在氧和还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH) 存在下, NOS 催化L-精氨酸转化为NO L- 瓜氨酸。NOS 至少有两种亚型:( 1) 结构型NOS, 在内皮细胞和神经元中首先被描述, 分别称为eNOS nNOS, 为钙离子依赖性NOS, 由生理浓度的
钙离子通过与钙调蛋白结合到酶的活门结构域激活酶活性促进NO 合成; ( 2) 诱导型NOS( iNOS) , 首先在活化的鼠巨噬细胞中被发现, 后发现其基因存在于肝细胞、平滑肌细胞、内皮细胞等各种细胞中, 正常情况下不表达, 在病理条件下如炎症刺激时, iNOS 诱导生成, 可不依赖钙离子而合成大量NO
    NO
不带电荷, 有一个未配对电子, 因而具有很强的活性, 其半衰期为2~6s, 通过与氧反应形成NO2 而失活。其生理作用有: 舒张血管; 抑制血小板聚集和黏附; 参与中枢和外周的神经传递, 与学习记忆有关; 参与阴茎勃起; 参与免疫过程。NO 的作用方式之一是通过自由弥散进入邻近靶组织, 激活鸟甘酸环化酶(GC) , 产生环磷酸鸟苷( cGMP) , cGMP 升高后激活一系列生理和生化过程。NO作用的另一个途径是激活二磷酸腺苷(ADP) , 促进ADP-核糖基直接与受体分子结合。此外, NO 还可直接结合某些通道发挥作用, 如在血管平滑肌细胞膜上, NO 可直接激活钙依赖的钾通道。

    2 NO 在下尿路的分布

    外周神经对下尿路平滑肌张力的控制被认为是由起源于或经过盆主要神经节(MPG) 的节后神经介导的, MPG是混合神经节, 包含交感和副交感神经元, 其中胆碱能、肽能、嘌呤能和氮能神经传递均存在。最近在MPG 中发现了含NO 的神经元[3]。对鼠采用逆行轴突示踪和免疫组化检测NOS 免疫活性的方法研究发现, MPG 中所含NOS 神经纤维主要投射到尿道, 只有少量纤维投射到膀胱[4]。切除鼠的盆神经节会导致NOS 免疫活性在尿道的消失, 支持氮能神经或者起源于或者经过MPG 的观点[5]。逆行示踪剂注射到MPG 的研究发现一些节前NOS 免疫活性神经元起源于脊髓L5 S2 节段, 相对应于骶副交感核。
    
应用NOS 免疫反应染色法研究发现NOS 存在于尿路上皮中。eNOS iNOS 均存在于尿路上皮中, 且在受到激动剂刺激后, 尿路上皮释放NO。然而在猪和鼠的膀胱上皮中未发现iNOSeNOS nNOS 免疫活性[6]。在人类, 虽然逼尿肌具有NOS 免疫活性神经元, 然而它们的密度比尿道和膀胱颈要少得多[7]。通过测定放射性标记的L- 精氨酸转换成L- 瓜氨酸的量来分析NOS 酶活性, 发现在人类尿道中NOS 酶活性显著高于逼尿肌中活性[8]。男性膜部尿道括约肌由外层横纹肌和内层的环纵平滑肌组成。NOS 免疫活性已在人类外括约肌横纹肌中发现[7], 肌纤维膜NOS染色阳性, 横纹肌中有含NOS 的神经干纤维和散在的细神经纤维。
    

    3 NO 在下尿路的生理作用
    3.1 NO
对尿道的作用
    
电场刺激许多物种游离的尿道标本可引起频率依赖性舒张, 这种反应可被河豚毒素所阻断, 显示舒张是由神经元机制介导的。Andersson [9]对兔的尿道标本研究后指出, 若预先用NOS 抑制剂处理, 这些电诱导的舒张会以浓度依赖的方式显著减少, 在应用NOS 抑制剂最高浓度时,舒张完全消失, 他们因此提出假说: 在非肾上腺非胆碱能神经介导的尿道括约肌舒张中, NO 是一种重要的生理介质。在鼠尿道标本中加入外源性的NO 供体或NO 亦可引起相似的浓度依赖性舒张[10]。同样在人类尿道标本中亦发现NO 依赖的神经原性舒张[8]
    
神经元释放的NO 对尿道平滑肌的作用可能至少部分是通过尿路上皮介导的。Pinna [11]研究指出, 应用电场刺激大田鼠近端尿道后产生的NO 依赖的舒张在剥脱尿路上皮层后显著减少, 这是否表示NO 调节另一种介质从尿路上皮释放从而部分导致尿道的松弛还不清楚, 但有很好的证据提示从神经元释放的NO 可通过直接作用于平滑肌细胞而致尿道的松弛。
    
有作者[1012]研究发现, 向鼠尿道内灌注NO 供体硝普钠可显著降低尿道压力。Bennett [13]研究了NOS 抑制剂对麻醉鼠排尿的影响, 在膀胱充盈灌水时, 可观察到高幅的膀胱收缩同时伴有尿道松弛, 这些尿道的松弛只发生在反射性膀胱收缩和排空时, 当膀胱空虚时不发生。应用NOS 抑制剂可抑制反射性尿道舒张的振幅和持续时间, 而对等容膀胱收缩的振幅和持续时间并没有明显的影响。从以上对尿道的体内体外研究看来, NO 对下尿路的主要调节功能是介导排尿时尿道平滑肌的反射性松弛。虽然NOS 免疫活性在人类外括约肌横纹肌中存在, 但迄今为止关于NO 对尿道壁内横纹肌的控制作用仍然不很清楚, 是否从尿道标本中观察到的NO 依赖的神经源性舒张部分是通过平滑肌和横纹肌的共同作用还有待进一步研
究。
     3.2 NO
对膀胱的作用
    
电刺激游离的鼠膀胱标本会引起频率依赖性收缩,有些收缩不能被NOS 抑制剂所阻断[10]。从人逼尿肌标本中也观察到类似的现象[8]。在特定的实验条件下, 电刺激人类逼尿肌标本可观察到微弱的舒张, 这些舒张不像是神经性介导的, 因为其不被河豚毒素所抑制, 而被NOS 抑制剂部分抑制[14]。将膀胱标本暴露于NO 供体或NO 中会引起轻微的舒张反应, 比在鼠尿道标本中观察到的反应轻微[10],并且逼尿肌平滑肌细胞对cGMP 的效应不敏感[15]。考虑到氮能神经在逼尿肌的分散支配, 逼尿肌的低NOS 活性以及逼尿肌对NO 作用的低敏感性, 神经元来源的NO 在逼尿肌功能的调节中可能不起重要作用, 但有可能在调节逼尿肌对其他递质的反应中起一定的作用。另外, 尿路上皮来源的NO 可能在调节逼尿肌功能方面起重要作用, 与血管平滑肌张力的内皮调节一样, 尿路上皮可能通过释放一些介质来调节逼尿肌对激动剂的收缩反应[16]

    Bennett [13]结扎尿道膀胱连接处, 对膀胱内压和尿道压进行独立测量, 他们发现NOS 抑制相似不影响膀胱的收缩性, 但膀胱容量和残余尿增加, 提示排尿时尿道平滑肌的松弛对有效的膀胱排空来说是必要的。Thelbald[17]发现在麻醉猫的膀胱内和动脉内应用NOS 抑制剂会降低排尿的容积阈值, 这种NO 依赖的调节排尿阈值的机制目前还不清楚。
    
在膀胱充盈过程中, 膀胱内压力没有显著增加直到膀胱接近功能容量。关于膀胱充盈时膀胱松弛的机制目前还不清楚, 肌源性和神经原性机制已被提出[18]NO 在其中可能起部分作用, 类似于NO 介导的胃的容受性扩张。然而逼尿肌的分散性氮能神经支配, 加上体外研究中未观察到神经介导的逼尿肌松弛, 对神经元介导的NO 依赖的逼尿肌松弛机制是很大的挑战。尿路上皮可作为牵张感受器, 类似于血管张力的血管内皮调节, 当膀胱充盈时尿路上皮的牵张可打开牵张激活的钙通道, 从而反过来调节NO 的合成, 进而使膀胱松弛。

    4 NO 在脊髓损伤患者中的应用前景
    
许多脊髓损伤患者会发生逼尿肌括约肌协同失调(DSD) DSD 导致膀胱排空不全和膀胱内高压, 膀胱排空不全是泌尿道反复感染的主要原因, 膀胱内高压可导致肾积水, 肾功能恶化。目前尚无理想的治疗DSD 的方法, 传统方法如括约肌切断术在一些患者中疗效不明显, 且可引起尿道狭窄、勃起功能障碍( ED) 等并发症。括约肌球囊扩张、金属尿道支架置入、注射肉毒素到外括约肌等虽然有效, 但也有缺点; α- 肾上腺素阻滞剂对DSD 的治疗试验未能降低膀胱压力[19]

    基于NO 在正常下尿路中的生理作用和对括约肌NO 水平的药理试验, Mamas [20]2001 年提出提高脊髓损伤男性患者的外括约肌NO 水平以降低DSD 的尿道压力, NO 供体可能代表一种新的对DSD 的治疗药物。NO 供体可通过全身性途径( 如口服或舌下制剂) 或者经过尿道送到外括约肌, 经尿道可避免全身性副反应, 如头痛和低血压。外括约肌具有丰富的血液供应, 因此舌下或口服后尿道括约肌中NO 可以达到很高的浓度。因为尿道括约肌对NO 的作用比逼尿肌更加敏感, 因此这种方式输送的NO供体会选择性加强尿道括约肌的松弛而对膀胱功能产生极小的影响, 其效应将会是降低尿道压力从而有利于膀胱排空。如果药理学应用NO 供体确实证明是一种治疗DSD 的有效方法, 他们还提出基因治疗的可能性, 即结构活性的NOS 可被转染到尿道平滑肌和横纹肌细胞中, 从而对DSD 患者的慢性尿道压增高提供一种永久性的解决方法。
    Reitz
[21]8 名健康男子采用尿动力学和磁刺激骶神经根诱发外括约肌收缩的方法研究了NO 供体对外括约肌静息张力和收缩行为的影响, 发现NO 具有体内松弛人类横纹尿道括约肌的作用, 舌下含服二硝酸异山梨醇酯10mg 后静息张力和收缩行为改变明显。他认为, 对于外括约肌过度活动或不松弛引起的尿潴留, NO 供体可能是一种新的治疗药物。
    
此后, Reitz [22]首次在12 例脊髓损伤患者中进行了口服NO 供体治疗DSD 的临床研究, 发现口服10mg 二硝酸异山梨醇酯后, 外括约肌静息和不协调收缩时压力均明显降低而膀胱压和反射容积没有改变; 且药物治疗改善了耻骨上叩击排尿患者的排空, 明显减少了残余尿。
    
通过初步研究结果来看, NO 供体在脊髓损伤DSD患者中的应用前景令人兴奋。但其长期有效性( 是否减少发热性尿路感染和自主神经反射异常的机会, 是否缓解肾积水和膀胱输尿管返流) 需要行大样本的随机对照研究来确定。另外, 其降低尿道外括约肌压力的机制尚需进一步研究。外括约肌由外层横纹肌和内层平滑肌组成, 直到今天, 横纹肌、平滑肌、固有层的血管充盈对外括约肌压力的相对贡献仍未确定[23]。在女性中, 通过刺激副交感传出通路可观察到尿道压降低, 提示有抑制性神经冲动到达平滑肌( 现在已知为氮能神经) [24]。因此, NO 可通过松弛外括约肌的平滑肌降低尿道压力。但NO 是否会松弛尿道横纹括约肌需要进一步研究。

 

 

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