硫化氢与糖脂代谢研究进展

张松、孙丽综述，李悦审校

硫化氢与糖脂代谢研究进展

张松、孙丽综述，李悦审校

硫化氢（H2S）是继一氧化氮（NO）和一氧化碳（CO）之后的第三类气体信号分子，在心血管系统、神经系统和免疫系统中作为一种内生性生理调节剂发挥重要作用。近年研究发现H2S参与胰岛素分泌调节、能够改善胰岛素敏感性，还可降低人体血浆胆固醇和甘油三酯水平，H2S供体在糖、脂代谢异常中的临床应用前景值得期待。

硫化氢；高脂血症；高血糖；胆固醇

硫化氢（H2S）是继一氧化氮（NO）和一氧化碳（CO）之后的第三类气体信号分子[1,2]，在心血管系统、神经系统和免疫系统中作为一种内生性生理调节剂发挥重要作用。L-半胱氨酸是生成内源性H2S的前体物质。H2S合成酶包括胱硫醚-γ-裂解酶（cystathi-onine-γ-lyase，CSE）、胱硫醚-β-合成酶（cystathi-onine-β-lyase，CBS）、半胱氨酸转移酶（CAT）和3-巯基丙酮酸转硫酶（3MST）[3,4]。人体内胱硫醚-β-合成酶主要存在于主动脉、肝门静脉、心脏和血管平滑肌，胱硫醚-β-合成酶在中央和外周神经系统高表达，半胱氨酸转移酶和3-巯基丙酮酸转硫酶主要分布于血管内皮。体内大部分H2S可氧化生成二氧化硫（SO2），溶于水生成亚硫酸盐，进一步氧化生成硫酸盐，经各种代谢器官排出体外；H2S也可经甲基化代谢生成二甲硫醚，最后经肝脏或肠道排出体外。内源性H2S参与炎症反应的不同阶段，有报道临床最新进展为已发现H2S与非甾体抗炎药（NASID）相结合的新型抗炎药物[5]。近年研究发现H2S与糖、脂代谢关系密切，新型H2S供体可能在糖、脂代谢异常发挥作用。

1 硫化氢与糖代谢

已有研究证实，H2S使胰岛β细胞KATP通道开放，抑制细胞膜去极化，引起胰岛素分泌减少。Ali等[6]观察人胰岛β细胞株（INS-1E）分泌胰岛素模型发现，给予外源性H2S供体硫氢化钠（NaHS）（100μM）培养12 h后，胰岛素分泌明显降低，而给予KATP通道阻断剂格列苯脲（10 μM）培养后，硫氢化钠抑制胰岛素分泌作用被削弱。Wu等[7]研究发现，与正常和单纯肥胖Zucker大鼠相比，糖尿病合并肥胖Zucker大鼠胰腺胱硫醚-β-合成酶和H2S含量显著增加，而给予糖尿病合并肥胖Zucker大鼠每日腹腔注射胱硫醚-β-合成酶抑制剂（PAG） 33.9 mg/（kg.d）4周后，糖尿病合并肥胖Zucker大鼠胰腺H2S含量明显减少，血糖水平降至正常，胰岛素分泌明显增加。另有研究发现，链脲佐菌素（STZ）诱导的1型糖尿病大鼠肝脏和胰腺的胱硫醚-β-合成酶和胱硫醚-β-合成酶mRNA表达都明显增加且活性增强，STZ诱导的糖尿病大鼠H2S水平高于正常，Schalinske等在无血管并发症糖尿病患者模型也有同样发现。Yusuf等[8]研究发现皮下注射胰岛素（8 U/d）可显著抑制链脲佐菌素诱导的糖尿病大鼠体内胱硫醚-β-合成酶和胱硫醚-β-合成酶mRNA表达，明显降低体内H2S水平。

有研究证实人体内H2S水平与胰岛β细胞凋亡密切相关。Kaneko等[9]发现外源性H2S供体L-半胱氨酸（3 mM）或硫氢化钠（100 μM）离体培养人胰岛β细胞后，可通过增加谷胱甘肽上调H2S水平，抑制胰岛β细胞凋亡。Yang等[10]研究证实，过表达胱硫醚-β-合成酶诱导人胰岛β细胞株分泌胰岛素细胞系凋亡的机制为：激动p38 MAPK信号通路和上调Bip、CHOP（内质网应激指标）蛋白表达。Cao等[11]观察发现外源性H2S供体硫氢化钠（10 μM）培养离体人胰岛腺泡细胞3小时后，H2S水平上升，磷脂酰丝氨酸分泌增加（细胞凋亡早期指标），细胞凋亡增加。上述研究结论为不同浓度H2S对胰岛β细胞凋亡影响不同，具体机制仍需进一步研究。

有研究提示H2S通过调节胰岛素受体（IR）介导的信号通路，增加胰岛素敏感性、减轻胰岛素抵抗，改善糖代谢异常。胰岛素受体系（IRs）是酪氨酸激酶受体，内源性H2S可促进胰岛素受体磷酸化，进而与磷酸肌醇-3激酶（PI3K）结合，进一步激活丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶（Akt），增强组织细胞对葡萄糖的摄取和利用。Xue等[12]发现腹腔注射外源性H2S供体硫氢化钠 30 μM/（kg.d）10周的GK大鼠和Wistar大鼠与各自对照组相比，胰岛素敏感性和糖耐量显著增加，空腹血糖显著降低。同时观察到离体肌管细胞和脂肪细胞分别处于低糖（5.5 mM）环境或者高糖（25 mM）加胰岛素（100 nM）环境培养时，给予外源性H2S供体硫氢化钠后可显著增加胰岛素受体、磷酸肌醇-3激酶、丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶（AKt）磷酸化，而给予胰岛素受体抑制剂（HNMPA）后，胰岛素受体、磷酸肌醇-3激酶磷酸化水平未见上调。拮抗胰岛素受体激活或抑制组织细胞磷酸肌醇-3激酶信号通路激活后，尽管外源性给予H2S培养，组织细胞萄糖摄取能力也未见明显增强，进一步验证H2S通过调控胰岛素受体及其下游信号通路磷酸肌醇-3激酶—丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶增强组织细胞对葡萄糖摄取能力[12]。

2 硫化氢与脂代谢

Liu等[13]随机观察了971例健康儿童，发现其中高脂肥胖儿童占91例，患病率为9.37%，随机检测了其中40例高脂肥胖儿童血脂指标、血浆H2S水平发现，高脂肥胖儿童血浆总胆固醇（TC）、低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）、甘油三酯（TG）水平明显高于血脂正常儿童，血浆H2S水平为34.40 μmol/L明显低于血脂正常儿童，提示人体内源性H2S水平与血脂指标负相关。

Whiteman等[14]随机观察11例健康人（BMI＜25.0 kg/m2）、16例单纯肥胖患者（BMI＞25.0 kg/m2）和11例2型糖尿病患者[BMI=（25±2）kg/m2]血浆H2S水平发现，健康组血浆H2S平均水平为38.9 μmol/L，单纯肥胖组为22.0 μmol/L，2型糖尿病组为10.5 μmol/L，推测内源性H2S水平与胰岛素敏感性负相关。Jain等[15]观察2型糖尿病患者和链唑霉素诱导的糖尿病大鼠也证实，血浆H2S水平明显低于各自对照组，与各自血浆葡萄糖水平负相关。Yang等[10]证实糖尿病GK大鼠腹腔注射外源性H2S供体硫氢化钠 30 μM/ （kg.d） 6周后，血浆高密度脂蛋白升高，空腹血糖、总胆固醇、低密度脂蛋白、血压都显著降低；另用硫氢化钠60 μM/（kg.d）腹腔注射后血浆总胆固醇和血压仍明显降低；而改为硫氢化钠 120 μM/（kg.d）腹腔注射后血浆高密度脂蛋白仍然增加，但空腹血糖水平也随之上升；观察腹腔注射硫氢化钠30 μM/（kg.d） 6周的Wistar对照组大鼠，发现血浆高密度脂蛋白含量明显增加而甘油三酯含量显著降低。结论，外源性给予H2S可以升高糖尿病模型GK和Wistar大鼠血浆高密度脂蛋白含量，并且降低总胆固醇水平。

Mani等[16]观察发现，胱硫醚-β-合成酶基因敲除小鼠和野生型小鼠在致动脉粥样硬化饮食喂养12周后，胱硫醚-β-合成酶基因敲除组血浆总胆固醇水平较先前升高两倍，而野生型小鼠无明显变化；此外，胱硫醚-β-合成酶基因敲除小鼠与野生型相比较，其血浆高密度脂蛋白、低密度脂蛋白含量都明显较高，而血浆甘油三酯水平偏低；并且胱硫醚-β-合成酶基因敲除小鼠动脉粥样硬化斑块程度也明显严重于野生型小鼠。在致动脉粥样硬化饮食喂养后，分别腹腔注射胱硫醚-β-合成酶基因敲除小鼠外源性H2S供体硫氢化钠或磷酸盐缓冲液（PBS）12周，观察发现注射硫氢化钠组小鼠动脉粥样硬化斑块明显缩小，血脂代谢异常显著改善，结论为内源性H2S缺乏可致动脉内皮细胞增殖和粘附分子表达增加，而外源性给予H2S后可缩小动脉硬化斑块并且改善血脂代谢异常。另有研究证实，氧化低密度脂蛋白可诱导血管内皮细胞损伤，增强单核细胞与内皮细胞黏附，促进泡沫细胞形成及影响斑块稳定性，而内源性H2S可减少大鼠体内致动脉粥样硬化低密度脂蛋白含量，特别是氧化低密度脂蛋白含量，进而改善血脂代谢紊乱。

在临床治疗方面，Li等[17]观察35例川崎病患儿和32例健康儿童后发现，35例患儿心脏受累者为21例，无心脏受累者14例。与健康儿童对照组相比，川崎病患儿组急性发病期血浆H2S水平明显偏低，在给予静脉推注1 g/kg免疫球蛋白治疗2天后，血浆H2S水平得到显著提升，在35例患儿中，心脏受累组血浆H2S水平明显低于无心脏受累组。结论为，内源性H2S在静脉注射免疫球蛋白后通过抑制全身炎症反应阻止川崎病患儿心脏受累的发生，但其具体分子通路仍需进一步研究。

3 硫化氢供体在糖、脂代谢异常中的应用进展

目前研究提示H2S与糖、脂代谢关系密切，而外源性H2S供体在糖、脂代谢异常的调控中发挥作用。临床现能提供外源性H2S的新型供体有GYY4137、S-阿司匹林和大蒜素等，在临床糖、脂代谢治疗方面已取得有意义的作用。Liu等[18]观察发现外源性GYY4137（一种新型缓释H2S复合物培养细胞后，H2S水平明显上升，并且显著抑制氧化型低密度脂蛋白诱导的细胞脂质含量增高作用，改善细胞脂代谢异常。Zhang等[19]分别给予高脂饮食4周的载脂蛋白E敲除鼠（Apo-E-/-）S-阿司匹林（ACS14）、乙酰水杨酸、生理盐水腹腔注射12周，发现ACS14组动脉粥样硬化斑块大小明显小于乙酰水杨酸组、生理盐水组，推测H2S可改善脂代谢从而抗动脉粥样硬化。Kojuri等[20]证实用含大蒜素的临床药物治疗高脂血症患者后，患者体内H2S水平明显升高，血浆总胆固醇和低密度脂蛋白水平与对照组相比明显降低，高密度脂蛋白水平也明显升高，血浆甘油三酯含量略有降低。释放H2S基团已与临床药物分子整合，如双氯芬酸、美沙拉嗪、萘普生、辛伐他汀和磷酸二酯酶5抑制剂。临床试验结果显示，与单独应用他汀类药物相比，整合释放H2S基团的药物除降脂作用外，抑制血小板聚集、升高血小板cAMP水平作用明显加强[21]。

通过调控体内H2S水平来治疗糖、脂代谢异常的临床应用现仍存许多问题，有待进一步解决。第一，H2S是一种有“臭鸡蛋”气味的气体，“无臭”的H2S供体现仍空缺，而且已有供体很难完全模拟人体内源性H2S释放过程。第二，外源性H2S供体虽在糖、脂代谢紊乱治疗方面取得一定成果，但是否直接通过所释放的H2S起到治疗作用，仍需进一步完善验证通路。

综上所述，在糖、脂代谢紊乱治疗方面，随着我们对H2S合成、代谢情况的深入了解，对其生理功能和药理作用的全面揭示，对其作用机制的进一步阐明，H2S必将有着广阔的治疗性应用前景。

[1] 喜杨, 孙宁玲, 马旃. 气体信号分子硫化氢与一氧化氮在高血压患者中的变化探讨. 中国循环杂志, 2007, 22, 246-249.

[2] 张昱, 程卫平. 硫化氢对乳鼠心肌细胞缺氧-复氧损伤的保护作用. 中国循环杂志, 2009, 24, 227-230.

[3] Wang R. Hydrogen sulfide: the third gasotransmitter in biology and medicine. Antioxid Redox Signal, 2010, 12: 1061-1064.

[4] Mustafa AK, Gadalla MM, Snyder SH. Signaling by gasotransmitters. Sci signal, 2009, 2: re2.

[5] Vandiver M, Snyder SH. Hydrogen Sulfide: A gasotransmitter of clinical relevance. J Mol Med (Berl), 2012, 90: 255-263.

[6] Ali MY, Whiteman M, Low CM, et al. Hydrogen sulphide reduces insulin secretion from HIT-T15 cells by a KATP channel-dependent pathway. J Endocrinol, 2007, 195: 105-112.

[7] Wu L, Yang W, Jia X, et al. Pancreatic islet overproduction of H2S and suppressed insulin release in Zucker diabetic rats. Lab Invest, 2009, 89: 59-67.

[8] Yusuf M, Kwong Huat BT, Hsu A, et al. Streptozotocin-induced diabetes in the rat is associated with enhanced tissue hydrogen sulfide biosynthesis. Biochem Biophys Res Commun, 2005, 333: 1146-1152.

[9] Kaneko Y, Kimura T, Taniguchi S, et al. Glucose-induced production of hydrogen sulfide may protect the pancreatic beta-cells from apoptotic cell death by high glucose. FEBS letters, 2009, 583: 377-382.

[10] Yang G, Yang W, Wu L, et al. H2S, endoplasmic reticulum stress, and apoptosis of insulin-secreting beta cells. J Biol Chem, 2007, 282: 16567-16576.

[11] Cao Y, Adhikari S, Ang AD, et al. Mechanism of induction of pancreatic acinar cell apoptosis by hydrogen sulfide. Am J Physiol Cell physiol, 2006, 291: C503-510.

[12] Xue R, Hao DD, Sun JP, et al. Hydrogen sulfide treatment promotes glucose uptake by increasing insulin receptor sensitivity and ameliorates kidney lesions in type 2 diabetes. Antioxidants & redox signaling, 2013, 19: 5-23.

[13] Liu Y, Mi J, Ding YG, et al. Survey of plasma lipid value in children in Beijing area and the changes of gaseous molecule-hydrogen sulfide in the ones with dyslipidemia. Beijing Da Xue Xue Bao, 2006, 38: 146-150.

[14] Whiteman M, Gooding KM, Whatmore JL, et al. Adiposity is a major determinant of plasma levels of the novel vasodilator hydrogen sulphide. Diabetologia, 2010, 53: 1722-1726.

[15] Jain SK, Bull R, Rains JL, et al. Low levels of hydrogen sulfide in the blood of diabetes patients and streptozotocin-treated rats causes vascular inflammation? Antioxid Redox Signal, 2010, 12: 1333-1337.

[16] Mani S, Li H, Untereiner A, et al. Decreased endogenous production of hydrogen sulfide accelerates atherosclerosis. Circulation, 2013, 127: 2523-2534.

[17] Li XH, Zhang CY, Wu JX, et al. Changes in plasma hydrogen sulfide and nitric oxide levels and their clinical significance in children with Kawasaki disease. Chinese Medical Journal, 2011, 124: 3445-3449.

[18] Liu Z, Han Y, Li L, et al. The hydrogen sulfide donor, GYY4137, exhibits anti-atherosclerotic activity in high fat fed apolipoprotein E(-/-) mice. British Journal of Pharmacology, 2013, 169: 1795-1809.

[19] Zhang H, Guo C, Zhang A, et al. Effect of S-aspirin, a novel hydrogensulfide-releasing aspirin (ACS14), on atherosclerosis in apoE-deficient mice. Eur J Pharmacol, 2012, 697: 106-116.

[20] Kojuri J, Vosoughi AR, Akrami M. Effects of anethum graveolens and garlic on lipid profile in hyperlipidemic patients. Lipids Health Dis, 2007, 6: 5.

[21] Wallace JL, Cirino G, Santagada V, et al. Synthesis and biological effects of hydrogen sulfide (H2S): development of H2S-releasing drugs as pharmaceuticals. J Med Chem, 2010, 53: 6275-6286.

2014-01-19)

（编辑：汪碧蓉）

150001 黑龙江省哈尔滨市，哈尔滨医科大学附属第一临床医学院 心内科

张松 住院医师 硕士 主要从事心血管介入研究 Email:123zhangsong321@163.com 通讯作者：李悦 Email: ly99ly@vip.163.com

R445.1

A

1000-3614( 2014 ) 08-0655-03

10.3969/j. issn. 1000-3614. 2014.08.025