PDE5在ED治疗中的靶向作用

　　作为细胞内信号传导的第二信使，cAMP和cGMP在细胞的生命活动中有重要的意义，细胞内cAMP和cGMP水平的调控是由环化酶的合成和磷酸二酯酶(PDEs)的水解作用来实现。PDEs能特异性地催化环嘌呤核苷酸的3′，5′磷酸二酯键，水解生成相应的无活性的5′GMP或5′AMP。自1962年Sutherland和Rall首次发现对细胞内第二信使cGMP和 cAMP具有水解活性的PDE以来，现确定PDEs家族已有11个基因家族，而且每个家族又有数目不等的亚型，它们对底物的专一性、抑制剂的敏感性和钙/钙调蛋白的依赖性的各不相同。

　　阴茎勃起本质上是一系列神经血管活动，随着人们对其活动过程认识的不断加深，临床上治疗阴茎勃起功能障碍(ED)也发生了深刻的变化。近来PDE5作为研发ED治疗手段的新靶点，已取得了可喜的成绩。本文就其研究的进展作一综述。

　　1  NOcGMP信号转导途径在阴茎勃起中的作用

　　近20年来，阴茎勃起机制的研究取得了许多重大的成就，其中NOcGMP信号转导途径在阴茎勃起中的重要作用已得到公认。NO是一种结构简单的无机气体，其化学性质活泼，半衰期极短，可自由穿过细胞膜，作用于细胞内的靶分子，不需要任何受体的介导，通过cGMP途径，在阴茎勃起过程中发挥作用。当受到各种性刺激作用后，神经元发放的冲动引起副交感神经的非肾上腺能非胆碱能神经释放NO以及血管内皮细胞释放NO\[1\]，NO结合可溶性的鸟苷酸环化酶，使GTP转化为cGMP，从而细胞内的cGMP浓度升高\[13\]，cGMP可激活cGMP依赖性蛋白激酶(PKG)，引起细胞内的钙浓度降低，从而导致阴茎海绵体及阴茎动脉平滑肌舒张，这样流向阴茎海绵体的血流增加，阴茎胀大，阴茎的静脉回流也因阴茎胀大而受阻，最后阴茎勃起\[12\]。阴茎海绵体的cGMP浓度的高低由鸟苷酸环化酶的合成与PDE5的降解速率所决定，当减少或停止性刺激后，或射精后的肾上腺能神经通路作用，cGMP的水解超过合成，阴茎也逐渐疲软。因为心理性的、激素、药物、神经性或血管性的因素影响上述NOcGMP信号转导途径，则可导致阴茎勃起功能障碍(ED)\[2\]。

　　2  PDEs和PDE5

　　在哺乳动物组织，已被发现的11种PDEs家族成员中，PDE1PDE6已被研究多年，但是关于它们的分布以及功能特点还存在着一些分歧；近来被发现的PDE7PDE11的组织学分布以及功能特点也不太清楚\[45\]。PDEs在调节多种生理功能中起着非常重要的作用，在机体的各种组织中均见分布，但是不同的组织细胞的PDEs种类和数量分布不同\[6\]。PDEs的作用有底物特异性，PDE5、PDE6、PDE9对cGMP特异性作用，PDE4、PDE7、PDE8对cAMP特异性作用，PDE1、PDE2、PDE3、PDE10、PDE11则既作用于cGMP又可作用于cAMP，但有时对这两种底物的酶促活性不同，例如，PDE3虽然对cGMP和cAMP有相似的亲和力，但其对cGMP的酶促活性较cAMP的要低\[1,5\]。

　　PDE5在人阴茎海绵体平滑肌组织中含量非常丰富，而且是该组织最主要的PDE\[7\]。另外，免疫组化研究发现，PDE5在血管和支气管平滑肌、血小板等细胞中也有分布，但是在心肌收缩及传导组织中PDE5的存在与否仍有争议\[6,9,11\]。除了PDE5外，阴茎海绵体平滑肌细胞尚有其它类型的PDE被发现，但是这些种类的PDE对阴茎勃起的作用甚微，不能调节cGMP的水平而足以引起阴茎的勃起。

　　3  PDE5抑制剂治疗ED的理论基础

　　PDE5是cGMP特异性的PDE，cGMP或西地那非作用于PDE5催化部位后，刺激cGMP结合在PDE5的变构部位，从而导致PDE5的调节单位被PKG磷酸化，PDE5的磷酸化使其催化部位、变构部位对cGMP的亲和力增加，这些变化负反馈调节cGMP\[1\]。这也提示当cGMP的浓度增加，PDE5对西地那非的亲和力增加，从而形成药效作用的正反馈作用。

　　PDE5抑制剂结构上类似cGMP，在PDE5的催化部位与cGMP相竞争，当cGMP的合成增加时，PDE5抑制剂通过减少cGMP的降解而使cGMP的浓度增高，这也是PDE5抑制剂治疗ED的理论基础。

　　4  PDE5在ED治疗中的靶向作用

　　4.1  ED的西地那非治疗 

　　西地那非是一种高选择性的竞争性的PDE5抑制剂，其作为第一个有效的口服治疗ED的药物，它的出现革新了ED治疗方法，该药使用方便，可逆性强，具有特殊的作用机制，易于被患者接受，近来在临床上已被广泛地使用。西地那非对PDE5的特异性较对其他的PDE的特异性要高。文献报道的西地那非对PDE5的IC50有较大的差异，可能是因为PDE5酶的不同组织来源，或其纯度不同，或缓冲液的成分不同及分析条件的不同所引起的\[1,8,1213\]，但是西地那非对PDE5的IC50较对其他的PDEs的IC50要低得多\[8,14\]，即较低浓度的西地那非即可对PDE5活性的50%形成抑制。

　　西地那非对PDE5的高亲和力及非常低IC50的值表明其对PDE5较其他的PDEs在体外有很强的抑制作用，这提示在体内西地那非达到治疗作用的浓度可能很低，但是药物在作用部位所需的实际浓度还受到药物代谢动力学的影响，这是因为虽然低IC50的值可反映药物的作用力强，但一种药物作用的强弱与其临床上的治疗效果并不总相一致，不能作为反映或衡量临床治疗效果的标准。

　　实验研究表明：西地那非抑制PDE5的效能是抑制PDE1、PDE2、PDE3、PDE4的80-8500倍\[8\]，是抑制PDE7、PDE8、PDE9、PDE10、PDE11的750-8500倍\[4\]。所以，在治疗ED的治疗剂量时，西地那非并不因抑制除PDE5外的上述其他PDEs而继发产生副作用，这些从西地那非对其他的PDEs有较高的IC50而得到反映，例如，西地那非对PDE3与PDE5的IC50比值>4600，PDE3对cGMP和cAMP均有作用，其涉及心肌收缩功能的调节，实验研究表明10μmol/L的西地那非并未显示对心肌收缩有影响，所以治疗量的西地那非并未因对PDE3的抑制作用而产生明显的心脏功能的副反应\[6\]。除了上述的各种PDEs外，西地那非对定位于视网膜杆细胞的PDE6作用较强，其对PDE5的选择性约为PDE6的7.7-16.6倍。在口服100mg西地那非后，血浆中的峰浓度达500ng/mL，但是其96%将与血浆蛋白质相结合\[21\]，口服25mg-100mg的西地那非后，计算出的血浆中游离的西地那非浓度为6.7-27ng/mL\[15\]，这样的浓度足以产生对PDE5的50%抑制效应而达到治疗ED的效果。在口服100mg后，血浆游离西地那非也可以因为抑制视网膜杆细胞的PDE6而产生临床上少见的视觉综合征如视觉蓝色调，视觉明亮感增加等改变，但是因西地那非被人体迅速清除(其血浆半衰期为3-5h)，所以这种副反应多在几分钟或约1h后即恢复正常。

　　只有在受到性刺激以及随后的NOcGMP通路被激活后，西地那非才表现为一种治疗性的PDE5抑制反应\[8\]。其对人阴茎海绵体的神经源性松弛作用通过体外的实验研究得到证明\[8\]：阴茎海绵体组织先用phenylephrine(一种α1受体阻滞剂)作用，模拟海绵体平滑肌的半收缩状态。在没有电刺激时，也即无神经原释放NO以及其他神经递质时，西地那非对海绵体平滑肌无作用，但是，在接受电刺激以后，西地那非增强了对NO依赖的海绵体松弛作用，而且此作用与西地那非的浓度呈正相关，在10nmol/L时即有明显的松弛作用。在另一项研究中，仅使用西地那非，培养中的人海绵体平滑肌细胞的cGMP并不增加，而在西地那非与NO(硝普钠所产生)的混合液中，培养的人海绵体平滑肌细胞内的cGMP却增多\[14\]。这些研究表明：神经源性的NO诱导的人海绵体平滑肌细胞的松弛，主要是通过NO作用于鸟苷酸环化酶，使cGMP的合成增加；随后，PDE5被西地那非所抑制，cGMP的水解减少；两者的综合作用，使cGMP在细胞内积累而产生效应。

　　NO是一种作用于全身循环系统的重要的神经递质，介导血管平滑肌的松弛作用\[16\]，PDE5也分布在血管平滑肌细胞中；当西地那非与硝酸酯类药物联合使用时，因为两者在不同的步骤中发挥作用，即硝酸酯类通过激活鸟苷酸环化酶而升高cGMP的浓度，而西地那非通过抑制可以PDE5而使抑制cGMP的水解，所以会产生协同作用\[17\]。在间断或有规律地接受硝酸酯类药物治疗的患者中禁止使用西地那非，已在该药的说明书中予以明确说明。

　　4.2  其他PDE5抑制剂 

　　IC351是正在被研究的另一种PDE5高效的选择性抑制剂，在2000年美国泌尿外科年会上被报告，已经进行了多中心、双盲的对比Ⅱ期临床研究，探讨其对一系列严重的ED患者治疗的有效性以及安全性。研究表明，该药能明显提高患者的国际勃起功能评分5项(IIEF5)得分，如同西地那非一样，也出现了头痛、面部潮红、消化不良等不良反应，但是该药对PDE5的选择性是对PDE6的700-1000倍，所以，实验中未发现有视觉改变的不良反应发生。该药有很好的开发前景，正在完成下一步的实验。其他新的选择性PDE5抑制如Tadalafil、Vardenafil等，也已进行了临床试验。研究表明PDE5有3型：PDE5A1、PDE5A2和PDE5A3等三种同工酶，PDE5A3与海绵体平滑肌的特异性结合强，很有可能成为研发ED治疗的新药作用靶点。

　　4.3  抑制PDE5基因的ED基因治疗 

　　基因治疗在多领域都显示了美好的前景。阴茎系一体表器官，易将目标基因转运到海绵体组织，海绵体平滑肌细胞间的缝隙连接使阴茎成为一功能合胞体，加上海绵体平滑肌细胞更新慢等特点，有利于基因治疗ED。近来Lin等\[18\]发现，人PDE5基因有一长139bp的启动子序列，在PDE5基因的转录中起关键作用；封闭该序列，可以干扰PDE5基因的转录及PDE5的合成。白文俊等\[19\]将含第1外显子序列的PDE5基因反义寡脱氧核苷酸与脂质体转染试剂DOTAP共同转染阴茎海绵体原代细胞，观察其对PDE5的抑制作用。研究结果表明：PDE5基因反义寡脱氧核苷酸转染后1-6h，人阴茎海绵体平滑肌细胞内的PDE5浓度显著下降；但因为基因的降解，该治疗方法尚不能应用于临床。

　　ED的治疗因为人们对阴茎勃起机制的研究而发生了深刻的变化。随着人们对PDE5基因及同工酶的进一步研究，开发特异性更强的PDE5抑制剂也将成为可能。另外，基因治疗没有其他治疗方法所存在的一些不良反应、并发症及禁忌证，通过特异性抑制PDE5基因表达治疗ED也有美好前景。

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　　作者简介：胡俊东(1975)，男，主治医师.   

　　(1. 湖北孝昌县第一人民医院泌尿外科，湖北孝昌  432900；2. 华中科技大学同济医学院附属同济医院泌尿外科，湖北武汉  430030)

　　(编辑  雷立权)