硫化氫對(duì)血管平滑肌細(xì)胞的影響

宋志強(qiáng)，張建鵬

第二軍醫(yī)大學(xué)a.學(xué)員旅學(xué)員十一隊(duì)；b.基礎(chǔ)部生物化學(xué)與分子生物學(xué)教研室；上海 200433

內(nèi)源性硫化氫（H2S）主要在血管內(nèi)皮細(xì)胞由3種重要的酶——胱硫醚β合成酶（CBS）、胱硫醚-r-裂解酶（CSE）及3-半胱氨酸轉(zhuǎn)移酶（3-MST）催化L-半胱氨酸生成。在不同的部位，CBS、CSE 和3-MST對(duì)H2S的生成各自起著關(guān)鍵酶的作用。在鼠、人、豬的腦動(dòng)脈等心血管系統(tǒng)、胃、子宮中，CSE促進(jìn)H2S生成，舒張血管，從而起著關(guān)鍵酶的作用；但在肝、腎、神經(jīng)組織、胎盤、胰島中，CBS對(duì)H2S的生成有關(guān)鍵作用[1-2]；3-MST則主要在腦和紅細(xì)胞中起作用[3]。研究發(fā)現(xiàn)H2S對(duì)胎盤的發(fā)育有重要作用，在初期子癇中，CSE 的失調(diào)易導(dǎo)致母源性高血壓和胎盤畸形[4]。另外，H2S 還能保護(hù)人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞免受H2O2誘導(dǎo)的線粒體損傷和氧化壓力，從而降低發(fā)生動(dòng)脈粥樣硬化等心血管疾病的可能性[5]。也有研究表明，內(nèi)源性H2S 產(chǎn)生過(guò)少還與糖尿病的發(fā)生有關(guān)[6]。由此可見，H2S在體內(nèi)是一個(gè)重要的調(diào)節(jié)物質(zhì)，尤其對(duì)生理病理?xiàng)l件下心血管系統(tǒng)功能具有重要的調(diào)節(jié)作用。

1 H2S通過(guò)舒張血管使血壓降低

Liang 等發(fā)現(xiàn)H2S 能通過(guò)活化肌質(zhì)網(wǎng)（SR）中的Ca2+通道使Ca2+外流，進(jìn)而活化Ca2+激活的K+電流（Kca）通道，細(xì)胞膜出現(xiàn)超極化，使整體的Ca2+流入減少，最后讓血管舒張[7]。當(dāng)然，也有研究表明，H2S可以不通過(guò)細(xì)胞受體與第二信使，直接激活A(yù)TP 敏感性鉀通道（K+-ATP），使細(xì)胞膜超極化，進(jìn)而使平滑肌舒張[8]。然而，鼠胸主動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞實(shí)驗(yàn)表明，丙酮醛類物質(zhì)能通過(guò)與H2S直接反應(yīng)或降低CSE水平來(lái)減少H2S，K+-ATP通道的開放數(shù)目減少，血管舒張障礙，出現(xiàn)高血壓、糖尿病并發(fā)癥等疾病[9]。另外，丙酮醛類物質(zhì)還與胰島素抵抗有關(guān)。

Tian 等發(fā)現(xiàn)H2S 能降低離體的鼠腦動(dòng)脈肌細(xì)胞L-Ca2+電流，從而阻止Ca2+內(nèi)流來(lái)舒張腦動(dòng)脈[1]。也有研究發(fā)現(xiàn)Ca2+的釋放由肌醇-1，4，5-三羥甲基氨基甲烷磷酸鹽（InsP3）誘導(dǎo)，而H2S 則作為一種硫醇減少因子以HS-形式通過(guò)InsP3受體來(lái)減少Ca2+從肌質(zhì)網(wǎng)釋放，從而誘發(fā)氣管平滑肌舒張[10]。而當(dāng)H2S濃度降低時(shí)，則可出現(xiàn)可逆行為，即使平滑肌收縮。

Lee等則發(fā)現(xiàn)H2S能夠活化Cl-/HCO3-體系，從而使細(xì)胞pH 值降低，酸化，進(jìn)而舒張血管[11]。腎遠(yuǎn)端上皮鈉通道過(guò)度活化可導(dǎo)致高血壓，外源性的H2O2能夠誘導(dǎo)磷脂酰肌醇-3，4，5-三磷酸［PI（3，4，5）P3］的富集，而后者則能刺激腎上皮鈉通道開放[6]。磷酸酶張力蛋白同類物（PTEN）則能抑制PI（3，4，5）P3的富集，H2S 能阻止H2O2誘導(dǎo)的PTEN 氧化失活，從而抑制腎上皮鈉通道的開放。因此H2S能減少腎鈉離子的重吸收，預(yù)防高血壓的發(fā)生。H2S 舒張血管的機(jī)制見圖1。

2 H2S誘導(dǎo)血管平滑肌細(xì)胞凋亡

Yang等研究發(fā)現(xiàn)，敲除CSE基因的小鼠ERK1/2磷酸化水平下降，p21Cip/WAF-1降低，細(xì)胞周期蛋白D1水平升高，從而使平滑肌細(xì)胞增殖水平提高，而未敲除CSE基因的小鼠對(duì)照組實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象卻相反[12]。換言之，H2S能夠誘導(dǎo)平滑肌細(xì)胞的凋亡，從而防止血管結(jié)構(gòu)重建，減少高血壓等心血管疾病的發(fā)生率。而CSE基因的過(guò)度表達(dá)也能增加ERK與p38 MAPK的表達(dá)，從而抑制細(xì)胞增殖[13]。另外，實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)一個(gè)有趣的現(xiàn)象，敲除CSE 基因的平滑肌細(xì)胞在一定濃度的外源H2S 刺激下，較未敲除CSE 基因的平滑肌細(xì)胞更易凋亡[12]。也就是說(shuō)，外源H2S誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡在內(nèi)源性H2S合成受阻時(shí)才能更好地發(fā)揮作用。

Li等發(fā)現(xiàn)在高肺血流誘導(dǎo)的肺高壓和肺動(dòng)脈結(jié)構(gòu)重組中，外源性的H2S 增強(qiáng)Fas 蛋白和caspase-3的表達(dá)，而抑制bcl-2 的表達(dá)，從而促進(jìn)肺動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞的凋亡[14]。H2S 誘導(dǎo)血管平滑肌細(xì)胞凋亡的機(jī)制見圖2。

3 H2S阻礙血管平滑肌細(xì)胞的增殖

Ma等發(fā)現(xiàn)H2S能通過(guò)減少新生內(nèi)膜的過(guò)度增生來(lái)抑制動(dòng)脈粥樣硬化兔血管的再狹窄[15]。

Yang等發(fā)現(xiàn)鋅指結(jié)構(gòu)特異性蛋白1（SP-1）是人的平滑肌細(xì)胞CSE生成的決定性調(diào)節(jié)物質(zhì)[16]。結(jié)扎頸動(dòng)脈使CSE mRNA 表達(dá)水平下降，新內(nèi)膜生成增加；H2S則抑制平滑肌細(xì)胞的增殖，減少新內(nèi)膜的生成。SP1 結(jié)合米拉霉素（可結(jié)合于DNA 富含GC 區(qū)域）抑制CSEmRNA 的表達(dá)，而單獨(dú)的SP1 則促進(jìn)CSE的表達(dá)。

Perry 等研究發(fā)現(xiàn)，H2S 能夠通過(guò)抑制細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶（ERK）1/2 和P38 磷酸化來(lái)抑制氣管平滑肌細(xì)胞增殖和IL-8 的釋放[17]，且這一過(guò)程由CBS催化，而不是CSE。但是，高鐵血紅蛋白卻誘導(dǎo)氣管平滑肌細(xì)胞增殖，同時(shí)使IL-8釋放。

Baskar等的研究則表明，S-雙氯芬酸可作為H2S釋放的誘導(dǎo)劑，抑制鼠血管平滑肌細(xì)胞增殖[18]。

喬偉麗等發(fā)現(xiàn)，注射D-半乳糖的大鼠血清H2S濃度降低，血管緊張素Ⅱ濃度升高，血管緊張素Ⅱ型1類受體的表達(dá)增強(qiáng)，血管老化加速，血管平滑肌增生，內(nèi)膜增厚；而以注射NaHS 作為H2S 供體的大鼠則能可逆地發(fā)生上述反應(yīng)，平滑肌細(xì)胞增生減少[19]。在周圍動(dòng)脈疾?。≒AD）的相關(guān)研究中，也有H2S 活動(dòng)的身影[15]。通常用經(jīng)皮腔的血管成形術(shù)（PTA）來(lái)治療PAD，但術(shù)后的動(dòng)脈再狹窄是一大缺點(diǎn)。研究用動(dòng)脈粥樣硬化損害的兔子做實(shí)驗(yàn)，用氣囊血管成形術(shù)做類PTA 處理，用NaHS 作為外源H2S 的供體，結(jié)果發(fā)現(xiàn)H2S 能夠抑制平滑肌細(xì)胞的增殖，誘導(dǎo)平滑肌細(xì)胞凋亡，減弱新內(nèi)膜的增生，從而抑制血管再狹窄。

Li 等發(fā)現(xiàn)在無(wú)氧條件下肺動(dòng)脈組織的環(huán)加氧酶-2（COX-2）水平下降，前列環(huán)素（PGI2）含量降低，促進(jìn)細(xì)胞增殖；而當(dāng)用NaHS 做H2S 的供體處理時(shí)，則發(fā)現(xiàn)COX-2/PGI2 水平上升，從而阻礙細(xì)胞的增殖[20]。也就是說(shuō)H2S 能抑制缺氧性人肺動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞增生。

Li等研究了雌激素與H2S在血管平滑肌細(xì)胞增殖方面的聯(lián)系，發(fā)現(xiàn)雌激素能夠使野生型周期蛋白D1 減少，而使CSE 缺失的鼠的周期蛋白D1 增多[21]。外源性的H2S則能使雌激素受體α（ERα）增加，而不是ERβ，進(jìn)而阻礙血管平滑肌細(xì)胞的增殖。而且雌激素與H2S對(duì)平滑肌細(xì)胞的增殖都有抑制作用，H2S可能通過(guò)Era/周期蛋白D1 途徑阻礙血管平滑肌細(xì)胞增殖。但雌激素對(duì)CSE基因的表達(dá)和H2S的生成無(wú)影響。H2S 阻礙血管平滑肌細(xì)胞的增殖的機(jī)制見圖3。

4 展望

通過(guò)近二、三十年的研究發(fā)現(xiàn)，H2S 不再是一種簡(jiǎn)單的有毒氣體，而是在人體中有重要調(diào)節(jié)能力的不可缺少的有益物質(zhì)。

H2S 能通過(guò)舒張血管降低血壓。同時(shí)有研究表明，不同濃度的H2S有不同的作用。Lim等發(fā)現(xiàn)低濃度的H2S（50～100 μmol/L）能夠減少NO，并且抑制cAMP 的積累，從而誘導(dǎo)鼠動(dòng)脈支氣管收縮；而高濃度的H2S則可以舒張血管，降低血壓[22]。

關(guān)于H2S抑制血管再狹窄的機(jī)制，研究發(fā)現(xiàn)H2S能通過(guò)減弱細(xì)胞間黏附分子1（ICAM-1）的表達(dá)來(lái)抑制血管成形術(shù)后的再狹窄[15,23-24]。ICAM-1在發(fā)炎細(xì)胞對(duì)內(nèi)皮的黏附力和白細(xì)胞的遷移方面起重要作用，而發(fā)炎過(guò)程又與動(dòng)脈粥樣硬化有關(guān)。

更重要的是，對(duì)于不同物種、不同部位，H2S 舒張動(dòng)脈的離子機(jī)制不一樣。在鼠腦動(dòng)脈，H2S 能減少Ca2+的流入從而舒張腦動(dòng)脈；而在鼠主動(dòng)脈、腸系膜動(dòng)脈、肺動(dòng)脈和豬的腦動(dòng)脈，H2S 則通過(guò)活化K+-ATP通道，使細(xì)胞膜超極化從而舒張血管[16]。H2S使動(dòng)脈舒張的離子機(jī)制現(xiàn)階段有多種說(shuō)法，到底是只有一種離子機(jī)制，還是多種機(jī)制的共同作用，也是一個(gè)需要繼續(xù)研究的問(wèn)題。H2S在不同部位舒張血管的離子機(jī)制對(duì)高血壓等疾病的防治有重要作用。

圖2 H2S誘導(dǎo)血管平滑肌細(xì)胞凋亡的作用機(jī)制

圖3 H2S阻礙血管平滑肌細(xì)胞的增殖的作用機(jī)制

有研究表明H2S與高血壓之外的疾病也存在一定的聯(lián)系。高濃度H2S 可增加P38 的磷酸化從而抑制細(xì)胞增殖，同時(shí)還發(fā)現(xiàn)，帕金森病患者P38的磷酸化被抑制，因此我們有理由相信帕金森病與高血壓等心血管疾病可能有一定的聯(lián)系[17]。

對(duì)于H2S 的作用形式，也是一個(gè)未知的問(wèn)題。H2S 在體內(nèi)1/3 以H2S 氣體存 在，2/3 以HS-形式存在。H2S 發(fā)揮作用的主要形式是哪一種，還有待探索[25]。

H2S還與其他舒血管氣體有一定的聯(lián)系。CO和H2S 對(duì)血管平滑肌細(xì)胞的增殖都有抑制作用，但金紅芳等用自發(fā)性高血壓大鼠為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，結(jié)果發(fā)現(xiàn)CO可下調(diào)細(xì)胞中H2S/CSE體系，表明CO與H2S存在競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系[26]。因此，研究H2S與多種氣體的相互關(guān)系也是當(dāng)今的一個(gè)熱點(diǎn)。

有研究發(fā)現(xiàn)H2S能夠加快糖利用[27-28]，而糖尿病則與可循環(huán)的H2S水平過(guò)低有關(guān)。因此，闡明H2S與糖利用之間的關(guān)系，對(duì)糖尿病的預(yù)防、治療可能有重要意義[6]。

關(guān)于H2S供體方面的問(wèn)題也存在爭(zhēng)議。雖然近年來(lái)發(fā)現(xiàn)有多種外源性H2S供體（如NaHS、Na2S），但內(nèi)源性與外源性H2S的差別，也就是用H2S治療相關(guān)疾病時(shí)是直接提高體內(nèi)H2S 的濃度，還是增強(qiáng)體內(nèi)產(chǎn)生H2S 的能力，是一個(gè)值得探究的問(wèn)題[15]。另外，H2S 生成的快速供體（Na2S）與緩慢供體（GYY4137）在H2S 作用效率等方面有什么差別，也是一個(gè)需要繼續(xù)研究的問(wèn)題[10]。

圖4 H2S的作用展望

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