硫化氫在炎癥反應中的作用研究進展

饒春燕，樂湘華綜述，趙曉晏校審

（1.第三軍醫大學新橋醫院消化內科，重慶 400037；2.中國人民解放軍75556部隊，?？?571147）

硫化氫（H2S）對有機體的毒性早在300多年前即被人們發現，至今，它仍被認為是一種有毒的環境污染氣體，即使微小的劑量也能導致明顯的病理生理作用［1］。H2S是一種小分子質量脂溶性的氣體分子，可以自由滲透入細胞膜發揮生物效應，因此，其毒性作用范圍廣，可影響肺、腦、腎等多種器官功能［2］。

1 H2S的合成、代謝及生理作用

現在已經證實，哺乳動物體內可通過激活5′－磷酸吡哆醛依賴性酶:胱硫 醚－γ裂解酶（cystathionineγ－lyase，CSE，EC 4.4.1.1）和胱硫醚－β合成酶（cystathionineβ－synthase，CBS，EC 4.2.1.22），以L－半胱氨酸為底物生成 H2S［3］。H2S對這些酶也有負反饋調節作用，其他酶也能在體內合成少量H2S，但至今沒有更多的深入研究。大多數CBS存在于中樞神經系統中，而外周組織中CSE活性較高，尤其是肝、腎及血管。大鼠體內不同血管組織將外源性半胱氨酸合成H2S的能力分級為尾動脈大于主動脈，主動脈大于腸系膜動脈［4］。但是在血管組織中合成H2S的部位尚有爭議，有人認為是在內皮細胞，而有人卻認為是在平滑肌細胞。H2S是有效的血管擴張劑［3，5］。近年來越來越多的證據顯示，H2S有廣泛的病理生理作用，然而許多機制尚不十分清楚。例如:H2S使血管平滑肌細胞、胃腸道平滑肌細胞、心肌細胞、神經元及胰腺β細胞的K＋ATP通道處于開放狀態，從而調節血管、胃腸道、心肌收縮，神經傳遞和胰島素分泌［3，5］。在神經系統中，H2S通過提高 N－甲基－D－門冬氨酸（NMDA）受體對谷氨酸的敏感性來誘導海馬的長時程增強（LTP）［3，5］。此外，H2S能清除活性氮類物質（RNS）、過氧化亞硝酸鹽、氧自由基及脂類的過氧化反應，從而形成對心血管和神經系統的保護作用。H2S在體內可能有2種存在形式:1／3以氣體H2S形式存在，2／3以NaHS形式存在，大鼠和人的血漿中大約含有50μmol H2S。

H2S在體內是通過在線粒體內被氧化或在細胞質內甲基化而代謝，它也能被高鐵血紅蛋白［2，6］、含有二硫化物的分子（如被氧化的谷胱甘肽）［7］清除。某些酶也可使H2S與血紅蛋白結合生成S－血紅蛋白而從組織中清除，但H2S主要通過腎臟排出體外［6］。因此，平時所測到的血漿、組織中的H2S濃度低于內源性合成H2S的濃度。

2 H2S的促炎作用

迄今為止，很多學者通過局部水腫、胰腺炎、敗血癥等動物模型研究認為H2S在體內具有促炎作用。吸入大量H2S氣體可導致以支氣管肺泡內大量嗜酸性液體滲出為特征的肺水腫［8］。在角叉藻聚糖引起的爪子水腫模型中，水腫組織中可檢測到H2S的合成明顯增加，給予CSE抑制劑DL－炔丙基甘氨酸（DL－propargylycine，PAG）后可抑制爪子的水腫程度，但與劑量相關，同時還可降低組織中髓過氧化物酶（MPO）活性［9］。參與該反應的機制目前尚未明確，但可能與H2S引起的血管舒張作用有關。由雨蛙肽誘導的急性胰腺炎（AP）模型中，血漿H2S水平升高，預防性或治療性給予PAG可顯著降低血漿中H2S濃度、胰腺組織中CSEmRNA表達、胰腺和肺組織的損傷程度［10］、胰腺和肺組織中單核細胞趨化蛋白（MCP）－1、單核細胞炎性蛋白（MIP）－1α及 MIP－2表達水平［11］，同時還可檢測到血漿、胰腺及肺組織中p物質（SP）濃度、前速激肽原（PPT）－A mRNA及神經激肽－1受體（NK－1R）mRNA也明顯降低，可見在AP時，H2S可能會通過上調趨化因子的表達［11］或由SPNK－1R介導的通路發揮促炎作用［12］。用10－7M雨蛙肽在37℃環境溫度下體外孵育胰腺腺泡細胞60min后，以及給予外源性H2S載體100μM NaHS后可發現絲氨酸家族激酶（SFKs）磷酸化、IκBα降解、NF－κB結合力、ICAM－1及組織中MPO的活性均顯著增加，給予PAG或SFKs抑制劑PP2后，抑制了SFKs磷酸化、IκBα降解、NF－κB結合力、ICAM－1及組織中MPO的活性，而給予IκBα不可逆阻滯劑BAY11－7082后，NF－κB結合力及ICAM－1的表達降低，并且給予抗ICAM－1抗體后MPO活性降低，中性粒細胞轉移減少。因此，認為H2S可以通過SFKs－NF－κB－ICAM－1通路使 MPO活性升高、中性粒細胞移動增加，從而發揮著促炎作用［13］。

Hui等［14］第1次提出，盲腸結扎穿孔法（CLP）引起的大鼠敗血癥休克時組織產生H2S增多，后來研究也證實H2S在該模型中是一種炎癥介質［15］。CLP引起的敗血癥組與假手術組相比，血漿和組織中產生的H2S明顯增加，尤其是肝臟中CSE mRNA水平上調明顯；另一方面，預防性或治療性給予PAG能降低MPO活性和組織損傷程度。向大鼠體內注射NaHS可顯著加重敗血癥引起的系統性炎癥。Zhang等［16］認為H2S通過激活NF－κB上調炎癥介質的產生并加重炎癥反應。預防性或治療性給予PAG能明顯降低肺和肝中IL－1β、IL－6、TNF－α、MCP－1（CCL－2）、MIP－2（CXCL－1）mRNA及蛋白的表達水平，并減少核轉移、降低NF－κB的活性；抑制H2S的產生可降低肺組織滲出和血漿中ALT的水平；而向大鼠體內注射NaHS可明顯加重炎癥反應，增強NF－κB的活性。此外，NF－κB的阻滯劑BAY11－7082可抑制H2S引起的肺損傷。另一項研究通過活體顯微鏡觀察發現，敗血癥時預防性或治療性給予PAG后腸系膜小靜脈中白細胞滾動、黏附明顯減少，同時，肝、肺組織中黏附分子（ICAM－1，P－選擇蛋白和 E－選擇蛋白）mRNA和蛋白表達水平也降低了；給予NaHS可提高肺組織中黏附分子和中性粒細胞浸潤的水平，然而，這種變化可被BAY 11－7082逆轉；并且，H2S處理后的大鼠中性粒細胞中CXCR2的表達明顯上調，這導致 MIP－2直接遷移水平升高［17］。更近的研究表明，H2S在多種微生物引起的敗血癥時通過激活細胞外信號調節激酶——NF－κB通路調節炎癥反應。在CLP處理大鼠后4h，肝和肺組織中ERK1／2磷酸化活性、IκBα降解程度達到最大，且出現NF－κB；給予PAG抑制H2S的生成，降低了肝和肺組織中ERK1／2磷酸化活性、IκBα降解程度及NF－κB活性，減少細胞因子和趨化因子的產生，但是給予NaHS卻能進一步激活肝和肺中的ERK1／2，從而提高NF－κB的活性；給予MEK－1阻滯劑PD98059后不僅抑制NF－κB的激活，減少炎癥介質的大量產生，而且阻斷了NaHS引起的NF－κB激活擴大、炎癥因子、趨化因子產生增加的作用［18］。由脂多糖引起的內毒素血癥時也可觀察到H2S具有上述同樣的促炎作用［19］。

不僅在動物模型中，NaHS作用于IFN－γ處理的人單核細胞系 U937后，明顯增加 TNF－α、IL－1β及IL－6的表達，促進單核細胞表面CD11b表達，誘發IκBα快速降解并隨后激活NF－κBp65，而這種作用可被 NF－κB的特異性抑制劑 Bay11－7082減弱，可見H2S通過ERK－NF－κB信號通路激活人類單核細胞產生促炎因子［20］。

3 H2S的抗炎作用

白細胞黏附和血漿滲出是炎癥反應的重要標志。戴鴻雁等［21］研究氣體信號分子H2S在脂多糖誘導大鼠肺急性炎癥反應中的作用時發現，H2S具有明顯地抑制肺內中性粒細胞聚集、減輕LPS引起的肺水腫和肺毛細血管通透性增高等炎癥反應的作用，而且能有效地減少脂質過氧化物丙二醛（MDA）的產生，可見H2S在炎癥發生早期具有抗炎、抗氧化性損傷的作用。給予PAG抑制大鼠體內產生H2S，黏附于腸系膜小靜脈內皮細胞的白細胞明顯增加，PAG還能加劇角叉藻聚糖在大鼠氣囊中誘導的中性粒細胞浸潤和爪子水腫程度［22］。不僅如此，H2S供體（NaHS、Na2S）也可有效抑制促炎肽甲酰甲硫氨酸－亮氨酸－苯丙氨酸（FMLP）表面灌流大鼠腸系膜小靜脈引起的白細胞黏附［22］，而這種抑制效應可被K＋ATP通道阻斷劑格列本脲逆轉，提示H2S的抗炎作用可能與K＋ATP通道有關。

不僅如此，H2S還可通過調節細胞因子及趨化因子產生抗炎作用。H2S供體能抑制由阿司匹林引起的白細胞黏附及黏附分子（LFA－1、ICAM－1）在白細胞和內皮細胞的表達上調，但與劑量有關［23］。Li等［24］發現H2S供體能顯著減少中性粒細胞在肝、肺組織中的聚集。大鼠尾靜脈注射油酸誘導的急性肺損傷模型中，給予NaHS可增加PaO2水平，降低肺濕干比和多形核白細胞（PMN）浸潤，并減輕肺損傷程度；同時，降低血漿和肺組織中IL－6和IL－8水平，增加IL－10水平，因此認為H2S通過調節IL－6，IL－8和IL－10而起著抑制炎癥反應的作用［25］。用雞蛋清誘導的大鼠哮喘模型肺組織中 H2S濃度、CES活性及蛋白表達與正常肺組織相比明顯降低，而誘生型一氧化氮合酶（iNOS）蛋白表達和活性均增高；給予NaHS后氣道炎癥及重塑有所減輕，最大呼氣量（PEF）增加，杯型細胞增生及膠原沉著程度降低，支氣管肺泡灌洗液（BALF）中細胞總數、嗜酸性粒細胞及中性粒細胞均減少，肺組織中iNOS蛋白表達未見明顯變化，活性卻明顯下降［26］，可見H2S起著抗炎作用，該作用與iNOS活性減低有關。雨蛙肽誘導的AP可引起胰腺和肺組織中MPO活性明顯增強，預防性或治療性給予釋放H2S的二氯芬酸衍生物ACS15能顯著降低肺組織中MPO活性，但對胰腺中MPO沒有影響，形態學也顯示肺組織切片肺泡增厚及中性粒細胞浸潤程度明顯降低，胰腺組織切片也沒有明顯變化；但給以同樣劑量的二氯芬酸卻沒有上述變化，可見ACS15顯著減輕胰腺炎引起的相關肺損傷［27］的作用與H2S有關。釋放H2S的5－氨基水楊酸衍生物ATB－429也能減輕小鼠結腸炎模型中的白細胞滲出［28］。用雨蛙肽體外孵育胰腺腺泡細胞可發現蛋白激酶B（AKT）磷酸化減少、IκBα降解增加、NF－κB活性、TNF－α、IL－1β表達均升高，給予孵育后的胰腺腺泡細胞5μM NaHS后，可檢測到AKT磷酸化增加、IκBα降解減少、NF－κB活性、TNF－α、IL－1β表達均降低，而給予PI3K／AKT抑制劑LY294002后可發現外源性H2S的上述作用。因此證明，PI3K在NaHS處理后的腺泡細胞中起著負調節作用，以及 H2S通過 PI3K／AKT－NF－κB通路引起 TNF－α、IL－1β表達下降，從而起著抗炎作用［29］。

在缺血再灌注損傷動物模型中，給予NaHS可明顯降低組織損傷程度，減少再灌注組織中絲裂原活性蛋白激酶（MAPK）磷酸化，并激活NF－κB，降低Caspase－3活化水平［30－31］，減弱抗凋亡基因Bcl－2和NF－κB依賴蛋白（iNOS、COX2、ICAM－1）的表達［30］，PAG 則能加劇上述反應?？?見H2S可能通過MAPK－NF－κB信號通路起保護性作用，但該機制尚未在其他動物模型中證實。

總之，大量證據顯示內源性或外源性H2S均能產生廣泛的促炎或抗炎作用，可能是由于動物模型不同，各組織器官或細胞對H2S的反應不一，產生H2S的量及濃度不同，致使其產生的生物學效應不同。但H2S在全身多系統中的病理生理功能揭示了某些疾病未知的發病機制，并提出了新的治療途徑，具有廣闊的研究前景和應用價值。

［1］US National Research Council，Subcommittee on Hydrogen Sulfide，Division of Medical Sciences.Hydrogen Sulfide［M］.Baltimore MD:University Park Press，1979.

［2］Beauchamp RO，Bus JS，Popp JA，et al.A critical review of the literature on hydrogen sulfide toxicity［J］.CRC Crit Rev Toxicol，1984，13（1）:25－97.

［3］Moore PK，Bhatia M，Moochhala S.Hydrogen sulfide:from the smell of the past to the mediator of the future［J］.Trends Pharmacol Sci，2003，24（12）:609－611.

［4］Zhao W，Wang R.H2S－induced vasorelaxation and underlying cellular and molecular mechanisms［J］.Am J Physiol Heart Circ Physiol，2002，283（2）:H474－480.

［5］Bhatia M.Hydrogen sulfide as a vasodilator［J］.IUBMB Life，2005，57（9）:603－606.

［6］Wang R.The gasotransmitter role of hydrogen sulfide［J］.Antioxid Redox Signal，2003，5（4）:493－501.

［7］Smith RP，Abbanat RA.Protective effect of oxidized glutathione on acute sulfide poisoning［J］.Toxicol Appl Pharmacol，1966，9（2）:209－217.

［8］Lopez A，Prior MG，Reiffenstein RJ，et al.Peracute toxic effects of inhaled hydrogen sulfide and injected sodium hydrosulfide on the lungs of rats［J］.Fundam Appl Toxicol，1989，12（2）:367－373.

［9］Bhatia M，Sidhapuriwala J，Moochhala SM，et al.Hydrogen sulphide is a mediator of carrageenan－induced hindpaw oedema in the rat［J］.Br J Pharmacol，2005，145（2）:141－144.

［10］Bhatia M，Wong FL，Fu D，et al.Role of hydrogen sulfide in acute pancreatitis and associated lung injury［J］.FASEB J，2005，19（6）:623－625.

［11］Tamizhselvi R，Moore PK，Bhatia M.Inhibition of hydrogen sulfide synthesis attenuates chemokine production and protects mice against acute pancreatitis and associated lung injury［J］.Pancreas，2008，36（4）:24－31.

［12］Madhav B，Jenab S，Wei NG，et al.Pro－inflammatory effects of hydrogen sulphide on substance P in caerulein－induced acute pancreatitis［J］.J Cell Mol Med，2008，12（2）:580－590.

［13］Tamizhselvi R，Koh YH，Suna J，et al.Hydrogen sulfide induces ICAM－1expression and neutrophil adhesion to caerulein－treated pancreatic acinar cells through NF－κB and Src－family kinases pathway［J］.Exp Cell Res，2010，316（9）:1625－1636.

［14］Hui Y，Du J，Tang C，et al.Changes in arterial hydrogen sulfide（H2S）content during septic shock and endotoxic shock in rats［J］.J Infect，2003，47（2）:155－160.

［15］Zhang H，Zhi L，Moore PK，et al.Role of hydrogen sulfide in cecal ligation and puncture－induced sepsis in the mouse［J］.Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol，2006，290（6）:L1193－1201.

［16］Zhang H，Zhi L，Moochhala S，et al.Hydrogen sulfide acts as an inflammatory mediator in cecal ligation and puncture－induced sepsis in mice by upregulating the production of cytokines and chemokines via NF－kappaB［J］.Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol，2007，292（4）:L960－971.

［17］Zhang H，Zhi L，Moochhala SM，et al.Endogenous hydrogen sulfide regulates leukocyte trafficking in cecal ligation and puncture－induced sepsis［J］.J Leukoc Biol，2007，82（4）:894－905.

［18］Zhang H，Moochhala SM，Bhatia M.Endogenous hydrogen sulfide regulates inflammatory response by activating the ERK pathway in polymicrobial sepsis［J］.J Immunol，2008，181（6）:4320－4331.

［19］Li L，Bhatia M，Zhu YZ，et al.Hydrogen sulfide is a novel mediator of lipopolysaccharide－induced inflammation in the mouse［J］.FASEB J，2005，19（9）:1196－1198.

［20］Zhi L，Ang AD，Zhang H，et al.Hydrogen sulfide induces the synthesis of pro－inflammatory cytokines in human monocyte cell line U937via ERK－NF－κB pathway［J］.J Leuk Biol，2007，81（5）:1322－1332.

［21］戴鴻雁，凌亦凌，黃新莉，等.硫化氫在內毒素血癥大鼠動脈舒張反應性改變中的作用及其與一氧化氮的關系［J］.河北醫科大學學報，2004，25（6）:355.

［22］Renata C，Zanardo O，Brancaleone V，et al.Hydrogen sulfide is an endogenous modulator of leukocyte－mediated inflammation［J］.FASEB J，2006，20（12）:1411－1418.

［23］Fiorucci S，Antonelli E，Distrutti E，et al.Inhibition of hydrogen sulfide generation contributes to gastric injury caused by anti－inflammatory nonsteroidal drugs［J］.Gastroenterology，2005，129（4）:1210－1224.

［24］Li L，Rossoni G，Sparatore A，et al.Anti－inflammatory and gastrointestinal effects of a novel diclofenac derivative［J］.Free Radic Biol Med，2007，42（5），706－719.

［25］Li T，Zhao B，Wang C，et al.Regulatory effects of hydrogen sulfide on IL－6，IL－8and IL－10levels in the plasma and pulmonary tissue of rats with acute lung injury［J］.Exp Biol Med，2008，233（9）:1081－1087.

［26］Chen YH，Wu R，Geng B，et al.Endogenous hydrogen sulfide reduces airway inflammation and remodeling in a rat model of asthma［J］.Cytokine，2009，45（2）:117－123.

［27］Bhatia M，Sidhapuriwala JN，Sparatore A，et al.Treatment with H2S－releasing diclofenac protects mice against acute pancreatitis－associated lung injury［J］.Shock，2008，29（1）:84－88.

［28］Fiorucci S，Orlandi S，Mencarelli A，et al.Enhanced activity of a hydrogen sulphidereleasing derivative of mesalamine（ATB－429）in a mouse model of colitis［J］.Br J Pharmacol，2007，150（8），996－1002.

［29］Tamizhselvi R，Sun J，Koh YH，et al.Effect of hydrogen sulfide on the phosphatidylinositol 3－kinase－protein kinase B pathway and on caerulein－induced cytokine production in isolated mouse pancreatic acinar cells［J］.JPET，2009，329（3）:1166－1178.

［30］Tripatara P，Pate NSA，Collino M.Generation of endogenous hydrogen sulfide by cystathionine g－lyase limits renal ischemia／reperfusion injury and dysfunction［J］.Lab Invest，2008，88（10）:1038－1048.

［31］Kang K，Zhao MY，Jiang HC.Role of hydrogen sulfide in hepatic ischemia－reperfusion－Induced Injury In Rats［J］.Liver Transplantation，2009，15（10）:1306－1314.