心血管疾病中硫化氫/胱硫醚 裂解酶系統與一氧化氮/一氧化氮合酶系統的相互作用研究進展

李峰杰，李貽奎

（中國中醫科學院西苑醫院基礎醫學研究所·中藥藥理北京市重點實驗室，北京100091）

心血管疾病中硫化氫/胱硫醚 裂解酶系統與一氧化氮/一氧化氮合酶系統的相互作用研究進展

李峰杰，李貽奎

（中國中醫科學院西苑醫院基礎醫學研究所·中藥藥理北京市重點實驗室，北京100091）

一氧化氮（NO）和硫化氫（H2S）是人體內非常重要的2種氣體信號分子，兩者在心血管系統生理病理進程中均發揮著重要的調節作用。隨著研究的不斷深入，發現NO和H2S 2種氣體信號之間的相互作用在心血管疾病發生發展中起著重要的介導和調節作用。該文對心血管疾病中NO和H2S兩種氣體信號分子系統之間的相互作用進行了總結和闡述，旨在為更深入研究心血管疾病的發病機制和研發潛在的防治心血管疾病藥物提供參考。

一氧化氮；硫化氫；胱硫醚 裂解酶；一氧化氮合酶；心血管疾病

一氧化氮（NO）是近年來發現的具有顯著心血管調節功能、在心血管疾病發生發展中起著重要作用的氣體信號分子；一氧化氮合酶（NOS）是一氧化氮的合成酶，其活性及基因多態性的改變影響著心血管疾病的發生、發展［1］，NO/NOS系統在心血管系統的病理生理過程中發揮著重要作用。硫化氫（H2S）是繼NO和一氧化碳（CO）之后發現的又一新型氣體信號分子，在心血管系統中發揮重要的病理生理作用；胱硫醚γ裂解酶（CSE）的表達與活性直接影響內源性H2S的生產，進而對心血管疾病的發生、發展產生影響。隨著心血管疾病病理生理機制的不斷被闡明，氣體信號分子之間的相互作用成為該領域普遍關注的重要問題［2］。在此對一氧化氮合酶/一氧化氮（NO/NOS）和胱硫醚γ裂解酶/硫化氫系統（H2S/CSE）2大氣體信號分子系統的相互作用進行了歸納總結，旨在明確氣體信號分子間的相互調節系統，以深入了解心血管系統疾病的病理生理變化。

1　NO/NOS系統

1.1簡介

NO是心血管系統中重要的氣體信號傳遞分子，是相對穩定的通過細胞膜擴散的氣體自由基［3］。人體內的NO是由3種不同的一氧化氮合酶合成，分別為神經型一氧化氮合酶（nNOS）、內皮型一氧化氮合酶（eNOS）、誘導型一氧化氮合酶（iNOS）。前2種又稱為結構性NOS（cNOS），活性不強，且其催化生成的NO量較少，是Ca2+和鈣調蛋白依賴性的酶，主要存在于內皮細胞和神經細胞；iNOS在內毒素脂多糖（LPS）和/或細胞因子誘導下生成，是Ca2+和鈣調蛋白非依賴性酶，存在于心肌細胞、血管平滑肌細胞、內皮細胞及炎癥細胞、成纖維細胞中。iNOS催化生成的NO比eNOS的多。

1.2心血管調節作用

NO/NOS系統在心血管疾病中發揮著重要的調節作用。不同來源的NOS對心臟具有不同的調節作用。eNOS來源的NO在心力衰竭中發揮有益作用，有研究就eNOS過度表達的eNOS轉基因小鼠心肌梗死后左室重構情況進行了探討，結果顯示，同野生型小鼠相比，eNOS轉基因小鼠冠脈結扎后左室收縮功能和舒張功能改善，左室肥厚和心肌肥厚減輕［4］。iNOS對于心臟的影響頗有爭議，一般認為，來源于iNOS的NO可促進心衰的發生發展［5-6］。鄭斌等［7］通過對應用選擇性iNOS抑制劑（SMT）治療心肌梗死大鼠進行觀察，結果發現，SMT可減輕心室擴張，減輕心室質量，改善心功能。有研究認為，諸如氧自由基等細胞的微環境影響了iNOS的不同調節作用，白細胞中的iNOS對心肌細胞有細胞毒作用，會導致心功能障礙；而來源于心肌細胞的iNOS則對心肌細胞有保護作用［8］。

此外，在動脈粥樣硬化、高血壓、病毒性心肌炎等疾病中，NO/NOS系統也發揮著重要的調節作用。Behr-Roussel D等［9］的研究結果顯示，喂養兔子高膽固醇飲食24周后，與對照組比較，給予iNOS抑制劑的處理組動脈內膜中膜厚度比下降，表明iNOS具有致動脈粥樣硬化作用。有研究結果顯示，長期給予自發性高血壓大鼠氨基胍（選擇性iNOS抑制劑）可延緩自發性高血壓大鼠高血壓的發展［10］。Li YC等［11］的研究結果顯示，伊伐布雷定和卡維地洛可通過抑制iNOS表達從而減少心肌炎癥、壞死和纖維化，進而有效減慢病毒性心肌炎小鼠的心率。

NO在心血管疾病中是起保護作用還是有害作用，與NOS的類型、NO產生的量及機體的氧化應激狀態有關，但研究結果尚不一致，有待進一步研究以闡明［5］。

2　H2S/CSE系統

2.1簡介

在哺乳動物體內，內源性H2S主要通過酶系統或非酶系統2個途徑產生。其中，通過酶系統產生的H2S，主要依靠CSE、胱硫醚-β-合酶（CBS）和3-巰基丙酮酸硫基轉移酶（3-MST）3種酶的協調作用。其中，CSE主要表達于心血管系統［12-13］，且是心血管組織內唯一催化H2S生成的酶［14］。

2.2心血管調節作用

心腦血管系統的穩態及發病機制與H2S/CSE系統的平衡密切相關［15］。諸多研究結果顯示，H2S/CSE系統在心肌缺血、心肌缺血-再灌注等疾病的病理生理過程中發揮著重要的保護心肌缺血損傷作用。

Geng B等［16-17］研究表明，H2S/CSE系統參與大鼠缺血性心肌損傷的病理生理過程，外源性給予H2S供體可通過拮抗氧化應激機制拮抗心肌細胞的損傷。謝巍［18］通過對內源性H2S/CSE通路是否介導缺血后處理對大鼠心肌缺血-再灌注損傷的拮抗作用進行研究，結果顯示，缺血后處理可致心肌H2S/CSE水平上升，CSE抑制劑PAG能降低缺血后處理對心肌缺血-再灌注損傷的拮抗作用，內源性H2S/CSE可介導缺血后處理對心肌缺血-再灌注損傷的拮抗作用。劉芳等［19］就H2S/CSE體系在大鼠急性心肌缺血中的變化及對心功能的影響進行研究，結果顯示，大鼠急性心肌缺血時H2S/CSE體系可能參與急性心肌缺血的病理生理過程，給予外源性H2S可明顯減輕急性缺血所致的心肌損傷，改善心功能，起到心肌保護作用。張楠［20］就硫化氫對離體大鼠心臟急性心肌缺血損傷后線粒體功能的影響進行研究，結果顯示，NaHS可使H2S生成增加，CSE活性增強，明顯縮小心肌梗死體積，明顯減輕心肌缺血組織損傷。丁艷艷［21］通過對急性心肌缺血大鼠內源性H2S/CSE體系的變化進行研究，結果顯示，大鼠缺血3 h至12 h時均存在組織損傷，內源性H2S含量和CSE活性均明顯降低。提示H2S/CSE體系可能參與急性心肌缺血的病理生理過程。

此外，H2S/CSE系統對于動脈粥樣硬化、高血壓等心血管系統疾病也具有一定的保護作用。王燕飛等［22］研究的結果顯示，給予外源性H2S供體硫氫化鈉可使Apo E-/-小鼠主動脈根部粥樣斑塊明顯縮小，而使用炔丙基甘氨酸（PPG）抑制CSE活性后，小鼠的血漿H2S水平下降，粥樣斑塊面積擴大［23］。有研究結果顯示，CSE基因敲除小鼠血漿、主動脈、心臟及其他組織H2S水平明顯下降，且CSE基因突變小鼠表現為明顯的高血壓［24］。

3　H2S/CSE系統與NO/NOS系統的相互作用

3.1NO/NOS與H2S/CSE系統的負性調節

在絕大多數實驗中，H2S/CSE和NO/NOS系統呈相互下調的作用［25］。NO與H2S均為體內重要的氣體信號分子，同時也均是擴張血管因子、抑制增殖因子［26］，且2者在心血管系統中發揮著相似的調節作用。這種氣體分子間的負性調節關系使機體在病理狀態下達到新的平衡狀態，避免機體趨于惡化［27］。

NO/NOS系統抑制H2S/CSE系統：張清友等［28］就內源性NO對低氧性肺動脈高壓大鼠肺動脈H2S/CSE體系的調節作用進行探討，結果顯示，在低氧性肺動脈高壓大鼠中，內源性NO對肺動脈H2S/CSE體系呈抑制作用。楊惠蓮等［29］對外源性硫化氫對急進高原大鼠肺動脈壓的影響及其與氣體信號分子NO之間的相互作用進行研究，結果顯示，在高原性肺動脈高壓形成過程中H2S/CSE體系對NO/NOS體系起著制約作用。

H2S/CSE系統抑制NO/NOS系統：Hua W等［30］通過給予BALB/c小鼠外源性H2S供體硫氫化鈉，結果發現H2S能通過抑制iNOS表達進而產生保護小鼠心臟的作用。有研究發現，H2S和NaSH可劑量依賴性地激活細胞外信號調節激酶（ERK），進而誘導血紅素加氧酶1（HO-1）的表達，而HO-1表達的增強則能抑制iNOS的表達和NO的生成［31］。

H2S/CSE與NO/NOS系統相互負性調節：李榮娜等［27］通過研究H2S/CSE與NO/NOS系統在代謝綜合征（MS）大鼠心臟功能損傷中的作用及相互關系，發現H2S/CSE與NO/NOS系統在MS大鼠心臟中呈相互負性調節作用。張清友等［32］通過研究大鼠NO/NOS系統和H2S/CSE系統在低氧性肺動脈高壓發生機制中的作用及其相互關系，發現內源性NO/NOS系統與H2S/ CSE系統在低氧性肺動脈高壓中呈現相互的負性調節作用，它們既相互獨立，又以網絡調節的方式共同參與低氧性肺動脈高壓形成的調控機制。馬東明［33］通過研究NO和H2S在阿托伐他汀鈣抗動脈粥樣硬化中的作用，發現在動脈粥樣硬化病變大鼠使用阿托伐他汀鈣的過程中，當NO系統或H2S系統被阻斷后，另一者的含量呈代償性增加。陳長青等［34］研究了NO和H2S在大鼠心肌梗死中的相互作用，結果顯示，H2S和NO對大鼠心肌梗死均有保護作用，H2S-CSE系統和NO-eNOS系統在大鼠心肌梗死過程中呈相互下調的作用。

3.2NO/NOS與H2S/CSE系統的正性調節

僅少數研究表明，H2S/CSE系統和NO/NOS系統呈現相互上調的作用。

NO/NOS系統上調H2S/CSE系統：Hosoki R等［35］研究顯示，NO可直接增加平滑肌CSE的轉錄水平，上調CSE表達，進而增加H2S生成。NO調節內源性H2S水平，除了通過直接增強血管平滑肌上CSE活性，上調CSE活性；NO還可直接作用于CSE蛋白中亞硝基所含的自由的巰基［36］，從而增加CSE活性。

H2S/CSE系統上調NO/NOS系統：Jeong SO等［37］研究了H2S是否可通過刺激白細胞介素（IL）-1β進而影響大鼠血管平滑肌細胞中NO的產生，結果顯示，在IL-1β刺激大鼠血管平滑肌細胞中，H2S本身對NO生成無影響，但H2S能增加IL-1β誘導的NO生成，且這種作用是通過增強NF-κB的活性和iNOS的表達而實現的。

4　結語

H2S/CSE和NO/NOS系統之間存在著十分復雜的相互影響，并受到多種因素的調節，目前尚無完全一致的結論。

氣體信號分子NO在心血管疾病病理生理中的調節作用已得到醫學界普遍認同，H2S作為繼NO之后發現的又一重要信號分子，其在心血管疾病中的作用機制及其與NO的相互作用和機制尚未被完全闡明。對這些問題的深入研究將有助于我們更深入研究心血管疾病的發病機制和研發防治心血管疾病的潛在藥物。

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Research Progress of Interaction Between H2S/CSE and NO/NOS in Cardiovascular Diseases

Li Fengjie，Li Yikui
（Institute of Basic Medical Sciences，Xiyuan Hospital，China Academy of Chinese Medical Sciences·Beijing Key Laboratory of Pharmacology of Traditional Chinese Medicine，Beijing，China100091）

Nitric oxide（NO）and hydrogen sulfide（H2S）also are very important gaseous signal molecule in the human body，both play an important regulatory role in physiological and pathological of cardiovascular system.With the deepening research，we found that the interaction of NO and H2S plays an important role in mediating and regulating cardiovascular disease.In this paper，we summarize the interaction of NO and H2S in cardiovascular disease，aim to provide the reference for more in-depth studying in the pathogenesis of cardiovascular disease and development of potential drugs to cardiovascular disease prevention.

NO；H2S；NOS；CSE；cardiovascular disease

R363.2；R54

A

1006-4931（2016）15-0001-04

國家自然科學基金面上項目，項目編號：81573958。

李峰杰，男，博士研究生，助理研究員，研究方向為中藥藥理研究，（電子信箱）lfj1210@126.com；李貽奎，男，研究員，主任醫師，研究方向為中藥藥理研究，本文通訊作者，（電子信箱）lyikui@163.com。

（2016-05-01；

2016-06-29）