硫化氢及其外源性供体对心血管疾病治疗潜力的研究进展

李甜甜，郭丽*，张书虎

(1佳木斯大学附属第一医院心血管内科，佳木斯 154002；2哈尔滨医科大学附属第二医院老年病科，哈尔滨 150086)

硫化氢(hydrogen sulfifide，H2S)是一种无色、有臭鸡蛋味的水溶性气体[1]，是继一氧化碳、一氧化氮后被发现的第3种重要的内源性气体信号分子[2,3]，主要由胱硫醚β-合成酶(cystathionine beta-synthase，CBS)、胱硫醚γ-裂解酶(cyst-athionine gamma-lyase，CSE)产生，也可在α-酮戊二酸存在下的情况下通过非依赖性3-巯基-丙酮酸硫转移酶(3-mercapto-pyruvate sulfate transferase，3-MST)或半胱氨酸氨基转移酶(cysteine aminotransferase，CAT)产生[4]。在人类心血管系统中，CSE是主要的H2S生成酶；而在大鼠冠状动脉中产生H2S的酶主要是3-MST。H2S可以在哺乳动物组织中合成，并能够在各种系统中自由穿过细胞膜而发挥多种生物效应[3]。目前大量研究报道了H2S在动脉粥样硬化、心脏重塑和心肌缺血/再灌注损伤中的治疗作用，其相关机制包括抗氧化、抑制细胞凋亡、促进血管生成、抗炎、调节离子通道等[5]，本文将重点讨论H2S及其外源性供体在动脉粥样硬化、心脏重塑、心力衰竭和心肌缺血/再灌注损伤中的治疗潜力。

1 动脉粥样硬化

动脉粥样硬化的病理基础为脂质代谢紊乱，动脉粥样硬化的发展涉及多种机制，包括内皮细胞损伤和功能障碍、炎症细胞聚集、泡沫细胞形成、平滑肌细胞增殖和迁移、钙化、纤维帽破裂和血栓形成等[6]。在CSE基因过表达的载脂蛋白E(apolipoprotein E，ApoE)敲除鼠的主动脉组织中，内源性H2S生成增加，动脉粥样硬化斑块变小，血脂降低，由此可知CSE基因的激活减轻了ApoE(-/-)鼠动脉粥样硬化的严重程度[7]。新型的外源性H2S供体GYY4137可通过降低主动脉细胞间黏附分子-1(intercellular cell adhesion molecule-1，ICAM-1)、肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)和血凝集素样氧化低密度脂蛋白受体1(lectin-like oxidized low density lipoprotein receptor-1，LOX-1)的表达，增加内皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase，eNOS)磷酸化来减轻ApoE(-/-)鼠主动脉粥样硬化斑块程度，改善主动脉内皮依赖性舒张功能[8]。硫氢化钠(sodiumhydrosulfide，NaHS)减轻动脉粥样硬化大鼠模型中动脉粥样硬化斑块的严重程度，降低内皮细胞内皮缩血管肽-1(endothelin-1，ET-1)的生成。H2S可通过半胱氨酸S-硫醇清除自由基并抑制氧化应激，发挥其细胞保护作用，从而抑制动脉粥样硬化[9, 10]。H2S还能够通过上调血浆中一氧化氮的水平来抑制小鼠动脉粥样硬化以及血管平滑肌细胞(vascular smooth muscle cells，VSMCs)的增殖和迁移。高脂饮食可显著降低动脉粥样硬化大鼠模型中血浆H2S和心钠素(atrial natriuretic peptide，ANP)水平，升高肾上腺髓质素(adreno-medullin，ADM)水平，而在采用NaHS治疗8周后，可逆转动脉粥样硬化大鼠模型中的上述变化[11]。H2S诱导谷胱甘肽过氧化物酶1的S-硫化反应，并通过促进谷胱甘肽合成进一步降低脂质过氧化作用和增强主动脉抗氧化防御能力[12]。在ApoE(-/-)鼠实验中，NaHS或GYY4137通过直接S-硫化作用减少动脉粥样硬化斑块面积，减轻巨噬细胞浸润和主动脉炎症，降低血浆脂质水平[13]。在振荡剪应力诱导的动脉粥样硬化模型中，CSE表达下调，而在应用NaHS后可通过激活内皮型eNOS，降低细胞间ICAM-1的表达，从而抑制振荡剪应力诱导的动脉粥样硬化。雌激素通过上调CSE的活性增加肝脏和血管中H2S的产生，从而抑制雌性小鼠的动脉粥样硬化[14]。

VSMCs在动脉粥样硬化和侵入性干预后再狭窄等疾病中起着重要作用。S-双氯芬酸是一种新的含有H2S的分子，可抑制VSMCs增殖，故其可能在血管损伤后再狭窄中起保护作用。有研究证明，在家兔中诱导动脉粥样硬化病变，并以类似于球囊血管成形术的方式对家兔进行治疗后再用NaHS进行处理，结果显示NaHS可显著抑制新生内膜中VSMCs的增殖，而在加入DL-脯氨酰甘氨酸后，VSMCs增殖明显。因此，H2S可减轻球囊血管成形术后内膜增生，抑制再狭窄的发生[15]。

2 心脏肥大和心力衰竭

心脏重塑是心脏大小、形状、结构和功能的渐进性病理变化，其特征在于进行性心脏肥大、心室扩张、心肌细胞纤维化、凋亡、血管功能障碍以及最终心力衰竭，预防或逆转心脏重塑是治疗心力衰竭的关键。心脏重塑机制复杂，受包括肾素-血管紧张素-醛固酮系统(renin-angiotensin-aldosterone system，RAAS)、自噬、凋亡、炎症、基质金属蛋白酶、转录和转录后修饰等在内的多种因素影响[16]。多项研究表明，H2S在心脏重塑过程中扮演重要角色。

2.1 H2S对肾素-血管紧张素受体激动剂所致心脏重构的影响

过度刺激β-肾上腺素能受体(β-adrenergic receptor，β-AR)，可在心肌细胞中产生肥大效应，并能够迅速降低内源性H2S水平。葡萄糖-6-磷酸脱氢酶(glucose-6-phosphate dehydrogenase，G-6-PD)是产生还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(nicotina-mide adenine dinucleotide phosphate，NADPH)的限速酶，H2S可使G-6-PD活性增强而抑制肾上腺素能受体过度刺激引起的心肌肥厚[17]。H2S能抑制异丙肾上腺素(isoprenaline，ISO)诱导的心肌重构，抑制心肌细胞凋亡。ZYZ-802是一种新合成的HS-NO杂合分子，可分解成H2S和一氧化氮，通过提高血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)和环鸟苷5′-单磷酸鸟苷水平来减轻ISO诱导的心力衰竭[18]。H2S还通过抑制肥大细胞浸润和肾素脱颗粒来抑制局部肾素水平，从而改善ISO诱导的心力衰竭。

2.2 H2S对压力超负荷所致心脏重塑的影响

Krüppel样因子5(Krüppel-like factor 5，KLF5)在心血管系统中发挥多种功能。在将小鼠KLF5基因敲除后可减轻其体内血管紧张素Ⅱ诱导的炎性血管反应和心肌肥厚[19]。GYY 4137通过特异性蛋白1的S-巯基化调节KLF5转录活性，抑制自发性高血压大鼠模型的心脏重构[20]。GYY 4137还抑制心肌成纤维细胞α-平滑肌肌动蛋白(alpha-smooth muscle actin，α-SMA)的表达，抑制高血压大鼠的心肌纤维化[21]。动物和人体研究表明，当左心室肥厚时，连接蛋白43(connexin 43，Cx43)表达的变化和间隙连接的破坏是心律失常发生和发展的基础。H2S通过降低心脏Ang-Ⅱ的活性和上调Cx43的表达，明显抑制腹主动脉缩窄引起的心肌肥厚和纤维化。CSE基因敲除小鼠经横主动脉缩窄手术后心肌肥厚明显加重，而CSE基因高表达的小鼠心肌肥厚则明显减轻。此外，H2S还通过扩张血管和影响细胞外胶原代谢而改善慢性心力衰竭大鼠的心功能。H2S可诱导基质金属蛋白-2(matrix metallopro-teinases-2，MMP-2)，从而增强VEGF的合成和血管生成，降低抗血管生成因子水平，并减轻压力超负荷小鼠心内纤维化和心脏重塑[22]。

2.3 H2S对缺血性损伤所致心脏重塑的影响

H2S通过抑制氧化应激、增加线粒体生物合成和减少细胞凋亡而改善缺血性心力衰竭[23]，对心肌梗死后左室肥厚有良好的抑制作用。S-炔丙基半胱氨酸(S-propargyl-cysteine，SSPRC)是一种新型的内源性H2S控释制剂，通过维持谷胱甘肽(gluta-thione,GSH)和超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)等抗氧化分子的水平，降低心力衰竭大鼠左冠状动脉阻塞风险[24]。

2.4 H2S对其他类型心脏重构的影响

在糖尿病性心肌病小鼠体内，H2S水平低于正常水平。H2S能够改善小鼠心肌的能量代谢，还可通过减少炎症、氧化应激和细胞凋亡来缓解病糖尿病性心肌病的发展。高同型半胱氨酸血症(hyperhomocysteinemia，HHcy)中同型半胱氨酸水平的升高是心脏病理重构的诱导因素。HHcy通过促进MEF2C-HDAC1复合物的形成，使肌细胞增强因子2c(myocyte enhancer factor 2c，MEF2C)失活，抑制心肌细胞miR-133a而引起心肌肥厚。H2S通过激活心肌细胞MEF2C和诱导miR-133a抑制心肌肥厚[25]。在被动吸烟建立的大鼠左室重构模型中可知，H2S能够通过磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B(phosphatidylinositol 3 kinase/protein kinase B，PI3K/AKT)依赖的核因子E2相关因子(nuclear factor E2 related factors，Nrf2)信号激活而产生抗氧化作用，从而降低心室重构[26]。NaHS通过K-通道和PI3K/AKT信号通路刺激大鼠心房钠尿肽的分泌，从而降低心房压力，减轻心力衰竭症状。

3 缺血/再灌注损伤

缺血性心脏病主要是由冠状动脉的动脉粥样硬化病变引起的心脏的供血减少，其中以心肌梗死最为严重，且死亡率较高。再灌注对改善缺血是必要的，但也会造成不可逆的心肌损伤。NaHS通过降低促炎细胞因子和诱导型eNOS、上调Akt/eNOS的表达来防止大鼠缺血/再灌注心脏损害[27]。NaHS通过热休克蛋白72的上调、磷酸化Akt和雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)的增加、线粒体通透性转换(mitochondria permeability transition，MPT)孔开口的抑制、心肌线粒体膜电位的增加、以及激活蛋白激酶C(protein kinase C，PKC)调节细胞内Ca2+超载来减少缺血/再灌注诱导的大鼠心脏梗死的面积。H2S通过增强糖原合酶激酶-3β(glycogen synthase kinase-3β，GSK-3β)磷酸化和提高β-catenin浓度抑制急性心肌梗死造成的细胞死亡[28]。GYY4137可通过增强PI3K/Akt信号，降低大鼠心肌梗死面积的大小，抑制氧化应激和炎性因子的释放，减轻细胞凋亡。线粒体特异性H2S供体AP39通过抑制线粒体通透性转换孔(mitochondrial permeability transition pore，MPTP)开启和线粒体活性氧(reactive oxygen species，ROS)产生，显著降低了大鼠心肌缺血/再灌注损伤引起的梗死面积[29]。

4 总结及展望

总之，H2S对动脉粥样硬化、心脏肥大、心力衰竭和心肌缺血具有重要的保护作用，其机制包括抑制氧化应激反应、恢复线粒体功能、调节自噬、抗凋亡以及增加血管生成等。然而，这些保护作用的证据主要来自动物和细胞模型，尚缺乏强有力的临床证据。H2S在全身自由循环，可在不同细胞间穿梭，并作用于各种细胞靶点，其作用并不局限于心血管，因此使用H2S供体需要考虑其对整体生理和病理的影响，以避免H2S在某些特殊情况下引起的不良反应。随着研究的不断深入，越来越多的富含H2S的天然产物或合成化合物将被用于心血管疾病的治疗，这些化合物在心血管疾病中具有药物治疗相关性，并有希望以可持续的方式刺激内源性H2S产生或释放生理浓度的H2S。H2S在心血管疾病中具有广阔的应用前景，但仍需进一步的基础及临床研究奠定其应用的理论和实践基础。