硫化氫與疾病

硫化氫與疾病

20世紀(jì)90年代中期，kimu發(fā)現(xiàn)了半胱氨酸代謝的氣體硫酸（hydrogensulfid，b2s），這可以刺激神經(jīng)，提高內(nèi)腺苷酸（cyclicadenonisiemipace，脾臟）的水平，并通過增加受體代理的興奮性觸發(fā)來誘導(dǎo)切開海盜的長時間（ltp）。近年來,內(nèi)源性H2S作為一種新型的神經(jīng)調(diào)節(jié)因子和信號傳遞分子,正在受到廣泛的關(guān)注。Zhao等在體內(nèi)和體外研究中發(fā)現(xiàn),H2S可能通過作用于血管平滑肌KATP通道,實現(xiàn)對血管的擴張作用。Geng等研究證實KATP通道抑制劑格列苯脲(glibenclamide)能夠減輕硫氫化鈉(NaHS)引起的低血壓反應(yīng)。當(dāng)去除血管內(nèi)皮后,H2S所誘導(dǎo)的最大舒張效應(yīng)并沒有改變,但H2S濃度反應(yīng)曲線向右移動,說明H2S的舒血管效應(yīng)有賴于內(nèi)皮調(diào)節(jié)機理。1基因組織cse內(nèi)源性H2S由多種酶催化、降解生成,主要包括胱硫醚-β-合成酶(cystanthionine-β-synthetase,CBS)、胱硫醚-γ-裂解酶(cystanthionine-γ-lyase,CSE)、半胱氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶(cysteineaminotransferase)。CBS和CSE的分布具有組織特異性,人體內(nèi)CBS在神經(jīng)系統(tǒng)占主導(dǎo)作用,CSE則多分布于肺動脈、主動脈、腸系膜動脈、尾動脈、門靜脈等血管的管壁組織和心肌組織中,在回腸、肝臟以及腎臟則同時存在CBS和CSE。DL-炔丙基甘氨酸(DL-propargylglycine,PAG)是CSE不可逆抑制劑,低濃度PAG就可以明顯地降低門靜脈和胸主動脈生成H2S。氨基氧乙酸(aminooxoaceticacid,AOA)是CBS的抑制劑,但其抑制作用卻是可逆的。H2S可以在體內(nèi)大部分組織中生成,其中產(chǎn)出率高的組織包括腦、心血管、肝臟和腎臟。L-半胱氨酸是H2S生成的惟一底物。H2S在體內(nèi)可能有2種存在形式:1/3以氣體H2S形式存在,2/3以NaHS形式存在。這樣,既保證了H2S在體內(nèi)的穩(wěn)定性,而且不改變內(nèi)環(huán)境的pH值,H2S可不依賴于膜受體自由穿過膜結(jié)構(gòu)。22s和疾病2.1外源性hs和cse的作用Zhao等研究表明,一氧化氮(nitricoxide,NO)能夠激活cAMP通道,增強血管平滑肌產(chǎn)生H2S,而腹腔注射PAG能夠有效地抑制肝臟、主動脈、回腸等組織產(chǎn)生H2S,并且能明顯地升高血壓。H2S作用效果類似于吡那地爾(一種KATP通道激動劑),表明H2S是通過興奮KATP通道、增加KATP通道電流,使細胞膜出現(xiàn)超級化,進而介導(dǎo)平滑肌舒張,這證明了H2S是迄今為止發(fā)現(xiàn)的惟一的內(nèi)源性血管平滑肌KATP通道開放劑,而應(yīng)用格列苯脲可以劑量依賴性地抑制H2S的舒血管效應(yīng)。Zhao等在研究中還發(fā)現(xiàn),內(nèi)源性H2S的產(chǎn)生及其生理作用,包括膜的超極化和平滑肌細胞的舒張作用,使得這種氣體成為NO和一氧化碳(carbonmonoxide,CO)氣體信號分子家族中的重要一員。外源性H2S或CSE的過度表達增加了人主動脈平滑肌信號調(diào)節(jié)激酶(ERK)和P53有絲分裂原活性蛋白激酶的活性,其中ERK的作用最為重要,可以明顯地抑制H2S介導(dǎo)的凋亡。Bhatia研究發(fā)現(xiàn),在心血管系統(tǒng)中CSE是H2S形成的關(guān)鍵酶。張清友等研究發(fā)現(xiàn),隨著低氧性肺動脈高壓的形成,血漿CO含量及各級肺動脈平滑肌細胞血紅素氧合酶-1(aminooxoaceticacid-1,HO-1)基因及其蛋白表達水平均升高,而血漿H2S含量則下降,給予外源性H2S則使肺動脈壓下降;而給予CSE抑制劑,則使肺動脈壓進一步升高。陳曉波等研究發(fā)現(xiàn),低氧時肺動脈平滑肌細胞凋亡減少,H2S可以通過增加HO-1基因轉(zhuǎn)錄水平提高HO-1蛋白表達,發(fā)揮其對CO/HO-1的促進作用,從而抑制低氧時肺動脈高壓的形成,調(diào)節(jié)肺血管結(jié)構(gòu)的重建。在自發(fā)性高血壓大鼠中,CSEmRNA表達下調(diào),CSE活性抑制了31.2%,血漿H2S濃度降低了50%,當(dāng)給予CSE抑制劑后,收縮壓明顯增加,而給予外源性H2S可顯著降低高血壓大鼠的血壓,增加血管舒張反應(yīng),并抑制平滑肌細胞增殖。Ali等研究發(fā)現(xiàn),使用NaHS和硝普鈉(sodiumnitroprusside,SNP)或共同作用或單獨作用于苯腎上腺素預(yù)處理麻醉狀態(tài)大鼠的主動脈環(huán),血壓測量結(jié)果顯示明顯不同,高濃度NaHS可直接擴張主動脈環(huán),而低濃度NaHS則明顯地提高大鼠的平均動脈壓,H2S和NO共同反應(yīng)時可能形成亞硝基硫醇,其呈現(xiàn)出輕度或不產(chǎn)生血管擴張活性,這顯示了內(nèi)源性H2S的新作用,即在體內(nèi)和體外可以通過調(diào)節(jié)血管NO的生成來調(diào)節(jié)血管的張力。Webb等用不同濃度H2S作用于人胸廓內(nèi)動脈,得出了同樣的結(jié)論,即高濃度H2S可以擴張苯腎上腺素預(yù)處理的人胸廓內(nèi)動脈,但低濃度H2S卻可引起收縮作用,格列苯脲可以部分抑制其擴張血管的作用,也考慮和亞硝基硫醇有關(guān)。Elrod等研究發(fā)現(xiàn),在心肌缺血再灌注損傷模型中,給予外源性H2S可以限制梗死范圍和保護左室功能,這種保護作用與抑制心肌炎癥反應(yīng)、保護線粒體結(jié)構(gòu)和功能有關(guān),他們還發(fā)現(xiàn)通過心肌特定過度表達CSE來調(diào)節(jié)內(nèi)源性H2S的產(chǎn)生,可以明顯地抑制再灌注損傷的程度。2.2不同病因的患者呼吸道阻塞的血漿水平Chen等在臨床研究中發(fā)現(xiàn),H2S與慢性阻塞性肺疾病(chronicobstructivepulmonarydisease,COPD)患者氣道阻塞的發(fā)病機理相關(guān),其血漿水平的改變與疾病的嚴重程度有很大關(guān)聯(lián)。有研究表明,肺組織H2S含量與呼氣峰流速明顯相關(guān),與肺組織的病理學(xué)評分呈負相關(guān),給予外源性H2S能夠減輕哮喘的炎癥反應(yīng),起到保護作用。2.3hs輸注的大鼠腦出血神經(jīng)元受到電刺激或者給予興奮性神經(jīng)遞質(zhì)L-谷氨酸,通過鈣離子-鈣調(diào)節(jié)蛋白(Ca2+/CaM)通路可以明顯增強CBS的活性。與神經(jīng)元不同,星形細胞由CSE催化產(chǎn)生H2S,通過cAMP和蛋白激酶A介導(dǎo)Ca2+內(nèi)流。在用H2S溶液培養(yǎng)的鼠腦細胞中給予重復(fù)脈沖NaHS,可以大量而且持久地增加細胞內(nèi)Ca2+,L-型Ca2+阻斷劑尼莫地平和硝苯地平可以阻止細胞內(nèi)Ca2+濃度的增加和細胞死亡。2002年日本學(xué)者對阿爾茨海默氏癥(Alzheimer)患者和正常人大腦皮層中H2S含量進行研究,發(fā)現(xiàn)Alzheimer患者大腦皮層中H2S水平嚴重降低,CBS活性不足,S-腺苷甲硫氨酸(S-adenosylmethionine,SAM)含量非常低。2.42s和炎癥反應(yīng)2.4.1外源性hs對慢性休克大鼠胰腺胰腺炎的影響NaHS作用于干擾素-γ(interferon-γ,IFN-γ)處理的人單核細胞系U937時,明顯地增加腫瘤壞死因子-α(tumornecrosisfactor-α,TNF-α)、白介素-1β(interleukin-1β,IL-1β)及IL-6的表達,促進單核細胞表面CD11b表達,使單核細胞活化,還可以介導(dǎo)快速降解核因子-κB抑制蛋白α(IκBα),從而活化核因子-κB(nuclearfactor-κB,NF-κB),可見H2S通過細胞外信號調(diào)節(jié)激酶-核因子-κB(ERK-NF-κB)信號通路可以激活人類單核細胞,分泌促炎細胞因子。陳曉波等在盲腸結(jié)扎穿孔法制備的感染性休克大鼠模型及靜脈注射內(nèi)毒素法制備的內(nèi)毒素休克大鼠模型中發(fā)現(xiàn),大鼠主動脈、肺動脈、腸系膜上動脈、尾動脈等血管組織中H2S生成普遍增加,同時伴隨NO生成增加,兩者呈現(xiàn)明顯的正相關(guān)關(guān)系,表明H2S參與休克時血管反應(yīng)的病理生理過程,并與其他氣體信號分子如NO形成復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系。在盲腸結(jié)扎穿孔法制備的感染性休克大鼠模型中,外源性H2S可以介導(dǎo)白細胞在腸系膜小靜脈中旋轉(zhuǎn)、黏附,促進白細胞在肺中的浸潤,上調(diào)細胞間黏附分子-1(intercellularadhesionmolecule-1,ICAM-1)、P-選擇素(P-selection)和E-選擇素(E-selection)在肺和肝臟中表達,從而加重肺炎癥反應(yīng)。同樣,在膿毒癥相關(guān)性肺損傷中,對比野生型和前速激肽原-A(preprotachykinin-A,PPT-A)基因敲除的Swiss小鼠應(yīng)用PAG、NaHS和神經(jīng)激肽-1受體抑制劑(NK-1R)后的差別,應(yīng)用PAG后,隨著H2S產(chǎn)生的降低,肺組織中的PPT-A基因表達和P物質(zhì)的產(chǎn)生均明顯減少,而基因敲除和給予NK-1R可以明顯減輕小鼠膿毒癥時H2S產(chǎn)生導(dǎo)致的肺炎癥反應(yīng),給予NaHS后,P物質(zhì)產(chǎn)生增加,肺損傷明顯加重,因此,在膿毒癥初期,H2S可以上調(diào)P物質(zhì)的產(chǎn)生,通過激活NK-1R途徑加重肺的炎癥反應(yīng)。Bhatia等將外源性H2S及其CSE抑制劑PAG用于治療蛙皮素介導(dǎo)的胰腺炎,發(fā)現(xiàn)PAG能夠明顯地降低胰腺炎及相關(guān)肺損傷的嚴重性,表現(xiàn)為能夠明顯地降低血清淀粉酶水平,減輕胰腺細胞壞死、損傷,減少肺髓過氧化物酶(myeloperoxidase,MPO)活性以及減輕肺組織學(xué)損傷,這提示H2S在調(diào)節(jié)胰腺炎及相關(guān)的肺損傷嚴重性方面起了重要的促炎癥反應(yīng)作用。在大鼠胰腺腺泡細胞的體外實驗中同樣發(fā)現(xiàn),在急性胰腺炎模型腺泡細胞中H2S水平明顯升高,應(yīng)用H2S供體NaHS后,能夠明顯地增加細胞中P物質(zhì)的產(chǎn)生,增加PPT-A和NK-IR的水平,而給予H2S生成抑制劑PAG后,則抑制了炎癥反應(yīng)、減輕了腺泡損傷,H2S作為一種促炎細胞因子通過P物質(zhì)-神經(jīng)激肽-1受體(SP-NK-1R)相關(guān)途徑介導(dǎo)了大鼠胰腺腺泡的炎癥反應(yīng)。Collin等應(yīng)用CSE抑制劑PAG作用于脂多糖介導(dǎo)的內(nèi)毒素血癥大鼠,結(jié)果顯示PAG能夠明顯地減輕大鼠肝臟、胰腺及肺的損傷。Bhatia等用PAG預(yù)處理角叉菜膠介導(dǎo)的大鼠水腫的后爪,結(jié)果發(fā)現(xiàn)在增加PAG劑量的同時劑量依賴性地抑制水腫的產(chǎn)生,以及抑制中性粒細胞的聚集。2.4.2s3e的單次給藥作用戴鴻雁等研究氣體信號分子H2S在脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)誘導(dǎo)大鼠肺急性炎癥反應(yīng)中的作用時發(fā)現(xiàn),H2S具有明顯地抑制肺內(nèi)中性粒細胞聚集、減輕LPS引起的肺水腫和肺毛細血管通透性增高等炎癥反應(yīng)的作用,而且能有效地減少脂質(zhì)過氧化物丙二醛(malondialdehyde,MDA)的產(chǎn)生,提示H2S在炎癥發(fā)生早期具有抗炎、抗氧化性損傷的作用。Distrutti等研究了健康大鼠和急性結(jié)腸炎大鼠,發(fā)現(xiàn)H2S能夠抑制結(jié)直腸擴張所導(dǎo)致的疼痛,這種作用是由KATP通道和NO所介導(dǎo)的,說明釋放H2S的藥物在治療伴有疼痛的腸功能紊亂方面或許可以起到鎮(zhèn)痛的作用。在應(yīng)激狀態(tài)時,H2S暴露組較對照組體溫明顯下降2.5℃,氧耗量降低37.1%,應(yīng)激導(dǎo)致血漿促腎上腺皮質(zhì)激素(adrenocorticotropichormone,ACTH)和皮質(zhì)酮含量明顯增加,H2S預(yù)處理則可以降低ACTH和皮質(zhì)酮的含量,減少過氧化物的產(chǎn)生,抑制應(yīng)激所產(chǎn)生的糖相關(guān)蛋白-78和半胱氨酸蛋白酶-12(caspase-12)的表達,明顯減輕胃潰瘍指數(shù)(ulcerindex,UI),推測H2S介導(dǎo)的低體溫減輕了大鼠的應(yīng)激性潰瘍。Fiorucci等比較了幾種非甾體類抗炎藥,在臨床前期的研究中發(fā)現(xiàn),釋放H2S的非類固醇抗炎新藥相對于傳統(tǒng)的非甾體類抗炎藥,胃腸道的風(fēng)險大大地降低了,并具有較好的應(yīng)用前景。S-雙氯芬酸(一種釋放H2