劉 穎 羅和生

桂林醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院消化科1(541001) 武漢大學(xué)人民醫(yī)院消化科2

過去認(rèn)為體內(nèi)硫化氫(hydrogen sulfide，H2S)主要由結(jié)腸內(nèi)的硫酸還原菌代謝含硫氨基酸、硫酸鹽等物質(zhì)產(chǎn)生，存在于腸氣和糞便中。近20年來越來越多的研究表明哺乳動物神經(jīng)、心血管、呼吸等組織能產(chǎn)生H2S，其具有舒張血管平滑肌、心肌負(fù)性和肌力保護(hù)、清除氧自由基、抗炎等生物學(xué)效應(yīng)［1-2］，H2S作為一種新的氣性分子參與機(jī)體多種生理和病理過程。近年發(fā)現(xiàn)消化道亦能產(chǎn)生H2S，且對消化道動力起有重要的調(diào)節(jié)作用［3］。本文就H2S與消化道動力的研究進(jìn)展作一綜述。

一、H2S生物學(xué)特性

H2S是一種無色具有臭雞蛋氣味的有毒氣體。H2S的脂溶性能力是其水溶性的5倍，能自由通過脂質(zhì)生物膜［4］;由于存在部分解離，HS-具有極性，因此脂質(zhì)生物膜對H2S的通透性低于一氧化氮(NO)和一氧化碳(CO)［5］。H2S在體內(nèi)以兩種形式存在:2/3為NaHS，1/3為氣體H2S。NaHS在體內(nèi)分解為Na+和HS-，后者與H+結(jié)合成H2S，這種動態(tài)平衡保證了H2S的穩(wěn)定性，又不改變內(nèi)環(huán)境pH值水平。NaHS亦為體外實(shí)驗(yàn)H2S的常用供體。

二、H2S在消化道的合成

1.腸道細(xì)菌來源:消化道大部分H2S是腸腔內(nèi)細(xì)菌的代謝產(chǎn)物［6］，位于結(jié)腸中的硫酸還原細(xì)菌發(fā)酵含硫氨基酸、硫酸鹽等物質(zhì)并以H2為底物產(chǎn)生H2S，即4H2+SO42－+H－→HS－+4H2O［7］。

2.消化道內(nèi)源性H2S的合成:消化道可產(chǎn)生內(nèi)源性H2S，胱硫醚-β-合成酶 (cystathionine-β-synthase，CBS)、胱硫醚-γ-裂解酶(cystathionine-γ-lyase，CSE)是內(nèi)源性 H2S 合成的關(guān)鍵酶［8］。人類 CBS基因位于21號染色體(21q22.3)上，CSE基因位于1號染色體(1p31.1)上。炔丙基甘氨酸(propargylglycine，PAG)和氨基-羥乙酸(amino-oxyacetic acid，AOAA)分別為CSE和CBS抑制劑，廣泛用于對H2S的研究［9］。

Linden等［10］發(fā)現(xiàn)小鼠結(jié)腸活體肌組織可產(chǎn)生H2S，速度為0.45 pmol·min－1·mg－1，同時使用 CSE 和 CBS 抑制劑后，H2S的產(chǎn)生受到明顯抑制。大鼠回腸產(chǎn)生H2S的速度為 6.5 nmol·min－1·g－1［11］。之后經(jīng)免疫組化和蛋白質(zhì)印跡法證實(shí)消化道存在內(nèi)源性H2S合成酶，如小鼠胃竇平滑肌表達(dá) CBS、CSE［9］;大鼠結(jié)腸 CBS主要分布于黏膜上皮、固有肌層［8，12］;亦有不同觀點(diǎn)認(rèn)為CBS主要分布于黏膜肌層、黏膜下層和固有肌層，在上皮細(xì)胞中無分布［13］。CSE大量表達(dá)于大鼠結(jié)腸固有肌層，彌散分布于黏膜和黏膜下層［8，12］。Schicho 等［14］發(fā)現(xiàn)，超過 90% 的豚鼠、人黏膜下神經(jīng)叢和豚鼠肌間神經(jīng)叢均可見 CBS、CSE分布，豚鼠結(jié)腸Cajal間質(zhì)細(xì)胞亦存在CSE。大鼠結(jié)腸肌間神經(jīng)叢和黏膜下神經(jīng)叢均有CSE分布，而無CBS［8］。上述研究表明內(nèi)源性H2S合成酶存在于不同種屬動物腸道組織中，影響腸道局部H2S的產(chǎn)生。

3.內(nèi)源性H2S合成的調(diào)節(jié)途徑:至少存在三條H2S合成酶調(diào)節(jié)途徑［15］:①快速調(diào)節(jié)途徑:由Ca2+/鈣調(diào)素介導(dǎo)的通路快速調(diào)節(jié)H2S生成，存在Ca2+/鈣調(diào)素時，由CBS催化生成的H2S為無Ca2+/鈣調(diào)素時的3.5倍，該途徑在神經(jīng)元受到電刺激興奮時起作用;②緩慢調(diào)節(jié)途徑:由S-腺苷蛋氨酸(S-adenosylmethionine，SAM)和睪酮調(diào)節(jié)，SAM可使CBS活性增加3倍，睪酮通過升高SAM繼而提高CBS活性;③基礎(chǔ)水平調(diào)節(jié)途徑:SAM水平與年齡、性別依賴的睪酮水平并不一致，因此推測存在H2S基礎(chǔ)水平調(diào)節(jié)途徑，如可能通過糖皮質(zhì)激素進(jìn)行調(diào)節(jié)。

三、H2S在消化道的代謝

腸道內(nèi)H2S可能通過以下途徑代謝:①通過黏膜硫氰酸生成酶和硫醇甲基轉(zhuǎn)移酶的甲基化作用而降解;②在胃、回腸、盲腸、結(jié)腸黏膜生成硫代硫酸鹽或硫酸鹽進(jìn)行代謝，其中以結(jié)腸黏膜生成硫代硫酸鹽的速度最快;③通過腸道排氣方式排出體外。

四、H2S對消化道動力的影響

H2S對消化道動力起重要的調(diào)節(jié)作用。Teague等［16］發(fā)現(xiàn)NaHS濃度依賴性抑制兔離體回腸肌自發(fā)性收縮和乙酰膽堿誘發(fā)的豚鼠回腸收縮;NaHS還抑制腸壁內(nèi)神經(jīng)受電刺激后誘發(fā)的豚鼠和大鼠回腸收縮;其對豚鼠回腸的抑制效應(yīng)不受一氧化氮合成酶抑制劑 N-硝基-L-精氨酸(N-nitro-L-arginine methyl ester，L-NAME)、吲哚美辛、納洛酮等預(yù)處理的影響，使用PAG和β-氰丙氨酸后，由電刺激誘導(dǎo)的收縮反應(yīng)出現(xiàn)緩慢增強(qiáng)。Gallego等［17］的研究顯示NaHS濃度依賴性抑制小鼠結(jié)腸和空腸、人和大鼠的結(jié)腸運(yùn)動。Gil等［18］發(fā)現(xiàn)H2S抑制大鼠結(jié)腸推進(jìn)運(yùn)動，使平滑肌細(xì)胞超極化，但對慢波頻率沒有影響。H2S還可濃度依賴性抑制大鼠空腸環(huán)肌和縱肌的收縮［19-20］。Zhao等［21］發(fā)現(xiàn) NaHS對豚鼠胃平滑肌的自發(fā)性收縮有雙重作用，高濃度NaHS抑制肌條自發(fā)性收縮的幅度，低濃度可提高肌條的基礎(chǔ)張力。Huang等［9］亦發(fā)現(xiàn)低濃度NaHS可增加小鼠胃竇平滑肌基礎(chǔ)張力，而高濃度則對基礎(chǔ)張力起抑制作用。上述研究顯示H2S對不同種屬動物不同節(jié)段消化道動力具有調(diào)節(jié)作用，抑制或興奮效應(yīng)與作用部位或H2S濃度有關(guān)。

五、H2S影響消化道動力的相關(guān)機(jī)制

1.對腸Cajal間質(zhì)細(xì)胞(interstitial cells of Cajal，ICC)的作用:ICC是一類位于腸神經(jīng)系統(tǒng)與平滑肌之間的特殊細(xì)胞群，是胃腸道起搏細(xì)胞，產(chǎn)生慢波和傳導(dǎo)電興奮，與消化道的位相性收縮相關(guān)［5］。目前對ICC中是否有CSE、CBS仍存在爭議，有研究顯示豚鼠結(jié)腸ICC中CSE陽性表達(dá)，而CBS陰性表達(dá)［14］;但又有研究認(rèn)為小鼠結(jié)腸 ICC中 CSE和 CBS mRNA表達(dá)均陰性［22］。不論 ICC是否合成 H2S，外源性NaHS可減少位相性收縮的頻率，說明H2S可能通過ICC途徑影響消化道動力［17］。Yoon 等［23］發(fā)現(xiàn)，低濃度H2S 對小鼠小腸ICC的電活動無影響，高濃度可抑制ICC起搏電位的幅度和頻率。H2S作用于ICC的機(jī)制尚未闡明，有資料顯示NaHS(100～300 μg/L)能去極化ICC并激活非選擇性陽離子通道從而提高起搏點(diǎn)興奮性;而高濃度NaHS(1000 μg/L)能激活A(yù)TP敏感性鉀通道(ATP-sensitive potassium channel，KATP)并使線粒體攝取鈣增加，從而抑制 ICC［22］。H2S對ICC的作用可被腺苷酸環(huán)化酶抑制劑(SQ22536)、LNAME 等阻斷［5］。

2.對平滑肌細(xì)胞的作用:目前關(guān)于H2S作用于平滑肌細(xì)胞的機(jī)制存在分歧，可能因動物種屬、消化道不同部位而異。Gallego等［17］認(rèn)為H2S抑制小鼠腸道收縮的作用不被腸神經(jīng)系統(tǒng)阻斷劑河豚毒素(tetrodotoxin，TTX)、L-NAME、嘌呤能受體非選擇性阻斷劑磷酸吡哆醛所阻斷;在TRPV1敲除小鼠中，抑制作用依然存在，說明NaHS可直接作用于平滑肌細(xì)胞從而調(diào)節(jié)腸道動力。H2S對人和大鼠結(jié)腸的抑制作用可被蜂毒明肽、TEA、KATP抑制劑格列本脲所逆轉(zhuǎn)［17］;對大鼠空腸的抑制作用不被TTX阻斷，但可被格列本脲所逆轉(zhuǎn)［20］，提示H2S對腸道平滑肌抑制作用通過鉀通道介導(dǎo)，尤其是蜂毒明肽敏感性小電導(dǎo)通道和KATP［17，20］。高濃度H2S抑制豚鼠胃平滑肌收縮與作用于KATP相關(guān)，而低濃度提高肌條的基礎(chǔ)張力與電壓依賴性鉀通道(voltage dependent potassium channel，KV)相關(guān)［21］。然而有不同觀點(diǎn)認(rèn)為 H2S的抑制作用與KATP無關(guān)，如NaHS對空腸、回腸的抑制作用以及對結(jié)腸平滑肌的超極化作用均不被KATP抑制劑格列本脲所阻斷［5，16，19］。

3.對神經(jīng)的影響:Gil等［18］發(fā)現(xiàn)H2S對結(jié)腸運(yùn)動的抑制與削弱膽堿能神經(jīng)的作用有關(guān)。但大多數(shù)觀點(diǎn)認(rèn)為H2S抑制效應(yīng)不受TTX的影響，提示NaHS不通過腸道內(nèi)在神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)揮抑制作用［17，20］。腸神經(jīng)系統(tǒng)可見H2S合成酶的表達(dá)［8，14］，但刺激腸神經(jīng)元后并未出現(xiàn) H2S 的釋放［8］。目前仍缺乏直接證據(jù)支持H2S通過神經(jīng)途徑影響消化道動力。

六、結(jié)語

H2S在消化道具有抗炎、促分泌、感覺調(diào)節(jié)等生物學(xué)效應(yīng)［3］，參與諸多胃腸道疾病的發(fā)生并具有潛在治療作用:如H2S可促進(jìn)大鼠胃潰瘍的愈合［24］，促進(jìn)大鼠和小鼠結(jié)腸炎的消退［25-26］。最近研究發(fā)現(xiàn)內(nèi)源性H2S合成減少可能與慢性應(yīng)激結(jié)腸動力增加相關(guān)［27］，對H2S與消化道動力進(jìn)行深入研究可為胃腸動力障礙性疾病和功能性胃腸病的發(fā)病機(jī)制以及臨床診治指明新的方向。

1 Huang Q，Sparatore A，Del Soldato P，et al.Hydrogen sulfide releasing aspirin，ACS14，attenuates high glucose-induced increased methylglyoxal and oxidative stress in cultured vascular smooth muscle cells［J］.PLoS One，2014，9(6):e97315.

2 Olas B.Hydrogen sulfide in hemostasis:friend or foe?［J］.Chem Biol Interact，2014，217:49-56.

3 Linden DR.Hydrogen sulfide signaling in the gastrointestinal tract［J］. Antioxid Redox Signal，2014，20(5):818-830.

4 Moore PK，Bhatia M，Moochhala S.Hydrogen sulfide:from the smell of the past to the mediator of the future?［J］.Trends Pharmacol Sci，2003，24(12):609-611.

5 Linden DR，Levitt MD，F(xiàn)arrugia G，et al.Endogenous production of H2S in the gastrointestinal tract:still in search of a physiologic function［J］.Antioxid Redox Signal，2010，12(9):1135-1146.

6 Pimentel M，Mathur R，Chang C.Gas and the microbiome［J］.Curr Gastroenterol Rep，2013，15(12):356.

7 Sahakian AB，Jee SR，Pimentel M.Methane and the gastrointestinal tract［J］.Dig Dis Sci，2010，55(8):2135-2143.

8 Gil V，Gallego D，Jiménez M.Effects of inhibitors of hydrogen sulphide synthesis on rat colonic motility［J］.Br J Pharmacol，2011，164(2b):485-498.

9 Huang X，Meng XM，Liu DH，et al.Different regulatory effects of hydrogen sulfide and nitric oxide on gastric motility in mice［J］.Eur J Pharmacol，2013，720(1-3):276-285.

10 Linden DR，Sha L，Mazzone A，et al.Production of the gaseous signal molecule hydrogen sulfide in mouse tissues［J］.J Neurochem，2008，106(4):1577-1585.

11 Fiorucci S，Distrutti E，Cirino G，et al.The emerging roles of hydrogen sulfide in the gastrointestinal tract and liver［J］.Gastroenterology，2006，131(1):259-271.

12 Hennig B，Diener M.Actions of hydrogen sulphide on ion transport across rat distal colon［J］.Br J Pharmacol，2009，158(5):1263-1275.

13 Martin GR，McKnight GW，Dicay MS，et al.Hydrogen sulphide synthesis in the rat and mouse gastrointestinal tract［J］.Dig Liver Dis，2010，42(2):103-109.

14 Schicho R，Krueger D，Zeller F，et al.Hydrogen sulfide is a novel prosecretory neuromodulator in the Guinea-pig and human colon［J］.Gastroenterology，2006，131(5):1542-1552.

15 Eto K，Kimura H.The production of hydrogen sulfide is regulated by testosterone and S-adenosyl-L-methionine in mouse brain［J］.J Neurochem，2002，83(1):80-86.

16 Teague B，Asiedu S，Moore PK.The smooth muscle relaxant effect of hydrogen sulphide in vitro:evidence for a physiological role to control intestinal contractility［J］.Br J Pharmacol，2002，137(2):139-145.

17 Gallego D，Clavé P，Donovan J，et al.The gaseous mediator，hydrogen sulphide，inhibits in vitro motor patterns in the human，rat and mouse colon and jejunum［J］.Neurogastroenterol Motil，2008，20(12):1306-1316.

18 Gil V，Parsons S，Gallego D，et al.Effects of hydrogen sulphide on motility patterns in the rat colon［J］.Br J Pharmacol，2013，169(1):34-50.

19 Kasparek MS，Linden DR，F(xiàn)arrugia G，et al.Hydrogen sulfide modulates contractile function in rat jejunum［J］.J Surg Res，2012，175(2):234-242.

20 Nagao M，Duenes JA，Sarr MG.Role of hydrogen sulfide as a gasotransmitter in modulating contractile activity of circular muscle of rat jejunum［J］.J Gastrointest Surg，2012，16(2):334-343.

21 Zhao P，Huang X，Wang ZY，et al.Dual effect of exogenous hydrogen sulfide on the spontaneous contraction of gastric smooth muscle in guinea-pig［J］. EurJ Pharmacol，2009，616(1-3):223-228.

22 Kim YD，Seo JK，Park CG，et al.Effects of hydrogen sulfide on interstitial cells of Cajal from mouse small intestine ［ J］. Gastroenterology， 2009， 136(T1802):A583.

23 Yoon PJ，Parajuli SP，Zuo DC，et al.Interplay of hydrogen sulfide and nitric oxide on the pacemaker activity of interstitial cells of cajal from mouse small intestine［J］.Chonnam Med J，2011，47(2):72-79.

24 Wallace JL，Dicay M，McKnight W，et al.Hydrogen sulfide enhances ulcer healing in rats［J］.FASEB J，2007，21(14):4070-4076.

25 Wallace JL，Vong L，McKnight W，et al.Endogenous and exogenous hydrogen sulfide promotes resolution of colitis in rats［J］.Gastroenterology，2009，137(2):569-578.

26 Fiorucci S，Orlandi S，Mencarelli A，et al.Enhanced activity of a hydrogen sulphide-releasing derivative of mesalamine(ATB-429)in a mouse model of colitis［J］.Br J Pharmacol，2007，150(8):996-1002.

27 Liu Y，Luo H，Liang C，et al.Actions of hydrogen sulfide and ATP-sensitive potassium channels on colonic hypermotility in a rat model of chronic stress［J］.PLoS One，2013，8(2):e55853.