硫化氢

硫化氢.doc 摘要:内源性气体信号分子的发现开辟了“废气不废”的新思路。硫化氢(hydrogen sulfide, H2S)是继一氧化氮(nitricoxide, NO)和一氧化碳(carbon monoxide, CO)之后的气体信号分子家系新成员。近年来，人们对H2S 的内源性生成、生物学效应及其机制，特别是其在心血管、神经、呼吸、内分泌等系统的疾病发生、发展过程中的病理生理学意义进行了广泛研究。本文综述了近年来H2S 相关基础、临床以及药学研究方面的进展，包括H2S 对细胞增殖和凋亡、炎症反应、血管新生及离子通道的调节作用，H2S 在各种系统疾病发病中的调节作用，H2S 供体及其在药学领域的研究进展。 关键词:硫化氢;增殖;凋亡;炎症反应;血管新生;离子通道 正文:早在上世纪80 年代中期以前，人们通常认为一氧化氮(nitric oxide, NO)和一氧化碳(carbon monoxide,CO)均为废气，是大气主要污染物。随后，科研人员逐步发现，机体中可以内源性产生NO 和CO，而且这些结构简单的无机小分子在复杂的生命活动中发挥着重要的调节作用，由此开创了“气体信号分子”这一崭新的科学领域，同时也开启了“废气不废”的崭新思路。与NO 和CO 相似，硫化氢(hydrogen sulfide, H2S)也曾经被人们视为是一种具有臭鸡蛋气味的废气以及大气污染物，但是，在哺乳动物、鱼类乃至无脊椎动物体内，都可以生成内源性H2S 气体，而且H2S 参与学习和记忆的调节，发挥类似神经递质的中枢调节作用。生理浓度的H2S 可直接或与NO 协同舒张血管、降低血压，对心脏具有负性肌力作用。更为重要的是，H2S 具有重要的心血管病理生理学意义，由此提出了H2S 是心血管功能调节的新型气体信号分子的概念[1]。目前，大量实验资料证实H2S 在心血管、神经、消化、呼吸、内分泌、血液、泌尿系统以及免疫系统中都具有广泛的生物学效应，参与多器官、组织 功能和代谢调节，是继NO 和CO 之后发现的第三种气体信号分子。本文将着重综述近年来H2S 相关基础和临床以及药学研究方面的进展。 1 H2S 的内源性生成 H2S在哺乳动物机体含硫氨基酸代谢通路中内源性生成[2]，在哺乳动物细胞胞浆内主要以L- 半胱氨酸为底物，在胱硫醚-- 合酶(cystathionine--synthase,CBS)和胱硫醚-- 裂解酶(cystathionine--lyase,CSE)的作用下产生;在线粒体内，以- 巯基丙酮酸为底物，在巯基丙酮酸转硫酶(mercaptopyruvatesulfurtransferase, MPST)的作用下产生内源性H2S。一般来说CBS 主要分布于中枢神经系统，CSE主要分布于外周器官如心血管系统，MPST 在红细胞中活性较强，而肝、肾、胰腺和胃肠道组织中三种酶含量都很丰富。最近有研究显示，在鸡胚绒毛尿囊膜中可能也存在内源性H2S/CSE 体系[3]。目前，人们已经知道，在哺乳类动物的各种组织细胞中，均可以产生相当数量的H2S。在生理条件下，大鼠血清中H2S的浓度大约是46 mol/L，在大脑组织中H2S 浓度为50~160 mol/L[4]。我们近年的研究显示血管、心肌组织中也存在H2S 生成体系，心血管组织中H2S 的含量分布为:正常大鼠心肌组织中H2S 含量为(10.04?2.10) mol/mg 蛋白;各级血管组织中H2S 生成率(pmol/min?mg-1组织湿重)分别为:尾动脉8.12?0.85，肠系膜动脉6.17?0.56，肺动脉5.31?0.70，胸主动脉4.06?0.28;心肌组织中H2S 生成率为(18.64?4.49) nmol/min?g-1 蛋白[5,6]。2 H2S 的生物学效应 迄今为止，内源性H2S 生物学效应的研究已经在机体各系统广泛开展，已发现的效应有:舒张平滑肌(血管、肠管及气道)、调节离子通道的开放和关闭、抑制细胞增殖、诱导/ 抑制细胞凋亡、促进/ 抑制炎症反应、抗氧化应激、抗内质网应激、线粒体保护、抑制机体代谢、促进海马长时程电位、镇痛作用、呼吸及心血管的中枢调节、降低 血压、心肌负性肌力、抑制细胞外基质重塑、促进脂肪细胞分化、抑制胰岛素释放、抑制对 胰岛素刺激的敏感性、抑制血小板凝集、促进肾脏的水钠排泄等[7,8]。H2S 发挥效应的靶点也由最初的ATP 敏感钾通道(KATP)扩展到L 型钙通道、T 型钙通道、瞬态电压感受器阳离子通道V1 (TRPV1)和TRPA1 通道、氯离子通道、N- 甲基-D- 天冬氨酸型(NMDA)受体、丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)信号通路、核转录因子-B (NF-B)信号通路、磷脂酰肌醇-3 激酶(PI3K)/AKT 信号通路、Fas/FasL 死亡受体通路、蛋白激酶C (PKC)信号通路、蛋白激酶A (PKA)信号通路、环氧化酶-2 (COX-2)、B 型- 氨基丁酸受体(GABAB)等[9]。本文将对H2S 在细胞增殖和凋亡、炎症反应、血管新生及离子通道调节中的效应的研究进展进行着重阐述。 2.1 H2S 与细胞增殖和凋亡 H2S发挥生物学效应的重要机制是调节细胞的增殖和凋亡[10,11]。到目前为止，已有研究报道H2S 参与血管平滑肌细胞、血管内皮细胞、心肌细胞、神经细胞、胰岛 细胞、胰腺腺泡细胞、皮肤角质细胞、肺成纤维细胞、牙龈成纤维细胞、牙周韧带细胞、肝细胞、结肠癌细胞、Cajal 间质细胞、成骨细胞、单个核细胞等近二十种细胞的增殖和凋亡的调节机制[10-21]，从而参与机体心血管、神经、内分泌、消化、呼吸等众多系统的生理及病理生理 调节。H2S 对于各系统细胞增殖的调节作用比较一致，多现为抑制增殖[10,12,13]，但是在结肠癌细胞中，H2S 却发挥促进增殖的效应。而相对应的是，H2S 对细胞凋亡调节的作用比较复杂。在血管平滑肌细胞，无论是在生理状态，还是在低氧或切应力刺激下，H2S 均诱导血管平滑肌细胞凋亡[14,15]，参与维持血管的正常结构;在心肌细胞、神经元和肝细胞，H2S 主要是通过拮抗缺血、缺氧、缺血再灌注、同型半胱氨酸(homocysteine, Hcy)等损伤因素诱导的心肌细胞凋亡，发挥细胞保护作用[16-18]，但是在成熟的皮质神经元细胞，H2S 作用于离子型谷氨酸受体，促进神经元细胞凋亡;在胰腺腺泡细胞和胰岛 细胞，H2S 多表现为诱导细胞凋亡[19,20]，但是高糖刺激的胰岛 细胞，H2S 可拮抗其凋亡;在多形核中性粒细胞中，H2S 表现为抑制凋亡，延长其存活，但是对于淋巴细胞，H2S 则发挥诱导凋亡的效应[21]。H2S 对细胞凋亡的调节作用随不同的生理及病理生理状态而有所不同，我们推测可能与细胞凋亡在各种生理及病理状态下的作用不同有关，而内源性H2S 在保持机体内环境稳态平衡中发挥作用。值得注意的是，虽然KATP 是最早报道的H2S 生物学效应靶分子，但是在H2S 调节细胞增殖和凋亡分子机制的研究中，MAPK 信号通路(包括ERK、p38 和JNK 信号通路)、NF-B 信号通路和Akt/PI3K信号通路更为重要。除此之外，bcl-2 家族(bcl-2,bax, bid)、死亡受体Fas/FasL、细胞周期调节蛋白(p21, p53, cyclin D1)、Nrf2、抗凋亡分子survivin、离子型谷氨酸受体、线粒体KATP 等也是H2S 发挥效应的靶分子。 2.2 H2S 与炎症反应 自2003年闫辉等[6]报道败血症大鼠中内源性H2S生成大量增加，且参与血管低张力的调节以来，国内外大量的研究均证实H2S在各种全身及局部炎症反应发生中具有重要的病理生理学意义[ 22 ]。但是，H2S究竟是一种促炎症因子还是抗炎症因子,迄今为止，对于这个问题还没有一致的结论。在败血症休克、内毒素血症、出血性休克、严重烧伤等全身性炎症并伴有多器官衰竭的动物模型中得出的研究结果大多支持H2S是促炎症因子[23,24]。这些结果往往显示:在炎症状态下，血浆H2S 水平显著升高、各级血管组织、肝、肺和胰腺组织中H2S含量或产率显著增加，H2S 生成关键酶的蛋白表达和mRNA 水平显著增加;预防性或治疗性给予炔丙基甘氨酸(propargylglycine, PPG)抑制内源性H2S的生成后，明显缓解炎症所致的症 状，改善血流动力学及各种生化指标，抑制各种炎症因子包括白介素、肿瘤坏死因子- (tumor necrosis factor-, TNF-)、黏附因子及趋化因子的生成，抑制白细胞的激活、迁 移、黏附，并延长其存活时间;而给予H2S 供体[硫氢化钠(sodium hydrosulfide, NaHS)或硫化钠(Na2S)]则表现出相反的结果。在局部炎症的动物模型(例如角叉胶所致后爪水肿)中也曾观察到类似的实验现象[25]。另有研究发现H2S 作为促炎症介质，促进P物质生成、促进前速激肽原A (preprotachykinin A,-A)和速激肽受体(neurokinin-1, NK-1) mRNA 的表达，参与雨蛙素所致急性胰腺炎、神经源性气道炎症的发生[26,27]。王燕飞等[28]研究认为，H2S作为重要的抗炎症分子，参与动脉粥样硬化发生的调节机制，其结果显示，内源性H2S 生成降低，补充H2S 供体NaHS 可明显缩小Apo E-/- 小鼠主动脉根部动脉粥样硬化斑块，抑制血管炎症反应，表现为血清中细胞间黏附分子-1 (intercellular adhesion molecule-1, ICAM-1)含量和主动脉ICAM-1 mRNA表达明显降低;而给予CSE 的抑制剂PPG 后，Apo E-/- 小鼠主动脉根部动脉粥样硬化斑块明显增大，血清中ICAM-1 含量和主动脉ICAM-1 mRNA 表达明显升高，提示H2S可以抑制Apo E-/- 小鼠的血管炎症反应。在细胞水平的进一步研究显示，NaHS 能够抑制TNF- 诱导的人脐静脉内皮细胞ICAM-1 的表达及分泌，这种抑制作用是通过抑制NF-B的核转位实现的。Chen等[29]研究表明，哮喘大鼠内源性H2S 体系下调，补充H2S 供体NaHS 可显著抑制气道炎症，并可部分缓解气道重塑。Zanardo 等[30]研究显示，H2S 可抑制角叉胶所致后爪水肿和白细胞浸润，发挥抗炎症效应。针对H2S 在炎症反应中发挥的作用不一致的现象，Ekundi-Valentim等[31]认为与H2S 的来源不同有关，外源性H2S 可发挥抗炎症效应和镇痛效应，而内源性H2S 的抗炎症效应有限。Whiteman 等[32]的研究显示，H2S 供体GYY4137 可显著抑制脂多糖(lipopolysaccharide, LPS)刺激巨噬细胞释放促炎症因子，同时可促进巨噬细胞释放抗炎症因子IL-10，而H2S供体NaHS在高浓度时可促进促炎症因子，考虑到GYY4137 和NaHS释放H2S的速度不同，因此我们推测H2S 是发挥抗炎作用还是促炎作用不仅与其浓度有关，也与其生成的速率及其来源有关。 2.3 H2S 与血管新生 血管新生是很多疾病包括肿瘤形成和转移、缺血性疾病及创伤愈合等疾病发生发展中的重要病理生理环节。Cai 等[33]的研究表明H2S 是重要的促血管新生因子，而微血管内皮细胞中存在内源性H2S/CSE 体系;H2S 可促进血管内皮细胞增殖、迁移和黏附功能，从而促进微血管的形成;研究表明H2S的促血管新生效应与其激活PI3K-Akt-survivin 信号通路及上调黏附分子(整合素2 1)的表达有关。在体动物实验也证实了H2S 的促血管新生作用，其分子机制是H2S 可显著增加骨骼肌中VEGF 表达及血管内皮细胞中VEGF 受体的磷酸化，同时显著激活其下游Akt 信号转导途径[34]。在鸡胚绒毛尿囊膜中的研究不仅也证实了H2S 的促血管新生作用，而且还发现KATP/p38 MAPK介导H2S的效应[3]。在CSE基因敲除(CSE-/-)小鼠上的研究也为这一结论提供了有力的支持:体外主动脉血管新生实验显示，与野生型小鼠相比，CSE-/-小鼠主动脉在VEGF刺激下新生微血管数目和分支数明显减少[3]。虽然目前对于H2S 促血管新生的作用及分子机制还有很多内容有待进一步深入探索，而且所知的H2S 发挥促血管新生作用的剂量范围较窄(10~100 mol/L)，但是H2S 的促血管新生作用对于对抗肿瘤形成和转移、应对心血管急性事件等方面有非常重要的潜在临床前景。 2.4 H2S 与离子通道 对于H2S 来说，首先发现其调节心血管舒缩效应有关的分子靶点是KATP 通道，即H2S 可开放KATP通道[5, 35]。除此之外，越来越多的研究证实KATP 广泛参与H2S 的多种生物学效应，例如保护心脏拮抗缺血再灌注损伤、抑制胰岛 细胞分泌胰岛素、抗炎症、镇痛以及抗凋亡等生物学效应的精细调控及其与内源性NO 之间的相互作用[36]。另一方面，近年来很多实验研究显示，除KATP 通道外，钙离子通道、氯离子通道等离子通道也是H2S 发挥生物学 效应的重要分子靶点[36]。值得注意的是，H2S 对离子通道调节作用具有非常鲜明的组织特异性差异:在心肌细胞中，Sun 等[37]研究揭示H2S 抑制其L 型钙通道，发挥负性肌力调节作用;而在神经系统，H2S对小脑颗粒神经元细胞和星形胶质细胞均表现为开放L 型钙通道，激发钙波，促进细胞内钙离子浓度([Ca2+]i)升高。另一方面，H2S 发挥生物学效应可能涉及多种离子通道的综合作用，Yong等[38]对人神经母细胞瘤细胞(SH-SY5Y 细胞)中的研究发现， H2S 可显著促进神经元[Ca2+]i 升高，L 型钙通道、T型钙通道和NMDA 受体抑制剂均可抑制H2S 的效应，联合应用三种抑制剂可阻断H2S 90% 的效应，同时研究还发现，肌浆网兰诺定受体( ryanodinereceptor, RyR)、PKA、PLC 和PKC 抑制剂均可削弱H2S增加[Ca2+]i的效应，提示H2S激发神经元细胞钙波的调节作用是通过对L 型钙通道、T 型钙通道、NMDA 受体、肌浆网RyR、PKA 及PLC/PKC等分子靶点的综合作用而实现的。 3 H2S 的病理生理学意义 2003 年，关于内源性H2S 在高血压[39]、低氧性肺动脉高压[40]等心血管疾病中病理生理学意义的研究结果，引发了研究内源性H2S 在众多疾病中的病理生理学意义的热潮。到目前为止，相继报道了内源性H2S在众多疾病中生成的变化和H2S在这些疾病中的病理生理意义，如高同型半胱氨酸血症、血管钙化、败血症休克、失血性休克、心肌梗死、心肌病、动脉粥样硬化、自主神经介导性晕厥、急性肺损伤、慢性阻塞性肺疾病、肺纤维化、哮喘、川崎病、过敏性紫癜、过敏性鼻炎、糖尿病、急性胰腺炎、缺血性疾病(冠心病、心肌梗死、脑梗死、后肢缺血等)、缺血再灌注损伤(心脏、肺脏、肾脏和肝脏等) 、高热惊厥、肝硬化、门静脉高压、应激性溃疡、结肠癌、肾小球硬化、银屑病、牙周炎等疾病。内源性H2S 与各种疾病相关的基础和临床研究已经成为当今临床医学的研究热点和重点，以内源性H2S 为“ 靶点”、对疾病的诊断、预警、预防和治疗意义的研究受到临床医学界的高度关注。 3.1 H2S 与心血管系统疾病 近年来H2S 在高血压、心肌缺血性损伤、阿霉素心肌病、心肌肥厚、动脉粥样硬化、冠心病、休克等心血管疾病发病中作用的研究进展迅速。以高血压和心肌缺血性损伤为例，2003 年在L-NAME诱导的高血压大鼠和SHR大鼠中的研究显示内源性H2S 体系下调是高血压的重要发病机制之一[39,41]，内源性H2S 可能是通过直接舒张血管、抑制血管平滑肌细胞增殖、诱导血管平滑肌细胞凋亡以及减缓血管细胞外基质重塑发挥抗高血压作用。敲除CSE 基因后，小鼠发生显著高血压，而且内皮依赖性的血管舒张反应消失，进一步证实了内源性H2S 在血管功能调节中具有重要地位[42]。2009 年Fang 等[43]的研究显示，在腹主动脉狭窄制备的高血压大鼠中，管周脂肪细胞内CSE/H2S 体系代偿性增加，通过脂肪移植手术将管周脂肪移植到血管局部，可以明显地拮抗高血压的发生。除了血管部位的原发病变外，高血压的靶器官损害也逐步引起重视，研究表明，H2S供体NaHS可缓解高血压大鼠心肌纤维化和心肌内小动脉肥厚，可抑制心肌组织中氧自由基生成，从而发挥重要的心肌保护作用[44]。Sen 等[45]研究发现，H2S供体NaHS可通过抗炎症和抗氧化作用拮抗高同型半胱氨酸血症所致肾小球硬化，改善肾功能。与此同时，临床研究也取得很大进展。在高血压儿童[46]及成年患者[47]中均可检测到血浆H2S水平显著降低，同时也可检测到血浆Hcy 水平升高，H2S/Hcy 与血压呈显著负相关。研究还发现合并脑卒中的高血压患者的血浆H2S 浓度明显低于单纯高血压 者，而且脑卒中时间越长，患者的血浆Hcy 浓度越高;在合并冠心病的高血压患者中，血 浆Hcy 浓度随着高血压病史的延长明显增高[47]。但是Li 等[48]在中国北方汉族人群原发性高血压患者中，未发现CSE 基因单核苷酸多态性rs482843 和rs1021737在高血压组和健康对照组的分布之间有显著差异。在心肌缺血再灌注损伤的发生机制及预处理和后处理的保护机制中，H2S 都发挥重要的调节作用。研究表明，H2S 预处理和后处理可显著减轻因再灌注损伤引起的心肌收缩及舒张功能障碍及心肌细胞损伤。除此之外，内源性H2S 也参与代谢抑 制预处理、缺血预处理、内毒素预处理诱导的心肌保护效应。H2S 的心肌保护机制包括抗凋亡、抗炎症以及抗氧化应激。抗氧化应激效应可通过保护线粒体功能、提高心肌抗氧化酶活性、增加谷胱甘肽生成及促进氧自由基清除等多种方式而实现。介导H2S 拮抗心肌缺血性损伤的分子靶点包括KATP 通道(以肌浆网KATP 通道和线粒体KATP 通道为主)、PKC、ERK/MAPK、PI3K/Akt、COX-2、cGMP/PKG、eNOS/NO[8,9]。Osipov 等[49]还研究了H2S 的给药方式所产生的保护效应的差异，结果表明两种给药方式(弹丸式和持续输注)都能改善凋亡和自噬现象，但是持续输注H2S (即缺血期及再灌注期持续H2S 给药)对缺血再灌注损伤造成的心肌坏死的抑制作用更强。 3.2 H2S 与呼吸系统疾病 目前已经知道，与H2S 相关的呼吸系统疾病包括低氧性肺动脉高压、急性肺损伤、肺纤维化、肺缺血再灌注损伤、哮喘、慢性阻塞性肺病和肺炎等。我们在低氧性肺动脉高压大鼠中的研究表明，H2S 可通过抑制低氧性肺动脉平滑肌增殖、诱导低氧性肺动脉平滑肌细胞凋亡和缓解肺血管基质重塑拮抗低氧性肺动脉高压，H2S 与NO和CO的相互作用也参与H2S 的调节机制[40,50]。Li 等[51]的研究表明H2S 可通过抑制促炎症因子IL-6 和IL-8 生成以及促进抗炎症因子IL-10 生成，拮抗油酸所致肺损伤，另外在内毒素所致肺损伤及急性胰腺炎相关肺损伤中H2S 也有类似抗炎症效应。Fang 等[52]的研究表明H2S 是一种重要的抗纤维化因子，可通过抗氧化作用抑制氧自由基生成，抑制肺纤维化。研究显示，哮喘大鼠血浆H2S水平降低，补充H2S供体NaHS可抑制哮喘气道炎症，缓解气道重塑。H2S 与呼吸系统疾病的临床研究也取得了很大进展。陈亚红等[53]研究表明，血清H2S 水平变化随慢性阻塞性肺病的活动度和病情不同而不同，而且与反映疾病状态的各种临床指标呈正相关或负相关，提示内源性H2S可能参与慢性阻塞性肺病气流阻塞的发病，其可以作为一种无创指标监测疾病严重程度和活动度。在哮喘患者中血清H2S 水平变化与慢性阻塞性肺病类似。 3.3 H2S 与神经系统疾病 到目前为止，H2S 与神经系统疾病的研究包括高热惊厥、阿尔茨海默病、帕金森综合症、血管性痴呆、脑梗死、脑缺血再灌注等。研究表明高热惊厥大鼠脑中内源性H2S/CBS 体系代偿性上调，H2S 通过上调GABAB 受体的表达及CO 体系，减轻高热惊厥相关的脑损伤[54,55]。对于阿尔茨海默病、帕金森综合症和血管性痴呆等神经退行性疾病，氧化应激损伤导致神经元细胞凋亡是其主要的发生机制。离体的细胞实验[56,57]表明，H2S 可减轻神经元内HClO、H2O2、Hcy、- 淀粉样蛋白、MPP+ 等损伤因素引起的氧化应激损伤，促进抗氧化物谷胱甘肽生成是其抗氧化机制之一。人们应用帕金森病大鼠模型，证实H2S 是一种重要的神经保护因子，可拮抗神经毒素诱导的神经退行性病变，其作用机制包括抗氧化应激、抗炎症反应和抗代谢抑制[58]。检测显示，阿尔茨海默病患者脑中CBS活性显著下降，脑组织H2S 含量降低，推测可能与阿尔茨海默病患者认知能力减退有关[59]。在脑梗死大鼠模型中，研究发现脑梗死区域H2S 生成增加，CBS 抑制剂呈浓度依赖性地缩小脑梗死面积，以上研究提示抑制H2S 合成可能为中风治疗中神经保护提供新的治疗方向。而临床研究显示脑梗死患者血浆H2S 明显降低，与Hcy 水平呈负相关，与叶酸及维生素B6 水平呈正相关。 3.4 H2S 与内分泌疾病 在链脲菌素导致糖尿病大鼠模型上发现内源性H2S 合成增多可能与糖尿病发病有关，进一步的离体研究表明，H2S 可通过线粒体途径及死亡受体途径诱导胰腺腺泡细胞凋亡[19]，通过激活p38 MAPK信号转导途径，增强内质网应激，激活胰岛 细胞凋亡[20]。除此之外，H2S 还可抑制胰岛 细胞中胰岛素的分泌和释放，脂肪组织来源的H2S 可抑制基础状态和胰岛素刺激的葡萄糖摄取[60]。以Zucker 糖尿病肥胖大鼠(ZDF)为模型，Wu等[61]发现大鼠胰岛细胞中可内源性产生H2S，生成关键酶为CSE。糖尿病大鼠胰腺组织中CSE 表达和H2S 产率显著增加。在ZDF 大鼠给予PPG 4 周抑制内源性H2S 生成后，血清胰岛素水平增加，血糖降低、血红蛋白A1c 水平降低。但在临床研究中的研究结果相反，Jain 等[62]发现2 型糖尿病患者血浆H2S 水平显著降低，而且链脲菌素导致糖尿病大鼠血浆H2S 水平也是显著降低，而H2S 可抑制高糖刺激人单核细胞释放MCP-1 和IL-8，故而推测血浆H2S 水平降低导致其抗炎症的效应减弱是糖尿病发病中血管炎症损伤的机制之一。 3.5 H2S 与其他系统疾病 除以上各系统疾病外，近十年来，人们对H2S在消化系统( 肝硬化、应激性溃疡、炎症性肠病、结肠癌、NASID 所致胃肠黏膜损伤、先天性巨结肠)、生殖系统疾病(勃起功能障碍)、口腔疾病(牙周炎、口腔癌)、皮肤系统疾病(银屑病)、泌尿系统疾病(肾移植、尿毒症)等疾病发生中的调节作用及机制进行了广泛的研究，显示对H2S 病理生理学意义的研究已经成为当今临床医学研究的热点问题。虽然如此，还有很多领域亟待我们去探索。以血液系统为例，既往研究表明H2S抑制T细胞增殖，诱导多形核中性粒细胞凋亡，淋巴细胞和红细胞中可检测到丰富的内源性H2S，其可抑制血小板聚集，提示血液细胞既是产生H2S 的重要细胞来源，也是H2S 发挥效应的靶细胞[11,63-65]。那么内源性H2S是否参与血液系统疾病如白血病、贫血及再生障碍疾病发生,以此类推，H2S 在骨骼系统疾病、结缔组织疾病发病中的意义也是有待探索的新领域。 4 H2S 供体的研究 H2S供体包括H2S气体、H2S饱和水溶液、NaHS溶液、Na2S/HCl 溶液、GYY4137 等多种形式。H2S气体的可控性不佳，难以精确控制体内有效浓度，而且有H2S 中毒的危险，因此应用比较局限。根据H2S 气体的理化特性，H2S溶于水生成HS- 和S2-，在生理条件下(pH=7.0) HS- 占80%，H2S 约占20%，而S2- 很少，所以在H2S 饱和水溶液、NaHS 溶液和Na2S/HCl溶液三种供体中，NaHS溶液更接近H2S在水溶液中的生理状态，事实上NaHS 溶液也是目前基础研究中最常用的H2S 供体形式。但是NaHS 溶液释放H2S 的速度很快，数秒钟即可完成，这也给实验研究结果带来一定影响。也有研究认为CaS 溶液可以替代NaHS 溶液作为H2S 供体，其具有稳定性更好的特点，但是在已报道的实验研究中，并未见到应用CaS 作为H2S供体的研究。GYY4137 是一种二硫代磷酸酯衍生物，最早用于工业生产中橡胶硫化过程，由于其具有可以释放H2S 的特性，在近年来得到了研究学者的关注。研究表明，生理状态下(pH 7.4 和37 ?C) GYY4137 在水溶液中可以缓慢而且平稳地释放H2S，在10~15 min 达到峰值，持续约数小时[66]。GYY4137 溶液的药理学研究表明，GYY4137 可以模拟既往H2S 的降低血压、扩张血管及拮抗炎症反应的效应。Benavides 等[67]报道了大蒜素的主要成分烯丙基二硫和烯丙基三硫可与具有活性巯基的小分子如谷胱甘肽等发生非酶促反应释放 H2S，并在主动脉血管环中证实了大蒜素作为H2S供体通过释放H2S发挥舒张血管的效应，该研究将H2S相关的药学研究扩展到日常食品应用范围。除以上H2S 供体溶液外，在基础实验研究中也常以临床药物为母体合成可释放H2S的新型“ 杂合”药物作为H2S 供体。以非甾体抗炎药(NSAID)双氯芬酸和美沙拉秦为母体合成可释放H2S 的衍生物ATB-337 和 ATB-429[68,69]，在大鼠LPS 导致的肝、肺损伤、溃疡性结肠炎以及抵抗NASID的胃黏膜损伤中均可发挥很好的抗炎效应。以拉坦前列腺素为母体合成的衍生物ACS67，可增加兔眼房水中谷胱甘肽生成，拮抗H2O2 对眼底神经元细胞的氧化损伤，缓解视网膜缺血损伤[70]。以西地那非为母体合成的衍生物ACS6[71]。与NaHS 溶液相比，两者均可抑制肺动脉内皮细胞中氧自由基生成，但作用强于NaHS 溶液;而且NaHS 通过cAMP/PKA 途径发挥作用，ACS6 可同时激活cAMP/PKA 和cGMP/PKG途径。 5 H2S 研究的发展趋势 H2S 的研究不应仅仅停留在基础研究阶段，还应加强临床研究，以深入认识H2S 的生物学意义。例如，研究发现社区获得性肺炎患者中血清H2S 水平显著降低，而在肺炎患者中需要抗生素治疗的患者血清H2S 水平与不需要抗生素治疗的患者相比明显降低，提示血清H2S 水平可能作为预测细菌感染及抗生素应用的生物标志物之一[72]继续深入H2S 相关的转化医学研究还体现在医学、药学、化学、食品及营养等多学科结合研究方面。目前Na2S 作为H2S 供体的新药IK-1001 进入I 期临床试验阶段，研究表明对健康受试者经静脉注射IK-1001后，可快速提高其血浆及呼出气中H2S含量，在停止注射IK-1001 后，血液中H2S 含量显著降低[73]。但是也有不一致的结果，Derwall 等[74]研究表明Na2S 并不能改善猪心跳骤停/ 心肺复苏后的血流动力学改变，上述研究结果的不一致性可能与H2S 生成释放的速率、浓度以及心跳骤停/ 心肺复苏后的血流动力学改变的复杂因素有关，这也给H2S 相关的药学研究提出了新的挑战。对H2S 相关研究不断深入的同时也推进了对于其生成关键酶(CSE、CBS 和MPST)的结构、活性及其酶动力学的研究、对机体中其他含硫活性小分子( 谷胱甘肽、牛磺酸、金属硫蛋白等) 生物学效应的研究、对其生成底物含硫氨基酸相关药物(N- 乙酰半胱氨酸、腺苷蛋氨酸等)及对含硫食品(大蒜和洋葱)药理学效应的研究。NO、CO 和H2S 三者作为气体信号分子，有广泛的组织分布和多样的生物学效应。越来越多的研究表明，三种气体信号分子之间并不是孤立的存在，它们在生成的代谢途径、转运、作用靶点、 信号转导通路及生物学效应上存在复杂的相互作用。研究表明，血红蛋白是三种气体信号分子共同的中间载体(sink)，NO 与之结合形成亚硝基血红蛋白和正铁血红蛋白，CO 与之结合形成碳氧血红蛋白，H2S 与之结合形成硫化血红蛋白，每种气体分子与血红蛋白的结合均可影响其他气体分子的结合，从而影响血浆中游离气体分子的水平。在生物学合成水平，三种气体分子存在复杂的相互作用，有研究显示，在LPS 刺激的小鼠巨噬细胞炎症反应发生中，H2S 促进巨噬细胞中HO-1/CO 体系，正是这种促进作用介导H2S 对iNOS/NO 的抑制效应[75]。在生物学效应水平，三种气体信号分子也存在很多的交叉点，H2S 和NO 在舒张血管的效应中存在协同作用，cGMP 可能是两者协同作用的靶点，NO激活sGC/cGMP 而H2S 可阻断cGMP 降解而提高其浓度。CO 也可激活sGC/cGMP，是否也有可能以cGMP 为共同靶点，与H2S 在舒张血管的效应中发挥协同作用,目前还没有研究报道。事实上，除cGMP 以外，KATP 通道、钙通道、NF-B 信号通路及MAPK信号通路都参与了三种气体信号分子的生物学效应，它们都有可能是气体信号网络发挥效应的重要交叉点。以上研究提示我们必须全面和正确地认识气体信号分子及其相互作用在维持机体稳态中的调节作用。 综上所述，内源性NO和CO的发现开辟了“废气不废”的崭新科研思路，内源性H2S 的发现及其研究进展正是对“废气不废”这种科研思路的最好诠释。事实上，机体代谢也可以产生很多其他的内源性气体小分子，它们是否具有特定的生物学效应和生理意义，也是值得关注的课题。 参考文献 1 Du JB (杜军保), Chen XB, Geng B, Jiang HF, Tang CS.Hydrogen sulfide as a messenger molecule in cardiovascularsystem. 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