張松、孫麗綜述，李悅審校

硫化氫與糖脂代謝研究進展

張松、孫麗綜述，李悅審校

硫化氫（H2S）是繼一氧化氮（NO）和一氧化碳（CO）之后的第三類氣體信號分子，在心血管系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)中作為一種內(nèi)生性生理調(diào)節(jié)劑發(fā)揮重要作用。近年研究發(fā)現(xiàn)H2S參與胰島素分泌調(diào)節(jié)、能夠改善胰島素敏感性，還可降低人體血漿膽固醇和甘油三酯水平，H2S供體在糖、脂代謝異常中的臨床應(yīng)用前景值得期待。

硫化氫；高脂血癥；高血糖；膽固醇

硫化氫（H2S）是繼一氧化氮（NO）和一氧化碳（CO）之后的第三類氣體信號分子[1,2]，在心血管系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)中作為一種內(nèi)生性生理調(diào)節(jié)劑發(fā)揮重要作用。L-半胱氨酸是生成內(nèi)源性H2S的前體物質(zhì)。H2S合成酶包括胱硫醚-γ-裂解酶（cystathi-onine-γ-lyase，CSE）、胱硫醚-β-合成酶（cystathi-onine-β-lyase，CBS）、半胱氨酸轉(zhuǎn)移酶（CAT）和3-巰基丙酮酸轉(zhuǎn)硫酶（3MST）[3,4]。人體內(nèi)胱硫醚-β-合成酶主要存在于主動脈、肝門靜脈、心臟和血管平滑肌，胱硫醚-β-合成酶在中央和外周神經(jīng)系統(tǒng)高表達，半胱氨酸轉(zhuǎn)移酶和3-巰基丙酮酸轉(zhuǎn)硫酶主要分布于血管內(nèi)皮。體內(nèi)大部分H2S可氧化生成二氧化硫（SO2），溶于水生成亞硫酸鹽，進一步氧化生成硫酸鹽，經(jīng)各種代謝器官排出體外；H2S也可經(jīng)甲基化代謝生成二甲硫醚，最后經(jīng)肝臟或腸道排出體外。內(nèi)源性H2S參與炎癥反應(yīng)的不同階段，有報道臨床最新進展為已發(fā)現(xiàn)H2S與非甾體抗炎藥（NASID）相結(jié)合的新型抗炎藥物[5]。近年研究發(fā)現(xiàn)H2S與糖、脂代謝關(guān)系密切，新型H2S供體可能在糖、脂代謝異常發(fā)揮作用。

1 硫化氫與糖代謝

已有研究證實，H2S使胰島β細(xì)胞KATP通道開放，抑制細(xì)胞膜去極化，引起胰島素分泌減少。Ali等[6]觀察人胰島β細(xì)胞株（INS-1E）分泌胰島素模型發(fā)現(xiàn)，給予外源性H2S供體硫氫化鈉（NaHS）（100μM）培養(yǎng)12 h后，胰島素分泌明顯降低，而給予KATP通道阻斷劑格列苯脲（10 μM）培養(yǎng)后，硫氫化鈉抑制胰島素分泌作用被削弱。Wu等[7]研究發(fā)現(xiàn)，與正常和單純肥胖Zucker大鼠相比，糖尿病合并肥胖Zucker大鼠胰腺胱硫醚-β-合成酶和H2S含量顯著增加，而給予糖尿病合并肥胖Zucker大鼠每日腹腔注射胱硫醚-β-合成酶抑制劑（PAG） 33.9 mg/（kg.d）4周后，糖尿病合并肥胖Zucker大鼠胰腺H2S含量明顯減少，血糖水平降至正常，胰島素分泌明顯增加。另有研究發(fā)現(xiàn)，鏈脲佐菌素（STZ）誘導(dǎo)的1型糖尿病大鼠肝臟和胰腺的胱硫醚-β-合成酶和胱硫醚-β-合成酶mRNA表達都明顯增加且活性增強，STZ誘導(dǎo)的糖尿病大鼠H2S水平高于正常，Schalinske等在無血管并發(fā)癥糖尿病患者模型也有同樣發(fā)現(xiàn)。Yusuf等[8]研究發(fā)現(xiàn)皮下注射胰島素（8 U/d）可顯著抑制鏈脲佐菌素誘導(dǎo)的糖尿病大鼠體內(nèi)胱硫醚-β-合成酶和胱硫醚-β-合成酶mRNA表達，明顯降低體內(nèi)H2S水平。

有研究證實人體內(nèi)H2S水平與胰島β細(xì)胞凋亡密切相關(guān)。Kaneko等[9]發(fā)現(xiàn)外源性H2S供體L-半胱氨酸（3 mM）或硫氫化鈉（100 μM）離體培養(yǎng)人胰島β細(xì)胞后，可通過增加谷胱甘肽上調(diào)H2S水平，抑制胰島β細(xì)胞凋亡。Yang等[10]研究證實，過表達胱硫醚-β-合成酶誘導(dǎo)人胰島β細(xì)胞株分泌胰島素細(xì)胞系凋亡的機制為：激動p38 MAPK信號通路和上調(diào)Bip、CHOP（內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激指標(biāo)）蛋白表達。Cao等[11]觀察發(fā)現(xiàn)外源性H2S供體硫氫化鈉（10 μM）培養(yǎng)離體人胰島腺泡細(xì)胞3小時后，H2S水平上升，磷脂酰絲氨酸分泌增加（細(xì)胞凋亡早期指標(biāo)），細(xì)胞凋亡增加。上述研究結(jié)論為不同濃度H2S對胰島β細(xì)胞凋亡影響不同，具體機制仍需進一步研究。

有研究提示H2S通過調(diào)節(jié)胰島素受體（IR）介導(dǎo)的信號通路，增加胰島素敏感性、減輕胰島素抵抗，改善糖代謝異常。胰島素受體系（IRs）是酪氨酸激酶受體，內(nèi)源性H2S可促進胰島素受體磷酸化，進而與磷酸肌醇-3激酶（PI3K）結(jié)合，進一步激活絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶（Akt），增強組織細(xì)胞對葡萄糖的攝取和利用。Xue等[12]發(fā)現(xiàn)腹腔注射外源性H2S供體硫氫化鈉 30 μM/（kg.d）10周的GK大鼠和Wistar大鼠與各自對照組相比，胰島素敏感性和糖耐量顯著增加，空腹血糖顯著降低。同時觀察到離體肌管細(xì)胞和脂肪細(xì)胞分別處于低糖（5.5 mM）環(huán)境或者高糖（25 mM）加胰島素（100 nM）環(huán)境培養(yǎng)時，給予外源性H2S供體硫氫化鈉后可顯著增加胰島素受體、磷酸肌醇-3激酶、絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶（AKt）磷酸化，而給予胰島素受體抑制劑（HNMPA）后，胰島素受體、磷酸肌醇-3激酶磷酸化水平未見上調(diào)。拮抗胰島素受體激活或抑制組織細(xì)胞磷酸肌醇-3激酶信號通路激活后，盡管外源性給予H2S培養(yǎng)，組織細(xì)胞萄糖攝取能力也未見明顯增強，進一步驗證H2S通過調(diào)控胰島素受體及其下游信號通路磷酸肌醇-3激酶—絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶增強組織細(xì)胞對葡萄糖攝取能力[12]。

2 硫化氫與脂代謝

Liu等[13]隨機觀察了971例健康兒童，發(fā)現(xiàn)其中高脂肥胖兒童占91例，患病率為9.37%，隨機檢測了其中40例高脂肥胖兒童血脂指標(biāo)、血漿H2S水平發(fā)現(xiàn)，高脂肥胖兒童血漿總膽固醇（TC）、低密度脂蛋白膽固醇（LDL-C）、甘油三酯（TG）水平明顯高于血脂正常兒童，血漿H2S水平為34.40 μmol/L明顯低于血脂正常兒童，提示人體內(nèi)源性H2S水平與血脂指標(biāo)負(fù)相關(guān)。

Whiteman等[14]隨機觀察11例健康人（BMI＜25.0 kg/m2）、16例單純肥胖患者（BMI＞25.0 kg/m2）和11例2型糖尿病患者[BMI=（25±2）kg/m2]血漿H2S水平發(fā)現(xiàn)，健康組血漿H2S平均水平為38.9 μmol/L，單純肥胖組為22.0 μmol/L，2型糖尿病組為10.5 μmol/L，推測內(nèi)源性H2S水平與胰島素敏感性負(fù)相關(guān)。Jain等[15]觀察2型糖尿病患者和鏈唑霉素誘導(dǎo)的糖尿病大鼠也證實，血漿H2S水平明顯低于各自對照組，與各自血漿葡萄糖水平負(fù)相關(guān)。Yang等[10]證實糖尿病GK大鼠腹腔注射外源性H2S供體硫氫化鈉 30 μM/ （kg.d） 6周后，血漿高密度脂蛋白升高，空腹血糖、總膽固醇、低密度脂蛋白、血壓都顯著降低；另用硫氫化鈉60 μM/（kg.d）腹腔注射后血漿總膽固醇和血壓仍明顯降低；而改為硫氫化鈉 120 μM/（kg.d）腹腔注射后血漿高密度脂蛋白仍然增加，但空腹血糖水平也隨之上升；觀察腹腔注射硫氫化鈉30 μM/（kg.d） 6周的Wistar對照組大鼠，發(fā)現(xiàn)血漿高密度脂蛋白含量明顯增加而甘油三酯含量顯著降低。結(jié)論，外源性給予H2S可以升高糖尿病模型GK和Wistar大鼠血漿高密度脂蛋白含量，并且降低總膽固醇水平。

Mani等[16]觀察發(fā)現(xiàn)，胱硫醚-β-合成酶基因敲除小鼠和野生型小鼠在致動脈粥樣硬化飲食喂養(yǎng)12周后，胱硫醚-β-合成酶基因敲除組血漿總膽固醇水平較先前升高兩倍，而野生型小鼠無明顯變化；此外，胱硫醚-β-合成酶基因敲除小鼠與野生型相比較，其血漿高密度脂蛋白、低密度脂蛋白含量都明顯較高，而血漿甘油三酯水平偏低；并且胱硫醚-β-合成酶基因敲除小鼠動脈粥樣硬化斑塊程度也明顯嚴(yán)重于野生型小鼠。在致動脈粥樣硬化飲食喂養(yǎng)后，分別腹腔注射胱硫醚-β-合成酶基因敲除小鼠外源性H2S供體硫氫化鈉或磷酸鹽緩沖液（PBS）12周，觀察發(fā)現(xiàn)注射硫氫化鈉組小鼠動脈粥樣硬化斑塊明顯縮小，血脂代謝異常顯著改善，結(jié)論為內(nèi)源性H2S缺乏可致動脈內(nèi)皮細(xì)胞增殖和粘附分子表達增加，而外源性給予H2S后可縮小動脈硬化斑塊并且改善血脂代謝異常。另有研究證實，氧化低密度脂蛋白可誘導(dǎo)血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷，增強單核細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞黏附，促進泡沫細(xì)胞形成及影響斑塊穩(wěn)定性，而內(nèi)源性H2S可減少大鼠體內(nèi)致動脈粥樣硬化低密度脂蛋白含量，特別是氧化低密度脂蛋白含量，進而改善血脂代謝紊亂。

在臨床治療方面，Li等[17]觀察35例川崎病患兒和32例健康兒童后發(fā)現(xiàn)，35例患兒心臟受累者為21例，無心臟受累者14例。與健康兒童對照組相比，川崎病患兒組急性發(fā)病期血漿H2S水平明顯偏低，在給予靜脈推注1 g/kg免疫球蛋白治療2天后，血漿H2S水平得到顯著提升，在35例患兒中，心臟受累組血漿H2S水平明顯低于無心臟受累組。結(jié)論為，內(nèi)源性H2S在靜脈注射免疫球蛋白后通過抑制全身炎癥反應(yīng)阻止川崎病患兒心臟受累的發(fā)生，但其具體分子通路仍需進一步研究。

3 硫化氫供體在糖、脂代謝異常中的應(yīng)用進展

目前研究提示H2S與糖、脂代謝關(guān)系密切，而外源性H2S供體在糖、脂代謝異常的調(diào)控中發(fā)揮作用。臨床現(xiàn)能提供外源性H2S的新型供體有GYY4137、S-阿司匹林和大蒜素等，在臨床糖、脂代謝治療方面已取得有意義的作用。Liu等[18]觀察發(fā)現(xiàn)外源性GYY4137（一種新型緩釋H2S復(fù)合物培養(yǎng)細(xì)胞后，H2S水平明顯上升，并且顯著抑制氧化型低密度脂蛋白誘導(dǎo)的細(xì)胞脂質(zhì)含量增高作用，改善細(xì)胞脂代謝異常。Zhang等[19]分別給予高脂飲食4周的載脂蛋白E敲除鼠（Apo-E-/-）S-阿司匹林（ACS14）、乙酰水楊酸、生理鹽水腹腔注射12周，發(fā)現(xiàn)ACS14組動脈粥樣硬化斑塊大小明顯小于乙酰水楊酸組、生理鹽水組，推測H2S可改善脂代謝從而抗動脈粥樣硬化。Kojuri等[20]證實用含大蒜素的臨床藥物治療高脂血癥患者后，患者體內(nèi)H2S水平明顯升高，血漿總膽固醇和低密度脂蛋白水平與對照組相比明顯降低，高密度脂蛋白水平也明顯升高，血漿甘油三酯含量略有降低。釋放H2S基團已與臨床藥物分子整合，如雙氯芬酸、美沙拉嗪、萘普生、辛伐他汀和磷酸二酯酶5抑制劑。臨床試驗結(jié)果顯示，與單獨應(yīng)用他汀類藥物相比，整合釋放H2S基團的藥物除降脂作用外，抑制血小板聚集、升高血小板cAMP水平作用明顯加強[21]。

通過調(diào)控體內(nèi)H2S水平來治療糖、脂代謝異常的臨床應(yīng)用現(xiàn)仍存許多問題，有待進一步解決。第一，H2S是一種有“臭雞蛋”氣味的氣體，“無臭”的H2S供體現(xiàn)仍空缺，而且已有供體很難完全模擬人體內(nèi)源性H2S釋放過程。第二，外源性H2S供體雖在糖、脂代謝紊亂治療方面取得一定成果，但是否直接通過所釋放的H2S起到治療作用，仍需進一步完善驗證通路。

綜上所述，在糖、脂代謝紊亂治療方面，隨著我們對H2S合成、代謝情況的深入了解，對其生理功能和藥理作用的全面揭示，對其作用機制的進一步闡明，H2S必將有著廣闊的治療性應(yīng)用前景。

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2014-01-19)

（編輯：汪碧蓉）

150001 黑龍江省哈爾濱市，哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第一臨床醫(yī)學(xué)院 心內(nèi)科

張松 住院醫(yī)師 碩士 主要從事心血管介入研究 Email:123zhangsong321@163.com 通訊作者：李悅 Email: ly99ly@vip.163.com

R445.1

A

1000-3614( 2014 ) 08-0655-03

10.3969/j. issn. 1000-3614. 2014.08.025