内源性硫化氢(h2s)综述

内源性硫化氢(H2S)综述

- 索引-

1. 硫化氢的生物合成 1

1-1. Cystathionine-β-synthase(CBS)

1-2. Cystathionine-γ-lyase(CSE)

1-3. 3-Mercaptopyruvate sulfurtransferase(3-MST)

1-4. 吡哆醛酶CBS、CSE的反应机理

2. 硫化氢的生理功能 6

2-1. 血管舒张功能

2-2. 细胞保护功能

2-3. 神经传递（记忆、疼痛）

2-4. 诱导凋亡

2-5. 能量产生

2-6. 热量限制及硫磺代谢

3. 硫化氢释放试剂（供体）11

4. 硫化氢的检测方法12

5. 硫化氢和S-巯基化14

6. 硫化氢和NO的相互作用17

7. 今后的展望17

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导言

硫化氢(H 2S)被公认为一种有毒气体，是除了一氧化氮(NO)、一氧化碳(CO)以外的第三种气体信号分子。据报道内源性H 2S 在体内与血管舒张，细胞保护，胰岛素分泌，神经传导等生理功能有关。近年科研人员越来越关注H 2S 的研究。1)-4)（图1）。

研究表明H 2S 的体内合成主要是以L-半胱氨酸为基质，分别在Cystathionine-β-synthase(CBS)、Cystathionine-γ-lyase(CSE)、3-mercaptopyruvate sulfurtransferase(3-MST)三种酶的催化下合成，在体内发挥生理功能。同时有一部分硫与蛋白质等半胱氨酸结合而存在于体内。虽然H 2S 是和NO 、CO 一样的气体分子，但由于其p K a 在7左右，在生理pH 的情况下，大约80 ％的H 2S 是以HS -的状态存在（图1）。由于HS-的S 在体内会以各种结合形式存在，目前仍未完全了解H 2S 影响细胞信号转导和其他生理活动的分子机制。

图1 体内硫化氢的生理功能

1. 硫化氢的生物合成

H 2S 的生物合成主要是以L-半胱氨酸和L-同型半胱氨酸为基质，分别在Cystathionine-β-synthase(CBS)、Cystathionine-γ-lyase(CSE)、3-mercaptopyruvate sulfurtransferase(3-MST)三种酶的催化下合成。这些酶在各种组织和细胞中存在，它们的催化作用被很多种生理活性物质调控。本章重点阐述这些酶的活性及功能。

图1-1 硫化氢的生物合成

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1-1. Cystathionine-β-synthase(CBS)

CBS是一种由2个63 kDa的亚基组成的二聚体酶，每个亚基上有带有一个N末端的血红素结合区、一个中央吡哆醛磷酸盐结合的催化区和一个C末端的S-腺苷基甲硫氨酸(SAM)结合区，CBS的活性被吡哆醛磷酸盐、S-腺苷基甲硫氨酸、CO等各种因子高度调控。当N末端的血红素结合区被结合时，活性会受到抑制

5)。CBS被公认是一种通过L-丝氨酸(L-serine)和L-同型半胱氨酸(L-homocysteine)合成L-胱硫醚

(L-cystathionine)的酶。但当以L-半胱氨酸(L-cysteine)或L-同型半胱氨酸作为基质时，在生成L-胱硫醚的同时，也会生成硫化氢。而当仅以L-半胱氨酸作为基质时，在生成L-胱硫醚和L-羊毛硫氨酸(L-lanthionine)的同时，也会生成硫化氢6)-8)。

CBS主要在肝脏、肾脏9)及脑内表达10)。

图1-2 通过CBS合成硫化氢

1-2. Cystathionine-γ-lyase (CSE)

CSE是是一种由4个45 kDa的亚基组成的同源四聚体酶。CSE是和CBS一样带有吡哆醛磷酸盐的酶，但不存在血红素结合区和S-腺苷基甲硫氨酸(SAM)结合区5)。CSE催化L-半胱氨酸(L-cysteine) 合成L-胱硫醚(L-cystathionine)，在以L-半胱氨酸或L-同型半胱氨酸(L-homocysteine)作为基质时会生成硫化氢。硫化氢主要通过CSE催化L-半胱氨酸(L-cysteine) 生成，但这取决于L-同型半胱氨酸的浓度，当L-同型半胱氨酸的浓度高时，会优先生成α-KB (α-ketobutyrate)和L-同型羊毛硫氨酸(L-homolanthionine)8,11)。

CSE在肝脏、肾脏、主动脉及脾脏等很多组织内表达9,12,13)。但CSE的表达调控和CBS不同。CBS会持续表达，但CSE会受外部刺激和细胞内环境诱导。例如：在胰岛β细胞中，CSE表达会受到高血糖的影响

14)。

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图1-3 通过CSE 生成硫化氢

1-3. 3-巯基丙酮酸硫基转移酶(3-Mercaptopyruvate sulfurtransferase(3-MST))

3-MST 是一种大约34 kDa 的单体酶，会催化3-巯基丙酮酸(3-mercaptopyruvate(3-MP))生成丙酮酸(pyruvate)。在硫化氢生成反应中，3-MST 会与半胱氨酸氨基转移酶(cysteine aminotransferase(CAT))协同作用，这些酶催化L-半胱氨酸(L-cysteine)经由3-MP 产生硫化氢，这种反应机理和CBS 、CSE 完全不同，3-MST 结构中的半胱氨酸(cysteine)残基和3-MP 反应，生成巯基化的3-MST 会被还原剂，例如硫氧还蛋白(thioredoxin)还原，释放出硫化氢15,16)。

3-MST 在很多组织中存在，例如：肝脏、肾脏、心脏、内皮血管、平滑肌和神经元17,18)。由于CBS 和CSE 仅存在于细胞质中，3-MST 除了存在于细胞质中，也存在于线粒体中，推测3-MST 具有特异性的功能

16)。

图1-4 通过CAT/3-MST 产生的硫化氢