郭晶晶 綜述，晏 勇審校

（重慶醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院神經(jīng)內科／重慶市神經(jīng)病學重點實驗室 400016）

帕金森?。≒arkinson′s disease，PD）是一種神經(jīng)退行性疾病，其主要病理改變?yōu)楹谫|致密部多巴胺（dopamine，DA）能神經(jīng)元進行性缺失及殘存神經(jīng)元胞漿內路易小體（lewy body）形成。其主要機制包括蛋白質異常聚集、氧化應激、線粒體功能障礙、神經(jīng)毒性、炎癥反應及細胞凋亡[1]。硫化氫（H2S）是繼一氧化氮（NO）和一氧化碳（CO）之后發(fā)現(xiàn)的第3種內源性氣體信號分子，具有抗氧化應激、細胞凋亡及神經(jīng)系統(tǒng)炎癥等作用，而這些生理作用對防治PD和阿爾茲海默?。ˋlzheimer′s disease，AD）等神經(jīng)退行性疾病有著重要意義。本文就內源性H2S與PD的相關性研究進行簡要綜述。

1 內源性H2S體內合成分解及其生理作用

1.1 H2S在體內的合成與分解 H2S的合成與3種酶相關：胱硫醚-C-裂解酶（CSE）、胱硫醚-B-合酶（CBS）和一組串聯(lián)酶包括天門冬氨酸轉氨酶（AAT）和巰基丙酮酸硫基轉移酶（MPST）[2]。Lee等[3]發(fā)現(xiàn)，體外培養(yǎng)的星形膠質細胞以每小時15.06μmol／g蛋白質的速度合成H2S，其合成速度是小膠質細胞的7.57倍，SH-SY5Y細胞株（人神經(jīng)母細胞瘤細胞株）的10.27倍，NT-2細胞株的11.32倍。實驗提示，人血管內皮細胞H2S的合成主要依賴于CSE而非CBS，敲除CSE基因會導致血清、心肌、主動脈中H2S的合成降低，而CBS基因敲除后則會導致腦組織內H2S合成障礙[3]。因此，CBS在腦組織內高表達，而CSE主要表達于心血管系統(tǒng)，此外，MPST主要表達于神經(jīng)元和血管內皮中[2]。內源性H2S主要由L-半胱氨酸L-cysteine，Cys）和同型半胱氨酸（Hcy）在CBS、CSE催化下產生，腦組織合成H2S的主要酶是CBS。第1種酶CBS以磷酸吡哆醛（PLP）為輔因子催化半胱氨酸合成H2S，包括β鍵的移除反應、β鍵的替換反應和（或）α，β鍵同時移除反應[4]。第2種酶CSE不依賴于磷酸吡哆醛（PLP）就可催化半胱氨酸合成H2S。研究表明，H2S分解存在3種途徑：（1）H2S在線粒體內被氧化為硫代硫酸鹽（S2O32-）、亞硫酸鹽（SO32-）和硫酸鹽（SO42-），然后從尿液排出[5]。（2）硫醇甲基轉移酶（TSMT）催化H2S甲基化生成單二甲基硫醚和雙二甲基硫醚。（3）H2S與高鐵血紅蛋白結合生成硫合血紅蛋白。此外，H2S還可通過與NO發(fā)生反應被分解。還有報道稱H2S可穿過肺泡膜釋放[6]。

1.2 H2S的生理作用 H2S在大部分組織和血清中的濃度為50μmol／L。其在中樞系統(tǒng)中的生理作用主要表現(xiàn)在4個方面：（1）促進海馬長時程增強效應（long-term potentiation，LTP）。一般來說，較弱電刺激作用于海馬不能引出LTP，H2S能促進該刺激引發(fā)LTP，這一效應與單純施加一個強直性電刺激所引發(fā)的LTP具有等效性。（2）強化NMDA受體所介導的應答反應。神經(jīng)細胞NADM受體是H2S靶受體之一，生理劑量的H2S能顯著增加神經(jīng)細胞NMDA受體中谷氨酸轉運。Mustafa等[7]發(fā)現(xiàn)，GAPDH（H2S的另一個靶受體）能通過半胱氨酸中硫鍵斷裂形成SSH鍵，使酶活性提高6倍，揭示了一個中樞神經(jīng)系統(tǒng)內的全新的H2S依賴性的細胞能量代謝機制。（3）誘導改變神經(jīng)細胞鈣通道。單獨的H2S能誘發(fā)星形膠質細胞內鈣波的產生，增強膠質細胞通過鈣波與周圍細胞進行信息交換，從而介導神經(jīng)元細胞和星形膠質細胞之間的信號傳遞，調節(jié)突觸活動。（4）神經(jīng)元保護作用，其途徑主要有3種，一是提高細胞內谷胱甘肽（glutathione，GSH）的水平，GSH作為細胞內重要的抗氧化物質，可阻斷氧化反應的產生；二是活化ATP敏感性鉀通道（KATP channels），這類通道的開放可增強神經(jīng)元和星形膠質細胞對抗缺血、創(chuàng)傷或神經(jīng)毒性物質的侵害；三是通過活化腺苷酸環(huán)化酶增加胞內環(huán)腺苷酸濃度，阻斷炎癥因子mRNA的轉錄，對抗神經(jīng)炎癥[8-9]。最新研究提示，釋放H2S的非甾體類或左旋多巴的衍生物，即H2S供體的抗氧化及抗炎作用可能更強[10-12]。

2 內源性H2S在PD治療研究中的進展

目前，PD發(fā)病機制未完全明確，線粒體功能障礙、氧化應激、GSH水平下降及金屬蛋白蓄積都會導致神經(jīng)細胞凋亡，誘導PD產生。近幾年實驗研究表明，H2S及其衍生物對PD具有潛在的治療作用[1]。

2.1 H2S應用于PD機制研究中的進展 Lee等[13]檢測了4種H2S供體（ACS48、ACS5、ACS81和ADT-OH）和4種左旋多巴供體（ACS83、ACS84、ACS85和ACDS86）的抗氧化抗炎作用。該實驗采用3種神經(jīng)細胞株：人單核細胞型淋巴瘤細胞株（THP-1）、人神經(jīng)母細胞瘤細胞株（SH-SY5Y）和人腦膠質瘤細胞株（U373）。上述供體化合物可被人小膠質細胞、星形膠質細胞及THP-1、U373細胞株所攝取，生成內源性H2S，發(fā)揮神經(jīng)保護作用，其機制可能是：（1）提高經(jīng)典抗氧化物質內源性GSH的細胞濃度；（2）對抗單胺氧化酶B（MAO B）；（3）降低神經(jīng)毒素誘發(fā)的炎性反應；（4）抑制促炎介質，如腫瘤壞死因子α（TNF-α），IL-6及鐵蛋白的釋放。阻斷γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶（γ-glutamylcysteine）會阻斷GSH生成，導致膠質細胞炎癥及毒性反應[8]。H2S能阻斷GSH失活，升高GSH水平，降低氧化應激。而且，H2S可使自由基直接或間接的從氧化左旋多巴化合物中解離出來，阻斷氧化應激介導的細胞死亡。MAO B可加速體內多巴胺的分解，而這類供體化合物（H2S衍生物）可對抗MAO B，使腦組織內多巴胺濃度升高。因此，H2S能提高多巴胺及GSH水平，對神經(jīng)退行性疾病可能有潛在的治療作用。神經(jīng)炎癥是PD病因機制之一，黑質體中小膠質細胞及星形膠質細胞活化可導致神經(jīng)炎癥，帕金森動物模型中存在類似的活化機制[14-15]。流行病學調查發(fā)現(xiàn)，服用非甾體抗感染藥的患者，尤其是同時飲用咖啡的人群，患PD的可能性減小，由此證明抗感染治療能降低膠質活化改善神經(jīng)退變[16]。Lee等[13]的實驗證明，H2S能減少 TNF-α、IL-6及 NO釋放，保護小膠質細胞、星形膠質細胞及THP-1、U373細胞，并且能降低細胞活化產生的毒素對SH-SY5Y細胞的毒性作用。Lee等[3]發(fā)現(xiàn)，膠質細胞炎癥會抑制內源性H2S生成，造成其抗感染作用降低，而外源性添加NaSH能部分減輕這種抑制作用，改善炎癥刺激造成的神經(jīng)細胞毒性，證明了H2S作為一種抗氧化物，具有直接的神經(jīng)保護作用。此外，該試驗還證實了H2S通過阻斷核轉錄因子kappa B（NF-κB）降低膠質活化，但其阻斷機制目前仍需進一步研究。總之，H2S不僅能提高組織內GSH及多巴胺水平，而且作為有效的抗氧化物質，能阻斷炎癥介質的釋放、降低細胞活化，發(fā)揮直接的神經(jīng)保護作用。Bae等[17]從分子基因角度對內源性H2S和PD做了進一步研究。該研究在雙光子顯微成像技術（TPM）的基礎上，利用定位于細胞線粒體的雙原子探針（mitochondria-localized two-photon probe，SHS-M2）探測活膠質細胞及腦組織內的H2S。結果提示，內源性H2S的濃度與腦組織內CBS的表達有關。實驗將小鼠膠質細胞和腦組織中的DJ-1基因（一種PD基因）敲除后作為實驗組，與對照組小鼠相比，DJ-1基因的缺失會導致CBS表達水平降低，內源性H2S合成降低。實驗發(fā)現(xiàn)，膠質細胞內H2S水平降低可導致PD的進展；此外，SHS-M2可能會成為一種新的可用于檢測包括PD在內的神經(jīng)退行性疾病發(fā)病風險的標志物。

2.2 H2S應用于PD動物實驗的研究進展 實驗證明，6-羥胺（6-OHDA）能顯著抑制CBS，降低內源性H2S合成，造成帕金森癥候群[18]。Xie等[19]應用6-OHDA誘導帕金森大鼠模型來研究左旋多巴供體衍生物-ACS84（同時可釋放H2S）的神經(jīng)保護作用。結果提示，相比于等濃度的左旋多巴和NaHS，ACS84改善6-OHDA誘導SH-SY5Y細胞損傷和氧化應激的效果更顯著，其機制可能是：（1）ACS84釋放H2S的速度較慢，能以更低的濃度達到更好的保護作用；（2）ACS84在細胞內通過線粒體釋放H2S，進一步加強了內源性H2S作用的有效性；（3）ACS84與內源性H2S或CBS相互作用，產生更強的保護作用[20]。GSH-半胱氨酸連接酶（Gcl）和血紅素氧合酶（HO-1）是與細胞應激防御系統(tǒng)相關的抗氧化酶，這兩種酶的編碼基因都包含抗氧化反應元件（ARE）。在抗氧化酶的表達過程中，轉錄因子NF-E2相關因子2（Nrf2）被活化，從胞質易位至細胞核綁定ARE[21]。ACS84能誘導Nrf-2向細胞核移位，提高GclC、GclM和HO-1的基因轉錄，證明了ACS84可通過激發(fā)Nrf-2／ARE通路增加抗氧化酶的表達，降低細胞氧化應激。此外，H2S可抑制尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）氧化酶，有效降低活性氧（ROS）[22]。因此，上述實驗證實外源性添加H2S能夠有效降低神經(jīng)元氧化應激，發(fā)揮有效的神經(jīng)保護作用。

部分研究證明，PD患者體內高同型半胱氨酸血癥的血清濃度升高[23]。Kamat等[24]研究了 H2S在 Hcy和神經(jīng)血管功能障礙方面的神經(jīng)保護作用。實驗采用8～10周的野生型（WT）雄性小鼠構建實驗模型，分為對照組、人工腦脊液組（aCSF）、Hcy和Hcy聯(lián)合NaHS組。與對照組和aCSF組相比：（1）Hcy注射后能顯著升高丙二醛、亞硝酸、乙酰膽堿酯酶活性、TNF-α、IL、膠質原纖維酸性蛋白、NO合成酶、內皮細胞NO合成酶，降低GSH水平，導致氧化、氮化反應，引起神經(jīng)炎癥。（2）Hcy注射后導致神經(jīng)烯醇化酶S100高表達和神經(jīng)突觸蛋白低表達也會引起神經(jīng)退變。（3）Hcy會引起白鼠大腦皮質及腦室周圍區(qū)域的細胞損傷，進而導致細胞凋亡和神經(jīng)退變。（4）Hcy組小鼠體內基質金屬蛋白酶（MMP）9和 MMP2高表達和金屬蛋白酶組織抑制劑-1（TIMP-1）、TIMP-2及其綁定蛋白表達降低，導致神經(jīng)血管重構[25]。試驗結論得出，PD患者腦組織內源性H2S合成減少，造成氧化應激水平升高，神經(jīng)細胞不能正常攝取左旋多巴，導致神經(jīng)退變。而外源性加入H2S能顯著降低Hcy介導的氧化應激、記憶缺失、神經(jīng)退變、神經(jīng)炎癥及神經(jīng)血管重構。

神經(jīng)毒素1-甲基-4-苯基-1，2，3，6-四氫吡啶（1-methyl-4-phenyl-1，2，3，6-tetrahydropyridine，MPTP）現(xiàn)象可能是黑質體炎性反應的潛在因素。暴露于MPTP的藥癮者患有進行性加重的帕金森癥候群，尸解結果表明接觸MPTP后所產生的炎性反應可持續(xù)17年之久。用猴子進行的模擬實驗結果顯示，最后一次毒物接觸后猴腦黑質的炎癥反應持續(xù)時間為14年，證明黑質炎癥反應一旦被誘發(fā)就可能持續(xù)存在。Kida等[26]用MPTP誘導帕金森小鼠模型研究內源性H2S的神經(jīng)保護作用。發(fā)現(xiàn)內源性H2S能有效降低運動障礙發(fā)生率，提高神經(jīng)元對抗炎癥能力，還可激發(fā)Nrf-2／ARE通路，上調抗氧化酶的表達。作者認為，內源性H2S可阻斷MPTP誘導的神經(jīng)退變，其機制可能與阻斷黑質及紋狀體內多巴胺能神經(jīng)元的細胞凋亡有關。

3 結論及展望

內源性H2S作為體內重要的氣體信號分子，在神經(jīng)系統(tǒng)中發(fā)揮重要的生理作用，包括促進海馬LTP，增強NMDA受體所介導的應答反應，誘導改變神經(jīng)細胞鈣通道和保護神經(jīng)元等。大量實驗證實，H2S在對抗氧化應激、神經(jīng)炎性反應、記憶障礙、神經(jīng)血管重構、神經(jīng)退變等方面具有重要的神經(jīng)保護作用，提示H2S對神經(jīng)退變性疾病有潛在治療作用。

盡管目前全球掀起了H2S與人體疾病研究的熱潮，但目前對H2S與PD的相關性研究還很少，多處于初期探索階段。很多問題亟待明確，如內源性H2S降低是否為PD的發(fā)病機制之一；通過什么途徑導致PD，補充H2S是否能緩解或治療PD，其作用靶點是什么；每日補充多大劑量H2S供體或達到什么血液濃度為佳；如何控制氣體信號分子藥物發(fā)揮作用的多元性；隨著這些問題的破解，PD的防治定能揭開新的篇章。

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