硫化氢/酶胱硫醚-γ-裂解酶体系、肾素-血管紧张素系统与高血压

刘亚楠 黄宇玲 杨秀红

华北理工大学基础医学院 河北唐山 063210；①附属医院

近年来研究表明，硫化氢(hydrogen sulfide，H2S)与其合成的酶胱硫醚-r-裂解酶(cys- tathionine-γ-lyase，CSE)作为一个整体(H2S/CSE体系)，参与了高血压发病，但具体机制尚不清楚。肾素-血管紧张素(renin-angiotensin system，RAS)系统是体内重要的血压调控系统。本文就H2S/CSE体系、RAS系统及两者在高血压方面的研究进展作一综述。

1 H2S/CSE体系

1.1H2S的生物学特性 H2S是一种具有臭鸡蛋气味的气体，以往人们一直致力于其毒性作用的研究。 直到20世纪90年代中期，众多H2S的研究者们才发现内源性H2S与NO、CO相似，具有多种生物学功能，参与机体多种病理生理过程。

1.1.1H2S的来源与合成酶的分布 在哺乳动物体内，H2S的主要来源是以L型半胱氨酸为底物，在胱硫醚-β-合成酶(cystathionine-β-synthase，CBS)、胱硫醚-γ- 裂解酶(cystathionine -γ-lyase，CSE) 和3-硫基丙酮酸转硫酶 (3-mercapto-sulfurtransferase，3-MST) 的催化作用下生成，作为终产物的H2S对这些酶有负反馈调节作用[1]。少量H2S来源于非酶途径产生，在糖的氧化中由元素硫到H2S。极少部分H2S来源于肠道菌丛。CSE主要存在于心脏中，对维持正常的心脏功能很重要，其分布于心肌组织和肺动脉、主动脉、肠系膜动脉、尾动脉以及门静脉等血管组织，在血管组织中主要表达于血管平滑肌细胞及内皮细胞，在心血管系统中H2S的生成主要靠CSE的活性调节，由此构成H2S/CSE体系[2]。CBS主要分布于肝脏、胰腺、肾脏、大脑和肺部，在神经系统中CBS为产生H2S的关键酶。3-MST在体内含量较少，在心血管(线粒体)、脑、红细胞、、肝脏、肾脏中均有表达。红细胞内源性H2S的产生主要依赖3-MST的作用。

1.1.2H2S的性质与代谢 H2S具有分子小，水溶性好，能迅速透过生物膜；低浓度时产生生物效应，高浓度时产生毒性作用；无需受体启动细胞内信号等生物学性质。H2S在体内以H2S分子形式或H+和HS-离子形式存在，两种形式在体内维持动态平衡。生理条件下，内源性H2S极难在体内积聚产生细胞毒性，由于H2S可通过氧化或甲基化代谢生成硫酸盐、硫代硫酸盐或甲硫醚、甲硫醇等毒性较低的产物，但是这些产物在24小时内可从肾脏、肠道和肺排出体外[3]。

1.1.3H2S的作用机制 H2S主要通过开放ATP敏感钾通道(ATP sensitive potassium channel， KATP)发挥生理学作用。在心血管系统中，H2S作用于血管平滑肌的KATP通道，使血管平滑肌细胞膜超极化，抑制Ca2+内流，进而舒张血管平滑肌。此外相关基础研究发现H2S可能通过多条细胞内信号通路发挥多种生物学效应，如H2S通过细胞丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-actived protein kinase，MAPK)途径抑制血管平滑肌细胞增殖；通过核转录因子-κB(nuclear factor-κB，NF-κB)通路发挥抗炎效应；通过磷酸酰肌醇3-激酶/丝氨酸苏氨酸蛋白激酶(phosphatidylinositol 3-kinase/serine/threonine protein kinase，PI3K/AKt)信号转导途径促进内皮细胞迁移、增殖等。

1.2H2S/CSE体系与高血压 H2S作为一种气体介质，在心血管系统中具有舒张和降压作用。动物研究发现自发性高血压大鼠和肾血管性高血压大鼠血浆H2S的浓度明显降低，且CSE基因的表达和蛋白活性都受到抑制，提示高血压大鼠体内H2S/CSE体系下调[2]。CSE基因敲除小鼠血压升高，通过体内H2S给药可降低血压。临床研究也发现，初诊的原发性高血压患者血浆H2S浓度与血压呈负相关。儿童高血压患者血浆H2S亦有显著下降[4]。以上研究提示H2S是维持基础血压的一个重要因素[5]，H2S/CSE体系下调参与高血压发病。

H2S的血管舒张和细胞保护功能使其成为治疗高血压及与之相关的心血管病的候选药物[6]。在实验模型中使用H2S时，经常使用可溶性硫化物盐，如NaHS和Na2S，另一种方法是输送H2S气体或缓释H2S供体。NaHS治疗可减轻高血压性心脏病。补充NaHS可以通过抑制氧化应激，下调氧化酶，上调抗氧化酶改善肾血管性高血压内皮功能障碍[2]。高盐饮食可降低盐敏性高血压大鼠内源性H2S含量，抑制肾组织中CBS的表达[7]。然而，H2S供体可以抑制盐敏性高血压，逆转主动脉结构重构，抑制盐敏性高血压大鼠肾组织RAS系统的激活。在自发性高血压大鼠模型中早期使用Na2S治疗可增加肾脏H2S浓度，恢复NO生物利用度，阻断肾脏中的RAS，有利于血管舒张，预防高血压的发生[8]。

1.3H2S/CSE体系与高血压血管重塑 高血压血管重塑是导致心、脑、肾等靶器官损害的重要病理基础，主要表现为平滑肌细胞增殖、肥大及迁移、内皮细胞功能障碍和细胞外基质胶原增加等。近年研究发现H2S/CSE体系参与了高血压血管重塑，可能机制如下：

1.3.1H2S/CSE体系改善血管内皮功能 内皮功能不全是高血压血管重塑发生发展的启动因素，H2S在血管内皮功能维持中起着非常重要的作用。H2S对血管的舒张作用依赖于完整的血管内皮，一方面通过直接兴奋KATP通道使细胞膜出现超极化引起血管舒张，另一方面通过内皮细胞增加对钾离子的电导而实现舒张血管。H2S对血管内皮细胞功能的保护机制可能是通过抑制细胞凋亡、抑制内皮细胞炎症分子的表达、促进血管内皮细胞的增殖等发生作用的[9]。此外，H2S对内皮细胞的保护与其降低氧自由基和抗氧化作用有关。

1.3.2H2S/CSE体系抑制平滑肌细胞增殖、诱导平滑肌细胞凋亡 血管平滑肌细胞的异常增殖，是高血压发病的重要病理环节。Yang[10]等研究发现CSE基因缺陷的小鼠血管平滑肌细胞异常增殖，提出CSE的表达水平对血管平滑肌细胞来说是一个重要的调节因素，增加内源性H2S产生能抑制平滑肌细胞的增殖。体外实验发现H2S能通过MAPK信号途径剂量依赖性抑制平滑肌细胞增殖，主要是上调细胞外信号调节激酶和细胞周期蛋白依赖性激酶抑制蛋白p21Cip/WAK-1 的磷酸化水平[11]。除此之外，研究者还发现H2S通过下调凋亡抑制因子及核转录因子水平，最终激活效应因子含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶而促进平滑肌细胞凋亡[12]。

1.3.3H2S/CSE体系抑制细胞外基质胶原的增加 胶原过度积聚也是高血压血管重塑的主要病理过程之一。有研究报道[13]内源性H2S可能通过调节基质金属蛋白酶(matrix metallo proteinases，MMPs) /组织型金属蛋白酶抑制物(tissue inhibitor of metalloproteinases，TIMP)表达，增加血管壁胶原成分的降解，减少胶原含量及细胞外基质胶原的沉积，从而缓解血管重塑。另有研究报道外源性补充H2S能减少自发性高血压大鼠主动脉中羟脯氨酸的生成和Ⅰ型胶原的含量[14]。

2 RAS系统

RAS系统是相互作用又相互调节的激素与受体系统，在人类高血压形成中起着关键的作用[15]。近年随着局部组织RAS系统和RAS系统新成员如血管紧张素转化酶2(angiotensin converting enzyme 2，ACE2)、血管紧张素(angiotensin)17等的发现和深入研究，让人们对RAS系统又有了更新的认识。

2.1RAS系统的构成、分布和功能

2.1.1肾素或肾素原-肾素原受体-MAP激酶 ERK1/2轴(prorenin/PRR/MAP kinases ERK 1/2 axis) 肾素(renin，REN)是一种糖基化的单链蛋白水解酶，主要来源于肾脏近球细胞，在肾外一些组织器官如子宫、胎盘、肾上腺、心脏等也能生成少量类肾素物质。肾素由肾素原在内肽酶的作用下脱去43个氨基酸后成为肾素，经过肾静脉进入血液循环，然后作用于它的特殊底物血管紧张素原[16]。近年研究发现肾素和肾素原的作用机制可以不依赖于AngII的产生，而是通过肾素原受体(pre-renin receptor，PRR)介导进行[17]。PRR广泛分布于心脏、脑和胎盘，在肝脏和肾脏也发现低水平的PRR。PRR与肾素或肾素原结合主要激活MAPK/ ERK1/2发挥血管收缩、蛋白合成、细胞增殖和抑制细胞凋亡等病理生理作用，即形成肾素或肾素原-肾素原受体-MAP激酶 ERK1/2轴[18]。

2.1.2经典的肾素-血管紧张素转换酶-血管紧张素II-血管紧张素受体1轴(renin/ACE/Ang II/ AT1 receptor axis) 血管紧张素原(angiotensinogen，AGT)为肾素作用的底物，是一种球状糖蛋白，主要由肝脏合成，脑、免疫系统和肾脏等组织器官也能少量合成。AGT除在肾素、血管紧张素转换酶(angiotensin converting enzyme，ACE)作用下，生成血管紧张素II(AngII)外，还可通过组织蛋白酶转化为AngII，即非肾素转化途径。

细胞内AngII的发现打破了以往AngII只存在于循环之中的认识，为RAS的旁分泌和胞分泌提供了理论根据[19]。AngIII是AngII在氨基肽酶A或N的作用下分解形成。AngII和AngIII均具有明显的生理效应，二者均作用于血管紧张素1受体(AT1R)和血管紧张素2受体(AT2R)，但主要通过AT1R发挥作用。AngII和AngIII除可被靶细胞摄取外，主要为血浆中血管紧张素分解酶所灭活。由于AngIII的代谢清除率是AngII的5倍，因此在RAS系统中AngII起主导作用[20]。

ACE是一种含锌蛋白酶，主要由肺脏产生，还存在于肝、肾、脑、眼球、小肠、胎盘等组织器官中。ACE除了将无活性AngI转化为有很强血管收缩活性的AngII之外，还可以灭活有血管扩张效应的缓激肽[21]。

血管紧张素受体分为AT1-4R4种类型，目前了解较多的是AT1R和AT2R。AT1R主要表达于心脏、动脉、肾上腺、肾脏，而AT2R主要在胎儿中表达，成熟的组织中只在肾上腺髓质、子宫、卵巢、血管内皮及大脑的特定区域有高密度表达[22]。

AT1R和AT2R虽然属于相同的受体家族，但其介导的生物活性却显著不同。AngII几乎所有的生物学效应均是由AT1R介导，促进细胞增生迁移、增加细胞外基质沉积、收缩血管、促炎、促氧化应激、血栓形成及等效应，由此构成了经典的ACE/AngII/AT1R轴[23]。而AT2R所介导的生物学效应主要是发挥舒张血管，抗增生、抗血栓，诱导凋亡及产生一氧化氮( NO)等效应。也就是说，AT2R介导的生物效应与AT1R所介导的相反，两者处于动态平衡之中[24]。

2.1.3血管紧张素转换酶2-血管紧张素(1～7)-Mas受体轴 (ACE2/Ang (1～7)/Mas receptor axis) ACE2与ACE为同源物，是一种羧肽酶，主要分布于肾脏、心脏、睾丸、结肠和肺部等组织[25]。AngI和AngII是ACE2的作用底物。ACE2可以水解AngI生成Ang(1-9)，还可以水解AngII产生Ang(1～7)，水解AngII产生Ang(1～7)是ACE2主要生物学功能，是其水解AngI的400倍。说明在RAS系统中，ACE和ACE2之间的平衡决定着AngII的水平[26]。

Ang(1～9)是生成Ang(1～7)的前体，在ACE或其他肽酶的作用下生成Ang(1～7)[27]，其生物学效应为抑制ACE生成AngII，降低AngII水平，以及增加花生四烯酸和NO的释放。此外，通过AT2R，Ang(1～9)能拮抗由AngII介导的心肌细胞肥大信号通路。

Ang(1～7)是RAS系统的新成员，来源于3种底物：AngI、AngII和Ang(1～9)。ACE2是Ang(1～7)生成的限速酶。Mas受体是Ang(1～7)的受体，是由Mas原癌基因编码的G蛋白偶联受体。Ang(1～7)具有拮抗AngII、舒张血管、降低机体血压、抑制心肌重塑、改善内皮功能、抗细胞增殖等作用，这些作用(部分)由Mas受体介导，形成了ACE2/Ang(1～7)/MasR轴[28]。

2.1.4血管紧张素IV-血管紧张素受体4- IRAP轴(Ang IV/AT4/IRAP axis) 血管紧张素IV(AngIV)主要在肾脏内由AngII或AngIII在氨基肽酶A和N的作用下水解生成，其受体为胰岛素调控氨基肽酶受体(inshulin-regulated aminopeptidase，IRAP)，又称AT4/IRAP[29]。IRAP 是一种2型完整的跨膜蛋白，其与氨基肽酶M1家族和胰岛素效应细胞葡萄糖转运体相联系。

AngIV与AT4/IRAP结合除促进肾脏近端小管摄取和转运葡萄糖外，还与经典的ACE/AngII/AT1R激活的信号转导途径相互作用，产生收缩肾血管、升高血压，调节心肌纤维、内皮细胞和血管平滑肌细胞的生长等多种心血管效应[30]。

2.2RAS系统与高血压 现有大量研究证实，在调控血压方面RAS系统主要依赖于以下2条轴：一是具有促血管收缩、升高血压作用的经典ACE/AngII/AT1受体轴，二是血管舒张、降低血压作用的ACE2/Ang(1～7)/Mas受体轴。二者的作用相互拮抗、相互制约。

在经典ACE/AngII/AT1受体轴中，AngII是该轴主要的效应分子。首先，AngII有强烈的缩血管作用，可通过刺激肾上腺皮质球状带，促使醛固酮分泌，导致钠水潴留，血压升高[31]；其次，AngII增加去甲肾上腺素的释放通过刺激交感神经节，提高交感神经递质和特异性受体的活性，使血压升高[32]；再次，AngII还可通过氧化激活和炎症反应诱导高血压的发生，并能反馈性地抑制肾脏分泌肾素和刺激肾脏分泌前列腺素，调整血压水平[33]。

在ACE2/Ang(1～7)/Mas受体轴中，Ang (1～7)是该轴主要的活性产物。首先，Ang (1～7)通过刺激Mas、激活AT2R，促进前列腺素、缓激肽和一氧化氮的释放，改善血管内皮功能发挥降压作用[34]；其次，Ang (1～7)可促进下丘脑垂体后叶释放降压物质，降低血压；再次，Ang (1～7)可能抑制钠在肾小管上皮细胞转运通过磷脂酶A2途径，同时促进前列环素2的生成，增加细胞膜通透性，排钠利尿，使血压下降[35]。

2.3RAS系统与高血压血管重塑 在高血压血管重塑过程中，经典ACE/AngII/AT1R轴与ACE2/Ang(1～7)/MasR轴分别表现出不同的活性，经典轴促进血管重塑，致病性作用提高，非经典轴抑制血管重塑，保护性作用降低。

2.3.1经典ACE/AngII/AT1R轴与血管重塑 大量研究证实AngII在高血压血管重塑中起着重要作用。首先，AngII导致血管内皮功能不全启动血管重塑，其机制可能是多方面的[36,37]：AngII促进内皮细胞分泌内皮素和组织型纤溶酶原激活抑制物；AngII诱导各种炎症因子和粘附分子的表达；AngII促进活性氧(reactive oxygen species，ROS)的生成和抑制NO的产生等；其次，AngII刺激血管平滑肌增生、肥大参与高血压血管重塑。有研究报道在培养液中放入AngII可使自发性高血压大鼠的平滑肌细胞增殖，应用ACE抑制剂可有效地抑制平滑肌细胞增殖和逆转血管肥厚；再次，AngII通过刺激结缔组织生长因子等生长因子、炎症因子的表达刺激胶原纤维增生以及细胞外基质沉积，加速血管平滑肌的生长发育，促进血管重塑的形成。此外，AngII还能通过激活基质金属蛋白酶降解细胞外基质，通过AT1R激活细胞外信号调节激酶1/2和p38丝裂原活化蛋白激酶，增加I型胶原的合成等共同促进血管重塑。

2.3.2ACE2/Ang(1～7)/MasR轴与血管重塑 新近研究发现，ACE2/Ang(1～7)/MasR轴可以逆转AngII所致血管重塑作用,其功效是通过ACE2主要的生物活性产物Ang(1～7)调控实现的。Ang(1～7)是能对抗AngII作用的最强的舒血管活性物质之一，对血管重构的影响除主要拮抗AngII的生物学效应外，还能改善血管内皮功能和抑制血管平滑肌细胞增殖。Ang(1～7)能通过MasR途径诱导内皮型一氧化氮合酶活化，保护血管内皮功能[38]；还能通过缓激肽B2受体介导抑制人脐静脉内皮细胞的损伤和凋亡[39]。Bas[33]等通过对球囊损伤颈动脉SD大鼠模型连续静脉滴注Ang(1～7)12天后，血管新生内膜和中膜细胞DNA的合成，主要是平滑肌细胞DNA的合成显著减少，说明在体平滑肌细胞的增殖受到Ang(1～7)的抑制。Ang( 1～7)还能通过促进前列环素2释放调控环状核苷酸(cyclic Adenosine monophosphate，cAMP)生成，激活依赖cAMP的蛋白激酶并抑制MAPK的活性从而减少血管损伤后血管平滑肌细胞的增殖，逆转血管重塑。

2.4H2S/CSE体系与RAS系统的关系 关于H2S/CSE体系与RAS系统的关系，目前国内外研究报道甚少，但在高血压的不同方面研究中均可见两系统有一定的关联，具体机制有待于深入探讨。

Lu[40]等研究发现外源性给予肾血管性高血压大鼠NaHS(H2S供体)，结果发现大鼠血浆肾素的活性和AngII的水平明显降低，且肾素mRNA 和蛋白水平也明显下调，由此推测H2S减轻肾血管性高血压可能通过减少肾素的合成和释放来抑制肾素的活性，原因是由于H2S能抑制腺苷酸环化酶，从而下调肾小球旁细胞环磷酸腺苷的表达，抑制了肾素的释放[41]。应用NaHS可减轻AngII诱导的高血压性心脏病，心肌肥厚程度、组织纤维化程度、促纤维化基因表达及氧化应激水平均显著降低[42]。AngII和转化生长因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)可以诱导肾小管上皮间质转化导致肾硬化，给予NaHS后AngII和TGF-β的肾小管上皮间质转化作用被破坏，TGF-β活性降低[43]。应用NaHS还可上调颈动脉ACE2的表达，促进AngII转化为Ang(1～7)，显著降低动脉粥样硬化的严重程度[44]。

H2S具有和金属蛋白中的金属离子(如铜离子、锌离子)结合的特性。ACE是一种含有锌离子的蛋白酶，近年来有研究发现H2S可以与ACE活性中心的锌离子结合，从而抑制ACE的活性，且这种抑制作用与剂量有依赖关系，因此H2S能发挥舒张血管的作用通过减少AngII的生成，抑制缓激肽的降解[45]。但也有人持相反意见，认为H2S不影响ACE的活性。

Zhao[46]等研究发现H2S能显著抑制AngII诱导的平滑肌细胞合成和分泌胶原，进一步抑制血管重塑而抗高血压形成。另有研究H2S能下调AngII的AT1受体蛋白表达进而减轻两肾一夹模型大鼠的心肌重构。

更值得关注的是，氯沙坦的活性代谢产物-EXP3174，一种血管紧张素受体拮抗剂，可以释放H2S，其不仅阻断AngII受体产生抗高血压作用，也通过释放的H2S发挥舒血管、抗血小板聚集和心脏保护抗高血压[47]。

随着对RAS系统研究和认识的不断深入，一些针对RAS为靶点的药物研究为高血压病的治疗提供了更多的选择。ACE2可通过Ang(1～7)产生舒张血管活性和抗增生作用，提供了一个抗衡的AngII系统，因此ACE2的发现开创了RAS系统研究的新领域，有望成为未来高血压防治的一个新靶点。此外肾素抑制剂、(前)肾素受体阻断剂、AT2受体激动剂和多靶点药物联合的固定配方制剂也为防治高血压及其靶器官损伤提供新的思路和方向。

探索H2S/CSE体系在高血压发病机制中的作用，寻求新的高血压治疗途径，正是人们深入研究H2S/CSE体系的意义所在。目前关于H2S的临床研究很少，因此进行H2S的临床研究和将其应用于临床，是当前及以后研究的崭新课题。H2S/CSE体系与 RAS 系统相互作用的深入研究对于开发出H2S治疗的新领域，尤其对研发出新一代的抗高血压药物来说无疑是起到了一种推进作用。