盆腔器官脱垂(pelvic organ prolapse,POP)具有发病率高及发病机制复杂的特点,严重影响中老年妇女的生活质量,甚至造成患者严重的心理问题,故了解其发病机制,对预防POP的发生,提高中老年妇女的生活质量有重要意义,然而POP的发病机制尚不明确。目前研究认为POP的发生与盆底结缔组织结构及功能完整性被破坏有关^{[ 1]}。盆底结缔组织细胞外基质(extracellular matrix,ECM)的主要成分是弹性蛋白和胶原蛋白,弹性蛋白是弹性纤维的主要组成部分,有实验表明弹性纤维失衡能诱发出小鼠盆底功能障碍性疾病^{[ 2, 3]}。赖氨酰氧化酶(lysyl oxidase,LOX)是弹性纤维发育成熟和保持内环境稳态的关键酶,POP患者盆底组织中其含量发生改变^{[ 4, 5]},故推测LOX家族蛋白酶的表达改变在POP的发生、发展中可能起一定作用。

LOX家族蛋白酶是一类铜依赖的单胺氧化酶,LOX家族有5个成员,即LOX、类赖氨酰氧化酶1(lysyl oxidase like 1,LOXL1)、类赖氨酰氧化酶2(lysyl oxidase like 2,LOXL2)、类赖氨酰氧化酶3(lysyl oxidase like 3,LOXL3)、类赖氨酰氧化酶4(lysyl oxidase like 4,LOXL4)^{[ 6]}。LOX家族成员基因来源均不同,它们分别位于不同的同源染色体上。LOX家族编码的蛋白产物羧基端都具有严格保守的赖氨酰氧化酶样催化结构域,它包含了一个含铜离子结合位点、赖氨酰-酪氨酰苯醌残基和细胞因子样受体结合位点,该区域对单胺氧化酶的活性有明显影响,LOX与LOXL1~4羧基端的催化结构域同源性高达88%,表明所有的LOX家族成员都具有共同的催化机制。而LOX家族成员的氨基末端则显示极小的序列同源性,LOX和 LOXL1在其氨基末端均含有一个前肽,而LOXL2、LOXL3、LOXL4每个包含有4个富含半胱氨酸的清道夫受体结构域,这种氨基端结构的差异性决定了不同的成员具有不同结构、功能和组织学分布^{[ 6]}。

LOX家族成员的氨基末端具有分泌信号,但缺乏跨膜结构域,因此它们通常被认为是分泌型蛋白质^{[ 7]}。LOX由促纤维化细胞表达和分泌,转录产物LOX mRNA经过翻译并在高尔基体进行糖基化形成LOX酶原,然后进入转运小泡以糖基化酶原的形式分泌到细胞外,最后经溶胶蛋白酶C剪切成LOX活性形式(相对分子质量30 000)及一个前肽片段(相对分子质量18 000),在ECM中发挥基本的生物学功效^{[ 6]}。LOX在ECM中通过氧化脱氨作用催化胶原和弹性纤维中的赖氨酸残基或氧化成ε-醛基赖氨酸,ε-醛基赖氨酸自发地缩合生成共价交联键,形成稳定且不溶解的胶原或弹性纤维聚合物,增加ECM的稳定性^{[ 8]}。

成熟的弹性纤维由外面的一层微原纤维壳套和内部交联的无定型聚合体-弹性蛋白核心组成。弹性蛋白主要由成纤维细胞、大动脉平滑肌细胞和弹性软骨细胞等产生,是弹性纤维最主要、最具特征性的蛋白。在弹性蛋白的合成中,细胞内表达的前弹性蛋白分子被蛋白水解酶脱去其羧基端的部分氨基酸残基,成为原弹性蛋白,并进入到细胞表面先期形成的原纤维蛋白微原纤维簇的中央部位。在靠近质膜处,4条原弹性蛋白多肽链中的3条赖氨酰残基被结合在原纤维蛋白微原纤维上的LOX氧化脱去ε位的氨基形成醛基,这3条多肽链上的醛基和另一条原弹性蛋白肽链上未被氧化脱氨的赖氨肽残基发生缩合反应,形成共价交联,以疏松的无规卷曲构型形成了富有弹性的网状结构,成为弹性蛋白,然后在外层微纤维原的包绕下形成弹性纤维及纤维束^{[ 8]}。

有研究发现,LOX家族的多个成员与弹性蛋白正常结构及功能状态的维持相关^{[ 2, 3, 9, 10]}。Tadmor等^{[ 9]}报道,LOX在结缔组织的胶原蛋白和弹性蛋白生物合成中发挥关键作用, LOX基因家族成员的表达增加,纤维化相关的疾病发生率也增加。Liu等^{[ 10]}发现,受LOXL1调控的弹性蛋白在弹性纤维合成与降解中发挥着至关重要的作用,LOXL1缺陷的大鼠无法形成弹性蛋白聚合物,而相关弹性蛋白的聚合需通过LOXL1调控来完成^{[ 11]}。张师前等^{[ 12]}分析弹性蛋白与LOX这2种基因的关系,发现它们在mRNA和蛋白水平上有相同的变化趋势,且呈明显的直线正相关。可见LOX mRNA及蛋白水平表达减弱导致其对胶原和弹性纤维分子间交联的水平下降,而无法形成稳定的胶原和弹性纤维,改变其机械强度,容易断裂分解,导致盆底组织支持作用减弱。

POP是一种妇产科常见病,严重影响了女性的健康和生活质量,而POP的发生是一个多因素、多阶段的复杂过程^{[ 13]}。有研究发现,女性POP的发生与盆底结缔组织结构功能完整性被破坏密切相关^{[ 1]}。弹性纤维是ECM的重要组成部分,女性盆底组织中含有极其丰富的弹性纤维,赋予盆底组织良好的弹性,这种特性可能对调整生殖道组织自身状态适应妊娠和分娩时的巨大伸展变化及产后的修复非常重要。大多数情况下,弹性纤维一旦生成就保持相对稳定,但在女性生殖器官中却存在着大量的弹性纤维重塑^{[ 2]}。Drewes等^{[ 14]}创建小鼠模型,发现在妊娠后期又长又直的弹性纤维交织成网状呈“桥式”连接在阴道壁组织和提肛肌之间,而在分娩后2 h弹性纤维却断裂成碎片,且排列杂乱无章。在妊娠和分娩时,生殖道组织的弹性纤维经历巨大的降解和再合成的变化,如果产后恢复时期弹性纤维不能及时重塑或重新合成不足,其网状结构就会破坏,导致生殖道组织的结构和功能缺陷。Zhao等^{[ 15]}通过免疫组化结果显示,与正常对照组相比,POP患者子宫骶韧带中弹性蛋白表达无序、呈球状。另有诸多研究证实,POP患者子宫骶韧带以及阴道壁中弹性纤维合成减少,并伴有弹性纤维降解过度^{[ 11, 13]}。由此,表明了弹性纤维失衡与POP的相关性。Goepel^{[ 16]}发现,正常绝经后女性的子宫骶韧带均含有完整的没有损伤的弹性蛋白,而POP患者的弹性蛋白受损甚至缺失。进而推测,弹性蛋白合成减少导致盆底结缔组织弹性减弱,从而使其弹性功能减退促进了POP发生。

Alarab等^{[ 5]}使用荧光定量聚合酶链反应和免疫组化检测严重POP妇女阴道壁组织中LOX家族蛋白酶的表达情况,发现LOX、LOXL1和LOXL3的mRNA水平表达减少,LOX、LOXL3的蛋白水平表达降低。Klutke等^{[ 17]}也在Ⅲ度以上脱垂患者的盆底组织中发现LOX、LOXLl表达明显低下,无脱垂的盆底组织中LOX的表达比Ⅲ度脱垂的组织多8.2倍,抑制POP患者的 LOX基因表达使其启动子甲基化,而导致甲基化的是环境所致的可影响DNA编码的可遗传因素,表明LOX缺陷是女性易患POP的原因^{[ 18]}。Zhou等^{[ 4]}用免疫组化的方法检测宫骶韧带中LOXL1的蛋白含量,发现POP组LOXL1的表达明显减少。最近的一项针对POP患者基因多态性研究,进一步表明 LOXL1基因的rs1048661和rs2165241地区的纯合子TT多态性可能与POP的发生相关^{[ 19]},从基因学上显示LOX家族与POP的发生具有相关性。

Alperin等^{[ 2]}研究表明, LOXL1基因敲除小鼠其阴道支持组织的生物学行为发生改变。Liu等^{[ 20]}研究发现, LOXL1基因敲除小鼠分娩后POP 的发病率比野生型小鼠增高,组织学检查发现尿道旁结缔组织中胶原、弹性纤维数目减少,排列不规则,免疫染色显示尿道平滑肌层细胞数目下降,排列紊乱。Liu等^{[ 10]}发现LOXL1总是与弹力纤维共定位,构建的 LOXL1基因敲除的大鼠模型,有1/3的大鼠在第1次生育后出现POP;而剩余的大鼠在第2次生育后都发生了POP。由此推测,LOLX-1的表达下降或缺失可能影响弹性纤维正常代谢,从而导致POP的发生。

Drewes等^{[ 21]}研究发现卵巢切除组小鼠阴道壁上LOX表达比对照组下降40%,雌二醇治疗可使LOX mRNA的表达增加,孕激素能抑制雌激素诱导的LOX mRNA表达的增加,说明雌激素可能通过调节LOX转录物的增加而调节弹性纤维的交联,妊娠期高孕激素的抑制作用和绝经后低水平的雌激素作用都可能影响弹性纤维的形成。Liu等^{[ 10]}在研究中发现, LOXL1 mRNA和蛋白水平在接近分娩时下降,产后恢复到基线水平,LOXL1在宫颈的表达量与妊娠晚期宫颈成熟的生理进程相关,宫颈成熟导致胶原和弹性纤维断裂,宫颈变软,这个过程受到松弛素和雌激素受体的负调节。随着年龄的增长,雌鼠生殖道LOXL1蛋白表达下降,弹性纤维合成减少、发生断裂,但在同龄雌鼠的肺脏和动脉壁上LOXL1的表达变化却极小,这说明盆底LOXL1的表达是受激素调节的。而在人群中随着年龄的增长,POP的发病率增加,表明LOX与雌激素水平相关。

盆底结缔组织是维持盆底器官正常结构及功能的重要成分,盆底结缔组织薄弱将导致POP。弹性纤维是盆底结缔组织ECM的重要组成部分,其代谢情况与盆底结缔组织的功能状态密切相关。LOX作为结缔组织疾病的重要相关基因,能够影响局部组织中胶原蛋白与弹性纤维的生成、结构及其功能,但其作用机制尚不十分明确,目前的研究主要集中于动物实验。随着人口老年化,POP的患病率越来越高,我们需要进一步的人体实验研究明确LOX在POP中的作用机制,为阐明POP的发生机制及其预防、诊治提供新思路。