赖氨酰氧化酶（1ysyl oxidase，LOX）是铜依赖性的单胺氧化酶，作用于细胞外基质（ECM）的胶原和弹性纤维。是盆底胶原纤维通过共价交联取得稳定性和发育成熟的关键酶。LOX也有稳定ECM免受基质金属蛋白酶的降解作用，LOXL1基因缺陷阻断分娩后的生殖道组织中胶原、弹性纤维的修复过程，无法生成足够的胶原和弹性纤维补充，从而导致盆底支持组织薄弱、盆腔器官脱垂和下泌尿道功能障碍。铜是人体必需的微量元素之一，是LOX的重要辅基，只有与铜结合的LOX才具有活性。本文对铜、赖氨酰氧化酶与女性盆腔器官膨出关系的研究进展作一综述。
一、赖氨酰氧化酶概况
赖氨酰氧化酶（1ysyl oxidase，LOX）是铜依赖性的单胺氧化酶，在细胞外基质的形成与修复中起关键性的作用，可以催化胶原和弹性纤维中赖氨酸残基氧化成ε-醛基赖氨酸，而后ε-醛基赖氨酸自发凝聚成高度稳定的交联结构，提供胶原和弹性纤维强大的机械强度，增加细胞外基质的稳定性，是胶原纤维发育成熟和保持内环境稳态的关键酶。
LOX由位于5号染色体上的ras recision基因编码（此基因表达增加可以防止或逆转Ras癌基因诱导的细胞变形，起抗肿瘤作用），转录产物LOXmRNA经过翻译形成赖氨酰氧化酶原，并在高尔基体进行糖基化，然后进入转运小泡，最后在细胞表面被前胶原肽酶剪切为30×103大小成熟的LOX，分泌到细胞外，作用于细胞外基质（ECM）的胶原和弹性纤维。LOX主要是由活性的平滑肌细胞和成纤维细胞产生。
LOX含有两个活性基团：铜和赖氨酰酪氨酸基醌（LTQ）[1]。铜是在高尔基体中参入赖氨酰氧化酶原,并与赖氨酰氧化酶原一起进入分泌小泡，分泌出细胞。另一个活性基团LTQ的形成也发生在高尔基体内，并且只有在铜结合到赖氨酰氧化酶原上之后才能形成此结构，铜催化位于LOX活性中心的酪氨酸残基形成 2 ,4 ,5-三氧苯丙氨酸（TOPA），此结构再与LOX 活性中心的赖氨酸残基反应形成LTQ。因此铜不仅是LOX的一个活性集团，而且还是形成另一个活性集团所必需的因素[2]。
最新研究发现，LOX家族还存在另四个成员：类赖氨酰氧化酶1（LOXL1）、类赖氨酰氧化酶2（LOXL2）、类赖氨酰氧化酶3（LOXL3）和类赖氨酰氧化酶4（LOXL4），这四种不同形式的LOX分别位于不同的同源染色体上，与LOX有着不同的基因来源[1]。Hein等[3]研究发现，胎膜与胎盘均能产生LOX，以完成它们的发育成熟。在妊娠早期，LOX、LOXL1、LOXL2等3种酶在胎膜和胎盘上的表达量相同，而到妊娠晚期，LOX主要在羊膜上皮细胞产生，LOXL1主要出现在胎盘中，LOXL2则定位于绒毛膜细胞滋养层,这可能与不同部位结缔组织的组成和各个酶的底物特异性有关。
二、LOX与胶原、弹性纤维
胶原纤维含有数目不等的胶原原纤维,每条胶原纤维又由数根原胶原蛋白分子所组成，原胶原蛋白分子主要由成纤维细胞合成，经过细胞内赖氨酰羟化酶和脯氨酰羟化酶的羟化，以及在细胞表面前胶原肽酶的水解，原胶原蛋白分子分泌出细胞，聚合成胶原原纤维，继而组装成胶原纤维。由于原胶原蛋白分子中含有丰富的赖氨酸残基，因此胶原纤维需在LOX的作用下形成共价交联，交织成稳定的网状结构，抵抗蛋白酶的水解，发育成熟。此交联结构将胶原纤维紧密连接起来，使之不溶于水，同时具有强大的弹性与韧性，并能抵抗胶原酶的水解[4]，如果胶原纤维没形成交联则不具备上述性质。
稳定的胶原纤维生成两类交联：分子内交联和分子间交联,其中分子内交联从赖氨酸侧链开始。LOX催化交联形成的具体过程首先是LOX催化胶原纤维的赖氨酸及羟赖氨酸残基和弹性纤维的赖氨酸残基脱氨，分别产生肽基1-δ-羟-α-己二氨-δ-半醛残基和肽基1-α-己二氨-δ-半醛残基，这些结构一旦形成，就可以与邻近醛化的或未醛化的赖氨酸残基通过接下来的非酶促反应自然缩合形成分子内和分子间的交联。双向交联还可进一步缩合形成三向、四向、甚至五向交联（锁链赖氨素），使两条肽链之间形成共价结合的交联键[5] 。这样的结构才稳定，才能承受很大的张力。
因此，LOX是盆底胶原纤维通过共价交联取得稳定性和发育成熟的关键酶。此外，LOX也有稳定ECM免受基质金属蛋白酶的降解作用，Giampuzzi等[6]研究指出LOX能够特异地刺激人Ⅲ型胶原启动子的转录活性，使其活性增加12倍，这也证明了LOX与胶原纤维存在协同关系。每4个原弹性蛋白进入在细胞表面交联聚合为一个不可溶于水的弹性蛋白大分子。4条多肽链中的3条，其赖氨酰残基被LOX氧化脱去ε位的氨基而形成醛基，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酰残基发生缩合反应，形成交联，成为弹性蛋白。
因此，LOX的不足或受抑制，或其辅助因子如铜的缺乏，均可导致胶原和弹性纤维的形成发生障碍，出现女性盆底功能障碍、松皮病、先天性肺气肿等相关疾病。
盆底支持组织ECM主要成分是胶原蛋白、弹性蛋白、蛋白聚糖、层粘连蛋白和纤连蛋白，其中胶原和弹性蛋白作为结缔组织的主要成分，在维持盆底支持组织的功能上起重要作用，其含量减少、结构不稳定会引起组织弹性降低，易于断裂，对盆底及尿道的支撑作用减弱，导致盆腔器官膨出（pelvic organ prolapse；POP）和压力性尿失禁（stress urinary incontinence；SUI）。Keane等[12]研究发现，绝经前未经产的SUI妇女胶原蛋白的交联结构减少；Kushner等[13]发现，SUI患者溶胶原的活性增强，且增强的溶胶原主要发生在交联不稳定的胶原。胶原与弹性蛋白以不同的比例和方式交联，解释了新合成结缔组织的力量不同，因此，任何一个影响胶原、弹性纤维交联力量和数目的因素都将影响到它们所组成的支撑盆底器官的结缔组织的完整性。也正因为如此，LOX作为胶原和弹性纤维交联的关键酶，能够促进胶原和弹性纤维发育成熟，保持组织内环境稳态，其活性下降会导致蛋白交联的程度下降，从而影响ECM的生物力学性质。
妊娠、分娩与POP关系密切。妊娠过程中，为了适应逐渐膨大胎儿的需要，生殖道组织会发生巨大的改变，子宫膨大变软，宫颈成熟等，这些过程会导致胶原和弹性纤维破坏断裂，产后胶原和弹性纤维等细胞外基质快速修复，使生殖器官迅速复旧，盆底支持组织恢复结构的完整性。而LOX是生殖道组织修复的一个关键因素，其表达量的改变会影响器官复旧的进程、支持组织恢复的完整性。Drewes等[14]发现小鼠孕早期阴道组织LOX的表达下降10～12.5%；临产和产后12～36h，阴道组织LOXmRNA表达显著上升，阴道壁基质的也随之重塑。形态学检查提示在非妊娠小鼠阴道壁胶原纤维束致密、排列整齐，而在妊娠过程中胶原密度下降、间质水肿，分娩后2～6h ECM分解达到最高峰，产后48h ECM重塑，认为妊娠过程中阴道壁组织出现动态改变，LOX表达下降，使胶原和弹性纤维的交联受阻，形成不稳定的胶原和弹性纤维，易于断裂分解。Liu等[15]研究报道小鼠宫颈LOXL1mRNA的表达在围生期下降到基线水平的20%，产后6d恢复到基线水平；LOXL1基因敲除的小鼠分娩后出现POP的发病率比野生型小鼠增高，尿动力学检查发现LOXL1基因敲除的小鼠排尿功能异常，24h内排尿的次数增多，每次排尿量减少为正常的1/10；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；说明LOXL1基因缺陷阻断分娩后的生殖道组织中胶原、弹性纤维的修复过程，无法生成足够的胶原和弹性纤维补充，从而导致盆底支持组织薄弱、盆腔器官脱垂和下泌尿道功能障碍。
有研究发现[16]，LOX与弹性蛋白（Elastin）表达变化趋势相同，POP组患者子宫主韧带中LOX mRNA水平及蛋白表达，无论绝经与否，均较相应对照组明显减弱，分别比较，差异有显著性（P<0.05）；同时首次分析了Elastin与LOX两种基因的关系，两种基因在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（P<0.05）；提示LOX mRNA及蛋白表达减弱使得其对胶原和弹性分子间交联的水平下降，无法形成稳定的胶原与弹性纤维，使其机械强度改变，易于断裂分解，或是新生成的不成熟的胶原或弹性纤维对蛋白酶水解作用的敏感性增高，导致盆底组织支持作用减弱，从而导致组织和病理异常情况的发生，引起POP及SUI 。Kobak等[17]也研究发现POP患者子宫骶韧带上LOXmRNA的表达水平下降，导致胶原和弹性纤维发育不成熟，易于断裂，使盆底组织支持作用减弱。
四、铜、激素与盆腔器官膨出
铜是人体必需的微量元素之一，是LOX的重要辅基，只有与铜结合的LOX才具有活性。几种动物铜缺乏的解剖学研究揭示有主动脉裂和破裂、动脉泡沫细胞和平滑肌迁移、心脏增大和破裂、冠状动脉血栓形成和心肌梗塞，铜缺乏时的生化异常可能在这些损害中起作用，例如导致胶原和弹性蛋白交联障碍和对自由基防御削弱的赖氨酰氧化酶和超氧物歧化酶活性降低。当体内铜缺乏时,LOX活性下降，胶原发育成熟障碍，盆底支持组织的弹性、韧性下降而易于断裂，有可能导致SUI和POP的发生。张惠丹等[18]研究发现，体内铜缺乏时，赖氨酰氧化酶活性下降，胶原发育成熟障碍，羊膜变薄，使胎膜弹性及韧性下降而易于发生破裂。
有关于LOX在生殖器官是如何受到激素调节近年来有不少研究。Drewes等[14]发现卵巢切除组小鼠阴道壁上LOX表达比非妊娠组下降40%，雌二醇治疗会导致LOXmRNA的表达增加，而孕激素却抑制雌激素诱导的LOXmRNA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胶原和弹性纤维的交联，妊娠期高水平的孕激素抑制作用和绝经后低水平的雌激素作用都可能导致ECM的胶原和弹性纤维的形成下降。LOXL1的表达受到生殖周期的调节，其mRNA和蛋白水平在接近分娩时下降，产后恢复到基线水平，LOXL1在宫颈的表达与妊娠晚期宫颈成熟的生理进程相一致，宫颈成熟导致胶原和弹性纤维断裂，子宫壁变软，这个过程受到松弛素和雌激素受体向下调节。随着年龄的进展，雌鼠生殖道LOXL1蛋白表达下降，弹性纤维减少、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，这表明盆底LOXL1的表达是受到激素的调节。
有研究[16]分析比较了Elastin与LOX在转录和翻译水平上在两组患者绝经前后的表达，发现绝经后POP组与对照组患者子宫主韧带中Elastin和LOXmRNA和蛋白表达水平相比，其降低幅度较绝经前两组比较明显增大，因此推测，LOX的表达量可能受女性体内雌激素水平的影响，绝经后的低雌激素水平可能使LOX的表达水平降低，从而导致ECM的胶原和弹性纤维的形成下降，新生成的不稳定的胶原与弹性纤维也对蛋白酶水解作用的敏感性增高，易于水解，进而参与POP和SUI的发生。
