缝隙连接与勃起功能的关系
缝隙连接与勃起功能的关系 【摘要】 由连接蛋白43构成的缝隙连接，是阴茎海绵体平滑肌细胞网络 同步兴奋并快速协调一致舒缩的解剖生理基础，是维持正常勃起功能的重要条件， 是治疗勃起功能障碍的重要分子靶标，缝隙连接的异常将会导致勃起功能的异常。本文就这方面的研究现状作一综述。
【关键词】 缝隙连接 连接蛋白43 阴茎 勃起 在阴茎勃起的外周生理机制中，海绵体平滑肌舒张是重要因素。人类阴茎 海绵体平滑肌细胞网络，之所以能同步兴奋并快速协调一致的舒缩，是因为存在 缝隙连接(gap junction, gj)。由于它主要由连接蛋白43(connexin43, cx43)构成，故 又称cx43型gj(connexin43 gap junction)。gj广泛分布于各脏器组织，在平滑肌协调 性舒缩、内环境稳定、胚胎发生及细胞生长调控中发挥重要的作用，是目前国际 研究最热门的课题之一。cx43型gj是维持正常勃起功能的重要条件，其表达异常 与勃起功能障碍(erectile dysfunction, ed)的发生密切相关。本文就这方面的现状作 一综述。
1 gj的解剖生理 一般而言，兴奋不可能由一个细胞直接传导至另一个细胞，这是由于细胞 间电阻很大，无法形成有效的局部电流。gj存在于大多数组织，是细胞间一种特 殊的连接方式，使兴奋可以实现在细胞间的直接传导。wwW.133229.COm在gj 所在部位，相互偶联的两个细胞的膜靠的很近(＜3nm)。冰冻断裂扫描电镜图像 显示，每侧细胞膜上都规则排列着一些蛋白颗粒，称为连接体(connexon)或半通 道(hemichannel)，是由6个连接蛋白单体构成的六聚体，中央围成一个亲水性孔 道。连接体在内质网高尔基体合成后，通过出胞作用到达细胞膜[1]，与偶联细 胞膜上的连接体端 端对接，使二者的亲水性孔道对接形成连接通道(gap junctional channel)，连接通道的胞外部分镶嵌在脂质双层中。对接前的半通道通 常是关闭的，仅在特定的电化学环境中开放，参与旁分泌细胞间信号传递和诱导 细胞凋亡[2]。连接通道通常是开放的，允许分子量小于1kd的物质，如代谢产物 前体、营养素和包括ca2+、k+、ip3、camp、cgmp在内的离子和第二信使分子等 通过[3]，为溶质扩散提供了细胞间水相通道。这种分子信号交换的过程，也称 作gj介导的细胞间信息交流。一个细胞产生的兴奋信号，可通过gj直接传播到另 一个细胞。因此，激发一次快速的合胞体式的舒缩反应，不须所有平滑肌细胞都 受到直接刺激，因阴茎海绵体平滑肌细胞可作为一个细胞网络起作用[4]。gj给相互偶联的细胞提供胞质连续性[5]。gj可在细胞内ca2+浓度过高或酸中毒、低氧、 低血糖情况下关闭，导致海绵体平滑肌张力降低，从而诱发阴茎低流量异常勃起 [6]。gj在海绵体组织信号传导中起着关键作用[7]。
作为gj的构成元素cx，实质上是一种膜蛋白，目前在人类基因组已克隆出 21种[8]。依据cdna测序所得的分子量，cx家族依次命名为cx26、cx30、cx31、cx32、 cx37、cx43等[9]。一个cx分子包括四个跨膜片断、一个胞内环和两个胞外环，羧 基末端和氨基末端位于胞内，羧基末端具有活性，其磷酸化/去磷酸化水平对gj 的功能状态有重要影响。多种cx可共存于同一组织，一个gj亦可由两种以上cx构 成。从冠状动脉旁路移植获得的乳房内动脉和隐静脉标本中，采用双重全细胞膜 片钳(dual whole cell patch clamp，dwcp)技术，研究培养的血管平滑肌细胞gj时， 发现有一种非典型通道，其电导类似cx40而电压门控行为类似cx43，通过免疫印 迹norther blot分析证实有cx40及cx43mrna联合表达[10]。系列研究已证实阴茎海 绵体平滑肌细胞gj主要由cx43构成[11 12]，它定位于人类6号染色体 (q21-q23.2)[8],有一个相对大的导电性(≈100-120ps)，一个相对长的平均开放时间 (0.5-5s),一个极短的平均关闭时间，因此有一个相对高的平均开放概率(≈90%)[13]。
2 gj与勃起的整体协同性 虽然调节生理勃起过程的多种因子(如ca2+、k+、环核苷酸等)已得到证实， 同时也提出了一些问题。例如，为何处于低灌流状态下的海绵体，仅局部注射微 克级的vip和pge1就可诱发快速坚硬的阴茎勃起？一个包埋在大量细胞外基质中 的平滑肌束构成的器官，为何能出现如此快速协调的反应？有限的自主神经分布 能提供快速协调一致的阴茎勃起吗？现有的人和动物模型显示海绵体平滑肌神 经末稍分布相对稀少，与平滑肌细胞远远小于一一对应关系[14]，并非骨骼肌那 样神经 肌接头的对应关系。单用药物的扩散理论难以完整解释这些现象。研究 发现由cx43构成的gj，为海绵体细胞与细胞之间协调一致的反应提供了解剖学基 础。cx43在功能上联络相偶联的平滑肌细胞浆，任何肌细胞离子通道的活性改变 都将影响邻近细胞的状态。事实上阴茎小范围任何形式的电化学改变均可迅速传 遍整个器官，这种合胞体细胞网络的存在对于勃起功能至关重要，保证海绵体和 动脉平滑肌在受到神经或药理学刺激时能作出协调一致的反应[11]。
现已清楚非结合性离子通道(nonjunctional ion channels)调节单个肌细胞反 应，而缝隙连接通道使海绵体整体反应协调一致。但是这两种通道如何与勃起的 中枢控制及外周神经控制相协调，还有另一层复杂性。christ[5]提出“合胞体组织 三联(syncytial tissue triad)”理论，即阴茎海绵体平滑肌细胞网络的收缩和舒张，类似心肌细胞的“全或无”特性。该理论将神经系统的功能活动并入勃起生理学， 认为勃起过程取决于信号(反映神经分布密度和初速率等)、信号转换(反映细胞内 ca2+、k+、ip3、camp、cgmp的系列变化)、信号传播(反映gj细胞间信息交流的 绝对重要性)三个密不可分的有机组合。
3 gj的异常与ed的发生 目前已证实gj的异常与人类生殖系统疾病(精子活力缺乏、睾丸癌、前列腺 癌等)密切相关[3]。同样，越来越多的证据表明cx43型gj受损与ed的发生也存在 种种联系。brink等[12]通过对stz糖尿病大鼠ed模型短期培养的海绵体平滑肌细胞 进行荧光染料转移试验，结果显示cx43型gj渗透性增加，导致ca2+、ip3等信使发 生更有效的转移，从而增加海绵体平滑肌张力，促使ed发生。jiang等[15]通过对 自发性高血压大鼠模型的阴茎海绵体超微结构研究发现，不规则条状胶原质在海 绵窦的贮积明显增加，改变了gj介导的细胞间信息交流，降低了海绵体平滑肌的 顺应性和弹性，促使ed发生，提示在海绵体纤维化相关ed患者，cx43型gj可能受 损。bellinghieri等[16]通过对慢性肾功衰ed患者的阴茎海绵体超微结构研究发现， 平滑肌细胞变性萎缩、数量减少，间质胶原纤维增加，结果gj数量显著下降。pitre 等[17]通过对糖尿病外周神经元变性大鼠的阴茎背神经束膜免疫组化研究，结果 显示与控制组相比，cx26和cx32显著降低，而cx43在两组均未检测到。
4 基于gj治疗ed的现状及展望 由于阴茎海绵体组织中有gj的存在，保证信号在平滑肌细胞网络同步化传 播，因此只要少量细胞转染目的基因即可取得疗效。利用gj的这种特性，将舒张 性生物活性因子的dna片段作为目的基因，通过转基因技术导入ed动物体内，达 到治疗ed的目的[18 19]。melman等[20]利用hmaxi k基因进行人体试验并取得 初步成果，是基因治疗人类ed的里程碑。
已发现某些ed患者的病因与海绵体平滑肌张力增高和(或)平滑肌舒张受损 有关。从阴茎勃起的周围神经生理学角度，改变阴茎对肾上腺素能、胆碱能或非 肾上腺素能非胆碱能(nanc)神经递质的反应性，有助于增强组织张力和削弱平滑 肌舒张，而这些正是ed患者的基本特征。将gj作为新的药物作用靶点进行研究， 采用gj阻断剂(如1 庚醇、甘草次酸)抑制局部细胞内增强的ca2+、ip3信号通过 gj通道在平滑肌细胞网络同步传播，降低平滑肌张力，有利于平滑肌舒张[21]， 这可能对治疗ed有重要启示。从cx43基因表达到降解的各个环节(包括cx43的翻译和翻译后修饰)，蛋白 磷酸化已被用来调节gj介导的细胞间信息交流[22]。但cx43在pkc依赖性过度磷酸 化时，gj将会受到抑制。具体可从cx43的转录、翻译、组装、插入细胞膜以及与 偶联细胞的cx43相对接等多个环节来调控gj。利用cx43基因(或联合no基因、 hmaxi k基因)治疗ed的设想[8]，可能开辟ed的后“三线疗法”新时代。
综上所述，cx43型gj是阴茎海绵体平滑肌合胞体细胞网络快速协调一致舒 缩的解剖生理基础，是维持正常勃起功能的重要条件，也是治疗ed的重要分子靶 标，调控gj将为治疗ed提供新的思路。