- Abstract
- Typpioksidin ja arginaasin rooli miesten seksuaalisen kiihottumisen toiminnassa
- Peniksen tumescenssin sääteleminen typpioksidin avulla.
- Eksogeenisen l-arginiinin vaikutukset erektiotoimintaan.
- l-arginiinin saatavuus NOS:lle
- Arginaasiaktiivisuus peniksen corpus cavernosumissa.
- Arginaasiaktiivisuuden estäminen moduloi sileän lihaksen supistuvuutta ja erektiotoimintaa.
- NO:n ja arginaasin rooli naisten seksuaalisen kiihottumisen toiminnassa
- Arginaasiaktiivisuuden ilmentyminen naisen sukupuolielinten kudoksissa.
- Arginaasiaktiivisuuden estäminen parantaa naisen genitaalien hemodynamiikkaa.
- Yhteenveto ja johtopäätökset
- LITERATURE CITED
- Lyhenteet
- Footnotes
Abstract
NO-cGMP-reitillä on keskeinen rooli miesten ja naisten sukupuolielinten seksuaalisessa kiihottumisvasteessa. Typpioksidisyntaasi (NOS) käyttää L-arginiinia ja happea substraatteina tuottaakseen typpioksidia (NO) ja sitrulliinia. Arginaasi on metalloentsyymi, joka katalysoi L-arginiinin hydrolyysiä L-ornitiinin ja urean tuottamiseksi. On ehdotettu, että arginaasi kilpailee L-arginiinista ja vähentää NOS-aktiivisuutta sukupuolielinten kudoksissa, mikä moduloi seksuaalista toimintaa. Käyttämällä kahta arginaasin siirtymätila-analogista inhibiittoria, 2(S)-Amino-6-booronoheksaanihappoa (ABH) ja S-(2-booroetyyli)-L-kysteiiniä (BEC), olemme luonnehtineet arginaasiaktiivisuutta peniksen ja emättimen kudoksissa. Kummallakaan näistä inhibiittoreista ei ole aktiivisuutta NOS:ää vastaan. Näin ollen ABH ja BEC ovat käyttökelpoisia yhdisteitä, joilla voidaan tutkia arginaasin roolia sukuelinkudoksen fysiologiassa vaikuttamatta suoraan NOS-aktiivisuuteen. Esitämme tietoja, jotka viittaavat siihen, että arginaasi voi säädellä NO:n tuotantoa kilpailemalla endogeenisistä L-arginiinivarastoista. Tällä tavoin arginaasi on peniksen ja emättimen verenkierron epäsuora säätelijä, ja spesifiset arginaasin estäjät voivat parantaa sukupuolielinten verenkiertoa seksuaalisen kiihottumisen aikana. Kuten arginaasin nouseva säätely tietyissä sairaustiloissa, sen jakautuminen emättimeen ja sen modulointi sukupuolisteroidihormoneilla osoittavat, tämä entsyymi voi osallistua myös lukuisiin muihin fysiologisiin ja patofysiologisiin prosesseihin, kuten kudosten kasvuun, fibroosiin ja immuunitoimintaan.
Seksuaaliset toimintahäiriöt ovat yleisiä ja merkittäviä lääketieteellisiä ongelmia, jotka vaikuttavat kielteisesti terveyteen, hyvinvointiin, elämänlaatuun ja ihmissuhteisiin (1-3). Vaikka seksuaalisen toimintahäiriön useita luokkia on määritelty, tässä artikkelissa rajoitutaan käsittelemään ”sukupuolielinten kiihottumishäiriöitä”, jotka liittyvät peniksen erektiohäiriöön miehillä ja emättimen ja klitoriksen erektiohäiriöön naisilla.
Miehen erektiohäiriö määritellään pysyväksi kyvyttömyydeksi saavuttaa tai ylläpitää erektiota tyydyttävää seksuaalista suorituskykyä varten. Erektiohäiriön esiintyvyys kasvaa iän myötä, ja se kaksinkertaistuu 40-70 vuoden iässä kohtalaisen erektiohäiriön osalta ja kolminkertaistuu saman kolmen vuosikymmenen aikana täydellisen erektiohäiriön osalta (4). Vaikka ikä on merkittävä korrelaatio, myös muut tekijät, kuten hoidettu diabetes mellitus, sydänsairaudet ja verenpainetauti, diabeteksen lääkitys, sydän- ja verisuonisairaudet ja suuritiheyksisten lipoproteiinien alentuneet arvot, ennustavat erektiohäiriöitä (4). Erektiokudoksen trabekulaarisen sileän lihaksen supistuvuutta säätelevien biokemiallisten ja fysiologisten mekanismien tutkimus on johtanut merkittäviin edistysaskeliin erektiohäiriöiden farmakologisessa hoidossa (5-8).
Naisten sukupuolielinten kiihottumisreaktio ilmenee riittävän seksuaalisen kiihottuneisuuden saavuttamisena ja ylläpitämisenä, mikä johtaa sukupuolielinten turvotukseen, turvotukseen ja voiteluun. Genitaalien verisuoniturvotus ja emättimen voiteluvasteet johtuvat lisääntyneestä verenkierrosta sukupuolielinten kudoksiin ja emättimen epiteelin liukastavan nesteen transudaatin tuotannosta. Toisin kuin peniksen erektion fysiologiasta, klitoriksen ja emättimen sileän lihaksen tonusta moduloivista paikallisista säätelymekanismeista ja siitä, miten hormonaalisen ympäristön muutokset ja sairaustilat muuttavat näitä mekanismeja, on vain vähän tietoa. Seksuaalista kiihottumishäiriötä sairastavilla naisilla on seksuaalisia valituksia emättimen liukenemisen vähenemisestä, kiihottumiseen kuluvan ajan pitenemisestä, emättimen ja klitoriksen heikentyneestä tuntoaistimuksesta ja orgasmivaikeuksista. Kansallisen terveys- ja sosiaalitutkimuksen perusteella kolmannes naisista raportoi seksuaalisen kiinnostuksen puutteesta, neljäsosa orgasmiongelmista, viidesosa voiteluvaikeuksista ja saman verran naisista kokee, ettei seksi ole nautinnollista (2,3). Emättimen hemodynamiikan ja voiteluvasteiden fysiologia riippuu suuresti kudoksen rakenteellisesta ja toiminnallisesta eheydestä, ja siihen liittyy monimutkaisia neurovaskulaarisia prosesseja, joita moduloivat erilaiset paikalliset välittäjäaineet (9,10), vasoaktiiviset aineet, sukupuolisteroidihormonit ja kasvutekijät.
Tutkimukset sekä miesten että naisten sukupuolielinten kudoksissa osoittavat, että typpioksidi (NO)4 /guanosiini-3′,5′-syklinen monofosfaatti (cGMP) -reitti on tärkeä verenkierron ja engorgementin säätelijä seksuaalisen kiihottumisen aikana. l-arginiini toimii kriittisenä substraattina NO:n synnyttämiselle typpioksidisyntaasin (NOS) avulla. Arginiini hyödynnetään myös arginaasissa ja muunnetaan ornitiiniksi ja ureaksi. Arginiinin keskeinen rooli sekä typpioksidisyntaasin että arginaasin substraattina toimii mahdollisena NO/cGMP-reitin säätelypisteenä. Tässä katsauksessa esitetään yhteenveto saatavilla olevista tiedoista, jotka koskevat arginaasia miesten ja naisten sukupuolielinten kudoksissa ja sen säätelevää roolia seksuaalisen kiihottumisen vasteessa.
Typpioksidin ja arginaasin rooli miesten seksuaalisen kiihottumisen toiminnassa
Peniksen tumescenssin sääteleminen typpioksidin avulla.
Erektion aikana penis toimii kondensaattorina, joka kerryttää verta paineen alaisena (5-8). Peniksen vastustuskykyisen valtimopohjan laajentuminen tarjoaa virtauksen ja paineen erektiokappaleisiin (corpora cavernosa), ja trabekulaarisen sileän lihaksen rentoutuminen mahdollistaa lakunaaristen tilojen laajenemisen ja veren vangitsemisen viemäröivien laskimoiden venyttämisen ja puristamisen avulla. Kun corpora cavernosan trabekulaarinen sileä lihas on täysin rentoutunut, kavernosansisäinen paine on riippuvainen kavernosaan kohdistuvasta valtimopaineesta (5-7).
Arteriolaarisen ja trabekulaarisen sileän lihaksen rentoutumis- tai supistumistila määrittää peniksen erektion tai velttouden. Yleisesti hyväksytään, että normaaleissa fysiologisissa olosuhteissa seksuaalinen stimulaatio aiheuttaa typpioksidin synteesin ja vapautumisen peniksen ei-adrenergisistä, ei-kolinergisistä (NANC) hermoista ja laakiaalisia tiloja reunustavasta endoteelistä (11-17). Peniksen corpus cavernosumissa on tunnistettu kolme päätyyppiä NOS:ää (neuraalinen, endoteelinen ja indusoituva). Kukin tyyppi käyttää l-arginiinia yhteissubstraattina molekulaarisen hapen kanssa NO:n ja sitrulliinin tuottamiseksi. Neurogeenisten ja endoteelisten NO-syntaasien aktivointi johtaa NO:n tuotantoon, joka diffundoituu vastusvaltimoiden ja erektiokudoksen sileisiin lihassoluihin ja sitoutuu liukoisen guanyylylisyklaasin hemi-komponenttiin stimuloiden cGMP:n synteesiä (kuva 1). cGMP:n sitoutuminen cGMP:stä riippuvaisiin proteiinikinaaseihin (PKG) tai cGMP:stä riippuvaisiin ionikanaviin johtaa solunsisäisen kalsiumin vähenemiseen kalsiumin sekvestraation ja ekstruusion kautta sekä myosiinikevyen ketjun fosfataasien aktivoitumiseen, mikä estää sileän lihaksen supistumista ja parantaa peniksen erektiota. On huomattava, että NO voi myös välittää sileän lihaksen rentoutumista cGMP:stä riippumatta. Aortan sileän lihaksen soluissa NO:n on osoitettu aktivoivan suoraan Ca2+-riippuvaisia K+-kanavia (18). Ihmisen corpus cavernosum -sileälihassoluissa NO:n osoitettiin aktivoivan suoraan natrium-kalium-ATPaasia hyperpolarisaation aikaansaamiseksi (19).
Keskeiset reaktiot NO/cGMP-reitillä: Reaktioiden 1 ja 2 odotetaan tehostavan sileän lihaksen relaksaatiota, koska lopputuotteena on cGMP. Reaktioiden 3, 4 ja 5 odotetaan heikentävän relaksaatiovastetta, koska ne estävät NO:n synteesiä, syövyttävät NO:ta tai hydrolysoivat vastaavasti cGMP:tä.
Keskeiset reaktiot NO/cGMP-reitillä: Reaktioiden 1 ja 2 odotetaan tehostavan sileän lihaksen relaksaatiota, koska lopputuotteena on cGMP. Reaktioiden 3, 4 ja 5 odotetaan heikentävän relaksaatiovastetta, koska ne estävät NO:n synteesiä, haukkaavat NO:ta tai hydrolysoivat vastaavasti cGMP:tä.
Tärkeä erektiohäiriön patologian taustalla oleva tekijä voi olla NO/cGMP-signaloinnin heikentyminen (17,20,21). NO:n tuotanto peniskudoksessa vähenee ikääntyessä (21-23) ja diabeteksessa (24-28), tiloissa, joilla on suuri yhteys erektiohäiriöön. Useissa raporteissa ehdotettiin, että endoteelin toimintahäiriöstä tai hermovauriosta johtuva vähentynyt NO-tuotanto voi olla erektiohäiriön keskeinen mekanismi. Endoteelin vähentynyt NO:n tuotanto voi johtua vähentyneestä NOS-proteiinin ilmentymisestä ja aktiivisuudesta, lisääntyneestä NO:n puhdistuksesta, lisääntyneistä NOS:n endogeenisistä inhibiittoreista tai substraatin (l-arginiini ja happi) ja kofaktorien vähentyneestä määrästä.
Eksogeenisen l-arginiinin vaikutukset erektiotoimintaan.
Monissa ihmisillä ja eläimillä tehdyissä tutkimuksissa on tutkittu eksogeenisen l-arginiinin vaikutuksia NOS-aktiivisuuden palauttamiseen ja erektiotoiminnan parantamiseen (29-34). Kontrolloidussa crossover-tutkimuksessa oraalinen l-arginiini annoksella 500 mg, joka annettiin kolme kertaa päivässä, ei parantanut erektiotoimintaa lumelääkkeeseen verrattuna (32). Sitä vastoin Chen et al. (31) raportoivat, että l-arginiinin oraalinen anto suurina annoksina (5 g/d) aiheutti merkittävää subjektiivista parannusta seksuaaliseen toimintaan miehillä, joilla oli orgaaninen erektiohäiriö, vain jos heillä oli vähentynyt NOx-erittyminen tai -tuotanto ennen arginiinilisää. Mielenkiintoista on, että suun kautta otettava l-arginiini ei vaikuttanut objektiivisiin mittauksiin, kuten peniksen hemodynamiikkaan. Kaksoissokkoutetussa, plasebokontrolloidussa, 3-suuntaisessa ristikkäisessä, satunnaistetussa kliinisessä tutkimuksessa Lebret et al. (30) vertasivat 6 g l-arginiiniglutamaatin ja 6 mg:n johimbiinihydrokloridin tehoa ja turvallisuutta erektiohäiriön hoidossa. Näiden tutkimusten tulokset osoittivat, että l-arginiiniglutamaatin ja johimbiinin yhdistelmän oraalinen anto pyynnöstä (1-2 tuntia ennen aiottua yhdyntää) parantaa tehokkaasti erektiotoimintaa potilailla, joilla on lievä tai kohtalainen erektiohäiriö. Näistä tutkimuksista saadut tiedot ovat kuitenkin edelleen epäselviä sen suhteen, parantaako ruokavalion l-arginiini erektiotoimintaa miehillä, joilla on erektiohäiriö.
Eläinkokeissa Moody et al. (33) osoittivat, että pitkäaikainen suprafysiologisten l-arginiiniannosten oraalinen anto parantaa erektiotoimintaa ikääntyvällä rotalla. Yildirim et al. (34) osoittivat, että oraalisen l-arginiinin antaminen diabeettisille kaneille lisää kanin corpus cavernosumin endoteelista riippuvaista relaksaatiota, mutta sillä ei ollut vaikutusta diabeettisten eläinten neurogeeniseen relaksaatioon. Angulo et al. (35) tutkivat fentolamiinin ja l-arginiinin vaikutuksia terveen kanin corpus cavernosumin neurogeeniseen relaksaatioon elinkylpytutkimuksissa. Kirjoittajat päättelivät, että alfa-adrenergisen salpauksen ja NO/cGMP-reitin voimistumisen synergistinen vuorovaikutus lisää corpus cavernosumin neurogeenistä relaksaatiota in vitro. l-arginiinilla yksinään ei ollut vaikutusta hermovälitteisen relaksaation voimistumiseen. Myöhemmässä tutkimuksessa Angulo et al. (36) tutkivat l-arginiinin ja NG-hydroksi-l-arginiinin vaikutuksia corpus cavernosum -relaksaatioon nuorilla ja vanhoilla eläimillä. Vaikka l-arginiinin lisääminen ei kyennyt rentouttamaan fenyyliefriinin supistamia kavernoosin kudoskaistaleita, NG-hydroksi-l-arginiinin lisääminen rentoutti kudoskaistaleita tehokkaasti ja nosti kudoksen cGMP-tasoja. Kirjoittajat päättelivät, että NG-hydroksi-l-arginiinin lisääminen paransi NOS-aktiivisuutta, kun taas eksogeenisen l-arginiinin antaminen ei parantanut sitä. Koska hydroksiarginiini on NOS:n substraatti ja arginaasin estäjä, jää epäselväksi, johtuvatko havaitut vaikutukset pelkästään NOS:n aktivaatiosta vai NOS:n aktivaation ja arginaasin eston yhdistelmästä.
Muissa kuin synnynnäisissä verisuonikudoksissa l-arginiini palauttaa endoteelin toiminnan hyperkolesterolemiaa sairastavilla eläimillä tehostamalla NO:n tuotantoa ja suojaamalla NO:ta varhaiselta hajoamiselta superoksidin avulla. Lisäksi ruokavalion l-arginiini vähentää ateroskleroosin etenemistä ja verisuonten oksidatiivista stressiä ja säilyttää endoteelin toiminnan kolesterolilla ruokituilla kaneilla (37-44). Nämä tiedot viittaavat siihen, että hyperkolesterolemian aiheuttama endoteelin toimintahäiriö voidaan kumota antamalla l-arginiinia. Samoin l-arginiini tehostaa asetyylikoliinin indusoimaa relaksaatiota diabeettisten rottien aortan rengasvalmisteissa (45).
l-arginiinin saatavuus NOS:lle
Böger ym. (39) ovat esittäneet, että veressä kiertävän l-arginiinin pitoisuus on likimain 100 μmol/l. Muut tutkimukset ovat osoittaneet, että l-arginiinin solunsisäiset pitoisuudet endoteelisoluissa vaihtelevat 100-800 μmol/l välillä (46-49). Michaelis-Mentenin vakio (Km) l-arginiinin sitoutumiselle NOS:ään on välillä 2-10 μmol/l (50-52). Näiden tietojen perusteella voisi olettaa, että eri NOS-isoformit kyllästyvät l-arginiiniin fysiologisissa pitoisuuksissa ja että eksogeenisen l-arginiinin antamisella tai arginaasin estolla pitäisi olla vain vähän tai ei lainkaan vaikutusta NOS-aktiivisuuteen. Useat tutkimukset, joissa käytettiin in vivo- ja in vitro -kokeita, osoittivat kuitenkin, että eksogeeninen l-arginiini lisäsi NOS-aktiivisuutta korkeista solunsisäisistä pitoisuuksista huolimatta (42,44,53-57). Sitä vastoin Muggi & Harrisonin (58) ja Angulo ym. (36) tutkimukset ovat osoittaneet, että eksogeeninen l-arginiini ei vaikuttanut asetyylikoliini- tai EFS-välitteisiin vasteisiin. Loscalzo (59) on käsitellyt tyylikkäästi eksogeenisen l-arginiinin vaikutuksia koskevien erilaisten kliinisten ja laboratoriotutkimusten välisten ristiriitojen mahdollisia syitä ja vaihtoehtoisia mekanismeja. Vaihtoehtoisia mekanismeja, kuten l-arginiinin jakautumista eri solunsisäisiin altaisiin, on myös käsitelty (60). Tätä hypoteesia tutkitaan parhaillaan useissa laboratorioissa, ja käytettävissä olevat tiedot viittaavat siihen, että arginaasin ja NOS:n kilpailu solunsisäisestä l-arginiinista voi olla tärkeämpää NOS:n aktiivisuuden säätelyssä kuin l-arginiinin solunsisäinen kokonaistaso (56,57,61-64). Ehdotamme, että sukupuolielinten kudoksissa l-arginiinin vähentynyt saatavuus NO-syntaasille ja vähentynyt NO:n tuotanto johtaisivat heikentyneeseen verisuonten ja trabekulaarisen sileän lihaksen relaksaatioon ja erektiohäiriöön (kuva 1).
Arginaasiaktiivisuus peniksen corpus cavernosumissa.
Tutkimuksemme osoittavat, että arginaasi I:n ja II:n molempien isomuotojen sanansaattajan RNA:ta (mRNA) voidaan havaita RT-PCR:llä ihmisen peniksen corpus cavernosumin kudosnäytteistä (65). Olemme myös osoittaneet, että arginaasientsyymin aktiivisuutta esiintyy kanin ja ihmisen corpus cavernosumin kudosuutteissa, kuten on arvioitu muuntamalla l-arginiini ureaksi ja ornitiiniksi (65,66). On olemassa rajoitetusti näyttöä siitä, että arginaasitasojen muutokset voivat vaikuttaa erilaisiin patologisiin tiloihin. Bivalacqua et al. (26,27) ovat tutkineet arginaasin mRNA:n ja proteiinin sekä entsyymiaktiivisuuden muutoksia diabeettisissa ja normaaleissa ihmisen kavernokudoksissa. Erektiohäiriöistä kärsivien diabeetikkojen corpus cavernosumissa oli korkeampi arginaasi II:n mRNA-, proteiini- ja entsyymiaktiivisuus kuin ei-diabeetikoilla. Sitä vastoin arginaasi I -isomuodon mRNA- ja proteiinitasot eivät eronneet merkittävästi diabeettisessa ja ei-diabeettisessa kavernosaalikudoksessa. Näin ollen arginaasi II:n lisääntynyt ilmentyminen diabeettisessa kavernosaalikudoksessa voi vaikuttaa diabetekseen liittyvään erektiohäiriöön. Sileän lihaksen tonuksen häiriöiden lisäksi arginaasi voi suoraan tai epäsuorasti säädellä trofisia prosesseja peniskudoksessa. Esimerkiksi TGF-beta-injektio rotan penikseen aiheuttaa paikallista fibroosia ja lisää merkittävästi arginaasi II -proteiinin ilmentymistä (26,27). Kirjoittajat postuloivat, että tämä arginaasi II:n kohoaminen voi heikentää eNOS:n NO:n synteesiä ja johtaa eNOS:n alasäätelyyn tässä tautitilassa.
Arginaasiaktiivisuuden estäminen moduloi sileän lihaksen supistuvuutta ja erektiotoimintaa.
Spesifisten arginaasi-inhibiittoreiden käyttö on ollut erityisen hyödyllistä arginaasin säätelevän roolin selvittämisessä. Kaksi tällaista inhibiittoria ovat (S)-2-amino-6-booronoheksaanihappo (ABH) ja S-(2-boorono-etyyli)-l-kysteiini (BEC), joilla ei ole inhiboivaa vaikutusta NOS:ään (65,66). Sekä ABH että BEC sisältävät trigonaalisia planaarisia boorihapon sivuketjuja, jotka ovat isosterisia l-arginiinin trigonaalisen planaarisen guanidiniumryhmän kanssa. Koska boorihapporyhmä on erittäin elektrofiilinen, siihen hyökkää nukleofiilisesti hydroksidi-ioni, joka yhdistää arginaasin aktiivisen alueen kaksi mangaani-ionia. Tämän reaktion tuloksena muodostuu tetraedrinen booronaattianioni, joka jäljittelee arginaasimekanismissa esiintyvää tetraedristä välituotetta ja sitä ympäröiviä siirtymätiloja. Koska ABH ja BEC on suunniteltu substraattianalogeiksi, ne reagoivat arginaasin aktiivisessa kohdassa sitoutuakseen siirtymätila-analogeiksi, ja tämä on näiden inhibiittorien korkean affiniteetin alkuperä. ABH on tähän mennessä tunnetuin arginaasi-inhibiittori, jonka Ki = 0,1 μmol/l rotan arginaasi I:tä vastaan (67-69) ja Ki = 8,5 nmol/l ihmisen arginaasi II:ta vastaan (70).
Ensimmäinen tiukasti sitovaan boorihappopohjaiseen arginaasi-inhibiittoriin perustuva käyttö NO-riippuvaisen prosessin moduloimiseksi tapahtui aikuisen opossumin sisäisen peräaukon sulkijalihaksen tutkimuksessa (69). Arginaasi heikensi NANC-hermostimulaation käynnistämää sisäisen peräaukon sulkijalihaksen rentoutumista, ja tämä vaikutus kumoutui arginaasin estäjällä ABH. Lisäksi pelkkä ABH:n käyttö lisäsi NANC-hermon välittämää peräaukon sisäisen sulkijalihaksen rentoutumista, ja tämä lisäys oli ∼250 kertaa voimakkaampi kuin N-hydroksi-arginiinilla (NOHA) saavutettu lisäys. Nämä tulokset osoittivat arginaasin roolin ja arginaasin estäjän mahdollisen hyödyllisyyden sileän lihaksen tonuksen säätelyssä. Vertailukelpoisia tuloksia saatiin tutkimuksissa sileän lihaksen relaksaatiosta peniksen corpus cavernosumissa.
Peniksen erektiokudoksen eristetyissä kaistaleissa neurogeeninen relaksaatio voimistui lisäämällä 0,1, 0,5 tai 1 mmol/l jompaakumpaa arginaasin estäjää (65,66). Sileän lihaksen relaksaation tehostuminen oli voimakkaampaa alemmilla taajuuksilla. Näistä tutkimuksista saadut tiedot viittaavat siihen, että neurogeeninen rentoutuminen peniksen erektiokudoksessa, jonka tiedetään olevan NO:n välittämää, voimistui arginaasin estolla. Myös endoteelista riippuvaisen relaksaation on osoitettu olevan arginaasin säätelemää. Käyttämällä arginaasin estäjää, Nω-hydroksi-nor-l-arginiinia (nor-NOHA), Masuda ym. (71) ovat osoittaneet, että 0,1 mmol/l nor-NOHA:n lisääminen helpotti endoteelista riippuvaista relaksaatiota, ja tämä kumoutui lisäämällä NOS:n estäjää l-NAME:a.
Arginaasin estäjillä tehdyt in vivo -tutkimukset ovat osoittautuneet johdonmukaisiksi in vitro -tutkimusten kanssa, mikä vahvistaa arginaasin fysiologisen roolin NO:n synteesiä säätelevässä työssä. ABH:n antaminen intrakavernosaalisesti nukutetussa kanissa helpotti lantion hermostimulaation aiheuttamaa peniksen erektiota (kuva 2) (72). Nämä havainnot viittaavat siihen, että arginaasin estäminen helpotti erektiota lisäämällä arginiinin lokeroitua allasta neuraalisen ja endoteelisen NOS:n substraattina.
ABH:n antamisen vaikutukset peniksen erektioon: Peniksen intrakavernosaalisen paineen muutokset rekisteröitiin vasteena lantiohermon stimulaatiolle nukutetuilla urospuolisilla uusiseelantilaisilla valkoisilla kaneilla. Lantion hermo stimuloitiin sähköisesti 10 minuuttia sen jälkeen, kun intrakavernosaalinen injektio oli annettu (kontrolli; 40 % propyleeniglykoli) tai 150 μg ABH:ta. Edustavat painetallenteet on esitetty yläpaneeleissa. Amplitudi, kesto ja pinta-ala käyrän alla (AUC) määritettiin jokaisesta vasteesta, ja keskiarvot ± SEM on esitetty asiaankuuluville parametreille 2 alemmissa kuvaajissa (n = 4; *P < 0.05 verrattuna kontrolliin). Uudelleen painettu luvalla lähteestä Cama et ai. (72), Copyright 2003, American Chemical Society.
ABH:n antamisen vaikutukset peniksen erektioon: Peniksen intrakavernosaalisen paineen muutokset rekisteröitiin vasteena lantiohermon stimulaatiolle nukutetuilla urospuolisilla uusiseelantilaisilla valkoisilla kaneilla. Lantion hermo stimuloitiin sähköisesti 10 minuuttia sen jälkeen, kun intrakavernosaalinen injektio oli annettu (kontrolli; 40 % propyleeniglykoli) tai 150 μg ABH:ta. Edustavat painetallenteet on esitetty yläpaneeleissa. Amplitudi, kesto ja pinta-ala käyrän alla (AUC) määritettiin jokaisesta vasteesta, ja keskiarvot ± SEM on esitetty asiaankuuluville parametreille 2 alemmissa kuvaajissa (n = 4; *P < 0.05 verrattuna kontrolliin). Uudelleen painettu luvalla lähteestä Cama et al. (72), Copyright 2003, American Chemical Society.
Spesifisten arginaasi-inhibiittoreiden suotuisat vaikutukset voivat tulla vieläkin selvemmiksi, kun niitä käytetään patologisissa tiloissa, joissa arginaasipitoisuudet voivat olla merkittävästi koholla. Esimerkiksi diabeettisten miesten peniksen erektiokudoksessa havaittu vähentynyt NOS-aktiivisuus normalisoitui, kun sitä hoidettiin arginaasi-inhibiittorilla ABH (26,27). Vaikka tutkimukset arginaasista sukupuolielinten sairausmalleissa puuttuvat, kirjallisuuteen kertyy tietoja muista kuin sukupuolielinten verisuonikudoksista. Osanai ym. (73) ja Shukla ym. (74) ovat esittäneet, että ikä muuttaa aminohappoaltaan kokoa ja l-arginiinin saatavuutta. Nuorilla ja aikuisilla rotilla tehdyt tutkimukset (56) osoittivat, että arginaasiaktiivisuuden estäminen BEC:llä, N-hydroksi-nor-l-arginiinilla (nor-NOHA) tai difluorimetyyliornitiinilla (DFMO) aiheutti vasodilataatiota aortan renkaissa. Vanhojen rottien aorttakudoksessa arginaasiaktiivisuus ja -ekspressio lisääntyivät, kun taas BEC ja DFMO palauttivat NOS-aktiivisuuden ja cGMP-tasot verrattuna nuorten rottien aorttakudokseen. Sian sepelvaltimoiden mikroverisuonissa Zhang ja muut (75) ovat osoittaneet, että endoteeli ilmentää arginaasia ja arginaasiaktiivisuuden estäminen DFMO:lla stimuloi NO:n tuotantoa ja lisää vasodilataatiota.
NO:n ja arginaasin rooli naisten seksuaalisen kiihottumisen toiminnassa
Kehittymässä oleva hypoteesi on, että seksuaalisen stimulaation jälkeen heikentynyt ”sukupuolielinten kiihottuminen”, joka ilmenee riittämättömänä klitoriksen ja/tai emättimen engorgementtina, liittyy osittain vähentyneeseen valtimovirtaukseen. Naaraseläinmallissa ilio-hypogastris-pudendaalisen valtimopohjan ateroskleroosi johti emättimen ja klitoriksen valtimoveren sisäänvirtauksen vähenemiseen sekä emättimen ja klitoriksen kudospainevasteiden vähenemiseen lantion hermostimulaation jälkeen verrattuna terveisiin kontrollieläimiin (76). Lisäksi NO/cGMP-reitti on tärkeä emättimen sileän lihaksen supistuvuuden (77,78) ja verenvirtauksen modulaattori eläinmallissa (79,80).
Arginaasiaktiivisuuden ilmentyminen naisen sukupuolielinten kudoksissa.
Olemme raportoineet, että NOS ja arginaasi jakaantuvat eri tavoin kanin emättimen anatomisille alueille (81). Typpioksidisyntaasien (nNOS & eNOS) kokonaisaktiivisuus oli suurempi proksimaalisessa kuin distaalisessa emättimessä. Arginaasiaktiivisuus oli kuitenkin suurempi distaalisessa kuin proksimaalisessa emättimessä (81). Näiden entsyymien ainutlaatuisen alueellisen anatomisen jakautumisen fysiologista merkitystä tässä eläinmallissa ei toistaiseksi tunneta. NOS:n ja arginaasin jakautuminen ihmisen emättimessä on edelleen huonosti tunnettu. Olemme myös raportoineet, että munasarjojen poisto lisäsi NOS:n kokonaisaktiivisuutta proksimaalisessa emättimessä ja arginaasiaktiivisuus väheni samanaikaisesti proksimaalisessa ja distaalisessa emättimessä, mikä viittaa siihen, että sukupuolisteroidihormonit säätelevät näitä entsyymejä eri tavoin kanin emättimen eri anatomisilla alueilla (81).
Mielenkiintoista on, että emättimen ja klitoriksen arginaasiaktiivisuus väheni munasarjojen poiston seurauksena ja nousi estrogeenikorvauksen seurauksena distaalisessa emättimessä, mikä viittaa siihen, että arginaasi on estrogeenihormonien säätelyssä (81,82). Ovariektomoitujen eläinten käsittely DHEA:lla, Δ5-androstenediolilla tai 5α-DHT:lla ei muuttanut merkittävästi arginaasiaktiivisuutta emättimessä suhteessa ajoneuvolla käsiteltyihin ovariektomoituneisiin eläimiin. Ovariektomoitujen eläinten hoito estradiolia yhdessä testosteronin tai progesteronin kanssa lisäsi arginaasiaktiivisuutta klitoriksessa ja distaalisessa emättimessä. Nämä havainnot viittaavat siihen, että emättimen ja klitoriksen kudoksissa estrogeenit moduloivat arginaasiaktiivisuutta kudos- ja aluekohtaisesti.
Sukupuolisteroidihormonien aiheuttaman arginaasin säätelyn fysiologisella merkityksellä emättimessä ja klitoriksessa voi olla aineenvaihdunnallisia ja toiminnallisia rooleja; arginaasin roolia emättimen ja klitoriksen kudoksissa ei kuitenkaan ole vielä tutkittu. Ehdotamme, että arginaasilla on kriittinen rooli emättimen epiteelin kasvussa vasteena steroidihormoneille polyamiinien synteesin kautta samanlaisen reitin kautta kuin endoteelisoluissa (83,84). On mahdollista, että arginaasilla on säätelevä rooli endoteelin proliferaatiossa klitoriksen verisuonipohjassa. Tätä hypoteesia ei kuitenkaan ole vielä testattu emättimen epiteelissä tai klitoriksen kudoksissa in vitro tai in vivo.
Arginaasiaktiivisuuden estäminen parantaa naisen genitaalien hemodynamiikkaa.
Naaraspuolisella kanilla tehdyissä aiemmissa tutkimuksissa on ehdotettu, että NO-cGMP-reitti on emättimen verisuonten verisuonten supistumisen modulaattori, ja se voi olla osallisena genitaalien seksuaalisessa kiihottumisessa (80). Lisäksi on osoitettu, että distaalinen emätin ilmentää arginaasiaktiivisuutta, jota ABH ja BEC estävät. Arginaasi-inhibiittorin ABH:n laskimonsisäinen anto lisäsi emättimen turvotusta, mikä arvioitiin lisääntyneenä oksyhemoglobiinipitoisuutena lähi-infrapunaspektroskopian avulla (kuva 3) (72,80). Arginaasin ilmentyminen klitoriksessa ja emättimessä sekä arginaasi-inhibiittori ABH:n antamisen jälkeen havaittu verenkierron lisääntyminen viittaavat siihen, että tällä entsyymillä voi olla rooli NO-reitin moduloinnissa naisen sukupuolielinten kudoksessa ja se voi säädellä sukupuolielinten hemodynamiikkaa.
Arginaasi-inhibiittorin ABH:n antamisen vaikutukset emättimen ja klitoriksen turvotukseen: Genitaalinen engorgement vasteena lantiohermon stimulaatiolle arvioitiin lähi-infrapunan optisella spektroskopialla nukutetuilla naaraspuolisilla uusiseelantilaisilla valkoisilla kaneilla. Lantionpohjahermoa stimuloitiin sähköisesti 10 minuuttia sen jälkeen, kun oli annettu laskimonsisäinen injektio (kontrolli; 40 % propyleeniglykolia) tai 4-6 mg/kg ABH:ta. Edustavat tallenteet on esitetty yläpaneelissa. Amplitudi, kesto ja pinta-ala käyrän alla (AUC) määritettiin jokaisesta vasteesta, ja keskiarvot ± SEM on esitetty asiaankuuluvien parametrien osalta kahdessa alemmassa kuvaajassa (n = 8; *P < 0,05 verrattuna kontrolliin). Uudelleen painettu luvalla Cama et al. (72), Copyright 2003, American Chemical Society.
ABH:n antamisen vaikutukset emättimen ja klitoriksen engorgementtiin: Sukupuolielinten turvotusta vasteena lantiohermon stimulaatiolle arvioitiin lähi-infrapunan optisella spektroskopialla nukutetuilla naaraspuolisilla uusiseelantilaisilla valkoisilla kaneilla. Lantionpohjahermoa stimuloitiin sähköisesti 10 minuuttia sen jälkeen, kun oli annettu laskimonsisäinen injektio (kontrolli; 40 % propyleeniglykolia) tai 4-6 mg/kg ABH:ta. Edustavat tallenteet on esitetty yläpaneelissa. Amplitudi, kesto ja pinta-ala käyrän alla (AUC) määritettiin jokaisesta vasteesta, ja keskiarvot ± SEM on esitetty asiaankuuluvien parametrien osalta kahdessa alemmassa kuvaajassa (n = 8; *P < 0,05 verrattuna kontrolliin). Reprinted with permission from Cama et al. (72), Copyright 2003, American Chemical Society.
Yhteenveto ja johtopäätökset
Typpioksidi / CGMP-reittiä pidetään kriittisenä miesten erektiotoiminnalle (11-15,18). Me ja muut olemme äskettäin osoittaneet, että NO / CGMP-reitillä on myös rooli emättimen ja klitoriksen hemodynamiikan moduloinnissa (77,78,80,85). Ikääntymiseen, ateroskleroosiin, diabetekseen, hyperkolesterolemiaan tai sukupuolielinten vammoihin tai traumoihin liittyvät NO/cGMP-reitin muutokset johtavat todennäköisesti miesten ja naisten seksuaalisiin toimintahäiriöihin. Miesten ja naisten sukupuolielinten seksuaalisen toimintahäiriön patofysiologiset mekanismit voivat liittyä: a) vähentyneeseen NOS-ekspressioon ja -aktiivisuuteen, b) lisääntyneeseen NO-puhdistukseen, c) lisääntyneeseen endogeenisten NOS-inhibiittoreiden synteesiin tai d) l-arginiinin heikentyneeseen saatavuuteen neuraalisen ja endoteelisen typpioksidisyntaasin substraattina.
Tähän mennessä on saatavilla hyvin vähän tutkimuksia arginaasiaktiivisuuden roolista miesten ja naisten sukupuolielinten kiihottumisvasteen moduloinnissa (26,27,65,66,71,72). Tässä katsauksessa esitimme yhteenvedon laboratoriossamme tuotetuista ja kirjallisuudessa raportoiduista tiedoista, jotka koskevat arginaasin mahdollista säätelevää roolia erektiotoiminnassa ja emättimen engorgementissa in vitro ja in vivo. L-arginiinin saatavuus typpioksidisyntaasin substraattina NANC-hermoissa ja endoteelissa sukupuolielinten kudoksissa voi vähentyä lisääntyneen arginaasiaktiivisuuden seurauksena sairauden tai vamman seurauksena. Kilpailu l-arginiinin substraatista voi olla voimakasta, jos l-arginiini on näiden kilpailevien entsyymien jakamassa lokeroidussa altaassa. Solunsisäinen arginiinin saatavuus voi edelleen vähentyä ikääntymisen, diabeteksen tai ateroskleroosin yhteydessä. Jos näin olisi, olisi odotettavissa, että arginaasin muutokset eri tautitiloissa aiheuttaisivat vähentynyttä NO-tuotantoa vastauksena seksuaaliseen stimulaatioon. Nämä patologiset muutokset johtaisivat sukupuolielinten kudosten riittämättömään perfuusioon tai täyttymiseen ja seksuaalisen kiihottumisen häiriöihin sekä miehillä että naisilla. Kuten arginaasin nouseva säätely tietyissä sairaustiloissa, sen erilainen jakautuminen emättimessä ja sen modulointi sukupuolisteroidihormoneilla osoittavat, tämä entsyymi voi osallistua myös lukuisiin muihin fysiologisiin ja patofysiologisiin prosesseihin, kuten kudosten kasvuun, fibroosiin ja immuunitoimintaan.
LITERATURE CITED
(
)
.
:
–
.
,
,
,
,
,
&
,
(
)
.
,
,
,
&
,
(
)
.
:
–
.
,
,
,
,
,
,
,
&
,
(
)
.
:
–
.
,
&
,
(
)
.
:
–
.
,
,
,
&
,
(
)
.
:
–
.
,
,
,
,
,
,
,
,
,
&
,
(
)
.
:
–
.
,
&
,
(
)
.
:
–
.
,
,
,
,
,
,
,
,
,
&
,
(
)
.
:
–
.
,
,
,
&
,
(
)
.
:
–
.
,
,
,
,
,
,
,
,
,
&
,
(
)
.
:
–
.
,
,
,
,
,
&
,
(
)
.
:
–
.
,
,
,
,
,
,
,
,
,
&
,
(
)
.
:
–
.
,
,
,
,
,
,
,
&
,
(
)
.
:
–
.
,
,
,
,
,
,
,
&
,
(
)
.
:
–
.
,
,
,
,
,
,
,
&
,
(
)
.
:
–
.
,
,
,
&
,
(
)
.
:
–
.
,
,
,
,
,
,
,
&
,
(
)
.
:
–
.
,
,
,
,
,
,
,
,
,
&
,
(
)
.
:
–
.
,
(
)
.
:
–
.
,
,
,
,
,
,
,
&
,
(
)
.
:
–
.
,
,
,
,
,
,
,
&
,
(
)
.
:
–
.
,
,
,
,
,
,
,
,
,
&
,
(
)
.
:
–
.
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
&
,
(
)
.
:
–
.
,
,
,
,
,
,
,
&
,
(
)
.
:
–
.
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
&
,
(
)
.
:
–
.
,
,
,
,
,
&
,
(
)
.
:
–
.
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
&
,
(
)
.
:
–
.
,
&
,
(
)
.
:
–
.
,
,
,
,
,
,
,
&
,
(
)
.
:
–
.
,
,
,
,
,
,
,
,
,
&
,
(
)
.
:
–
.
,
,
,
,
,
,
,
&
,
(
)
.
:
–
.
,
,
,
,
,
,
,
&
,
(
)
.
:
–
.
,
,
,
,
,
,
,
,
&
,
(
)
.
:
–
.
,
,
,
,
,
,
,
&
,
(
)
.
:
–
.
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
&
,
(
)
.
:
–
.
,
,
,
,
,
,
,
&
,
(
)
.
:
–
.
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
&
,
(
)
.
:
–
.
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
&
,
(
)
.
:
–
.
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
&
,
(
)
.
:
–
.
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
&
,
(
)
.
:
–
.
,
,
,
,
, Black
,
&
,
(
)
.
:
–
.
,
,
,
,
,
&
,
(
)
.
:
–
.
,
,
,
&
,
(
)
.
(
):
–
.
,
&
,
(
)
.
:
–
.
,
,
,
&
,
(
)
.
:
–
.
,
,
,
,
,
&
,
(
)
.
:
–
.
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
&
,
(
)
.
:
–
.
,
,
,
,
,
,
,
&
,
(
)
.
:
–
.
,
,
,
,
,
&
,
(
)
.
:
–
.
,
,
,
&
,
(
)
.
:
–
.
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
&
,
(
)
.
:
–
.
,
,
,
,
,
&
,
(
)
.
:
–
.
,
&
,
(
)
.
:
–
.
,
,
,
,
,
,
,
,
,
&
,
(
)
.
:
–
.
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
&
,
(
)
.
:
–
.
,
,
,
,
,
&
,
(
)
.
(In press). E-pub saatavilla osoitteessa: http://ajplung.physiology.org/cgi/reprint/00194.2003v1.pdf.
,
&
,
(
)
.
:
–
.
,
(
)
.
:
–
.
,
,
,
,
,
&
,
(
)
.
:
–
.
,
,
,
,
,
,
,
,
,
&
,
(
)
.
:
–
.
,
,
,
,
,
,
,
&
,
(
)
.
:
–
.
,
(
)
.
:
–
.
,
(
)
.
:
–
.
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
, Jr,
,
,
,
&
,
(
)
.
:
–
.
,
,
,
,
,
&
,
(
)
.
:
–
.
,
,
,
,
,
,
,
&
,
(
)
.
:
–
.
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
&
,
(
)
.
:
–
.
,
,
,
,
,
,
,
,
,
&
,
(
) (
)
.
:
–
.
,
&
,
(
)
.
:
–
.
,
,
,
,
,
,
,
,
,
&
,
(
)
.
:
–
.
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
&
,
(
)
.
:
–
.
,
&
,
(
)
.
:
–
.
,
&
,
(
)
.
:
–
.
,
,
,
,
,
,
,
&
,
(
)
.
:
–
.
,
,
,
,
,
,
,
,
,
&
,
(
)
.
:
–
.
,
,
,
,
,
,
,
,
,
&
,
(
)
.
:
–
.
,
,
,
,
,
,
,
,
,
&
,
(
)
.
:
–
.
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
&
,
(
)
.
:
–
.
,
,
,
,
,
,
,
,
,
&
,
(
)
.
:
–
.
,
,
,
,
,
,
,
,
,
&
,
(
)
.
:
–
.
,
,
,
,
,
,
,
&
,
(
)
.
(
):
–
.
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
(
)
.
:
–
.
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
(
)
.
:
–
.
,
&
,
(
)
.
:
–
.
Lyhenteet
-
ABH
2(S)-amino-6-boronoheksaanihappo
-
BEC
S-(2-booroetyyli)-L-kysteiini
-
cGMP
guanosiini-3′,5′-syklinen monofosfaatti
-
DFMO
difluorometyyliornitiini
-
DHEA
dehydroepiandrosteroni
-
DHT
dihydrotestosteroni
-
mRNA
messenger RNA
-
NANC
nonadrenerg, ei-kolinerginen
-
NO
nitriinioksidi
-
NOHA
N-hydroxy-l-arginiini
-
NOS
nitraattioksidisyntaasi
-
PKG
cGMP-dependent protein kinase
-
TGF-beta
transforming growth factor beta
Footnotes
Valmistettu 5.-6.4. pidettyyn konferenssiin ”Symposium on Arginine”, 2004 Bermudalla. Konferenssia sponsoroi osittain Ajinomoto USA, Inc:n myöntämä koulutusapuraha. Konferenssipöytäkirja julkaistaan The Journal of Nutrition -lehden liitteenä. Liitteen vierailevina toimittajina olivat Sidney M. Morris Jr, Joseph Loscalzo, Dennis Bier ja Wiley W. Souba.
Työtä ovat tukeneet NIH:n apurahat DK56846 (AMT), DK02696 (NNK) ja GM49758 (DWC), jotka ovat myöntäneet Kansallinen diabeteksen ja ruoansulatuskanavan sairauksien instituutti (National Institute of Diabetes and Digestive and Kidney Diseases) ja Kansallinen lääketieteen instituutti (Kansallinen instituutti National Institute of General Medical Sciences).