硫化氢在炎症反应中的作用研究进展

饶春燕，乐湘华综述，赵晓晏校审

（1.第三军医大学新桥医院消化内科，重庆 400037；2.中国人民解放军75556部队，海口 571147）

硫化氢（H2S）对有机体的毒性早在300多年前即被人们发现，至今，它仍被认为是一种有毒的环境污染气体，即使微小的剂量也能导致明显的病理生理作用［1］。H2S是一种小分子质量脂溶性的气体分子，可以自由渗透入细胞膜发挥生物效应，因此，其毒性作用范围广，可影响肺、脑、肾等多种器官功能［2］。

1 H2S的合成、代谢及生理作用

现在已经证实，哺乳动物体内可通过激活5′－磷酸吡哆醛依赖性酶:胱硫 醚－γ裂解酶（cystathionineγ－lyase，CSE，EC 4.4.1.1）和胱硫醚－β合成酶（cystathionineβ－synthase，CBS，EC 4.2.1.22），以L－半胱氨酸为底物生成 H2S［3］。H2S对这些酶也有负反馈调节作用，其他酶也能在体内合成少量H2S，但至今没有更多的深入研究。大多数CBS存在于中枢神经系统中，而外周组织中CSE活性较高，尤其是肝、肾及血管。大鼠体内不同血管组织将外源性半胱氨酸合成H2S的能力分级为尾动脉大于主动脉，主动脉大于肠系膜动脉［4］。但是在血管组织中合成H2S的部位尚有争议，有人认为是在内皮细胞，而有人却认为是在平滑肌细胞。H2S是有效的血管扩张剂［3，5］。近年来越来越多的证据显示，H2S有广泛的病理生理作用，然而许多机制尚不十分清楚。例如:H2S使血管平滑肌细胞、胃肠道平滑肌细胞、心肌细胞、神经元及胰腺β细胞的K＋ATP通道处于开放状态，从而调节血管、胃肠道、心肌收缩，神经传递和胰岛素分泌［3，5］。在神经系统中，H2S通过提高 N－甲基－D－门冬氨酸（NMDA）受体对谷氨酸的敏感性来诱导海马的长时程增强（LTP）［3，5］。此外，H2S能清除活性氮类物质（RNS）、过氧化亚硝酸盐、氧自由基及脂类的过氧化反应，从而形成对心血管和神经系统的保护作用。H2S在体内可能有2种存在形式:1／3以气体H2S形式存在，2／3以NaHS形式存在，大鼠和人的血浆中大约含有50μmol H2S。

H2S在体内是通过在线粒体内被氧化或在细胞质内甲基化而代谢，它也能被高铁血红蛋白［2，6］、含有二硫化物的分子（如被氧化的谷胱甘肽）［7］清除。某些酶也可使H2S与血红蛋白结合生成S－血红蛋白而从组织中清除，但H2S主要通过肾脏排出体外［6］。因此，平时所测到的血浆、组织中的H2S浓度低于内源性合成H2S的浓度。

2 H2S的促炎作用

迄今为止，很多学者通过局部水肿、胰腺炎、败血症等动物模型研究认为H2S在体内具有促炎作用。吸入大量H2S气体可导致以支气管肺泡内大量嗜酸性液体渗出为特征的肺水肿［8］。在角叉藻聚糖引起的爪子水肿模型中，水肿组织中可检测到H2S的合成明显增加，给予CSE抑制剂DL－炔丙基甘氨酸（DL－propargylycine，PAG）后可抑制爪子的水肿程度，但与剂量相关，同时还可降低组织中髓过氧化物酶（MPO）活性［9］。参与该反应的机制目前尚未明确，但可能与H2S引起的血管舒张作用有关。由雨蛙肽诱导的急性胰腺炎（AP）模型中，血浆H2S水平升高，预防性或治疗性给予PAG可显著降低血浆中H2S浓度、胰腺组织中CSEmRNA表达、胰腺和肺组织的损伤程度［10］、胰腺和肺组织中单核细胞趋化蛋白（MCP）－1、单核细胞炎性蛋白（MIP）－1α及 MIP－2表达水平［11］，同时还可检测到血浆、胰腺及肺组织中p物质（SP）浓度、前速激肽原（PPT）－A mRNA及神经激肽－1受体（NK－1R）mRNA也明显降低，可见在AP时，H2S可能会通过上调趋化因子的表达［11］或由SPNK－1R介导的通路发挥促炎作用［12］。用10－7M雨蛙肽在37℃环境温度下体外孵育胰腺腺泡细胞60min后，以及给予外源性H2S载体100μM NaHS后可发现丝氨酸家族激酶（SFKs）磷酸化、IκBα降解、NF－κB结合力、ICAM－1及组织中MPO的活性均显著增加，给予PAG或SFKs抑制剂PP2后，抑制了SFKs磷酸化、IκBα降解、NF－κB结合力、ICAM－1及组织中MPO的活性，而给予IκBα不可逆阻滞剂BAY11－7082后，NF－κB结合力及ICAM－1的表达降低，并且给予抗ICAM－1抗体后MPO活性降低，中性粒细胞转移减少。因此，认为H2S可以通过SFKs－NF－κB－ICAM－1通路使 MPO活性升高、中性粒细胞移动增加，从而发挥着促炎作用［13］。

Hui等［14］第1次提出，盲肠结扎穿孔法（CLP）引起的大鼠败血症休克时组织产生H2S增多，后来研究也证实H2S在该模型中是一种炎症介质［15］。CLP引起的败血症组与假手术组相比，血浆和组织中产生的H2S明显增加，尤其是肝脏中CSE mRNA水平上调明显；另一方面，预防性或治疗性给予PAG能降低MPO活性和组织损伤程度。向大鼠体内注射NaHS可显著加重败血症引起的系统性炎症。Zhang等［16］认为H2S通过激活NF－κB上调炎症介质的产生并加重炎症反应。预防性或治疗性给予PAG能明显降低肺和肝中IL－1β、IL－6、TNF－α、MCP－1（CCL－2）、MIP－2（CXCL－1）mRNA及蛋白的表达水平，并减少核转移、降低NF－κB的活性；抑制H2S的产生可降低肺组织渗出和血浆中ALT的水平；而向大鼠体内注射NaHS可明显加重炎症反应，增强NF－κB的活性。此外，NF－κB的阻滞剂BAY11－7082可抑制H2S引起的肺损伤。另一项研究通过活体显微镜观察发现，败血症时预防性或治疗性给予PAG后肠系膜小静脉中白细胞滚动、黏附明显减少，同时，肝、肺组织中黏附分子（ICAM－1，P－选择蛋白和 E－选择蛋白）mRNA和蛋白表达水平也降低了；给予NaHS可提高肺组织中黏附分子和中性粒细胞浸润的水平，然而，这种变化可被BAY 11－7082逆转；并且，H2S处理后的大鼠中性粒细胞中CXCR2的表达明显上调，这导致 MIP－2直接迁移水平升高［17］。更近的研究表明，H2S在多种微生物引起的败血症时通过激活细胞外信号调节激酶——NF－κB通路调节炎症反应。在CLP处理大鼠后4h，肝和肺组织中ERK1／2磷酸化活性、IκBα降解程度达到最大，且出现NF－κB；给予PAG抑制H2S的生成，降低了肝和肺组织中ERK1／2磷酸化活性、IκBα降解程度及NF－κB活性，减少细胞因子和趋化因子的产生，但是给予NaHS却能进一步激活肝和肺中的ERK1／2，从而提高NF－κB的活性；给予MEK－1阻滞剂PD98059后不仅抑制NF－κB的激活，减少炎症介质的大量产生，而且阻断了NaHS引起的NF－κB激活扩大、炎症因子、趋化因子产生增加的作用［18］。由脂多糖引起的内毒素血症时也可观察到H2S具有上述同样的促炎作用［19］。

不仅在动物模型中，NaHS作用于IFN－γ处理的人单核细胞系 U937后，明显增加 TNF－α、IL－1β及IL－6的表达，促进单核细胞表面CD11b表达，诱发IκBα快速降解并随后激活NF－κBp65，而这种作用可被 NF－κB的特异性抑制剂 Bay11－7082减弱，可见H2S通过ERK－NF－κB信号通路激活人类单核细胞产生促炎因子［20］。

3 H2S的抗炎作用

白细胞黏附和血浆渗出是炎症反应的重要标志。戴鸿雁等［21］研究气体信号分子H2S在脂多糖诱导大鼠肺急性炎症反应中的作用时发现，H2S具有明显地抑制肺内中性粒细胞聚集、减轻LPS引起的肺水肿和肺毛细血管通透性增高等炎症反应的作用，而且能有效地减少脂质过氧化物丙二醛（MDA）的产生，可见H2S在炎症发生早期具有抗炎、抗氧化性损伤的作用。给予PAG抑制大鼠体内产生H2S，黏附于肠系膜小静脉内皮细胞的白细胞明显增加，PAG还能加剧角叉藻聚糖在大鼠气囊中诱导的中性粒细胞浸润和爪子水肿程度［22］。不仅如此，H2S供体（NaHS、Na2S）也可有效抑制促炎肽甲酰甲硫氨酸－亮氨酸－苯丙氨酸（FMLP）表面灌流大鼠肠系膜小静脉引起的白细胞黏附［22］，而这种抑制效应可被K＋ATP通道阻断剂格列本脲逆转，提示H2S的抗炎作用可能与K＋ATP通道有关。

不仅如此，H2S还可通过调节细胞因子及趋化因子产生抗炎作用。H2S供体能抑制由阿司匹林引起的白细胞黏附及黏附分子（LFA－1、ICAM－1）在白细胞和内皮细胞的表达上调，但与剂量有关［23］。Li等［24］发现H2S供体能显著减少中性粒细胞在肝、肺组织中的聚集。大鼠尾静脉注射油酸诱导的急性肺损伤模型中，给予NaHS可增加PaO2水平，降低肺湿干比和多形核白细胞（PMN）浸润，并减轻肺损伤程度；同时，降低血浆和肺组织中IL－6和IL－8水平，增加IL－10水平，因此认为H2S通过调节IL－6，IL－8和IL－10而起着抑制炎症反应的作用［25］。用鸡蛋清诱导的大鼠哮喘模型肺组织中 H2S浓度、CES活性及蛋白表达与正常肺组织相比明显降低，而诱生型一氧化氮合酶（iNOS）蛋白表达和活性均增高；给予NaHS后气道炎症及重塑有所减轻，最大呼气量（PEF）增加，杯型细胞增生及胶原沉着程度降低，支气管肺泡灌洗液（BALF）中细胞总数、嗜酸性粒细胞及中性粒细胞均减少，肺组织中iNOS蛋白表达未见明显变化，活性却明显下降［26］，可见H2S起着抗炎作用，该作用与iNOS活性减低有关。雨蛙肽诱导的AP可引起胰腺和肺组织中MPO活性明显增强，预防性或治疗性给予释放H2S的二氯芬酸衍生物ACS15能显著降低肺组织中MPO活性，但对胰腺中MPO没有影响，形态学也显示肺组织切片肺泡增厚及中性粒细胞浸润程度明显降低，胰腺组织切片也没有明显变化；但给以同样剂量的二氯芬酸却没有上述变化，可见ACS15显著减轻胰腺炎引起的相关肺损伤［27］的作用与H2S有关。释放H2S的5－氨基水杨酸衍生物ATB－429也能减轻小鼠结肠炎模型中的白细胞渗出［28］。用雨蛙肽体外孵育胰腺腺泡细胞可发现蛋白激酶B（AKT）磷酸化减少、IκBα降解增加、NF－κB活性、TNF－α、IL－1β表达均升高，给予孵育后的胰腺腺泡细胞5μM NaHS后，可检测到AKT磷酸化增加、IκBα降解减少、NF－κB活性、TNF－α、IL－1β表达均降低，而给予PI3K／AKT抑制剂LY294002后可发现外源性H2S的上述作用。因此证明，PI3K在NaHS处理后的腺泡细胞中起着负调节作用，以及 H2S通过 PI3K／AKT－NF－κB通路引起 TNF－α、IL－1β表达下降，从而起着抗炎作用［29］。

在缺血再灌注损伤动物模型中，给予NaHS可明显降低组织损伤程度，减少再灌注组织中丝裂原活性蛋白激酶（MAPK）磷酸化，并激活NF－κB，降低Caspase－3活化水平［30－31］，减弱抗凋亡基因Bcl－2和NF－κB依赖蛋白（iNOS、COX2、ICAM－1）的表达［30］，PAG 则能加剧上述反应。可 见H2S可能通过MAPK－NF－κB信号通路起保护性作用，但该机制尚未在其他动物模型中证实。

总之，大量证据显示内源性或外源性H2S均能产生广泛的促炎或抗炎作用，可能是由于动物模型不同，各组织器官或细胞对H2S的反应不一，产生H2S的量及浓度不同，致使其产生的生物学效应不同。但H2S在全身多系统中的病理生理功能揭示了某些疾病未知的发病机制，并提出了新的治疗途径，具有广阔的研究前景和应用价值。

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