硫化氢

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(K ATP)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(GABA B)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，多表现为抑制增殖[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K ATP 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K ATP 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