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磷酸二酯酶5 (Phosphodiesterase, PDE5)广泛分布在脑、心、肺及阴茎等组织中,能特异性地以3,5-环核苷酸为底物,催化细胞内的环磷酸鸟苷(Cyclic Guanosine monophosphate, cGMP)水解生成相应的无活性的5-核苷酸。PDE5抑制剂如西地那非(sildenafil)、优克那非(yonkenafil)、潘生丁(dipyridamole)等能够阻碍 PDE5 对环核苷酸的水解产生广泛的生理作用。PDE5抑制剂如西地那非、伐地那非(vardenafil)和他达那非(tadalafil)在临床上用于勃起功能障碍(erectile dysfunction)、肺动脉高压(pulmonary hypertension)等的治疗。越来越多的实验研究发现PDE5抑制剂具有抗脑缺血(improve cerebral ischemia)、记忆增强(memory enhancement)、神经保护(neuroprotection)、镇痛(antinociception)等作用,提示PDE5抑制剂具有显著的中枢活性。小胶质细胞(microglia)活化诱发的慢性神经炎症是公认的脑外伤(brain injuries)、脑缺血、阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease, AD)以及帕金森病(Parkinson’s disease,PD)等中枢神经系统疾病产生和发展的重要原因。体外实验研究表明,PDE5抑制剂潘生丁能够显著抑制小胶质细胞活化,提示PDE5抑制剂的中枢神经系统的作用可能与抑制小胶质细胞活化相关。然而,PDE5抑制剂通过何种途径发挥对小胶质细胞活化的抑制作用还不十分清楚。为此。本文采用激光共聚焦显微成像、高内涵筛选和分析、ELISA、RT-PCR和Western-blot等多种技术研究了 PDE5抑制剂抑制小胶质细胞活化的作用与可能机制。研究发现:1、PDE5抑制剂西地那非(3-100μM)和优克那非(0.3-30μM)能够抑制LPS活化的小胶质细胞系N9和原代小胶质细胞NO、TNF-α和IL-1β释放等炎症物质的释放;西地那非(10-100 μM)和优克那非(10-30 μM)均能够显著抑制活化的小胶质细胞条件培养液引起的SH-SY5Y神经元死亡。提示,西地那非和优克那非均能显著抑制小胶质细胞活化,且保护小胶质细胞活化导致的神经元损伤。2、LPS能够上调小胶质细胞内PDE5的mRNA和蛋白表达,并且这种作用能够被PDE5抑制剂西地那非所抑制,且被抗氧化剂NAC、NADPH氧化酶抑制剂DPI和NF-κB抑制剂PDTC所抑制;同时外源性给予H202和能够激活NF-κB通路的TNF-α也能够上调小胶质细胞PDE5的表达,提示,LPS上调小胶质细胞PDE5的表达可能通过激活NADPH氧化酶所产生的ROS和NF-κB而实现。3、西地那非能够抑制LPS诱导的NADPH氧化酶的表达增加,降低小胶质细胞内ROS的水平。并且抑制p38、ERK和JNK MAPKs磷酸化蛋白的表达。同时还能够抑制LPS活化的小胶质细胞NF-κB上游信号通路蛋白IRAK/TAK/IKKα/β的激活及IκBα的磷酸化和降解,抑制NF-κB激活。提示,PDE5抑制剂抑制NADPH氧化酶所产生的活性氧(ROS)所介导的MAPKs/NF-κB通路的激活可能是抑制小胶质细胞活化的主要机制。4、cGMP类似物8-Br-cGMP和cAMP类似物dbcAMP在一定浓度范围内均抑制较低浓度LPS(2.5 ng/ml)活化的N9细胞ROS、NO和TNF-α释放,且GC抑制剂ODQ(0.1μM)、PKG抑制剂KT5823 (0.3 μM)和PKA抑制剂KT5720 (0.1 μM)均能够逆转西地那非抑制小胶质细胞活化的作用,提示,PDE5抑制剂西地那非抑制小胶质细胞活化作用可能依赖于GCs/cGMP/PKG或cAMP/PKA通路。综上所述,本研究首次发现,PDE5抑制剂西地那非和优克那非可能通过抑制NADPH氧化酶所产生的活性氧(ROS)所介导的MAPKs/NF-κB通路的激活而抑制小胶质细胞活化;且这种作用可能与cGMP和cAMP通路相关;同时,本文首次发现LPS可能通过NF-κB/NADPH氧化酶/ROS而增加PDE5表达,西地那非可能是通过抑制PDE5表达而抑制小胶质细胞活化。本研究为阐明抑制PDE5与小胶质细胞活化相关的中枢神经系统疾病提供重要的理论支撑。