硫化氢抑制糖尿病血管内皮细胞损伤的研究进展＊

柯娩英 ，杨治芳 ，刘鸿滨

(1、江西省抚州市第一人民医院，抚州 344000；2、南昌大学第一附属医院，南昌 330006；3、南昌大学江西医学院研究生部，南昌330006)

近些年来，我国经济快速增长，人们生活质量显著提升，人口呈现老龄化趋势，我国糖尿病的患病率正逐年提升。糖尿病是一种常见的代谢性疾病，由多种病因引起，重要特征是高血糖，长期糖尿病可引起多系统器官的慢性并发症，如动脉硬化、冠心病、高血压、糖尿病肾病、糖尿病足等，严重危害着生命[1]。血管内皮损伤是糖尿病血管病变的病理基础和始动环节[2]，因此保护血管内皮细胞对于预防糖尿病血管病变有着重要意义[3]。继一氧化氮(NO)和一氧化碳(CO)之后，硫化氢(hydrogen sulfide，H2S)是第三类内源性气体信号分子，也是近来研究的热点。越来越多的研究证实H2S能激活内皮细胞ATP敏感钾通道调节血管紧张度、减弱内皮细胞与白细胞间的黏附、降低内皮细胞氧化应激状态，抑制炎症反应，维持血管内皮细胞等功能。因此H2S在神经系统、心血管系统、呼吸系统、内分泌系统、消化系统、泌尿系统、运动系统、视觉及生殖系统均有重要的保护效应[4-8]。本文对当前关于H2S抑制高糖诱导的血管内皮细胞损伤的相关研究进行综述。

1 硫化氢的特性

硫化氢(hydrogen sulfide，H2S)是一种有毒的气体，该气体具有无色、易燃、水溶性佳以及散发腐烂鸡蛋味的特征。但是，自2002年以来，学者们证实了H2S在体内具有多种的生理作用，如增强兴奋性谷氨酸NMDA受体活动、调节与学习记忆有关的长时程增强（LTP）、调节小胶质细胞的钙内稳态、舒张血管平滑肌、激活ATP敏感钾（KATP）通道[9]等。哺乳动物内几乎所有的器官、组织、细胞都能合成和释放内源性H2S。在大鼠和人的血浆中H2S含量约为 25-65μmol/L和 25-80μmol/L。 H2S在人体内部进行合成的过程中，首先是在半胱氨酸的基础之上，通过胱硫醚-β-合成酶(cystathionineβ-synthase，CBS)、胱硫醚-γ-裂解酶(systathionineγ -lyase，CSE)、 半 胱 氨 酸 转 移 酶 (systeine aminotransferase，CAT)和 3-丙酮酸巯基转硫酶(mercaptopyruvate sulfurtransferase，3-MST) 等多种酶的相关促进作用下发生合成反应的。其中CSE和CBS两种尤为重要，因为其对应控制的是人体心血管系统和大脑与神经系统中H2S合成的酶促反应[7]。H2S 与一氧化氮（NO）和一氧化碳（CO）一道组成气体信号分子家族（gaseous signaling molecule family），根据这几种气体信号分子被发现的次序，H2S被称为第3种内源性气体信号分子或气体递质（gasotransmitter）[10]。人体内的 H2S共有 2种存在方式，分别是硫氢化钠 (NaHS)形式与气体形式，NaHS可在人体内解离成钠离子与硫氢根离子，硫氢根离子与氢离子结合生成H2S[11]。越来越多的研究证实，内源性或外源性H2S在抗高血压、抗休克、保护心肌缺血损伤等方面起到十分关键的作用[8，12]。血管内皮细胞（VECS）糖尿病的严重程度与血管内皮损伤和功能障碍的程度密切相关。近些年来，经过多项研究得知，糖尿病患者在患病前期就已经出现了血管内皮损伤[13]。糖尿病血管内皮具有复杂的损伤机制。高血糖可直接引发血管内皮细胞的死亡，除此之外也可导致血管内皮细胞出现炎症，若患者长期患有高血糖会导致体内出现氧化应激反应等，上述都可引发血管内皮损伤[14]。

2 硫化氢抑制高糖诱导的血管内皮细胞损伤的机制

2.1 硫化氢抑制高糖诱导的血管内皮细胞氧化应激 血管内皮细胞损伤主要因氧化应激引起。人在缺氧、高糖以及高氧的情况下，体内的抗氧化作用与促氧化作用的平衡被打破，转向促氧化发展，从而造成体内组织与细胞损伤[15]。促氧化作用的实现需要依靠各类氧化剂，其中最关键的氧化剂为活性氧(reactive oxygen species，ROS)。高糖可介导血管内皮细胞线粒体过渡产生ROS，从而引起氧化应激而损伤细胞[14]。高糖还能促进生成胞内高级糖基化终产物(AGEs)，在血管内皮细胞方面，新增的AGEs与其受体结合后可促进生成ROS，因而导致患者出现多种病理性改变[16]。另外有研究发现，在内皮细胞出现衰老的过程之中，高糖的作用极大的提高了主导衰老过程的β半乳糖苷酶染色(SA-β-Gal)阳性细胞的数量，并且进一步将血浆纤溶酶原激活物抑制剂1(PAL-1)的抑制效果加强，与此同时，出现数量显著提高的还有脂质过氧化物丙二醛(MDA)，而对其起到氧化作用的氧自由基又因为超氧化物歧化酶1(SOD1)的活性较弱而出现相应效果的减弱[17]。已有动物研究表明，对糖尿病动物给予外源性H2S，发现其能够通过线粒体保护以及抗氧化等作用来抑制氧化应激，从而降低糖尿病机体的内皮细胞的损伤几率[18]。目前我国已经学者通过相关研究证明H2S可通过抑制氧化应激，降低MDA含量，并上调SOD1的表达，从而对因高糖引发的内皮细胞衰老起到抑制[19]。

2.2 硫化氢抑制高糖诱导的血管内皮细胞炎性反应 炎性反应也是血管内皮损伤的重要机制。血管内皮细胞分泌生长因子、炎性因子、血管活性因子以调节细胞的生长、炎症反应及血管紧张度。高糖可促进血管内皮细胞过渡分泌炎性因子，从而引发炎症反应。表现为细胞核转录因子-κB（NF-κB）、细胞间黏附分子-1(ICAM-1)、单核细胞趋化蛋白-1、肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、白细胞介素-6（IL-6）等炎症相关因子的过渡表达，从而促进内皮细胞的凋亡[20]。目前已有动物实验研究表明外源性H2S可降低高糖诱导的小鼠颈动脉内皮细胞ICAM-1 mRNA的水平及其蛋白的表达，抑制白细胞的黏附、浸润[21]。H2S还可下调肺动脉NF-κB、ICAM-1、单核细胞趋化蛋白-1、IL-6等炎症相关因子的表达发挥其减轻内皮细胞损伤的作用[22]。近来其他的研究表明NF-κB家族中重要的一个亚单位NF-κB P65在调控炎症反应及细胞衰老中具有重要的作用，NF-κB P65不但在衰老组织或细胞中NF-κB P65活性明显增加，而且抑制它的活性可以进一步延缓衰老进程，而随之进一步的研究发现H2S可对NF-κB P65的活化起到明显抑制，从而缓解了高糖诱导的内皮细胞衰老[23，24]。此外有相关研究证明，高糖毒性可导致内皮细胞功能出现紊乱，这对于血管炎症发展至关重要，这也是引发糖尿病血管内皮损伤的关键因素。主要表现为血管内皮细胞表达的环氧化酶-2(cyclooxygenase-2，COX-2)提升，环氧化酶-2可对花生四烯酸起到催化作用，从而生成血栓烷素A，血管炎症反应的前期反应即为血栓烷素A介导的内皮细胞与血小板的黏附。此外，COX-2催化产生的炎性代谢产物被人们视作导致糖尿病胰岛B细胞功能障碍的主要因素。而H2S可以减少高糖诱导的COX-2的蛋白表达，其机制可能与其抑制NF-κB的活性有关，硫化氢可通过降低内皮细胞内COX-2的表达，对血管炎症反应进行抑制，从而减缓了糖尿病血管内皮病变的速度[20，25]。

2.3 硫化氢调控通路抑制高糖诱导的血管内皮细胞凋亡 还有一些研究证实H2S可通过调控通路抑制高糖诱导的血管内皮细胞凋亡。Janus激酶/信号转导及转录激活因子 （Janus kinase/signal transducer and activator of transceiption，JAK/STAT）通路是细胞信号转导的重要通路之一，该通路可介导高糖引起人脐静脉内皮细胞的多种损伤，而外源性H2S能抑制高糖对内皮细胞JAK/STAT通路的激活，从而保护内皮细胞[26]。其次，内皮细胞受到高糖刺激之后，会大大减少沉默信息调节因子1（Sirt1）的表达。对Sirt1的表达进行阻断，可诱导细胞衰老的发生，若Sirt1过度表达则会对细胞衰老起到抑制作用。H2S可以通过Sirt1/eNOS/NO信号通路，上调Sirt1的表达，促进eNOS蛋白的合成，提高NO含量，从而对因高糖诱导的内皮细胞衰老起到抑制[27]。

另外有学者已在动物实验中证实，H2S在缺氧条件下能够通过 VEGF/VEGFR2通道，PI3-KAkt-survivin途径以及ATP/p38/HSP27途径促进大鼠大脑毛细血管内皮细胞增殖和迁徙，对抗内皮细胞的凋亡。还有学者发现在缺血性损伤条件下，在血管新生的效应产生的过程中，如果将NaHS作用于人脐静脉内皮细胞，将产生促血管新生作用，主要是由于在NaHS作用之下，细胞内部miR-640大量减少的缘故，因为过度表达的miR-640会阻断H2S的促血管新生效应。另一方面，通过进行双萤光素酶实验可以发现在miR-640的基因序列中存在者一个直接靶向基因HIF1A。在正常的氧浓度环境下，H2S可以提升HIF1A的蛋白水平和转录活性，而降低HIF1A阻断H2S的促血管新生作用。而进一步的联合实验表明，H2S通过KDR/mTOR/miR－640/HIF1A途径促进血管内皮细胞新生[28]。但在高糖诱导下的内皮损伤，当下针对H2S经部分通路保护血管内皮细胞的报道并不多，相关报道仍较少，后期还需更深入的研究。

以往人们都将H2S视作有毒气体，若超出内环境生理浓度时，H2S会产生细胞毒性作用，从而导致细胞或组织出现坏死。不过，在生理浓度范围内的H2S可起到保护神经与血管的作用。越来越多的证据表明H2S在糖尿病血管内皮保护中发挥重要作用。近些年，很多学者都参与到H2S内源性地产生、细胞效应的分子机制及其病理生理学意义的研究中，但是，目前关于H2S在糖尿病及其血管并发症中的作用及机制还所知甚少，细胞内具体的信号传导途径以及其生物学功能尚未完全明确。另外，H2S在糖尿病及其血管并发症的细胞模型或动物模型上产生的有益效应是否在糖尿病患者身上同样有效，仍需要进一步的研究和探讨。总而言之，随着对H2S在糖尿病及其并发症发病机制中的作用研究越来越深入，新型H2S供体的开发也取得良好进展，将为今后抗糖尿病新药设计和糖尿病及其并发症的防治，提供了更加开阔的思路。