硫化氢在阿片依赖中的作用

魏 英综述，陈远寿审校

（遵义医学院生理学教研室，贵州遵义563000）

硫化氢在阿片依赖中的作用

魏 英综述，陈远寿审校

（遵义医学院生理学教研室，贵州遵义563000）

硫化氢；阿片依赖；中枢神经系统；细胞凋亡；氧化应激；综述

阿片依赖是一种慢性复发性脑疾病，长期使用阿片类药物会影响中枢神经系统细胞内信号正常转导，激发异常氧化应激反应，加快脑细胞凋亡，并严重损害阿片依赖患者的认知、学习、记忆等功能。其治疗则是以减轻阿片依赖所导致的严重戒断症状为主。1989年Goodwin等[1]和Warenycia等[2]第1次在大鼠及人的大脑中检测出硫化氢（hydrogen sulfide，H2S），1995年Awata等[3]进一步证实了内源性H2S产生的酶学机制。H2S作为一种新型内源性神经调节因子，不仅具有抗炎、抗氧化、抗细胞凋亡作用，还在腺苷酸环化酶/环磷酸腺苷/ cAMP反应元件结合蛋白（AC/cAMP/CREB）信号通路中发挥重要调节作用，从而改善神经系统病变所致的认知、学习、记忆等功能的异常。研究已证实，H2S可通过减少阿片类药物介导的脑细胞凋亡，减轻阿片刺激的脑细胞异常氧化应激反应及抑制AC/cAMP/CREB信号通路，一定程度抑制对阿片依赖。本文就H2S减轻阿片依赖的作用机制作一综述。

1 内源性H2S的合成与代谢

H2S是一种无色、易燃、水溶性较好，并具有特征性臭鸡蛋味的有毒气体，其毒性是CO的5倍以上，当空气中的H2S浓度达到0.000 1%时便可引起头痛等不适。在溶液中，H2S可以离解成H+、HS-、S2-等离子。H2S经酶促反应合成，其合成所依赖的酶包括胱硫醚-β-合成酶（cystathionine-β-synthase，CBS）、胱硫醚-γ-裂解酶（cystathionine-γ-lyase，CSE）、半胱氨酸转移酶（cysteine arminotransferase，CAT）和丙酮酸硫基转移酶（mertaptopyruvate sulfurtransferase，3-MST），其中CSE是人体心血管系统转硫途径中最关键的酶[4]，CBS是大脑和神经系统中主要的H2S合成酶[5]，而CAT和3-MST在大脑和血管内皮中均能合成H2S[6]。此外，极少数H2S可通过由单质硫到H2S的非酶促反应产生。H2S经氧化后的产物大部分经由肾脏排出，其氧化主要在肝脏中进行[7]，小部分经线粒体甲基化代谢生成低毒性的甲硫醇和甲硫醚，另有小部分H2S从呼吸系统排出[8]。

2 H2S减轻阿片依赖所致脑损伤

据2013年联合国毒品和犯罪问题办公室的统计报告[9]，世界药物成瘾趋势总体平稳，自 2009年以来，阿片成瘾人数在亚洲和非洲部分地区仍有轻度升高。药物成瘾被WHO定义为慢性复发性脑疾病[10]。阿片类药物的长期使用会通过激发神经元胞内氧化应激反应，抑制神经元发育，导致神经元凋亡和脑损伤。H2S作为神经调节因子，在中枢神经系统能发挥抗凋亡、抗氧化应激等作用，从而起到减轻阿片依赖所致的脑损伤。

2.1 外源性H2S抗阿片依赖所致的氧化应激作用 氧化应激是机体在遭受有害刺激后，体内氧化系统和抗氧化系统失衡，大量活性氧（reactive oxygen species，ROS）产生，ROS主要包括超氧化物阴离子、自由基和组织过氧化物。年龄相关自由基理论认为，ROS作用靶点是随机的、任意的，并可以积累，能随机发挥氧化作用。已有证据表明，ROS在生理及病理生理状态下作为特殊的信号分子发挥作用，能引起疾病和衰老[11]。正常情况下，机体内过量的ROS可被抗氧化剂（硫辛酸、胡萝卜素等）和酶类[超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POD）等]清除，从而维持细胞稳态。然而，阿片类药物作为一种强烈的有害刺激，在中枢神经系统中会刺激神经元发生氧化应激产生大量ROS，且超过机体自身的调节能力，进而会使细胞脂质过氧化，损伤DNA分子并使蛋白及酶失活而损伤神经细胞。研究表明，海洛因会导致血清内总抗氧化能力下降，降低SOD、谷胱甘肽过氧化物酶等的活性[12]。在中枢神经系统中，氧化应激反应的失衡则会引起脑损伤[13]。H2S作为一种神经调节因子，其通过调节细胞内各种酶的活性来调控细胞内生物化学反应以维持细胞稳态。Jiang等[14]通过实验证实，外源性H2S可减轻由海洛因导致的大鼠海马组织异常激活的氧化应激反应。

2.2 外源性H2S减少阿片依赖所致神经元凋亡 细胞凋亡是细胞自主有序的死亡过程，是机体新陈代谢中一个重要组成部分，起着维持生物体稳态的作用。研究已证实神经元凋亡的基本机制同其他类型细胞的凋亡机制[15]。凋亡的发生受到多基因的严格控制，如Bcl-2家族、caspase家族、癌基因C-myc、抑癌基因p53等，其中分为促凋亡基因与抑制凋亡基因。阿片成瘾会对机体造成极为严重的损害，其中一个重要的方面是阿片成瘾会加速神经元凋亡。作为永久性细胞，神经元的凋亡不可代偿，进而会导致机体脑神经功能逐渐下降，并最终影响人的正常生活，甚至导致严重的神经疾病。刘立伟等[16]应用脱氧核苷酸末端转移酶介导的生物素化dUTP缺口末端标记技术TUNEL检测吗啡成瘾后SD大鼠大脑海马组织细胞凋亡情况，结果证明长期使用吗啡会诱发大鼠脑细胞异常凋亡。而Jiang等[14]通过蛋白质印迹法检测大鼠海马组织胱硫醚-β-合酶、细胞裂解凋亡蛋白酶3及凋亡相关基因Bcl-2和Bax的含量变化，结果提示用硫氢化钠治疗海洛因成瘾组大鼠，细胞裂解蛋白酶-3和Bax基因水平下降，而Bcl-2基因水平上升，单独使用海洛因组则相反，从而证明H2S可以部分抑制由海洛因成瘾所致大鼠海马神经元的异常凋亡。

H2S作为神经调节因子在神经细胞中通过抗细胞凋亡、抗氧化应激等机制在病理状态下减少外源性刺激所致的脑损伤。细胞凋亡是在细胞受损达到一定程度后启动的，长期使用阿片类药物，会通过激发细胞内氧化应激过度导致细胞损伤进而诱发细胞凋亡的启动。外源性H2S可能通过减轻氧化应激反应，减轻细胞损伤程度从而减少启动凋亡的细胞数目；此外，H2S作为气体小分子，其可通过改变细胞内外微环境进而影响细胞内信号转导及生物代谢，最终调节细胞凋亡。

3 外源性H2S可以减轻阿片依赖所致戒断反应

阿片依赖作为一种严重的慢性复发性脑疾病，表现为身体依赖（表现为停药后的戒断症状）和精神依赖（表现为满足感和重新用药的渴求）。减轻身体依赖是解毒治疗的基础。吗啡戒断机制复杂，多个脑区被证实参与吗啡戒断的形成，如伏核、中缝大核、蓝斑、下丘脑、中脑导水管周围灰质、中缝5-羟色胺能神经元等[17-18]。其治疗包括替代药物、心理治疗及从新步入社会的辅导。迄今药物治疗所达到的效果尚不理想，戒断治疗后绝大部分患者仍会复吸。根据2013年世界毒品报告，全球毒品使用人数居高不下，部分地区使用人数还有所增加[9]。阿片依赖形成确切机制尚未明确，但其所导致的损伤主要位于中枢神经系统。新近发现，H2S作为一种神经调节因子，能有效缓解神经系统疾病的发生发展，并能减轻相应临床症状，在阿片成瘾中也能发挥减轻阿片成瘾后所致的戒断症状及相关脑损伤。

有研究表明，单独使用海洛因会明显降低脑内H2S、CBS水平及CBS活性，而外源性给予H2S可部分提高由海洛因所致的H2S及CBS水平的下降，并能提高CBS的活性[14]。外源性H2S可提高大鼠伏隔核H2S水平，而海洛因会降低大鼠伏隔核H2S水平[19]。作为一种新型气体信号分子，H2S在中枢神经系统作为神经调节因子发挥作用，其对多种神经系统疾病（帕金森病、阿尔茨海默病、周期性热惊厥、缺血性脑梗死等）的发展已经证实有抑制作用，同时其还能有效地减轻阿片依赖所致的药物戒断症状，并通过抗氧化应激减轻脑损伤，从而减轻阿片依赖。已有研究发现，外源性H2S能明显减轻吗啡成瘾小鼠戒断症状[20]。此外，使用硫氢化钠的海洛因成瘾大鼠戒断症状明显低于单独使用海洛因组大鼠，差异有统计学意义（P＜0.05）[19]。H2S作为神经调节因子，参与神经元内多种信号转导及生物代谢反应，其浓度下降必然影响细胞内多种信号的正确转导及生物代谢的有序进行。研究证实，阿片依赖所致戒断反应与中枢神经系统关系密切，神经元作为神经系统的基本功能单位，神经元内信号转导及生物代谢的正常进行是机体神经系统正常发挥功能的保障。阿片成瘾后致H2S下降，进而破坏神经元的稳态，可能会促进阿片依赖所致戒断反应的形成。

4 H2S调节阿片成瘾的脑认知功能

长期以来，阿片成瘾的研究主要集中在阿片受体及中脑奖赏环路，体内阿片受体作为药物滥用和自然奖赏的应答部位，体内的阿片类物质及阿片受体在成瘾形成过程中被逐渐调节[21]，而阿片成瘾后复吸率居高不下的重要原因即是成瘾患者的精神依赖不能得到有效地控制。近年来研究发现，长期或一次性大量使用阿片类药物会导致机体学习记忆相关信号通路中涉及的蛋白质分子水平及相关酶活性的改变，这种改变可能与阿片成瘾后的精神依赖有关。海洛因依赖大鼠中脑腹侧被盖区（ventral tegmental area，VTA）多巴胺能神经元的兴奋性受到抑制[22]。AC/cAMP/PKA/CREB信号通路是大脑学习记忆形成的重要信号通路。2000年Kimura[23]证实，生理浓度的内源性H2S可以选择性的增强N-甲基-D-天门冬氨酸受体（NMDA受体）活性从而诱导海马长时程增强（long-termpotentiation，LTP），并且提高培养的神经元、胶质细胞及卵母细胞内cAMP含量。2001年Partlo等[24]利用八臂迷宫检测发现暴露于H2S气体的大鼠学习记忆能力较对照组下降，但其作用靶点尚未发现。而另有研究证实外源性H2S减轻海洛因所致大鼠学习记忆功能的损害[25]。此外，已有研究发现，外源性H2S可减少吗啡依赖大鼠海马区脑细胞内NMDA受体NR1亚基蛋白表达，并改善吗啡依赖大鼠空间学习记忆能力[26]。这说明以各种形式存在的H2S在机体内能作用于学习记忆神经系统中某一个甚至多个靶点，进而影响学习记忆的形成。H2S与NO同作为气体信号分子，H2S能影响中枢神经系统及血浆内NO水平。罗孝美等[27]研究发现，H2S可抑制大鼠体内由海洛因依赖刺激的NO水平及脑型一氧化氮合酶（neural nitric oxide synthase，nNOS）mRNA表达的异常升高。H2S作为气体小分子，其不仅可直接作用于某靶点，还能通过影响其他信号分子进而参与中枢神经系统中多种细胞活动及神经功能的调节。

阿片依赖是一种慢性复发性脑疾病，其成瘾机制主要位于中枢神经系统，而H2S作为神经调节因子，其在中枢神经系统疾病的发生发展过程中发挥相应的作用。研究已证实，外源性H2S可以激活大鼠脑伏隔核区脑细胞内AC/cAMP/PKA/CREB信号通路，也可以抑制由海洛因成瘾后所介导的AC/cAMP/PKA/CREB信号通路的异常激活；并且外源性H2S可明显减轻海洛因戒断后的相应戒断症状[19]。此外，研究发现，外源性H2S可抑制吗啡成瘾小鼠纹状体细胞内及预先用μ型阿片受体激动剂DAMGO诱导升高AC、cAMP、CREB磷酸化水平及ERK1/2活性的人神经母细胞瘤细胞内AC、cAMP表达的上调及CREB的磷酸化水平，同样外源性H2S可减轻吗啡依赖后形成的戒断症状[20]。罗孝美等[28]发现海洛因依赖导致大鼠海马神经元损伤，抑制海马CA1区LTP的产生，从而降低正常学习记忆能力；而外源性H2S可减轻海洛因依赖对大鼠海马神经元的损伤，易化海马CA1区LTP的产生，改善海洛因依赖导致的正常学习记忆能力的降低。

外源性H2S作为一种神经调节因子，目前其作用靶点尚未明确，但其能调节AC/cAMP/PKA/CREB信号通路的激活与抑制，进一步影响学习记忆的形成，并可减轻阿片依赖。可见，H2S维持中枢神经系统细胞内稳态以保证生理功能正常进行，并在神经系统病理状态下调节改善神经生物代谢反应，减轻外界刺激所致的细胞损伤。

5 小结与展望

H2S作为神经调节因子，其能调节细胞内信号通路的传导，离子通道的开闭及氨基酸类神经递质的转运。阿片依赖是一种慢性复发性脑疾病，长期或一次性大量使用阿片类药物会诱发脑细胞内生物代谢反应的异常激活及细胞损伤，表现为学习记忆能下降，机体免疫力下降，还会导致严重的身体依赖和精神依赖。目前研究证实，H2S在阿片依赖中发挥调节细胞内信号转导，抑制脑细胞内异常激活的氧化应激反应，减少脑细胞异常凋亡，减轻阿片依赖所致的戒断反应，以及改善阿片依赖所致动物学习记忆能力下降的作用。H2S作为一种气体小分子，在细胞内作用位点广泛，可多方面调节细胞内生物化学反应以维持细胞内稳态。因此，H2S对阿片依赖的影响亦是多方面调节后的综合作用。随着研究的深入，H2S对阿片依赖抑制作用的机制将会进一步揭晓，这将为今后治疗阿片依赖提供新的诊疗思路与途径。

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10.3969/j.issn.1009-5519.2015.16.020

A

1009-5519（2015）16-2465-04

2015-03-09）

魏英（1990-），女，重庆合川人，在读硕士研究生，主要从事神经疾病生理学方向的研究；E-mail：18786800943@163.com。

陈远寿（E-mail：jcbshengli@163.com）。