胡道遠 綜述 肖恒軍 審校

中山大學(xué)附屬第三醫(yī)院泌尿外科（廣東廣州 510630）

勃起功能障礙（erectile dysfunction，ED）是男性常見的性功能障礙，患者因無法完成或維持有效的陰莖勃起，導(dǎo)致性生活不滿意，影響其生活質(zhì)量及與伴侶的關(guān)系[1]。目前，全球超過1 億人受到ED 的困擾，預(yù)計到2025 年將超過3 億[2]。ED 發(fā)病機制錯綜復(fù)雜，與精神心理、海綿體平滑肌、血管、神經(jīng)、內(nèi)分泌功能等密切相關(guān)[3]。受倫理、法律等限制，有關(guān)ED 的研究仍以動物模型為主，因此，建立契合ED 發(fā)生、發(fā)展特征的動物模型，是深入探討其發(fā)病機制、治療及加速基礎(chǔ)研究成果向臨床轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵。本文綜述常用的ED 動物模型，簡述其建模方案、模型特點及研究進展，期望為后續(xù)ED研究選擇適宜的動物模型提供思路。

一、ED 動物模型類型及評價機制

現(xiàn)有ED 動物模型主要包括糖尿病ED 模型（I 型和II 型）與高膽固醇血癥/ 高脂血癥ED 模型，神經(jīng)損傷性ED 模型，增齡性ED 模型，去勢ED 模型，心理性ED 模型等。早期研究多采用大型動物，如狗、猴、貓、兔等，嚙齒類動物因其經(jīng)濟性、易于飼養(yǎng)及處置，并且在性特征相關(guān)的形態(tài)與功能方面與人類非常相似，逐漸成為構(gòu)建ED 動物模型的首選[4]。然而，嚙齒類動物仍無法充分反映人類性行為及其相關(guān)疾病的復(fù)雜性，由于其壽命短暫，不宜進行長期研究，并且嚙齒類動物性行為依賴于嗅覺刺激，而人類更多依賴于視聽覺刺激。鑒于ED 病因的多樣性，選擇適宜的動物模型尤為重要，要求研究者掌握建模方法的同時還需明確其原理，此外，動物模型的穩(wěn)定性及可重復(fù)性也是研究可行性及成果科學(xué)性的關(guān)鍵。模型成功建立后，還需選擇適宜的勃起功能評價方法，常用的方法包括交配試驗、阿撲嗎啡試驗、陰莖海綿體測壓（intracavernous pressure，ICP）、肌電圖圖譜等[5]，各種評價方法可有效檢測勃起功能，然而亦存在一定的缺陷，包括主觀性、隨機性及準確性不高等問題，其中以ICP 與平均動脈壓（mean arterial pressure，MAP）的比值（ICP/MAP）作為勃起功能強弱指標，因其客觀性、可量化及可重復(fù)性，得到學(xué)界的普遍認同[6]。

二、動物模型及研究進展

（一）糖尿病ED 模型與高膽固醇血癥/ 高脂血癥ED 模型

糖尿病有I 型、II 型之分，就I 型糖尿病而言，非腎上腺素能非膽堿能神經(jīng)通路嚴重缺陷及陰莖內(nèi)皮功能損傷是嚙齒類動物海綿體血管舒張受損的原因，而II型糖尿病則更多的是考慮內(nèi)皮功能異常導(dǎo)致的海綿體血管舒張受損，而介導(dǎo)舒張功能的副交感神經(jīng)損傷較小[7-9]。

建立I 型糖尿病ED 模型相對簡易，多以鏈脲佐菌素（streptozocin，STZ）誘發(fā)，其作用與副交感神經(jīng)介導(dǎo)的舒張功能受損以及平滑肌和內(nèi)皮細胞密度降低有關(guān)。STZ 給藥方式包括腹腔內(nèi)注射、皮下注射、心內(nèi)注射及肌肉注射等。其中腹腔內(nèi)注射快速、簡便，然而藥物不慎進入腸內(nèi)或皮下可增加致死率或降低致糖尿病作用[10]。Tay 等[11]認為采用靜脈給藥較腹腔內(nèi)給藥誘導(dǎo)的糖尿病動物模型更為穩(wěn)定，且可重復(fù)性更高。II 型糖尿病不同于I 型，胰島素抵抗造成的胰島素相對不足及高胰島素血癥是其顯著特征，導(dǎo)致交感神經(jīng)興奮性及海綿體平滑肌張力增加，從而需要更高的舒張刺激完成勃起，其造模主要通過自發(fā)、化學(xué)藥物、飲食或手術(shù)操作等單獨或組合誘導(dǎo)的方式。雖然II 型糖尿病模型建立過程較復(fù)雜，但能更好的模擬多數(shù)糖尿病患者的疾病狀態(tài)，相關(guān)評價指標更為完善。

Yang 等[12]以STZ（50mg/kg）注射于大鼠腹腔內(nèi)，2天后將尾靜脈隨機血糖300mg/dl 作為閾值，12 周后以阿撲嗎啡試驗篩選ED 大鼠，研究表明內(nèi)皮功能包括環(huán)磷鳥苷（cyclic guanosinc monophosphate, cGMP）- 內(nèi)皮型一氧化氮合酶 （endothelial nitric oxide synthase,eNOS）-NO 信號通路在糖尿病ED 中發(fā)揮重要作用。Chen 等[13]先以高脂飲食（24%脂肪，41%碳水化合物，24%蛋白質(zhì)，總熱量4.73kcal/g）飼喂SD 大鼠4 周，后于腹腔內(nèi)注射STZ（30mg/kg）2 次，間隔1 周，完成注射1 周后以隨機血糖＞16.7mmol/L 為糖尿病標準，并從高脂飲食第一天開始每兩周測體重1 次。為明確大鼠胰島素抵抗情況，STZ 注射8 周后進行胰島素抵抗實驗：牛胰島素（1IU/ml）腹腔內(nèi)注射，分別于0、15、30、60、120 分鐘測血糖水平并繪制反應(yīng)曲線，最終于STZ 注射10 周后誘導(dǎo)大鼠產(chǎn)生II 型糖尿病。

長期高脂刺激產(chǎn)生高脂血癥、高胰島素血癥、糖尿病等代謝障礙性疾病，可能損傷陰莖血流動力學(xué)[14]。有研究表明血清總膽固醇濃度每增加1mmol/L，發(fā)生ED的風(fēng)險增加32%，而高密度脂蛋白每增加1mmol/L 將顯著降低ED 風(fēng)險[15]。Zhong 等[16]則采用2%膽固醇、10%豬油、10%蛋黃粉及79%標準大鼠飼料構(gòu)成的高脂飲食飼喂SD 大鼠，16 周后可誘發(fā)ED，可應(yīng)用于高膽固醇血癥/ 高脂血癥誘發(fā)ED 的研究，然而大鼠與人類脂肪代謝機制不同，對于研究結(jié)果應(yīng)綜合分析。

（二）神經(jīng)損傷性ED 模型

正常勃起依賴復(fù)雜的神經(jīng)傳導(dǎo)調(diào)節(jié)，中樞或周圍神經(jīng)的損傷均會造成勃起功能異常。臨床上多見于醫(yī)源性損傷，如根治性前列腺切除術(shù)（radical prostatectomy，RP）后發(fā)生ED 的風(fēng)險為60.8%-93.9%[17]，即使保留神經(jīng)的RP，術(shù)后兩年內(nèi)也有近20%的機率發(fā)生ED[18]。

早期研究顯示盆神經(jīng)節(jié) （major pelvic ganglia，MPG）位于前列腺背外側(cè)葉，其輸入神經(jīng)為盆神經(jīng)及腹下神經(jīng)，海綿體神經(jīng)（cavernous nerve，CN）為其輸出神經(jīng)，位于前列腺側(cè)面并分支于盆腔臟器[19]。CN 暴露后，干擾MPG 遠端2-5 mm 處神經(jīng)，而損傷方式（擠壓、冷凍、橫斷及切除等）及單（雙）側(cè)的選擇依研究需要而定。擠壓、冷凍因不破壞神經(jīng)鞘，有利于軸突再生[10]，對CN 的損傷較輕，擠壓大鼠雙側(cè)CN 誘發(fā)的ED 持續(xù)約4 周，而切斷雙側(cè)CN 誘發(fā)的ED 持續(xù)約12 周[20]。CN 橫斷或切除都將造成不可逆的神經(jīng)損傷，可模擬外傷或術(shù)中神經(jīng)完全離斷的情況，雙側(cè)CN 離斷模型還可用于研究長期失神經(jīng)支配下陰莖組織病理變化，而對于雙側(cè)CN 擠壓模型，建議干預(yù)時間限制在3 周內(nèi)[21]。單側(cè)CN 損傷病情較輕，尤其適于MAP 測量困難的小鼠，可在同一動物中比較神經(jīng)損傷組和sham（假手術(shù)）組的結(jié)果[10]。CN 損傷模型建立的關(guān)鍵是明確CN 的位置，以大鼠為例，取下腹部中線切口（3cm），首先確定前列腺位置，沿前列腺與輸精管間隙向外下以棉簽頭鈍性分離暴露前列腺外側(cè)葉，可見其表面的星芒狀MPG，CN 位于MPG 下方指向尿道，可使用神經(jīng)剝離子分離CN 用于后續(xù)處理。Zeng 等[22]以止血鉗鉗夾CN 2 分鐘造模，4周后發(fā)現(xiàn)大鼠勃起功能降低，平滑肌/ 膠原下降，并且海綿體平滑肌發(fā)生表型轉(zhuǎn)化（α- 平滑肌肌動蛋白（alpha-smooth muscle actin, alpha-SMA） 上調(diào)，骨橋蛋白（osteopontin, OPN 下調(diào)），該作用可能與RhoA/ROCK1信號通路及其下游因子細胞周期蛋白依賴性激酶2（cyclin-dependent kinase 2, CDK2）、Cyclin E1 及P27kip1有關(guān)。

部分學(xué)者通過脊髓損傷（spinal cord injury，SCI）建立ED 模型，早期經(jīng)小鼠背部入路暴露并橫斷T7、T8建模。相比之下，損傷更小的落重法（weight-drop）受到更多研究者的青睞。Albayrak 等[23]麻醉大鼠后取俯臥位，自T5至T12沿中線切開皮膚，分離椎旁肌肉，并移除T7-T10棘突及椎弓板，保持硬脊膜完整，之后采用不銹鋼棒（頂端直徑3mm，重10g）在導(dǎo)向管引導(dǎo)下于距脊髓10cm 處垂直下落撞擊脊髓，脊髓受到100g/cm 勢能沖擊，造成脊髓損傷。

（三）增齡性ED 模型

增齡是誘發(fā)ED 的關(guān)鍵因素，有研究表明隨著年齡增長ED 發(fā)病率逐漸升高[24]。一般飼養(yǎng)大鼠至18 月齡或以上視為老年，注意控制環(huán)境溫度及相對濕度，保持通風(fēng)換氣及籠內(nèi)食、水充足，定期清理鼠籠，維持12 小時晝夜循環(huán)等。Liu 等[25]構(gòu)建老年ED 動物模型，發(fā)現(xiàn)陰莖海綿體平滑肌量減少，同時纖維化及細胞外基質(zhì)沉積增強。Tang 等[26]飼養(yǎng)SD 大鼠至18 月齡，相較于對照組（4 月齡）ICP/MAP 及平滑肌/ 膠原比值降低，同時出現(xiàn)增齡相關(guān)的自噬體、Beclin1 及LC3II 等自噬指標的降低，表明平滑肌細胞功能及自噬水平的降低可能參與增齡相關(guān)性ED 的發(fā)生。Ding 等[27]將大鼠根據(jù)月齡分組（5-24 月齡）模擬增齡的影響，證實ICP/MAP 隨增齡逐漸降低，nNOS 表達與增齡負相關(guān)，而Rho-kinase 表達與增齡正相關(guān)。應(yīng)注意，增齡模型是多種病理變化混雜的結(jié)果，需花費大量的經(jīng)濟及時間成本，長期飼養(yǎng)過程中存在不確定因素如死亡、患病等，鑒于此，有學(xué)者嘗試通過D-(+)-Galactose（150 mg/Kg/day，8 周）誘導(dǎo)8周齡大鼠衰老，構(gòu)建老年ED 動物模型[28]，為老年ED模型的構(gòu)建提供了新的思路。

（四）去勢ED模型

雄激素對男性性征的發(fā)育和性功能維持的影響是眾所周知的。睪酮水平與ED 關(guān)系密切，其降低常伴有肥胖、糖尿病、高血脂等代謝性疾病共同影響勃起功能。Gur 等[29]研究發(fā)現(xiàn)睪酮可通過作用于eNOS、神經(jīng)型一氧化氮合酶（neuronal nitric oxide synthase, nNOS）、cGMP 并抑制5 型磷酸二酯酶（phosphodiesterase 5,PDE5）從而間接促進陰莖海綿體松弛。Xiong 等[30]認為睪酮可維持陰莖勃起的生理和解剖基礎(chǔ)，性腺功能減退和睪酮水平降低可導(dǎo)致ED 的發(fā)生，可能與低睪酮誘導(dǎo)eNOS 解偶聯(lián)相關(guān)。Traish 等[31]研究表明睪酮通過調(diào)節(jié)內(nèi)皮祖細胞功能參與勃起調(diào)控。常用手術(shù)或藥物去勢造模，通過雄激素剝奪導(dǎo)致陰莖海綿體組織萎縮和小梁平滑肌細胞凋亡以及平滑肌數(shù)量和細胞外基質(zhì)比例失衡，致使靜脈閉塞功能障礙。Zhao 等[32]手術(shù)構(gòu)建去勢模型，發(fā)現(xiàn)海綿體內(nèi)K+，Ca2+相關(guān)通道蛋白表達可能與勃起功能密切相關(guān)。

（五）心理性ED 模型

心理性ED 與應(yīng)激有關(guān)，Neves 等[33]報道心理應(yīng)激可引起內(nèi)皮功能異常。Brien 等[34]認為應(yīng)激狀態(tài)所致ED 與交感神經(jīng)過度興奮有關(guān)，并檢測超大鼠注視下大鼠性行為完成情況，評估焦慮和壓力對勃起功能的影響。其他急性應(yīng)激形式還包括固定（immobilization，IMB）、足部電擊（electrical foot shock，EFS）、冷水浸泡（waterimmersion，WIM）等。Retana-Marquez 等[35]綜合對比IMB、EFS、WIM 對性行為的影響，發(fā)現(xiàn)WIM 改變大鼠性行為的動機成分、表現(xiàn)及潛能，EFS 幾乎改變實驗用到的所有性功能參數(shù)，但僅在長期刺激的情況下，IMB 僅影響爬高次數(shù)（mount frequency，MF）及命中率（hit rate，HR），表明應(yīng)激條件對性行為的影響與其特性及持續(xù)時間有關(guān)。Sahin 等[36]研究慢性應(yīng)激對勃起功能的影響，采用慢性、溫和、不可預(yù)知應(yīng)激（unpredictable chronic mild stress，UCMS） 建立大鼠抑郁模型，制定UCMS 計劃表并遵照執(zhí)行，持續(xù)8 周。研究表明UCMS 損傷神經(jīng)及內(nèi)皮依賴的松弛反應(yīng)，減少eNOS 及nNOS 表達，降低睪酮水平，增強系統(tǒng)及海綿體內(nèi)TNF-α、IL-1β、IL-6 表達。應(yīng)當注意人類心理活動復(fù)雜，動物模型難以充分反映其特點，更為科學(xué)的動物模型或?qū)⒔⒃趯θ祟惥裥睦砘顒訖C制更為準確認識的基礎(chǔ)上。

三、前景及展望

綜上所述，ED 發(fā)病率不斷升高，其機制及治療是目前亟需探究的問題，而選擇適宜的動物模型是開展研究的關(guān)鍵?，F(xiàn)有動物模型為ED 研究奠定了基礎(chǔ)，今后仍將發(fā)揮重要作用，然而動物與人類之間的巨大差異造成了動物模型的局限性，因此需要我們不斷改良或開發(fā)新的動物模型。另外，隨著ED 研究的逐漸深入，對動物模型的要求也不斷提高，如對轉(zhuǎn)基因、新藥及新技術(shù)應(yīng)用的良好耐受、穩(wěn)定的性狀、標準化的檢測及評價指標等。隨著對各類ED 動物模型特征認識的不斷加深，建立適宜的動物模型將為深入探索ED 提供更多幫助。

關(guān)鍵詞勃起功能障礙； 模型； 動物

doi:10.3969/j.issn.1008-0848.2021.06.020

中圖分類號R698.1； R-332