王茜

H2S是繼一氧化氮(NO)和一氧化碳(CO)之后被發(fā)現(xiàn)的第三種內(nèi)源性氣體信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)分子[1]，具有維持體內(nèi)穩(wěn)態(tài)、誘導(dǎo)血管舒張和心臟保護(hù)作用[2-3]。

1 H2S的生物學(xué)特性

H2S 是一種無(wú)色、具有臭雞蛋氣味且易燃的水溶性氣體。在哺乳動(dòng)物組織中，H2S通過(guò)非酶促和酶促2種途徑產(chǎn)生。H2S生物合成后，可以擴(kuò)散到周圍環(huán)境或存儲(chǔ)在細(xì)胞中[4]。在非酶促途徑中，由于從葡萄糖氧化獲得的還原當(dāng)量，元素硫被還原為H2S。每消耗2個(gè)分子的葡萄糖、3個(gè)分子的乳酸和二氧化碳，就會(huì)產(chǎn)生6個(gè)分子的H2S。然而，大多數(shù)內(nèi)源性H2S來(lái)源于2種5′-吡哆醛磷酸化依賴酶的催化產(chǎn)物，這2種酶為胱硫醚-β-合酶(CBS)和胱硫醚-γ-裂合酶(CSE)。CBS和CSE需要L-半胱氨酸作為底物合成H2S[5]，抑制CSE和CBS會(huì)導(dǎo)致內(nèi)源性H2S水平的顯著減少。在哺乳動(dòng)物組織中，H2S主要在線粒體中代謝。

2 H2S對(duì)心肌缺血再灌注損傷的保護(hù)作用

H2S是一種在心血管系統(tǒng)中起重要作用的內(nèi)源性信號(hào)分子。在心臟中，H2S在成纖維細(xì)胞、心肌和血管中產(chǎn)生，由L-半胱氨酸在CSE、CBS和3-巰基丙酮酸硫轉(zhuǎn)移酶(3-MST)的催化下形成。外源性或內(nèi)源性H2S對(duì)缺血心肌均具有保護(hù)作用。Bliksoen等[6]發(fā)現(xiàn)抑制CSE可減少H2S的產(chǎn)生，導(dǎo)致大鼠心臟缺血再灌注損傷后梗死面積擴(kuò)大。有研究發(fā)現(xiàn)，調(diào)節(jié)心臟的CSE與心肌缺血再灌注損傷有關(guān)，過(guò)表達(dá)CSE使H2S濃度增加，進(jìn)而顯著減少損傷區(qū)域；敲除CSE基因則使心肌缺血再灌注損傷加重[7]。

3 H2S的心臟保護(hù)作用機(jī)制

3.1 H2S的抗炎效應(yīng)

心肌缺血引發(fā)的炎性反應(yīng)，可減輕細(xì)胞損害并促進(jìn)組織修復(fù)，是心臟自身修復(fù)必不可少的環(huán)節(jié)；但過(guò)度的炎性反應(yīng)會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞碎片和促炎性細(xì)胞因子增多，造成心肌損害[8]。H2S具有抑制白細(xì)胞黏附和外滲的作用[9]。Sodha等[10]采用心肌缺血再灌注損傷豬模型，在再灌注前10 min給予硫化物(NaHS)處理，可以減少白細(xì)胞浸潤(rùn)，降低髓過(guò)氧化物酶活性。

H2S能限制中性粒細(xì)胞黏附和激活，抑制白細(xì)胞外滲，并減少產(chǎn)自由基的炎性因子[如腫瘤壞死因子(TNF)-α]水平，進(jìn)而減輕炎性反應(yīng)。另外，心肌缺血再灌注損傷時(shí)肥大細(xì)胞脫顆粒可誘導(dǎo)炎性反應(yīng)，腎素過(guò)度釋放。已有研究表明，在炎性反應(yīng)中，H2S可抑制肥大細(xì)胞激活和腎素釋放[11-12]。

3.2 H2S的抗氧化作用

H2S還是一種強(qiáng)還原劑，研究表明H2S在預(yù)防和減弱氧化應(yīng)激、減輕缺血再灌注損傷后的心臟損害方面都發(fā)揮重要作用[13-14]。Calvert等[15]采用心肌缺血再灌注損傷小鼠模型，預(yù)防性給予外源性硫化鈉(Na2S)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)H2S通過(guò)減輕氧化應(yīng)激和線粒體功能障礙，防止心肌結(jié)構(gòu)和功能惡化，改善左室功能。Ling等[16]報(bào)告外源性H2S促進(jìn)核因子E2相關(guān)因子2(Nrf2)的核積累，并增強(qiáng)其他重要抗氧化劑如血紅素加氧酶-1、超氧化物歧化酶及缺氧誘導(dǎo)因子(HIF)-1α的表達(dá)，促進(jìn)Nrf2/HIF-1α信號(hào)通路活化。King等[7]發(fā)現(xiàn)，與野生型小鼠相比，CSE基因敲除小鼠在缺血再灌注時(shí)，具有較高的氧化應(yīng)激水平，心肌缺血再灌注損傷加重。

3.3 H2S的抗凋亡作用

在缺血再灌注損傷實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭?，H2S通過(guò)激活線粒體功能、抑制p38絲裂原激活的蛋白激酶(MAPK)信號(hào)通路激活，發(fā)揮抗心肌細(xì)胞凋亡的作用。其中，在暴露于低氧/復(fù)氧的原代培養(yǎng)大鼠心肌細(xì)胞模型中，H2S減少了早期Jun激酶(JNK)的磷酸化，使B細(xì)胞淋巴瘤2(Bcl-2)表達(dá)增加，從而促進(jìn)了抗凋亡作用。在心肌缺血再灌注損傷大鼠模型中，也檢測(cè)到了較高水平的Bcl-2，表明H2S減弱了從高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域(AAR)分離的心肌細(xì)胞中胱天蛋白酶(caspase)-9的活性[17]。

在生理?xiàng)l件下，心肌缺血再灌注損傷會(huì)減少caspase招募結(jié)構(gòu)域(ARC)磷酸化，從而增加細(xì)胞凋亡以及分子修飾，例如增加Fas和Fas配體(FasL)表達(dá)的以及增強(qiáng)caspase-3活性。H2S通過(guò)誘導(dǎo)ARC磷酸化和負(fù)調(diào)控Fas和FasL表達(dá)以及caspase-3活性，減少細(xì)胞凋亡[18]。此外，輸注H2S還降低了凋亡誘導(dǎo)因子(AIF)的表達(dá)。在大鼠心肌缺血再灌注損傷大鼠模型中，H2S誘導(dǎo)缺血心肌中存活蛋白(Survivin)的蛋白和mRNA表達(dá)，從而阻止了線粒體介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡過(guò)程[19]。

3.4 H2S促進(jìn)血管生成

體外和體內(nèi)研究顯示低濃度的H2S暴露可誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞增殖和細(xì)胞遷移，提示H2S是血管生成的內(nèi)源性刺激物[20]。在體內(nèi)模型中，H2S處理48 h可誘導(dǎo)血管延長(zhǎng)和血管分支增加；采用H2S合成抑制劑則使微血管的形成顯著減少。此外，在傷口愈合模型中，通過(guò)增強(qiáng)內(nèi)皮祖細(xì)胞的功能和激活血管生成素-1，H2S可改善傷口的愈合。在心肌缺血再灌注損傷的情況下，H2S的促血管生成作用可以改善缺血后心臟功能并減少梗死面積[21]。

4 H2S供體

H2S在多種生理及病理過(guò)程中發(fā)揮重要的調(diào)控作用，但是由于H2S具有揮發(fā)性，且其毒理效應(yīng)濃度接近于生理和藥理有效濃度，導(dǎo)致H2S在體內(nèi)的有效濃度難以精確控制。因此，尋找安全、可控的H2S供體藥物成為研發(fā)的主要方向。

4.1 含硫無(wú)機(jī)化合物

該類供體分子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，主要為Na2S和NaHS，在水溶液中數(shù)秒內(nèi)可完成釋放H2S的過(guò)程，不受其他分子或藥效團(tuán)的干擾。然而，該類供體釋放H2S的模式與生理狀態(tài)下相對(duì)緩慢且持續(xù)的釋放模式不同，而且瞬時(shí)過(guò)量的H2S釋放會(huì)產(chǎn)生血壓急劇降低等不良反應(yīng)。硫化鈣(CaS)是傳統(tǒng)草藥中的有效成分之一，口服CaS可在胃酸環(huán)境中分解更多的H2S[22]。

4.2 天然有機(jī)含硫化合物

多種植物中存在的天然有機(jī)含硫化合物是緩釋型H2S供體。藻類、蘑菇、大蒜和洋蔥通過(guò)化學(xué)轉(zhuǎn)化和酶促反應(yīng)可以形成H2S。大蒜具有調(diào)脂、抗菌、抗血小板、增強(qiáng)免疫、抗癌、抗誘變和抗增殖等作用。大蒜提取物還具有保護(hù)肝臟、保護(hù)神經(jīng)和抗氧化的作用。完整大蒜中的主要含硫化合物是γ-谷氨酰基-S-烯丙基-L-半胱氨酸和S-烯丙基半胱氨酸(SAC)。

SAC是γ-谷氨?；?S-烯丙基-L-半胱氨酸的主要轉(zhuǎn)化產(chǎn)物，是一種可在血液中檢出的硫氨基酸，被證實(shí)具有生物活性和生物利用度。已有研究報(bào)道SAC對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)和心血管系統(tǒng)的保護(hù)作用，在心血管系統(tǒng)中，SAC可顯著降低急性心肌梗死大鼠的死亡率，減小梗死面積。S-丙基-L-半胱氨酸(SPC)和S-炔丙基-L-半胱氨酸(SPRC)是SAC的結(jié)構(gòu)類似物。有研究報(bào)道SPRC在降低死亡率、增加細(xì)胞生存力、減小心梗死面積、降低乳酸脫氫酶和肌酸激酶水平和活性以及抗氧化特性方面表現(xiàn)出比SAC更強(qiáng)的心臟保護(hù)作用[22]。

4.3 人工合成H2S供體

目前已有多類人工合成的H2S供體，GYY4137是在基礎(chǔ)研究中應(yīng)用最早的硫代磷酸酯類化合物，可以通過(guò)水解作用在體內(nèi)外釋放H2S，釋放速度受pH和溫度的影響[23]，GYY4137釋放H2S的過(guò)程相對(duì)較慢，在細(xì)胞培養(yǎng)中高于基線的H2S水平能保持超過(guò)7 d，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)給藥后在血液中可維持2 h左右。GYY4137 具有舒張血管、抗高血壓、抗炎、抗癌及維持腎功能等多種活性，且這些活性與其釋放H2S相關(guān)。N-芐硫基苯甲酰胺是一類硫醇觸發(fā)的H2S供體，是最常見(jiàn)的非水解觸發(fā)的合成供體，在大鼠心肌缺血再灌注模型中，該供體可減少心肌梗死面積，具有心臟保護(hù)作用[24]。基于N-巰基(N-SH)設(shè)計(jì)的H2S供體在小鼠心肌缺血再灌注損傷模型中表現(xiàn)出顯著的心肌細(xì)胞保護(hù)作用[25]。酯酶活化的H2S供體BW-HP-102可減輕心肌缺血再灌注損傷模型小鼠的心肌組織缺失[26]。

5 小結(jié)

雖然有關(guān)H2S的研究大多仍在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)階段，但為相關(guān)藥物的研發(fā)提供了依據(jù)，為缺血性心臟病的臨床干預(yù)提供了新思路。