泌尿器科疾病的病理机制解明和新治疗方法的创造（2022年 日文翻译）

片冈智哉

1.前言

随着治疗方法的发展和诊断技术的进步，医疗水平得到了提高，人均寿命也在不断延长。然而，同时也出现了人口老龄化的趋势，随着年龄的增长，疾病的发生率也在增加。此外，随着生活方式的改变，生活习惯病如2型糖尿病和高血压等的发病率增加，晚婚导致的不孕症也成为了一个问题。这些问题与泌尿器科疾病密切相关，要维护未来社会的生活质量（quality of life；QOL），必须解决这些问题。本综述将介绍作者在泌尿器科领域疾病的病理机制解明和新治疗方法的创造方面所做的研究。

2.雄激素（アンドロゲン）水平下降及雄激素替代疗法（androgen replacement therapy；ART）

雄激素（アンドロゲン）是性成熟过程中重要的激素之一，其中包括了在1939年获得诺贝尔化学奖的性激素。近年来的研究表明，雄激素（アンドロゲン）不仅在生殖器官中发挥作用，而且对维持身体内恒定性也有重要影响。雄激素（アンドロゲン）包括睾酮（テストステロン）、二氢睾酮（ジヒドロテストステロンdihydrotestosterone；DHT）和雄甾烯酮（アンドロステネジオン）等，其中睾酮（テストステロン）是由睾丸分泌的，在病理生理学中具有重要作用。

睾酮（テストステロン）是由下丘脑视床下部释放促性腺激素释放激素（gonadotropin-releasing hormone；GnRH）刺激垂体前叶分泌黄体生成素（luteinizing hormone；LH），然后在睾丸的间质细胞（ライディッヒ細胞）中产生。此外，睾酮（テストステロン）可以通过脂肪组织中含量较多的酶—芳香化酶（アロマターゼ）—代谢成雌激素（エストロゲン），如雌二醇（エストラジオール）和雌酮（エストロン）等。血液中雌激素（エストロゲン）水平上升时，通过负反馈（ネガティブフィードバック）机制作用于下丘脑视床下部，可导致睾酮（テストステロン）在睾丸中的产生量降低。此外，脂肪组织释放的炎症性细胞因子（サイトカイン）［肿瘤坏死因子α（tumor necrosis factor-alpha；TNF-α）和白细胞介素6（interleukin-6；IL-6）］可减弱GnRH的作用，从而导致睾丸中的睾酮（テストステロン）产生量降低。此外，脂肪组织释放的瘦素（レプチン）存在于睾丸中的许多受体，当血液中瘦素（レプチン）浓度增加时，可以导致睾酮（テストステロン）的产生量降低，因此肥胖男性可能会降低睾酮（テストステロン）水平。此外，随着年龄的增长，也是导致睾酮（テストステロン）水平降低的风险因素。随着年龄的增长，睾丸间质细胞（ライディッヒ細胞）数量减少，从而导致睾酮（テストステロン）水平下降。一方面，肾上腺性的雄激素（アンドロゲン）的去氢表雄酮（ジヒドロエピアンドロステロンdehydroepiandrosterone；DHEA）被代谢为睾酮（テストステロン），但是随着年龄的增长，DHEA的产量也会降低。因此，伴随着睾酮（テストステロン）水平下降而引发的各种疾病被称为睾酮缺乏症（テストステロン欠乏症）或雄激素缺乏症（アンドロゲン欠乏症）。尤其是由于随着年龄的增长而引起的雄激素（アンドロゲン）下降所导致的多种症状，称为老年男性性腺功能低下（late-onset hypogonadism;LOH）综合症，在我国（日本）也于2007年发行了诊疗指南，目前正在进行修订工作。LOH综合症的病因复杂多样，不仅引起性欲（リビドー）降低或勃起功能障碍（erectile dysfunction；ED）等性功能症状，还会引起睡眠障碍、记忆力下降、注意力不集中、沮丧、抑郁、烦躁、不安、疲劳等心理症状，以及骨骼、关节、肌肉相关症状、出汗、潮热等多种身体症状。

自1939年诺贝尔化学奖的获得以来，众所周知，雄激素（アンドロゲン）对男性生殖功能的重要性。特别是睾酮（テストステロン）对于一次和二次性征的发育非常重要，是阴茎海绵体结构的生长和维持必需的物质。此外，睾酮（テストステロン）对于正常的勃起功能也很重要，因此由睾酮（テストステロン）水平下降引起的勃起功能障碍（ED）被归类为器质性ED。如图1所示，根据欧洲泌尿器学会的分类，内分泌性ED被归类为器质性ED的一种，而器质性ED还包括血管性ED、神经性ED和解剖性ED。血管性ED又可分为动脉性ED和静脉性ED。另外，除了器质性ED之外，还有因精神疾病引起的心因性ED。ED一般被分为这两种类型加上混合型，共三种类型。近年来，随着全球老龄化进程的加快，人们对于性功能障碍和LOH综合症等男性更年期问题的认识不断提高，内分泌性ED的治疗备受关注。1994年，在北美进行的大规模流行病学调查马萨诸塞州（マサチューセッツ）男性衰老研究中，对1000多名40岁到70岁的男性进行了ED的严重程度分类调查，发现整体52%的男性患有ED，其中10%的男性患有完全ED。此外，在2010年欧洲进行的一项大规模临床研究中，研究了3000多名40岁到79岁的男性的血液中睾酮（テストステロン）水平与LOH综合症各症状之间的关系，结果表明血液中睾酮（テストステロン）水平下降与勃起功能下降之间存在显著相关性。在1998年，我国（日本）使用了与马萨诸塞州（マサチューセッツ）男性衰老研究相同的调查问卷进行流行病学调查，结果估计30岁到79岁男性中度和完全的勃起功能障碍患者约有1130万人，随着日本人口老龄化的加剧，这一数字可能会进一步增加。

《ED诊疗指南［第3版］（ED診療ガイドライン［第3版］）》指出，治疗勃起功能障碍的首选药物是磷酸二酯酶-5（ホスホジエステラーゼ-5phosphodiesterase；PDE-5）抑制剂，而我国（日本）可开处方的有三种药物：西地那非（シルデナフィル）、伐地那非（バルデナフィル）和他达拉非（タダラフィル）。然而，在老年人和糖尿病患者中，由于大多数人存在睾酮（テストステロン）水平低下引发的内分泌性勃起功能障碍，PDE-5抑制剂无效的情况比其他疾病高达约40％，这是其特点之一。对于PDE-5抑制剂无效的情况，常采用前列腺素E1（プロスタグランジンE1）的海绵体注射或阴茎假体植入手术（プロステーシス挿入手術），可获得良好的疗效，但其高侵入性和高昂的医疗费用是当前需要解决的问题。另一方面，如果睾酮（テストステロン）水平下降，可以进行雄激素替代疗法（ART）。但是，Jain等人的Meta分析（メタ解析）研究表明，ART的有效性为57.0％，提高ART的疗效也是需要解决的问题。

我们旨在提高ART治疗效果，使用大鼠（ラット）研究雄性激素（男性ホルモン）低下伴发的ED病理解释以及ART的作用机制。我们在麻醉下对12周龄的雄性Wistar/ST大鼠行睾丸切除手术以制作雄性激素（男性ホルモン）缺乏模型（Cast组）。作为对照组，我们制作了仅进行腹部开放和缝合的Sham组。四周后，我们使用阴茎海绵体内压（intracavernous pressure；ICP）测量法评估了大鼠的勃起功能，结果在Cast组中观察到了显著的勃起功能下降。此外，我们摘取大鼠的阴茎海绵体组织，进行等长张力测定，评估了收缩和松弛反应。结果显示，Cast组中对乙酰胆碱（アセチルコリン）的松弛反应下降，这表明可能出现了血管内皮功能障碍。此外，我们还使用Masson三色染色法（マッソントリクローム染色法）评估了阴茎海绵体组织中的平滑肌和胶原纤维。结果显示，Cast组中平滑肌明显减少。为了揭示这些功能下降的原因，我们使用超高效液相色谱串联质谱（超高速液体クロマトグラフィー・タンデム型質量分析装置ultra performance liquid chromatography tandem mass spectrometry；UPLC-MS/MS）测量了内源性一氧化氮合酶（nitric oxide synthase；NOS）抑制物非对称性二甲基精氨酸（非対称性ジメチルアルギニンasymmetric dimethylarginine；ADMA）的量。结果显示，Cast组中ADMA值显著增加。ADMA具有类似精氨酸（アルギニン）的结构，具有竞争性抑制NOS的作用，可能成为血管内皮功能障碍的原因。另一方面，ADMA伴随组织炎症而增加已为人们所知。通过实时（リアルタイム法）评估陰茎海绵体组织中的炎症反应，观察到Cast群中存在NADPH氧化酶（NADPH oxidase）、p22^phox等氧化应激标志物（酸化ストレスマーカー）的增加，以及IL-6、核因子kappa B（nuclear factor-kappa B；NF-kB）等炎症性细胞因子（サイトカイン）的增加。此外，还观察到阴茎海绵体的DNA中的8-OHdG增加。因此，观察到阴茎海绵体中的ADMA合成酶PRMT的表达量增加。另一方面，对进行睾丸切除术的大鼠实施ART后，观察到这些功能障碍得到了改善。有趣的是，以前的研究已经暗示雄性激素（男性ホルモン）下降可能引起组织炎症。本研究结果如图2所示，随着年龄的增长，勃起功能下降的机制得以明确，这暗示了ART对内分泌性ED的有效性。通过进一步发展这些研究，可以进行更有效的ART，并旨在提高QOL（quality of life生活质量）。

3.2型糖尿病引起的勃起障碍的ART

肥胖是涉及到国民健康的一个重要问题，肥胖指数（身体质量指数body mass index；BMI）超过25时，会增加心血管疾病和糖尿病的发病风险。根据厚生劳动省令和元年的国民健康和营养调查结果，肥胖者（BMI≧25）的比例为男性33.0％，女性22.3％，男性以40多岁的（39.7％）最多，其次是50多岁的（39.2％）。糖尿病患者数量正在持续增加，根据厚生劳动省2017年的统计数据，其数量已经达到了328万人。此外，根据国际糖尿病联合会的《糖尿病地图第10版（糖尿病アトラス第10版）》，截至2021年，全球糖尿病患者数量已经达到了5.37亿人，成年人中有10.5％的人患有糖尿病。

近年来已经发表了多篇关于肥胖、2型糖尿病和雄激素缺乏症（アンドロゲン欠乏症）等性腺功能减退症之间关联性的研究报告。这是由于由内脏脂肪产生的炎症性细胞因子（サイトカイン）和瘦素（レプチン）等物质降低了睾酮（テストステロン）产生通路中性腺刺激激素的产生。另外，Fukui等人也报告了当雄激素（アンドロゲン）降低时，基础代谢率会降低，导致内脏脂肪增加和血糖升高等情况。因此，由于雄激素缺乏症（アンドロゲン欠乏症）会增加生活习惯疾病如肥胖、2型糖尿病等的发病风险，因此需要警惕与睾酮（テストステロン）的产生之间的恶性循环。

根据2018年修订的《ED诊疗指南[第3版]（ED診療ガイドライン［第3版］）》，糖尿病患者患有ED的概率比健康人高出两倍以上，因此糖尿病被认为是ED的重要风险因素之一。此外，有报道称针对患有糖尿病的ED患者使用PDE-5抑制剂的有效率低于非糖尿病的ED患者。其中原因是由于高血糖状态引起氧化应激（酸化ストレス），导致阴茎海绵体内皮细胞受损，从而使海绵体平滑肌无法正常松弛。近年来，为了治疗糖尿病引起的ED，已经尝试了许多不同的方法，包括向阴茎海绵体施加低冲击波，以改善内皮细胞功能，以及将干细胞注入阴茎海绵体等。然而，需要建立一种不需要设备投资的简单有效的治疗方法。对于肥胖和2型糖尿病患者使用PDE-5抑制剂无效的病例中，若睾酮（テストステロン）水平低下时，可以给予ART治疗。然而，目前还没有详细探讨睾酮（テストステロン）作用机制的基础研究报告，因此需要进行研究以确保安全有效地进行ART治疗。因此，笔者在2型糖尿病模型大鼠中探讨了在雄激素（アンドロゲン）低下时采用ART治疗勃起障碍的效果。

使用过食引发2型糖尿病的Otsuka Long-Evans Tokushima Fatty(OLETF)大鼠，以Long-Evans Tokushima（LETO）大鼠作为对照组进行的研究。大鼠从5周龄开始饲养，OLETF大鼠在10周龄后显示出高血糖。在25周龄时，观察到OLETF大鼠的睾酮（テストステロン）水平显著下降，通过ICP测定法评估勃起功能时发现，OLETF大鼠的勃起功能显著下降。此外，摘除大鼠的阴茎海绵体组织并进行等长张力测定，评估其收缩和松弛反应。结果显示，由于OLETF大鼠对乙酰胆碱（アセチルコリン）的松弛反应降低，可能表明存在血管内皮功能障碍。此外，通过Masson三色染色法（マッソントリクローム染色法）评估了大鼠的阴茎海绵体组织中的平滑肌和胶原纤维，发现OLETF大鼠的平滑肌显著减少。通过使用UPLC-MS/MS技术，测定了ADMA水平，结果显示OLETF大鼠中ADMA水平显著增加。通过RT-PCR技术，在大鼠阴茎海绵体中研究了各种勃起功能相关因子，结果发现OLETF大鼠中TNF-a、IL-6、诱导型一氧化氮合酶（inducible nitric oxide synthase；iNOS）的表达增加，而内皮型一氧化氮合酶（endothelial nitric oxide synthase；eNOS）和Sirt-1的表达量下降。然而，在从20周龄开始的5周内给予OLETF大鼠ART治疗后，观察到通过炎症反应的抑制和Sirt-1的增加导致eNOS的增加和ADMA水平的降低，因此认为通过eNOS/Sirt 1通路的激活也可以抑制组织炎症。此外，虽然不如对照组明显，但通过改善血管内皮功能观察到勃起功能也有明显改善。这些研究结果表明，ART对2型糖尿病相关的雄激素缺乏症（アンドロゲン欠乏症）具有一定的治疗效果。此前，ART已经被用于2型糖尿病患者的治疗，疗效包括改善胰岛素（インスリン）抵抗、脂质异常和血压等。因此，研究者希望进一步研究ART对预防2型糖尿病并发症的效果。

4.抗癌治疗导致男性性功能障碍的发病机制和治疗方法的创造

日本每两个人中就有一个人患有癌症，癌症变得越来越常见，然而随着诊断技术的发展，早期发现和治疗已成为可能，并且新药物的研发及治疗癌症的成效也取得了很大的进展，因此对于癌症幸存者的支持成为当前的任务之一。我国（日本）的癌症幸存者有500万人以上，而美国的癌症幸存者数量超过了1300万，全球的癌症患者数每年都在增加。最新的癌症对策计划已将晚期并发症一类的患病后生存（サバイバーシップ）支持纳入重要的策略之一。然而，《儿童、青春期和年轻癌症患者的生育力保存诊疗指南2017年版（小児，思春期・若年がん患者の妊孕性温存に関する診療ガイドライン2017年版）》中提到了生育力方面的问题，但癌症治疗对男性性功能的影响仍未明确。

当我们开始研究时，只找到了一篇关于抗癌药物对性功能影响的报道。其中一份临床报告指出，特别是使用奥沙利铂（オキサリプラチン oxaliplatin；L-OHP）这种抗癌药物会增加性功能障碍的发病风险。然而，由于障碍的发生机制不清楚，因此使用大鼠研究了L-OHP的影响。我们参考了末梢神经障碍模型所使用的剂量来设置L-OHP的投药量，对12周龄的雄性Wistar/ST大鼠进行了投药。通过每周2次的投药持续4周，制作了模型动物，并在4周的观察期结束时使用ICP测定法评估了勃起功能，结果发现给予L-OHP投药的大鼠出现了明显的勃起功能下降。此外，摘出了大鼠阴茎海绵体组织进行等长张力测定，并评估了其收缩和松弛反应。结果表明，对乙酰胆碱（アセチルコリン）的松弛反应降低，提示可能存在血管内皮功能障碍。有趣的是，虽然参考了末梢神经障碍模型动物的剂量，但并未观察到神经型一氧化氮合酶（neuronal nitric oxide synthase；nNOS）的表达量变化，而观察到eNOS表达下降，并与等长张力测定结果一致。此外，通过L-OHP给药增加了阴茎海绵体中的氧化应激（酸化ストレス），并引起炎症反应，导致内皮功能障碍。另一方面，牛车肾气丸是中药方剂中广泛使用的一种对L-OHP副作用具有一定疗效的药物，因此对于勃起障碍的效果也进行了研究。在接受牛车肾气丸治疗的大鼠中，ICP测量结果显示出显著的勃起功能改善。通过摘出阴茎海绵体并进行实时（リアルタイム）PCR分析，发现牛车肾气丸可以降低氧化应激标记物（酸化ストレスマーカー）的表达。此外，有趣的是，在接受L-OHP给药的大鼠中，阴茎海绵体中PDE-5的表达增加，但通过牛车肾气丸的给药抑制了PDE-5的过度表达。正如图3所示，牛车肾气丸作为对L-OHP导致的性功能障碍的治疗方法之一，有望得到应用。

在研究抗癌药物对性功能的影响时，由于考虑到对所有抗癌药物进行研究较为困难，因此决定通过数据库分析进行筛选。基于美国食品药品监督管理局（U.S. Food and Drug Administration；FDA）提供的副作用数据，分析了可能引起勃起障碍的抗癌药物，结果显示梅尔法兰（メルファラン phenylalanine mustard;L-PAM），长春碱（ビンクリスチン vincristine;VCR），多西他赛（ドセタキセル docetaxel;DTX），甲氨蝶呤（メソトレキセー トmethotrexate;MTX），阿霉素（ドキソルビ シンdoxorubicin;DOX）这5种抗癌药物可能增加勃起障碍的发病风险。随后在大鼠模型上进一步研究了这些抗癌药物的影响。根据参考大剂量治疗所使用的用量，在12周龄的雄性Wistar/ST大鼠中给予L-PAM和MTX投药，结果发现在给药后的第1周，无论是哪种抗癌药物，勃起功能都有所下降，但从第2周开始逐渐改善。另外，参考每周一次的用量，给大鼠投了VCR、DTX和DOX后发现，在给予VCR和DOX的大鼠中，第四周可能会出现勃起功能下降的迹象。给予DTX的大鼠在第一周就出现了勃起功能下降的情况，并持续到第四周。此外，在给予这些抗癌药物四周后，停药四周后并没有看到勃起功能的改善。然而，当给予勃起障碍治疗的首选药物PDE-5抑制剂时，发现给予L-PAM和MTX的大鼠有显著的效果。另外，给予DTX的大鼠也有增加的趋势，但给予VCR和DOX的大鼠则没有观察到效果。这些接受抗癌药物治疗的大鼠也出现了血管内皮功能下降的情况，因此需要开发有效的治疗方法。我们希望通过继续阐明发病机制来创造治疗方法。

5.结语

本综述总结了笔者基于泌尿器科领域疾病的病理学解释和新型治疗法应用的创新，特别是关于男性性功能障碍的发病机制分析和新型治疗方法的探讨。男性性功能受到复杂的机制调控，ED的指南中列出了12个因素作为其风险因素。因此，病理学的解释和新型治疗方法的创新是一个发展中的领域，我们希望为进一步的治疗进展做出贡献。

谢辞

在进行本文所介绍的研究时，我们特别感谢指导我们的木村和哲教授（名古屋市立大学大学院医学研究科临床药学领域教授/药学研究科医院药学领域教授）和堀田祐志教授（名古屋市立大学大学院药学研究科医院药学领域讲师）。此外，我们还要感谢所有合作研究者的大力支持，包括实验室的毕业生们。最后，我们也要感谢给予我们这样的写作机会的日本药学会东海支部奖励奖评审委员会成员以及相关人员。

利益冲突

没有需要披露的利益冲突。