硫化氢与疾病

硫化氢与疾病

20世纪90年代中期，kimu发现了半胱氨酸代谢的气体硫酸（hydrogensulfid，b2s），这可以刺激神经，提高内腺苷酸（cyclicadenonisiemipace，脾脏）的水平，并通过增加受体代理的兴奋性触发来诱导切开海盗的长时间（ltp）。近年来,内源性H2S作为一种新型的神经调节因子和信号传递分子,正在受到广泛的关注。Zhao等在体内和体外研究中发现,H2S可能通过作用于血管平滑肌KATP通道,实现对血管的扩张作用。Geng等研究证实KATP通道抑制剂格列苯脲(glibenclamide)能够减轻硫氢化钠(NaHS)引起的低血压反应。当去除血管内皮后,H2S所诱导的最大舒张效应并没有改变,但H2S浓度反应曲线向右移动,说明H2S的舒血管效应有赖于内皮调节机理。1基因组织cse内源性H2S由多种酶催化、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)、半胱氨酸氨基转移酶(cysteineaminotransferase)。CBS和CSE的分布具有组织特异性,人体内CBS在神经系统占主导作用,CSE则多分布于肺动脉、主动脉、肠系膜动脉、尾动脉、门静脉等血管的管壁组织和心肌组织中,在回肠、肝脏以及肾脏则同时存在CBS和CSE。DL-炔丙基甘氨酸(DL-propargylglycine,PAG)是CSE不可逆抑制剂,低浓度PAG就可以明显地降低门静脉和胸主动脉生成H2S。氨基氧乙酸(aminooxoaceticacid,AOA)是CBS的抑制剂,但其抑制作用却是可逆的。H2S可以在体内大部分组织中生成,其中产出率高的组织包括脑、心血管、肝脏和肾脏。L-半胱氨酸是H2S生成的惟一底物。H2S在体内可能有2种存在形式:1/3以气体H2S形式存在,2/3以NaHS形式存在。这样,既保证了H2S在体内的稳定性,而且不改变内环境的pH值,H2S可不依赖于膜受体自由穿过膜结构。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)能够激活cAMP通道,增强血管平滑肌产生H2S,而腹腔注射PAG能够有效地抑制肝脏、主动脉、回肠等组织产生H2S,并且能明显地升高血压。H2S作用效果类似于吡那地尔(一种KATP通道激动剂),表明H2S是通过兴奋KATP通道、增加KATP通道电流,使细胞膜出现超级化,进而介导平滑肌舒张,这证明了H2S是迄今为止发现的惟一的内源性血管平滑肌KATP通道开放剂,而应用格列苯脲可以剂量依赖性地抑制H2S的舒血管效应。Zhao等在研究中还发现,内源性H2S的产生及其生理作用,包括膜的超极化和平滑肌细胞的舒张作用,使得这种气体成为NO和一氧化碳(carbonmonoxide,CO)气体信号分子家族中的重要一员。外源性H2S或CSE的过度表达增加了人主动脉平滑肌信号调节激酶(ERK)和P53有丝分裂原活性蛋白激酶的活性,其中ERK的作用最为重要,可以明显地抑制H2S介导的凋亡。Bhatia研究发现,在心血管系统中CSE是H2S形成的关键酶。张清友等研究发现,随着低氧性肺动脉高压的形成,血浆CO含量及各级肺动脉平滑肌细胞血红素氧合酶-1(aminooxoaceticacid-1,HO-1)基因及其蛋白表达水平均升高,而血浆H2S含量则下降,给予外源性H2S则使肺动脉压下降;而给予CSE抑制剂,则使肺动脉压进一步升高。陈晓波等研究发现,低氧时肺动脉平滑肌细胞凋亡减少,H2S可以通过增加HO-1基因转录水平提高HO-1蛋白表达,发挥其对CO/HO-1的促进作用,从而抑制低氧时肺动脉高压的形成,调节肺血管结构的重建。在自发性高血压大鼠中,CSEmRNA表达下调,CSE活性抑制了31.2%,血浆H2S浓度降低了50%,当给予CSE抑制剂后,收缩压明显增加,而给予外源性H2S可显著降低高血压大鼠的血压,增加血管舒张反应,并抑制平滑肌细胞增殖。Ali等研究发现,使用NaHS和硝普钠(sodiumnitroprusside,SNP)或共同作用或单独作用于苯肾上腺素预处理麻醉状态大鼠的主动脉环,血压测量结果显示明显不同,高浓度NaHS可直接扩张主动脉环,而低浓度NaHS则明显地提高大鼠的平均动脉压,H2S和NO共同反应时可能形成亚硝基硫醇,其呈现出轻度或不产生血管扩张活性,这显示了内源性H2S的新作用,即在体内和体外可以通过调节血管NO的生成来调节血管的张力。Webb等用不同浓度H2S作用于人胸廓内动脉,得出了同样的结论,即高浓度H2S可以扩张苯肾上腺素预处理的人胸廓内动脉,但低浓度H2S却可引起收缩作用,格列苯脲可以部分抑制其扩张血管的作用,也考虑和亚硝基硫醇有关。Elrod等研究发现,在心肌缺血再灌注损伤模型中,给予外源性H2S可以限制梗死范围和保护左室功能,这种保护作用与抑制心肌炎症反应、保护线粒体结构和功能有关,他们还发现通过心肌特定过度表达CSE来调节内源性H2S的产生,可以明显地抑制再灌注损伤的程度。2.2不同病因的患者呼吸道阻塞的血浆水平Chen等在临床研究中发现,H2S与慢性阻塞性肺疾病(chronicobstructivepulmonarydisease,COPD)患者气道阻塞的发病机理相关,其血浆水平的改变与疾病的严重程度有很大关联。有研究表明,肺组织H2S含量与呼气峰流速明显相关,与肺组织的病理学评分呈负相关,给予外源性H2S能够减轻哮喘的炎症反应,起到保护作用。2.3hs输注的大鼠脑出血神经元受到电刺激或者给予兴奋性神经递质L-谷氨酸,通过钙离子-钙调节蛋白(Ca2+/CaM)通路可以明显增强CBS的活性。与神经元不同,星形细胞由CSE催化产生H2S,通过cAMP和蛋白激酶A介导Ca2+内流。在用H2S溶液培养的鼠脑细胞中给予重复脉冲NaHS,可以大量而且持久地增加细胞内Ca2+,L-型Ca2+阻断剂尼莫地平和硝苯地平可以阻止细胞内Ca2+浓度的增加和细胞死亡。2002年日本学者对阿尔茨海默氏症(Alzheimer)患者和正常人大脑皮层中H2S含量进行研究,发现Alzheimer患者大脑皮层中H2S水平严重降低,CBS活性不足,S-腺苷甲硫氨酸(S-adenosylmethionine,SAM)含量非常低。2.42s和炎症反应2.4.1外源性hs对慢性休克大鼠胰腺胰腺炎的影响NaHS作用于干扰素-γ(interferon-γ,IFN-γ)处理的人单核细胞系U937时,明显地增加肿瘤坏死因子-α(tumornecrosisfactor-α,TNF-α)、白介素-1β(interleukin-1β,IL-1β)及IL-6的表达,促进单核细胞表面CD11b表达,使单核细胞活化,还可以介导快速降解核因子-κB抑制蛋白α(IκBα),从而活化核因子-κB(nuclearfactor-κB,NF-κB),可见H2S通过细胞外信号调节激酶-核因子-κB(ERK-NF-κB)信号通路可以激活人类单核细胞,分泌促炎细胞因子。陈晓波等在盲肠结扎穿孔法制备的感染性休克大鼠模型及静脉注射内毒素法制备的内毒素休克大鼠模型中发现,大鼠主动脉、肺动脉、肠系膜上动脉、尾动脉等血管组织中H2S生成普遍增加,同时伴随NO生成增加,两者呈现明显的正相关关系,表明H2S参与休克时血管反应的病理生理过程,并与其他气体信号分子如NO形成复杂的网络联系。在盲肠结扎穿孔法制备的感染性休克大鼠模型中,外源性H2S可以介导白细胞在肠系膜小静脉中旋转、黏附,促进白细胞在肺中的浸润,上调细胞间黏附分子-1(intercellularadhesionmolecule-1,ICAM-1)、P-选择素(P-selection)和E-选择素(E-selection)在肺和肝脏中表达,从而加重肺炎症反应。同样,在脓毒症相关性肺损伤中,对比野生型和前速激肽原-A(preprotachykinin-A,PPT-A)基因敲除的Swiss小鼠应用PAG、NaHS和神经激肽-1受体抑制剂(NK-1R)后的差别,应用PAG后,随着H2S产生的降低,肺组织中的PPT-A基因表达和P物质的产生均明显减少,而基因敲除和给予NK-1R可以明显减轻小鼠脓毒症时H2S产生导致的肺炎症反应,给予NaHS后,P物质产生增加,肺损伤明显加重,因此,在脓毒症初期,H2S可以上调P物质的产生,通过激活NK-1R途径加重肺的炎症反应。Bhatia等将外源性H2S及其CSE抑制剂PAG用于治疗蛙皮素介导的胰腺炎,发现PAG能够明显地降低胰腺炎及相关肺损伤的严重性,表现为能够明显地降低血清淀粉酶水平,减轻胰腺细胞坏死、损伤,减少肺髓过氧化物酶(myeloperoxidase,MPO)活性以及减轻肺组织学损伤,这提示H2S在调节胰腺炎及相关的肺损伤严重性方面起了重要的促炎症反应作用。在大鼠胰腺腺泡细胞的体外实验中同样发现,在急性胰腺炎模型腺泡细胞中H2S水平明显升高,应用H2S供体NaHS后,能够明显地增加细胞中P物质的产生,增加PPT-A和NK-IR的水平,而给予H2S生成抑制剂PAG后,则抑制了炎症反应、减轻了腺泡损伤,H2S作为一种促炎细胞因子通过P物质-神经激肽-1受体(SP-NK-1R)相关途径介导了大鼠胰腺腺泡的炎症反应。Collin等应用CSE抑制剂PAG作用于脂多糖介导的内毒素血症大鼠,结果显示PAG能够明显地减轻大鼠肝脏、胰腺及肺的损伤。Bhatia等用PAG预处理角叉菜胶介导的大鼠水肿的后爪,结果发现在增加PAG剂量的同时剂量依赖性地抑制水肿的产生,以及抑制中性粒细胞的聚集。2.4.2s3e的单次给药作用戴鸿雁等研究气体信号分子H2S在脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)诱导大鼠肺急性炎症反应中的作用时发现,H2S具有明显地抑制肺内中性粒细胞聚集、减轻LPS引起的肺水肿和肺毛细血管通透性增高等炎症反应的作用,而且能有效地减少脂质过氧化物丙二醛(malondialdehyde,MDA)的产生,提示H2S在炎症发生早期具有抗炎、抗氧化性损伤的作用。Distrutti等研究了健康大鼠和急性结肠炎大鼠,发现H2S能够抑制结直肠扩张所导致的疼痛,这种作用是由KATP通道和NO所介导的,说明释放H2S的药物在治疗伴有疼痛的肠功能紊乱方面或许可以起到镇痛的作用。在应激状态时,H2S暴露组较对照组体温明显下降2.5℃,氧耗量降低37.1%,应激导致血浆促肾上腺皮质激素(adrenocorticotropichormone,ACTH)和皮质酮含量明显增加,H2S预处理则可以降低ACTH和皮质酮的含量,减少过氧化物的产生,抑制应激所产生的糖相关蛋白-78和半胱氨酸蛋白酶-12(caspase-12)的表达,明显减轻胃溃疡指数(ulcerindex,UI),推测H2S介导的低体温减轻了大鼠的应激性溃疡。Fiorucci等比较了几种非甾体类抗炎药,在临床前期的研究中发现,释放H2S的非类固醇抗炎新药相对于传统的非甾体类抗炎药,胃肠道的风险大大地降低了,并具有较好的应用前景。S-双氯芬酸(一种释放H2