Alai

En viktig faktor som ligger till grund för patologin vid erektil dysfunktion kan vara en försvagning av NO/cGMP-signalering (17,20,21). NO-produktionen i penisvävnad minskar vid åldrande (21-23) och diabetes (24-28), tillstånd som har en hög grad av samband med erektil dysfunktion. Flera rapporter föreslog att minskad NO-produktion på grund av endoteldysfunktion eller nervskador kan utgöra en central mekanism för erektil dysfunktion. Minskad produktion av NO i endotelet kan bero på minskat uttryck och aktivitet av NOS-protein, ökad NO-avskiljning, ökade endogena hämmare av NOS eller minskade nivåer av substrat (l-arginin och syre) och kofaktorer.

Effekter av exogent l-arginin på erektil funktion.

I flera studier på människor och djur har man undersökt effekterna av exogent l-arginin på återställande av NOS-aktivitet och förbättring av erektil funktion (29-34). I en kontrollerad crossover-studie förbättrade oralt l-arginin i en dos av 500 mg, givet tre gånger per dag, inte den erektila funktionen jämfört med placebo (32). Däremot rapporterade Chen et al. (31) att oral administrering av l-arginin i höga doser (5 g/d) orsakade en signifikant subjektiv förbättring av den sexuella funktionen hos män med organisk erektil dysfunktion endast om de hade minskad NOx-utsöndring eller produktion före arginintillskott. Intressant nog påverkades inte objektiva mått som penishämodynamik av oralt l-arginin. I en dubbelblind, placebokontrollerad, trevägskorsning, randomiserad klinisk studie jämförde Lebret et al. (30) effekten och säkerheten av 6 g l-arginin glutamat och 6 mg yohimbinhydroklorid vid behandling av erektil dysfunktion. Resultaten av dessa studier visade att oral administrering på begäran (1-2 timmar före avsett samlag) av kombinationen l-arginin glutamat och yohimbin är effektiv för att förbättra den erektila funktionen hos patienter med mild till måttlig erektil dysfunktion. Data från dessa studier förblir dock tvetydiga när det gäller att avgöra om l-arginin via kosten förbättrar den erektila funktionen hos män med erektil dysfunktion.

I djurstudier visade Moody et al. (33) att långvarig oral administrering av suprafysiologiska doser l-arginin förbättrar den erektila funktionen hos den åldrande råttan. Yildirim et al. (34) visade att administrering av oralt l-arginin till diabetiska kaniner ökar den endotelberoende relaxationen i kaninernas corpus cavernosum men hade ingen effekt på den neurogena relaxationen hos diabetiska djur. Angulo et al. (35) undersökte effekterna av phentolamin och l-arginin på neurogen avslappning av friska kaninhuvuden i organbadstudier. Författarna drog slutsatsen att en synergistisk interaktion mellan alfa-adrenerg blockad och potentiering av NO/cGMP-vägen ökar den neurogena relaxationen av corpus cavernosum in vitro. Enbart l-arginin var utan effekt när det gäller att potentiera den nervmedierade relaxationen. I en senare studie undersökte Angulo et al. (36) effekterna av l-arginin och NG-hydroxy-l-arginin på corpus cavernosum relaxation hos unga och gamla djur. Även om tillsats av l-arginin inte kunde relaxera fenylefrinkontrakterade vävnadsremsor i cavernosum, relaxerade tillsats av NG-hydroxy-l-arginin vävnadsremsorna effektivt och höjde vävnadsnivåerna av cGMP. Författarna drog slutsatsen att tillsats av NG-hydroxy-l-arginin förbättrade NOS-aktiviteten medan administrering av exogent l-arginin inte gjorde det. Eftersom hydroxyarginin är ett substrat för NOS och en hämmare av arginas förblir det oklart om de observerade effekterna enbart beror på NOS-aktivering eller på en kombination av NOS-aktivering och arginas-hämning.

I icke-genitala vaskulära vävnader återställer l-argininin endotelfunktionen hos hyperkolesterolemiska djur genom att öka NO-produktionen och genom att skydda NO från tidig nedbrytning genom superoxid. Vidare minskar l-arginin i kosten utvecklingen av ateroskleros och vaskulär oxidativ stress och bevarar endotelfunktionen hos kolesterolmatade kaniner (37-44). Dessa data tyder på att hyperkolesterolemi-inducerad endoteldysfunktion kan vändas genom tillförsel av l-arginin. På samma sätt ökar l-arginin den acetylkolininducerade relaxationen i aortiska ringpreparat från diabetiska råttor (45).

l-arginintillgänglighet för NOS.

Böger et al. (39) har föreslagit att koncentrationen av l-arginin som cirkulerar i blodet närmar sig 100 μmol/L. Andra studier har visat att de intracellulära koncentrationerna av l-arginin i endotelceller varierar mellan 100 och 800 μmol/L (46-49). Michaelis-Menten-konstanten (Km) för bindning av l-arginin till NOS ligger i intervallet 2-10 μmol/L (50-52). Utifrån denna information skulle man kunna förvänta sig att olika NOS-isoformer är mättade med l-arginin vid fysiologiska koncentrationer och att exogen l-arginintillförsel eller arginashämning borde ha liten eller ingen effekt på NOS-aktiviteten. Ett antal studier med in vivo- och in vitro-experiment visade dock att NOS-aktiviteten ökade med exogent l-arginin, trots de höga intracellulära koncentrationerna (42,44,53-57). Studier av Muggi & Harrison (58) och Angulo et al. (36) har tvärtom visat att exogent l-arginin inte hade någon effekt på acetylkolin- eller EFS-medierade reaktioner. De potentiella orsakerna till diskrepanserna mellan olika kliniska studier och laboratoriestudier om effekterna av exogent l-arginin och alternativa mekanismer har elegant diskuterats av Loscalzo (59). Alternativa mekanismer, inklusive kompartmentalisering av l-arginin i olika intracellulära pooler, har också diskuterats (60). Denna hypotes undersöks av ett antal laboratorier och tillgängliga uppgifter tyder på att arginasets och NOS:s konkurrens om intracellulärt l-arginin kan vara viktigare för regleringen av NOS-aktiviteten än de totala intracellulära nivåerna av l-arginin (56,57,61-64). I genitala vävnader föreslår vi att minskad l-arginintillgänglighet för NO-syntas och minskad produktion av NO skulle leda till försvagad vaskulär och trabekulär glattmuskelrelaxation och erektil dysfunktion (fig. 1).

Arginasaktivitet i penis corpus cavernosum.

Våra studier visar att messenger RNA (mRNA) för båda isoformerna av arginas I och II kan detekteras med RT-PCR i vävnadsprover från mänsklig penis corpus cavernosum (65). Vi har också visat att arginasenzymaktivitet finns i vävnadsextrakt från kanin- och human corpus cavernosum, vilket bedöms genom omvandling av l-arginin till urea och ornitin (65,66). Det finns begränsade bevis för att förändringar i arginasnivåerna kan bidra till olika patologiska tillstånd. Bivalacqua et al. (26,27) har undersökt förändringar i arginasets mRNA och protein och enzymaktivitet i diabetiska och normala mänskliga cavernosalvävnader. Corpus cavernosum från diabetespatienter med erektil dysfunktion hade högre nivåer av arginas II mRNA, protein och enzymatisk aktivitet än icke-diabetiker. Däremot var mRNA- och proteinnivåerna för arginas I-isoformen inte signifikant annorlunda i diabetisk och icke-diabetisk cavernosalvävnad. Således kan ett ökat uttryck av arginas II i diabetisk cavernosalvävnad bidra till erektil dysfunktion i samband med diabetes. Förutom störningar i glatt muskeltonus kan arginas direkt eller indirekt reglera trofiska processer i penisvävnad. Injektion av TGF-beta i råttpenisen inducerar till exempel lokaliserad fibros och ökar signifikant uttrycket av arginas II-protein (26,27). Författarna postulerade att denna förhöjning av arginas II kan dämpa syntesen av NO av eNOS och resultera i nedreglering av eNOS i detta sjukdomstillstånd.

Hämning av arginasaktivitet modulerar glattmuskelkontraktiliteten och den erektila funktionen.

Användningen av specifika arginashämmare har varit särskilt hjälpsam för att belysa arginasets reglerande roll. Två sådana hämmare är (S)-2-amino-6-boronohexansyra (ABH) och S-(2-borono-etyl)-l-cystein (BEC), som inte har någon hämmande aktivitet mot NOS (65,66). Både ABH och BEC innehåller trigonala plana boronsyra-sidokedjor som är isosteriska med den trigonala plana guanidiniumgruppen i l-arginin. Eftersom borsyrepartiet är mycket elektrofilt genomgår det en nukleofil attack av en hydroxidjon som överbryggar de två manganjonerna i arginasets aktiva plats. Denna reaktion resulterar i bildandet av en tetraedrisk boronatjon som efterliknar den tetraedriska intermediären och dess flankerande övergångstillstånd i arginasmekanismen. Eftersom ABH och BEC är utformade som substratanaloger reagerar de i arginasets aktiva plats för att binda som övergångstillståndsanaloger, och detta är orsaken till den höga affiniteten hos dessa hämmare. ABH är den mest potenta arginashämmare som hittills är känd, med Ki = 0,1 μmol/L mot råttans arginas I (67-69) och Ki = 8,5 nmol/L mot humant arginas II (70).

Den första användningen av en tättbindande borsyrebaserad arginashämmare för att modulera en NO-beroende process skedde i studien av den inre analsfinktermuskeln hos den vuxna opossan (69). Arginas dämpade den inre analfinktermuskelns relaxation som utlöstes av NANC-nervstimulering, och denna effekt upphävdes av arginashämmaren ABH. Dessutom ökade enbart användning av ABH den NANC-nervmedierade relaxationen av den inre analfinktermuskeln, och denna ökning var ∼250 gånger kraftigare än den som uppnåddes med N-hydroxy-l-arginin (NOHA). Dessa resultat visade på arginasets roll och den potentiella nyttan av en arginashämmare vid reglering av glatt muskeltonus. Jämförbara resultat erhölls i studier av relaxation av glatt muskulatur i penis corpus cavernosum.

I isolerade remsor av erektil vävnad i penis förstärktes den neurogena relaxationen genom tillsats av 0,1, 0,5 eller 1 mmol/L av någon av arginashämmarna (65,66). Förbättringen av relaxationen av glatt muskulatur var mer uttalad vid de lägre frekvenserna. Uppgifterna från dessa studier tyder på att den neurogena avslappningen i penisens erektilvävnad, som man vet medieras av NO, potentierades av hämning av arginas. Endotelberoende relaxation har också visat sig regleras av arginas. Med hjälp av arginashämmaren Nω-hydroxi-nor-l-arginin (nor-NOHA) har Masuda et al. (71) visat att tillsats av 0,1 mmol/L nor-NOHA underlättade endotelberoende relaxation och att detta upphävdes genom tillsats av NOS-hämmaren l-NAME.

In vivo-studier med arginashämmare har visat sig stämma överens med in vitro-studierna, vilket bekräftar den fysiologiska roll som arginas spelar vid reglering av NO-syntesen. Intrakavernosal administrering av ABH i den bedövade kaninen underlättade den erektion av penis som framkallades av stimulering av bäckennerven (fig. 2) (72). Dessa observationer tyder på att hämning av arginas underlättar erektion genom att öka den kompartmenterade poolen av arginin som substrat för neural och endotelisk NOS.

De positiva effekterna av specifika arginashämmare kan bli ännu mer påtagliga när de används i patologiska förhållanden där arginasnivåerna kan vara betydligt förhöjda. Till exempel normaliserades den minskade NOS-aktivitet som observerades i erektilvävnad i penis från diabetiska män när den behandlades med arginashämmaren ABH (26,27). Även om studier om arginas i sjukdomsmodeller av könsorgan saknas, ackumuleras data från icke-genitala vaskulära vävnader i litteraturen. Osanai et al. (73) och Shukla et al. (74) har föreslagit att åldern ändrar aminosyrapoolens storlek och tillgången på l-arginin. Studier på unga och vuxna råttor (56) visade att hämning av arginasaktiviteten med BEC, N-hydroxi-nor-l-argininin (nor-NOHA) eller difluormetylornitin (DFMO) gav vasodilatation i aortiska ringar. I aortisk vävnad från gamla råttor ökade arginasaktiviteten och uttrycket, medan BEC och DFMO återställde NOS-aktiviteten och cGMP-nivåerna jämfört med aortisk vävnad från unga råttor. I koronarmikrokar från svin har Zhang et al. (75) visat att endotelet uttrycker arginas och att hämning av arginasaktiviteten med DFMO stimulerar NO-produktionen och ökar vasodilatationen.

Roll för NO och arginas i kvinnors sexuella upphetsningsfunktion

En hypotes som håller på att utvecklas är att efter sexuell stimulering är nedsatt ”genital upphetsning”, som manifesteras av otillräcklig klitoris och/eller vaginala engorgement, delvis kopplad till minskat arteriellt inflöde. I den kvinnliga djurmodellen resulterade ateroskleros i den ilio-hypogastriska-pudendala artärbädden i minskat vaginalt och klitorisartär blodinflöde samt minskade vaginala och klitorisvävnadstryckresponser efter stimulering av bäckennerven jämfört med friska kontrolldjur (76). Vidare är NO/cGMP-vägen en viktig modulator av vaginal glattmuskelkontraktilitet (77,78) och blodflöde i djurmodellen (79,80).

Expression av arginasaktivitet i de kvinnliga genitala vävnaderna

Vi har rapporterat att NOS och arginas är differentiellt fördelade bland de anatomiska regionerna i kaninens vagina (81). Den totala aktiviteten av kväveoxidsynteser (nNOS & eNOS) var högre i den proximala än i den distala vagina. Arginasaktiviteten var dock större i den distala än i den proximala vagina (81). Den fysiologiska betydelsen av denna unika regionala anatomiska fördelning av dessa enzymer i denna djurmodell är för närvarande okänd. Fördelningen av NOS och arginas i den mänskliga vagina är fortfarande dåligt karakteriserad. Vi har också rapporterat att ovariektomi ökade den totala NOS-aktiviteten i den proximala vagina med samtidig minskning av arginasaktiviteten i den proximala och distala vagina, vilket tyder på en differentiell reglering av dessa enzymer med hjälp av könssteroiderhormoner i de olika anatomiska regionerna i kaninens vagina (81).

Interessant nog minskade den vaginala och klitorala arginasaktiviteten genom ovariektomi och uppreglerades genom östrogenersättning i den distala slidan, vilket tyder på att arginas regleras av östrogenhormoner (81,82). Behandling av ovariektomerade djur med DHEA, Δ5-androstenediol eller 5α-DHT förändrade inte arginasaktiviteten i vagina signifikant i förhållande till ovariektomerade djur som behandlades med vehikel. Behandling av ovariektomerade djur med östradiol i kombination med testosteron eller progesteron ökade arginasaktiviteten i klitoris och distal vagina. Dessa observationer tyder på att arginasaktiviteten i vaginala och klitorisvävnader moduleras av östrogener på ett vävnads- och regionsspecifikt sätt.

Den fysiologiska betydelsen av arginasregleringen av könssteroiderhormoner i vagina och klitoris kan ha metaboliska och funktionella roller; arginasets roll har dock ännu inte undersökts i vaginala och klitorisvävnader. Vi föreslår att arginas spelar en kritisk roll för vaginal epiteltillväxt som svar på steroidhormoner, via syntes av polyaminer via en väg som liknar den som rapporterats i endotelceller (83,84). Det är möjligt att arginas spelar en reglerande roll för endotelproliferation i klitoris kärlbädd. Denna hypotes har dock ännu inte testats i vaginalt epitel eller klitorisvävnad in vitro eller in vivo.

Hämning av arginasaktivitet förbättrar kvinnliga genitala hemodynamik.

Premiärstudier på honkanin har föreslagit att NO-cGMP-vägen är en modulator av vaginal kärlkongestion och kan spela en roll i den genitala sexuella upphetsningen (80). Det har också visats att den distala vagina uttrycker arginasaktivitet som hämmas av ABH och BEC. Intravenös administrering av arginashämmaren ABH ökade den vaginala uppblåstheten, vilket bedömdes genom ökat innehåll av oxyhemoglobin med hjälp av nära-infraröd spektroskopi (fig. 3) (72,80). Uttrycket av arginas i klitoris och vagina och den ökning av blodflödet som observerades efter administrering av arginashämmaren ABH tyder på att detta enzym kan spela en roll för att modulera NO-vägen i kvinnlig genitalvävnad och kan reglera den genitala hemodynamiken.

Sammanfattning och slutsatser

Nitric oxide/cGMP pathway anses vara kritisk för manlig erektil funktion (11-15,18). Vi och andra har nyligen visat att NO/cGMP-vägen också spelar en roll för att modulera vaginal och klitoris hemodynamik (77,78,80,85). Förändringar i NO/cGMP-vägen i samband med åldrande, ateroskleros, diabetes, hyperkolesterolemi eller genital skada eller trauma leder sannolikt till sexuell dysfunktion hos män och kvinnor. De patofysiologiska mekanismerna för sexuell dysfunktion i manliga och kvinnliga genitalier kan inbegripa: a) minskat NOS-uttryck och -aktivitet, b) ökad NO-avskiljning, c) ökad syntes av endogena NOS-hämmare eller d) minskad tillgång till l-arginin som substrat för neuralt och endoteliskt kväveoxidsyntas.

I dagsläget finns det mycket begränsade studier om arginasaktivitetens roll i moduleringen av den manliga och kvinnliga genitala upphetsningsresponsen (26,27,65,66,71,72). I denna översikt har vi sammanfattat de data som genererats från vårt laboratorium och de som rapporterats i litteraturen när det gäller arginasets potentiella reglerande roll på erektil funktion och vaginal engorgement in vitro och in vivo. Tillgången till l-arginin som substrat för kväveoxidsyntas i NANC-nerver och endotel i genitala vävnader kan minskas av ökad arginasaktivitet som svar på sjukdom eller skada. Konkurrensen om substratet l-arginin kan vara uttalad om l-arginin finns i en kompartmentaliserad pool som delas av dessa konkurrerande enzymer. Den intracellulära arginintillgången kan minska ytterligare vid åldrande, diabetes eller ateroskleros. Om detta var fallet skulle man kunna förvänta sig att förändringar i arginas i olika sjukdomstillstånd skulle leda till minskad NO-produktion som svar på sexuell stimulering. Dessa patologiska förändringar skulle leda till otillräcklig perfusion eller uppblåsning av genitala vävnader och dysfunktionella sexuella upphetsningsreaktioner hos både män och kvinnor. Som framgår av uppregleringen av arginas i specifika sjukdomstillstånd, dess differentiella fördelning i slidan och dess modulering av könssteroiderhormoner kan detta enzym också delta i många andra fysiologiska och patofysiologiska processer, t.ex. vävnadstillväxt, fibros och immunförsvar.

Litteratur som citeras