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)源性氣體信號轉(zhuǎn)導分子[1]，具有維持體內(nèi)穩(wěn)態(tài)、誘導血管舒張和心臟保護作用[2-3]。

1 H2S的生物學特性

H2S 是一種無色、具有臭雞蛋氣味且易燃的水溶性氣體。在哺乳動物組織中，H2S通過非酶促和酶促2種途徑產(chǎn)生。H2S生物合成后，可以擴散到周圍環(huán)境或存儲在細胞中[4]。在非酶促途徑中，由于從葡萄糖氧化獲得的還原當量，元素硫被還原為H2S。每消耗2個分子的葡萄糖、3個分子的乳酸和二氧化碳，就會產(chǎn)生6個分子的H2S。然而，大多數(shù)內(nèi)源性H2S來源于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會導致內(nèi)源性H2S水平的顯著減少。在哺乳動物組織中，H2S主要在線粒體中代謝。

2 H2S對心肌缺血再灌注損傷的保護作用

H2S是一種在心血管系統(tǒng)中起重要作用的內(nèi)源性信號分子。在心臟中，H2S在成纖維細胞、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對缺血心肌均具有保護作用。Bliksoen等[6]發(fā)現(xiàn)抑制CSE可減少H2S的產(chǎn)生，導致大鼠心臟缺血再灌注損傷后梗死面積擴大。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，過表達CSE使H2S濃度增加，進而顯著減少損傷區(qū)域；敲除CSE基因則使心肌缺血再灌注損傷加重[7]。

3 H2S的心臟保護作用機制

3.1 H2S的抗炎效應

心肌缺血引發(fā)的炎性反應，可減輕細胞損害并促進組織修復，是心臟自身修復必不可少的環(huán)節(jié)；但過度的炎性反應會導致細胞碎片和促炎性細胞因子增多，造成心肌損害[8]。H2S具有抑制白細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，可以減少白細胞浸潤，降低髓過氧化物酶活性。

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

3.2 H2S的抗氧化作用

H2S還是一種強還原劑，研究表明H2S在預防和減弱氧化應激、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，預防性給予外源性硫化鈉(Na2S)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)H2S通過減輕氧化應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]報告外源性H2S促進核因子E2相關因子2(Nrf2)的核積累，并增強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因子(HIF)-1α的表達，促進Nrf2/HIF-1α信號通路活化。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，具有較高的氧化應激水平，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驗模型中，H2S通過激活線粒體功能、抑制p38絲裂原激活的蛋白激酶(MAPK)信號通路激活，發(fā)揮抗心肌細胞凋亡的作用。其中，在暴露于低氧/復氧的原代培養(yǎng)大鼠心肌細胞模型中，H2S減少了早期Jun激酶(JNK)的磷酸化，使B細胞淋巴瘤2(Bcl-2)表達增加，從而促進了抗凋亡作用。在心肌缺血再灌注損傷大鼠模型中，也檢測到了較高水平的Bcl-2，表明H2S減弱了從高風險區(qū)域(AAR)分離的心肌細胞中胱天蛋白酶(caspase)-9的活性[17]。

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

3.4 H2S促進血管生成

體外和體內(nèi)研究顯示低濃度的H2S暴露可誘導內(nèi)皮細胞增殖和細胞遷移，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可誘導血管延長和血管分支增加；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，通過增強內(nèi)皮祖細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，且其毒理效應濃度接近于生理和藥理有效濃度，導致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 含硫無機化合物

該類供體分子結(jié)構(gòu)簡單，主要為Na2S和NaHS，在水溶液中數(shù)秒內(nèi)可完成釋放H2S的過程，不受其他分子或藥效團的干擾。然而，該類供體釋放H2S的模式與生理狀態(tài)下相對緩慢且持續(xù)的釋放模式不同，而且瞬時過量的H2S釋放會產(chǎn)生血壓急劇降低等不良反應。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 天然有機含硫化合物

多種植物中存在的天然有機含硫化合物是緩釋型H2S供體。藻類、蘑菇、大蒜和洋蔥通過化學轉(zhuǎn)化和酶促反應可以形成H2S。大蒜具有調(diào)脂、抗菌、抗血小板、增強免疫、抗癌、抗誘變和抗增殖等作用。大蒜提取物還具有保護肝臟、保護神經(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?；?S-烯丙基-L-半胱氨酸和S-烯丙基半胱氨酸(SAC)。

SAC是γ-谷氨酰基-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，被證實具有生物活性和生物利用度。已有研究報道SAC對神經(jīng)系統(tǒng)和心血管系統(tǒng)的保護作用，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。有研究報道SPRC在降低死亡率、增加細胞生存力、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更強的心臟保護作用[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是在基礎研究中應用最早的硫代磷酸酯類化合物，可以通過水解作用在體內(nèi)外釋放H2S，釋放速度受pH和溫度的影響[23]，GYY4137釋放H2S的過程相對較慢，在細胞培養(yǎng)中高于基線的H2S水平能保持超過7 d，動物實驗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。N-芐硫基苯甲酰胺是一類硫醇觸發(fā)的H2S供體，是最常見的非水解觸發(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，具有心臟保護作用[24]。基于N-巰基(N-SH)設計的H2S供體在小鼠心肌缺血再灌注損傷模型中表現(xiàn)出顯著的心肌細胞保護作用[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H2S的研究大多仍在動物實驗階段，但為相關藥物的研發(fā)提供了依據(jù)，為缺血性心臟病的臨床干預提供了新思路。