胡道远 综述 肖恒军 审校

中山大学附属第三医院泌尿外科（广东广州 510630）

勃起功能障碍（erectile dysfunction，ED）是男性常见的性功能障碍，患者因无法完成或维持有效的阴茎勃起，导致性生活不满意，影响其生活质量及与伴侣的关系[1]。目前，全球超过1 亿人受到ED 的困扰，预计到2025 年将超过3 亿[2]。ED 发病机制错综复杂，与精神心理、海绵体平滑肌、血管、神经、内分泌功能等密切相关[3]。受伦理、法律等限制，有关ED 的研究仍以动物模型为主，因此，建立契合ED 发生、发展特征的动物模型，是深入探讨其发病机制、治疗及加速基础研究成果向临床转化的关键。本文综述常用的ED 动物模型，简述其建模方案、模型特点及研究进展，期望为后续ED研究选择适宜的动物模型提供思路。

一、ED 动物模型类型及评价机制

现有ED 动物模型主要包括糖尿病ED 模型（I 型和II 型）与高胆固醇血症/ 高脂血症ED 模型，神经损伤性ED 模型，增龄性ED 模型，去势ED 模型，心理性ED 模型等。早期研究多采用大型动物，如狗、猴、猫、兔等，啮齿类动物因其经济性、易于饲养及处置，并且在性特征相关的形态与功能方面与人类非常相似，逐渐成为构建ED 动物模型的首选[4]。然而，啮齿类动物仍无法充分反映人类性行为及其相关疾病的复杂性，由于其寿命短暂，不宜进行长期研究，并且啮齿类动物性行为依赖于嗅觉刺激，而人类更多依赖于视听觉刺激。鉴于ED 病因的多样性，选择适宜的动物模型尤为重要，要求研究者掌握建模方法的同时还需明确其原理，此外，动物模型的稳定性及可重复性也是研究可行性及成果科学性的关键。模型成功建立后，还需选择适宜的勃起功能评价方法，常用的方法包括交配试验、阿扑吗啡试验、阴茎海绵体测压（intracavernous pressure，ICP）、肌电图图谱等[5]，各种评价方法可有效检测勃起功能，然而亦存在一定的缺陷，包括主观性、随机性及准确性不高等问题，其中以ICP 与平均动脉压（mean arterial pressure，MAP）的比值（ICP/MAP）作为勃起功能强弱指标，因其客观性、可量化及可重复性，得到学界的普遍认同[6]。

二、动物模型及研究进展

（一）糖尿病ED 模型与高胆固醇血症/ 高脂血症ED 模型

糖尿病有I 型、II 型之分，就I 型糖尿病而言，非肾上腺素能非胆碱能神经通路严重缺陷及阴茎内皮功能损伤是啮齿类动物海绵体血管舒张受损的原因，而II型糖尿病则更多的是考虑内皮功能异常导致的海绵体血管舒张受损，而介导舒张功能的副交感神经损伤较小[7-9]。

建立I 型糖尿病ED 模型相对简易，多以链脲佐菌素（streptozocin，STZ）诱发，其作用与副交感神经介导的舒张功能受损以及平滑肌和内皮细胞密度降低有关。STZ 给药方式包括腹腔内注射、皮下注射、心内注射及肌肉注射等。其中腹腔内注射快速、简便，然而药物不慎进入肠内或皮下可增加致死率或降低致糖尿病作用[10]。Tay 等[11]认为采用静脉给药较腹腔内给药诱导的糖尿病动物模型更为稳定，且可重复性更高。II 型糖尿病不同于I 型，胰岛素抵抗造成的胰岛素相对不足及高胰岛素血症是其显著特征，导致交感神经兴奋性及海绵体平滑肌张力增加，从而需要更高的舒张刺激完成勃起，其造模主要通过自发、化学药物、饮食或手术操作等单独或组合诱导的方式。虽然II 型糖尿病模型建立过程较复杂，但能更好的模拟多数糖尿病患者的疾病状态，相关评价指标更为完善。

Yang 等[12]以STZ（50mg/kg）注射于大鼠腹腔内，2天后将尾静脉随机血糖300mg/dl 作为阈值，12 周后以阿扑吗啡试验筛选ED 大鼠，研究表明内皮功能包括环磷鸟苷（cyclic guanosinc monophosphate, cGMP）- 内皮型一氧化氮合酶 （endothelial nitric oxide synthase,eNOS）-NO 信号通路在糖尿病ED 中发挥重要作用。Chen 等[13]先以高脂饮食（24%脂肪，41%碳水化合物，24%蛋白质，总热量4.73kcal/g）饲喂SD 大鼠4 周，后于腹腔内注射STZ（30mg/kg）2 次，间隔1 周，完成注射1 周后以随机血糖＞16.7mmol/L 为糖尿病标准，并从高脂饮食第一天开始每两周测体重1 次。为明确大鼠胰岛素抵抗情况，STZ 注射8 周后进行胰岛素抵抗实验：牛胰岛素（1IU/ml）腹腔内注射，分别于0、15、30、60、120 分钟测血糖水平并绘制反应曲线，最终于STZ 注射10 周后诱导大鼠产生II 型糖尿病。

长期高脂刺激产生高脂血症、高胰岛素血症、糖尿病等代谢障碍性疾病，可能损伤阴茎血流动力学[14]。有研究表明血清总胆固醇浓度每增加1mmol/L，发生ED的风险增加32%，而高密度脂蛋白每增加1mmol/L 将显著降低ED 风险[15]。Zhong 等[16]则采用2%胆固醇、10%猪油、10%蛋黄粉及79%标准大鼠饲料构成的高脂饮食饲喂SD 大鼠，16 周后可诱发ED，可应用于高胆固醇血症/ 高脂血症诱发ED 的研究，然而大鼠与人类脂肪代谢机制不同，对于研究结果应综合分析。

（二）神经损伤性ED 模型

正常勃起依赖复杂的神经传导调节，中枢或周围神经的损伤均会造成勃起功能异常。临床上多见于医源性损伤，如根治性前列腺切除术（radical prostatectomy，RP）后发生ED 的风险为60.8%-93.9%[17]，即使保留神经的RP，术后两年内也有近20%的机率发生ED[18]。

早期研究显示盆神经节 （major pelvic ganglia，MPG）位于前列腺背外侧叶，其输入神经为盆神经及腹下神经，海绵体神经（cavernous nerve，CN）为其输出神经，位于前列腺侧面并分支于盆腔脏器[19]。CN 暴露后，干扰MPG 远端2-5 mm 处神经，而损伤方式（挤压、冷冻、横断及切除等）及单（双）侧的选择依研究需要而定。挤压、冷冻因不破坏神经鞘，有利于轴突再生[10]，对CN 的损伤较轻，挤压大鼠双侧CN 诱发的ED 持续约4 周，而切断双侧CN 诱发的ED 持续约12 周[20]。CN 横断或切除都将造成不可逆的神经损伤，可模拟外伤或术中神经完全离断的情况，双侧CN 离断模型还可用于研究长期失神经支配下阴茎组织病理变化，而对于双侧CN 挤压模型，建议干预时间限制在3 周内[21]。单侧CN 损伤病情较轻，尤其适于MAP 测量困难的小鼠，可在同一动物中比较神经损伤组和sham（假手术）组的结果[10]。CN 损伤模型建立的关键是明确CN 的位置，以大鼠为例，取下腹部中线切口（3cm），首先确定前列腺位置，沿前列腺与输精管间隙向外下以棉签头钝性分离暴露前列腺外侧叶，可见其表面的星芒状MPG，CN 位于MPG 下方指向尿道，可使用神经剥离子分离CN 用于后续处理。Zeng 等[22]以止血钳钳夹CN 2 分钟造模，4周后发现大鼠勃起功能降低，平滑肌/ 胶原下降，并且海绵体平滑肌发生表型转化（α- 平滑肌肌动蛋白（alpha-smooth muscle actin, alpha-SMA） 上调，骨桥蛋白（osteopontin, OPN 下调），该作用可能与RhoA/ROCK1信号通路及其下游因子细胞周期蛋白依赖性激酶2（cyclin-dependent kinase 2, CDK2）、Cyclin E1 及P27kip1有关。

部分学者通过脊髓损伤（spinal cord injury，SCI）建立ED 模型，早期经小鼠背部入路暴露并横断T7、T8建模。相比之下，损伤更小的落重法（weight-drop）受到更多研究者的青睐。Albayrak 等[23]麻醉大鼠后取俯卧位，自T5至T12沿中线切开皮肤，分离椎旁肌肉，并移除T7-T10棘突及椎弓板，保持硬脊膜完整，之后采用不锈钢棒（顶端直径3mm，重10g）在导向管引导下于距脊髓10cm 处垂直下落撞击脊髓，脊髓受到100g/cm 势能冲击，造成脊髓损伤。

（三）增龄性ED 模型

增龄是诱发ED 的关键因素，有研究表明随着年龄增长ED 发病率逐渐升高[24]。一般饲养大鼠至18 月龄或以上视为老年，注意控制环境温度及相对湿度，保持通风换气及笼内食、水充足，定期清理鼠笼，维持12 小时昼夜循环等。Liu 等[25]构建老年ED 动物模型，发现阴茎海绵体平滑肌量减少，同时纤维化及细胞外基质沉积增强。Tang 等[26]饲养SD 大鼠至18 月龄，相较于对照组（4 月龄）ICP/MAP 及平滑肌/ 胶原比值降低，同时出现增龄相关的自噬体、Beclin1 及LC3II 等自噬指标的降低，表明平滑肌细胞功能及自噬水平的降低可能参与增龄相关性ED 的发生。Ding 等[27]将大鼠根据月龄分组（5-24 月龄）模拟增龄的影响，证实ICP/MAP 随增龄逐渐降低，nNOS 表达与增龄负相关，而Rho-kinase 表达与增龄正相关。应注意，增龄模型是多种病理变化混杂的结果，需花费大量的经济及时间成本，长期饲养过程中存在不确定因素如死亡、患病等，鉴于此，有学者尝试通过D-(+)-Galactose（150 mg/Kg/day，8 周）诱导8周龄大鼠衰老，构建老年ED 动物模型[28]，为老年ED模型的构建提供了新的思路。

（四）去势ED模型

雄激素对男性性征的发育和性功能维持的影响是众所周知的。睾酮水平与ED 关系密切，其降低常伴有肥胖、糖尿病、高血脂等代谢性疾病共同影响勃起功能。Gur 等[29]研究发现睾酮可通过作用于eNOS、神经型一氧化氮合酶（neuronal nitric oxide synthase, nNOS）、cGMP 并抑制5 型磷酸二酯酶（phosphodiesterase 5,PDE5）从而间接促进阴茎海绵体松弛。Xiong 等[30]认为睾酮可维持阴茎勃起的生理和解剖基础，性腺功能减退和睾酮水平降低可导致ED 的发生，可能与低睾酮诱导eNOS 解偶联相关。Traish 等[31]研究表明睾酮通过调节内皮祖细胞功能参与勃起调控。常用手术或药物去势造模，通过雄激素剥夺导致阴茎海绵体组织萎缩和小梁平滑肌细胞凋亡以及平滑肌数量和细胞外基质比例失衡，致使静脉闭塞功能障碍。Zhao 等[32]手术构建去势模型，发现海绵体内K+，Ca2+相关通道蛋白表达可能与勃起功能密切相关。

（五）心理性ED 模型

心理性ED 与应激有关，Neves 等[33]报道心理应激可引起内皮功能异常。Brien 等[34]认为应激状态所致ED 与交感神经过度兴奋有关，并检测超大鼠注视下大鼠性行为完成情况，评估焦虑和压力对勃起功能的影响。其他急性应激形式还包括固定（immobilization，IMB）、足部电击（electrical foot shock，EFS）、冷水浸泡（waterimmersion，WIM）等。Retana-Marquez 等[35]综合对比IMB、EFS、WIM 对性行为的影响，发现WIM 改变大鼠性行为的动机成分、表现及潜能，EFS 几乎改变实验用到的所有性功能参数，但仅在长期刺激的情况下，IMB 仅影响爬高次数（mount frequency，MF）及命中率（hit rate，HR），表明应激条件对性行为的影响与其特性及持续时间有关。Sahin 等[36]研究慢性应激对勃起功能的影响，采用慢性、温和、不可预知应激（unpredictable chronic mild stress，UCMS） 建立大鼠抑郁模型，制定UCMS 计划表并遵照执行，持续8 周。研究表明UCMS 损伤神经及内皮依赖的松弛反应，减少eNOS 及nNOS 表达，降低睾酮水平，增强系统及海绵体内TNF-α、IL-1β、IL-6 表达。应当注意人类心理活动复杂，动物模型难以充分反映其特点，更为科学的动物模型或将建立在对人类精神心理活动机制更为准确认识的基础上。

三、前景及展望

综上所述，ED 发病率不断升高，其机制及治疗是目前亟需探究的问题，而选择适宜的动物模型是开展研究的关键。现有动物模型为ED 研究奠定了基础，今后仍将发挥重要作用，然而动物与人类之间的巨大差异造成了动物模型的局限性，因此需要我们不断改良或开发新的动物模型。另外，随着ED 研究的逐渐深入，对动物模型的要求也不断提高，如对转基因、新药及新技术应用的良好耐受、稳定的性状、标准化的检测及评价指标等。随着对各类ED 动物模型特征认识的不断加深，建立适宜的动物模型将为深入探索ED 提供更多帮助。

关键词勃起功能障碍； 模型； 动物

doi:10.3969/j.issn.1008-0848.2021.06.020

中图分类号R698.1； R-332