Alai

En vigtig faktor, der ligger til grund for patologien ved erektil dysfunktion, kan være en svækkelse af NO/cGMP-signaleringen (17,20,21). NO-produktionen i penisvæv er reduceret ved aldring (21-23) og diabetes (24-28), tilstande, der har en høj grad af tilknytning til erektil dysfunktion. Flere rapporter har antydet, at nedsat NO-produktion som følge af endotheldysfunktion eller nerveskader kan udgøre en central mekanisme for erektil dysfunktion. Reduceret produktion af NO fra endothelet kan skyldes nedsat ekspression og aktivitet af NOS-protein, øget NO-scanning, øgede endogene inhibitorer af NOS eller nedsatte niveauer af substrat (l-arginin og ilt) og cofaktorer.

Virkninger af eksogent l-arginin på erektil funktion.

I flere undersøgelser på mennesker og dyr har man undersøgt virkningerne af eksogent l-arginin på genoprettelse af NOS-aktivitet og forbedring af erektil funktion (29-34). I en kontrolleret crossover-undersøgelse forbedrede oral l-argininin i en dosis på 500 mg, givet 3 gange om dagen, ikke den erektile funktion sammenlignet med placebo (32). I modsætning hertil rapporterede Chen et al. (31), at oral administration af l-argininin i høje doser (5 g/d) kun forårsagede en signifikant subjektiv forbedring af den seksuelle funktion hos mænd med organisk erektil dysfunktion, hvis de havde nedsat NOx-udskillelse eller -produktion forud for argininintilskuddet. Interessant nok blev objektive målinger såsom penile hæmodynamik ikke påvirket af oral l-arginin. I et dobbeltblindet, placebokontrolleret, 3-vejs crossover, randomiseret klinisk forsøg sammenlignede Lebret et al. (30) virkningen og sikkerheden af 6 g l-argininin glutamat og 6 mg yohimbinhydrochlorid ved behandling af erektil dysfunktion. Resultaterne af disse undersøgelser viste, at oral indgift af kombinationen af l-argininin glutamat og yohimbin på anmodning (1-2 timer før planlagt samleje) er effektiv til at forbedre den erektile funktion hos patienter med let til moderat erektil dysfunktion. Dataene fra disse undersøgelser er dog fortsat tvetydige med hensyn til at afgøre, om l-argininin i kosten forbedrer den erektile funktion hos mænd med erektil dysfunktion.

I dyreforsøg viste Moody et al. (33), at langvarig oral indgift af suprafysiologiske doser l-argininin forbedrer den erektile funktion hos den aldrende rotte. Yildirim et al. (34) viste, at administration af oral l-argininin til diabetiske kaniner øger endotheliumafhængig afslapning af kanin corpus cavernosum, men havde ingen effekt på neurogen afslapning hos diabetiske dyr. Angulo et al. (35) undersøgte virkningerne af phentolamin og l-argininin på neurogen afslapning af raske kaniners corpus cavernosum i organbadstudier. Forfatterne konkluderede, at et synergistisk samspil mellem alfaadrenerge blokade og potentiering af NO/cGMP-vejen øger den neurogene afslapning af corpus cavernosum in vitro. l-arginin alene var uden effekt i forhold til at potentiere den nervemedierede afslapning. I en efterfølgende undersøgelse undersøgte Angulo et al. (36) virkningerne af l-argininin og NG-hydroxy-l-argininin på corpus cavernosum-relaksation hos unge og gamle dyr. Selv om tilsætning af l-argininin ikke var i stand til at slappe af på phenylephrinkontraherede cavernosale vævsstrimler, slappede tilsætning af NG-hydroxy-l-argininin vævsstrimlerne effektivt af og forhøjede vævsniveauerne af cGMP. Forfatterne konkluderede, at tilsætning af NG-hydroxy-l-argininin forbedrede NOS-aktiviteten, mens administration af eksogent l-argininin ikke gjorde det. Da hydroxyarginin er et substrat for NOS og en arginasehæmmer, er det fortsat uklart, om de observerede virkninger udelukkende skyldes NOS-aktivering eller en kombination af NOS-aktivering og arginasehæmning.

I ikke-genitale vaskulære væv genopretter l-argininin endothelfunktionen hos hypercholesterolemetiske dyr ved at øge NO-produktionen og ved at beskytte NO mod tidlig nedbrydning af superoxid. Endvidere reducerer diæt l-argininin progressionen af aterosklerose og vaskulær oxidativ stress og bevarer endothelfunktionen hos kolesterolfodrede kaniner (37-44). Disse data tyder på, at hyperkolesterolæmi-induceret endotheldysfunktion kan vendes ved indgivelse af l-arginin. Tilsvarende forbedrer l-argininin den acetylcholin-inducerede afslapning i aortiske ringpræparater fra diabetiske rotter (45).

l-arginintilgængelighed for NOS.

Böger et al. (39) har foreslået, at koncentrationen af l-arginin, der cirkulerer i blodet, nærmer sig 100 μmol/L. Andre undersøgelser har vist, at de intracellulære koncentrationer af l-argininin i endotelceller varierer fra 100 til 800 μmol/L (46-49). Michaelis-Menten-konstanten (Km) for l-arginininbinding til NOS ligger i intervallet 2-10 μmol/L (50-52). På baggrund af disse oplysninger kunne man forvente, at forskellige NOS-isoformer er mættet med l-argininin ved de fysiologiske koncentrationer, og at eksogen l-argininindgift eller arginasehæmning bør have lille eller ingen virkning på NOS-aktiviteten. En række undersøgelser med in vivo- og in vitro-forsøg viste imidlertid, at NOS-aktiviteten blev forøget af eksogent l-arginin på trods af de høje intracellulære koncentrationer (42,44,53-57). Undersøgelser af Muggi & Harrison (58) og Angulo et al. (36) har derimod vist, at eksogent l-arginin ikke havde nogen virkning på acetylcholin- eller EFS-medierede reaktioner. De potentielle årsager til uoverensstemmelser mellem forskellige kliniske og laboratorieundersøgelser om virkningerne af eksogent l-arginin og alternative mekanismer er blevet elegant diskuteret af Loscalzo (59). Alternative mekanismer, herunder kompartmentalisering af l-arginin i forskellige intracellulære puljer, er også blevet diskuteret (60). Denne hypotese er ved at blive undersøgt af en række laboratorier, og de foreliggende data tyder på, at arginases og NOS’ konkurrence om intracellulært l-argininin kan være vigtigere for reguleringen af NOS-aktiviteten end de samlede intracellulære niveauer af l-argininin (56,57,61-64). I genitalvæv foreslår vi, at reduceret l-arginintilgængelighed til NO-syntase og nedsat produktion af NO ville føre til svækket vaskulær og trabekulær glat muskelrelaksation og erektil dysfunktion (Fig. 1).

Arginaseaktivitet i penis corpus cavernosum.

Vores undersøgelser viser, at messenger RNA (mRNA) for begge isoformer af arginase I og II kan påvises ved RT-PCR i vævsprøver af menneskelig penis corpus cavernosum (65). Vi har også påvist, at arginase-enzymaktivitet er til stede i vævsekstrakter af kanin- og humane corpus cavernosum, som vurderet ved omdannelse af l-argininin til urinstof og ornithin (65,66). Der findes begrænsede beviser, der tyder på, at ændringer i arginase-niveauet kan bidrage til forskellige patologiske tilstande. Bivalacqua et al. (26,27) har undersøgt ændringer i arginase mRNA og protein og enzymaktivitet i diabetisk og normalt humant cavernosalvæv. Corpus cavernosum fra diabetiske patienter med erektil dysfunktion havde højere niveauer af arginase II mRNA, protein og enzymatisk aktivitet end ikke-diabetikere. I modsætning hertil var mRNA- og proteinniveauerne for arginase I-isoform ikke signifikant forskellige i diabetisk og ikke-diabetisk cavernosalt væv. Således kan øget ekspression af arginase II i diabetisk cavernosalvæv bidrage til erektil dysfunktion i forbindelse med diabetes. Ud over forstyrrelser i den glatte muskeltonus kan arginase direkte eller indirekte regulere trofiske processer i penisvævet. For eksempel inducerer injektion af TGF-beta i rottepenis lokaliseret fibrose og øger ekspressionen af arginase II-protein betydeligt (26,27). Forfatterne postulerede, at denne forhøjelse af arginase II kan dæmpe syntesen af NO af eNOS og resultere i eNOS-nedregulering i denne sygdomstilstand.

Hæmning af arginaseaktivitet modulerer glat muskelkontraktilitet og erektil funktion.

Anvendelsen af specifikke arginasehæmmere har været særlig nyttig til at belyse arginasens regulerende rolle. To sådanne inhibitorer er (S)-2-amino-6-boronohexansyre (ABH) og S-(2-borono-ethyl)-l-cystein (BEC), som ikke har nogen hæmmende aktivitet over for NOS (65,66). Både ABH og BEC indeholder trigonale planare boronsyre-sidekæder, der er isosteriske med den trigonale planare guanidiniumgruppe i l-arginin. Da boronsyredelen er meget elektrofil, underkastes den et nukleofilt angreb af en hydroxidion, der danner bro mellem de to manganioner i det aktive sted for arginase. Denne reaktion resulterer i dannelsen af en tetraedrisk boronat-anion, der efterligner det tetraedriske mellemprodukt og dets flankerende overgangstilstande i arginasemekanismen. Da ABH og BEC er designet som substratanaloger, reagerer de på det aktive sted for arginase for at binde sig som overgangstilstandsanaloger, og dette er årsagen til disse inhibitorers høje affinitet. ABH er den mest potente arginasehæmmer, der er kendt til dato, med Ki = 0,1 μmol/L mod arginase I hos rotte (67-69) og Ki = 8,5 nmol/L mod humant arginase II (70).

Den første anvendelse af en tætbindende boronsyrebaseret arginasehæmmer til modulering af en NO-afhængig proces var i undersøgelsen af den indre analsphinctermuskel hos den voksne opossum (69). Arginase svækkede den indre anal sfinktermuskelrelaksation udløst af NANC-nervestimulering, og denne effekt blev vendt af arginasehæmmeren ABH. Desuden øgede brugen af ABH alene den NANC-nervemedierede afslapning af den indre analsphinctermuskel, og denne forøgelse var ∼250 gange kraftigere end den, der blev opnået med N-hydroxy-l-argininin (NOHA). Disse resultater viste arginasens rolle og den potentielle nytte af en arginasehæmmer til regulering af glatte muskeltonus. Sammenlignelige resultater blev opnået i undersøgelser af glat muskelrelaksation i penis corpus cavernosum.

I isolerede strimler af penile erektilvæv blev den neurogene afslapning forstærket ved tilsætning af 0,1, 0,5 eller 1 mmol/L af en af de to arginasehæmmere (65,66). Forbedringen i glat muskelrelaksation var mere udtalt ved de lavere frekvenser. Dataene fra disse undersøgelser tyder på, at den neurogene afslapning i penisens erektilvæv, som vides at være medieret af NO, blev potenseret af hæmning af arginase. Endothelafhængig afslapning er også blevet vist at blive reguleret af arginase. Ved hjælp af arginasehæmmeren Nω-hydroxy-nor-l-argininin (nor-NOHA) har Masuda et al. (71) vist, at tilsætning af 0,1 mmol/L nor-NOHA fremmede endotheliumafhængig afslapning, og dette blev vendt ved tilsætning af NOS-hæmmeren l-NAME.

In vivo-undersøgelser med arginasehæmmere har vist sig at være i overensstemmelse med in vitro-undersøgelserne og bekræfter den fysiologiske rolle, som arginase spiller i reguleringen af NO-syntesen. Intracavernosal administration af ABH i den bedøvede kanin lettede penile erektion fremkaldt af bækkennervestimulering (Fig. 2) (72) (72). Disse observationer tyder på, at hæmning af arginase lettede erektioner ved at øge den kompartmentaliserede pool af argininin som substrat for neurale og endotheliale NOS.

De gavnlige virkninger af specifikke arginasehæmmere kan blive endnu mere mærkbare, når de anvendes under patologiske forhold, hvor arginase-niveauerne kan være betydeligt forhøjede. For eksempel blev den reducerede NOS-aktivitet, der blev observeret i penile erektilvæv fra diabetiske mænd, normaliseret, når de blev behandlet med arginasehæmmeren ABH (26,27). Selv om der mangler undersøgelser af arginase i sygdomsmodeller af kønsorganer, er data fra ikke-genitale vaskulære væv ved at blive akkumuleret i litteraturen. Osanai et al. (73) og Shukla et al. (74) har antydet, at alder ændrer aminosyrepuljens størrelse og l-arginintilgængeligheden. Undersøgelser på unge og voksne rotter (56) viste, at hæmning af arginaseaktivitet med BEC, N-hydroxy-nor-l-argininin (nor-NOHA) eller difluormethylornithin (DFMO) producerede vasodilation i aortakirtelringe. I aortisk væv fra gamle rotter var arginaseaktiviteten og ekspressionen øget, mens BEC og DFMO genoprettede NOS-aktiviteten og cGMP-niveauerne sammenlignet med aortisk væv fra unge rotter. I koronarmikrovaskulærer fra svin har Zhang et al. (75) vist, at endothelet udtrykker arginase, og at hæmning af arginaseaktivitet med DFMO stimulerer NO-produktionen og øger vasodilatationen.

Rolle af NO og arginase i kvindelig seksuel ophidselsesfunktion

En hypotese under udvikling er, at efter seksuel stimulering er nedsat “genital ophidselse”, som manifesteret ved utilstrækkelig klitoris og/eller vaginal engorgement, delvist forbundet med nedsat arteriel indstrømning. I den kvindelige dyremodel resulterede aterosklerose af ilio-hypogastrisk-pudendal arteriel seng i nedsat vaginal og klitoris arteriel blodtilstrømning samt reduceret vaginal og klitoris vævstrykrespons efter bækkennervestimulering sammenlignet med raske kontroldyr (76). Endvidere er NO/cGMP-vejen en vigtig modulator af vaginal glat muskelkontraktilitet (77,78) og blodgennemstrømning i dyremodellen (79,80).

Ekspression af arginaseaktivitet i de kvindelige genitalvæv.

Vi har rapporteret, at NOS og arginase er differentielt fordelt blandt de anatomiske regioner i kaninens vagina (81). Den samlede aktivitet af nitrogenoxidsyntaser (nNOS & eNOS) var højere i den proximale end i den distale vagina. Arginaseaktiviteten var imidlertid større i den distale end i den proximale vagina (81). Den fysiologiske betydning for denne unikke regionale anatomiske fordeling af disse enzymer i denne dyremodel er på nuværende tidspunkt ukendt. Fordelingen af NOS og arginase i den menneskelige vagina er stadig dårligt karakteriseret. Vi har også rapporteret, at ovariektomi øgede den samlede NOS-aktivitet i den proximale vagina med et samtidigt fald i arginaseaktiviteten i den proximale og distale vagina, hvilket tyder på differentiel regulering af disse enzymer ved hjælp af kønssteroidhormoner i de forskellige anatomiske regioner i kaninens vagina (81).

Interessant nok blev vaginal og klitoris arginaseaktivitet reduceret ved ovariektomi og opreguleret ved østrogenerstatning i den distale vagina, hvilket tyder på, at arginase er under regulering af østrogenhormoner (81,82). Behandling af ovariectomerede dyr med DHEA, Δ5-androstenediol eller 5α-DHT ændrede ikke signifikant arginaseaktivitet i vagina i forhold til ovariectomerede dyr, der blev behandlet med vehikel. Behandling af ovariectomerede dyr med østradiol i kombination med testosteron eller progesteron øgede arginaseaktiviteten i klitoris og distal vagina. Disse observationer tyder på, at arginaseaktiviteten i vaginalt og klitorisvæv moduleres af østrogener på en vævs- og regionsspecifik måde.

Den fysiologiske betydning af arginase-regulering af kønsteroidhormoner i vagina og klitoris kan have metaboliske og funktionelle roller; arginases rolle er imidlertid endnu ikke blevet undersøgt i vaginalt og klitorisvæv. Vi foreslår, at arginase spiller en kritisk rolle i vaginal epitelvækst som reaktion på steroidhormoner via syntese af polyaminer via en vej, der ligner den, der er rapporteret i endothelceller (83,84). Det er muligt, at arginase spiller en regulerende rolle i endothelproliferation i klitoris’ vaskulære seng. Denne hypotese er imidlertid endnu ikke blevet testet i vaginalt epitel eller klitorisvæv in vitro eller in vivo.

Hæmning af arginaseaktivitet forbedrer den kvindelige genitale hæmodynamik.

Fremtidige undersøgelser hos hunkaninen har antydet, at NO-cGMP-vejen er en modulator af vaginal vasokongestion og kan spille en rolle i seksuel ophidselse af kønsorganerne (80). Det er også blevet vist, at den distale vagina udtrykker arginaseaktivitet, som hæmmes af ABH og BEC. Intravenøs administration af arginasehæmmeren ABH øgede vaginal engorgement som vurderet ved øget oxyhæmoglobinindhold ved hjælp af nær-infrarød spektroskopi (Fig. 3) (72,80) (72,80). Ekspressionen af arginase i klitoris og vagina og stigningen i blodgennemstrømningen observeret efter administration af arginasehæmmeren ABH tyder på, at dette enzym kan spille en rolle i modulering af NO-vejen i kvindeligt genitalvæv og kan regulere genital hæmodynamik.