硫化氫抑制糖尿病血管內(nèi)皮細胞損傷的研究進展＊

柯娩英 ，楊治芳 ，劉鴻濱

(1、江西省撫州市第一人民醫(yī)院，撫州 344000；2、南昌大學第一附屬醫(yī)院，南昌 330006；3、南昌大學江西醫(yī)學院研究生部，南昌330006)

近些年來，我國經(jīng)濟快速增長，人們生活質(zhì)量顯著提升，人口呈現(xiàn)老齡化趨勢，我國糖尿病的患病率正逐年提升。糖尿病是一種常見的代謝性疾病，由多種病因引起，重要特征是高血糖，長期糖尿病可引起多系統(tǒng)器官的慢性并發(fā)癥，如動脈硬化、冠心病、高血壓、糖尿病腎病、糖尿病足等，嚴重危害著生命[1]。血管內(nèi)皮損傷是糖尿病血管病變的病理基礎(chǔ)和始動環(huán)節(jié)[2]，因此保護血管內(nèi)皮細胞對于預防糖尿病血管病變有著重要意義[3]。繼一氧化氮(NO)和一氧化碳(CO)之后，硫化氫(hydrogen sulfide，H2S)是第三類內(nèi)源性氣體信號分子，也是近來研究的熱點。越來越多的研究證實H2S能激活內(nèi)皮細胞ATP敏感鉀通道調(diào)節(jié)血管緊張度、減弱內(nèi)皮細胞與白細胞間的黏附、降低內(nèi)皮細胞氧化應激狀態(tài)，抑制炎癥反應，維持血管內(nèi)皮細胞等功能。因此H2S在神經(jīng)系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、泌尿系統(tǒng)、運動系統(tǒng)、視覺及生殖系統(tǒng)均有重要的保護效應[4-8]。本文對當前關(guān)于H2S抑制高糖誘導的血管內(nèi)皮細胞損傷的相關(guān)研究進行綜述。

1 硫化氫的特性

硫化氫(hydrogen sulfide，H2S)是一種有毒的氣體，該氣體具有無色、易燃、水溶性佳以及散發(fā)腐爛雞蛋味的特征。但是，自2002年以來，學者們證實了H2S在體內(nèi)具有多種的生理作用，如增強興奮性谷氨酸NMDA受體活動、調(diào)節(jié)與學習記憶有關(guān)的長時程增強（LTP）、調(diào)節(jié)小膠質(zhì)細胞的鈣內(nèi)穩(wěn)態(tài)、舒張血管平滑肌、激活ATP敏感鉀（KATP）通道[9]等。哺乳動物內(nèi)幾乎所有的器官、組織、細胞都能合成和釋放內(nèi)源性H2S。在大鼠和人的血漿中H2S含量約為 25-65μmol/L和 25-80μmol/L。 H2S在人體內(nèi)部進行合成的過程中，首先是在半胱氨酸的基礎(chǔ)之上，通過胱硫醚-β-合成酶(cystathionineβ-synthase，CBS)、胱硫醚-γ-裂解酶(systathionineγ -lyase，CSE)、 半 胱 氨 酸 轉(zhuǎn) 移 酶 (systeine aminotransferase，CAT)和 3-丙酮酸巰基轉(zhuǎn)硫酶(mercaptopyruvate sulfurtransferase，3-MST) 等多種酶的相關(guān)促進作用下發(fā)生合成反應的。其中CSE和CBS兩種尤為重要，因為其對應控制的是人體心血管系統(tǒng)和大腦與神經(jīng)系統(tǒng)中H2S合成的酶促反應[7]。H2S 與一氧化氮（NO）和一氧化碳（CO）一道組成氣體信號分子家族（gaseous signaling molecule family），根據(jù)這幾種氣體信號分子被發(fā)現(xiàn)的次序，H2S被稱為第3種內(nèi)源性氣體信號分子或氣體遞質(zhì)（gasotransmitter）[10]。人體內(nèi)的 H2S共有 2種存在方式，分別是硫氫化鈉 (NaHS)形式與氣體形式，NaHS可在人體內(nèi)解離成鈉離子與硫氫根離子，硫氫根離子與氫離子結(jié)合生成H2S[11]。越來越多的研究證實，內(nèi)源性或外源性H2S在抗高血壓、抗休克、保護心肌缺血損傷等方面起到十分關(guān)鍵的作用[8，12]。血管內(nèi)皮細胞（VECS）糖尿病的嚴重程度與血管內(nèi)皮損傷和功能障礙的程度密切相關(guān)。近些年來，經(jīng)過多項研究得知，糖尿病患者在患病前期就已經(jīng)出現(xiàn)了血管內(nèi)皮損傷[13]。糖尿病血管內(nèi)皮具有復雜的損傷機制。高血糖可直接引發(fā)血管內(nèi)皮細胞的死亡，除此之外也可導致血管內(nèi)皮細胞出現(xiàn)炎癥，若患者長期患有高血糖會導致體內(nèi)出現(xiàn)氧化應激反應等，上述都可引發(fā)血管內(nèi)皮損傷[14]。

2 硫化氫抑制高糖誘導的血管內(nèi)皮細胞損傷的機制

2.1 硫化氫抑制高糖誘導的血管內(nèi)皮細胞氧化應激 血管內(nèi)皮細胞損傷主要因氧化應激引起。人在缺氧、高糖以及高氧的情況下，體內(nèi)的抗氧化作用與促氧化作用的平衡被打破，轉(zhuǎn)向促氧化發(fā)展，從而造成體內(nèi)組織與細胞損傷[15]。促氧化作用的實現(xiàn)需要依靠各類氧化劑，其中最關(guān)鍵的氧化劑為活性氧(reactive oxygen species，ROS)。高糖可介導血管內(nèi)皮細胞線粒體過渡產(chǎn)生ROS，從而引起氧化應激而損傷細胞[14]。高糖還能促進生成胞內(nèi)高級糖基化終產(chǎn)物(AGEs)，在血管內(nèi)皮細胞方面，新增的AGEs與其受體結(jié)合后可促進生成ROS，因而導致患者出現(xiàn)多種病理性改變[16]。另外有研究發(fā)現(xiàn)，在內(nèi)皮細胞出現(xiàn)衰老的過程之中，高糖的作用極大的提高了主導衰老過程的β半乳糖苷酶染色(SA-β-Gal)陽性細胞的數(shù)量，并且進一步將血漿纖溶酶原激活物抑制劑1(PAL-1)的抑制效果加強，與此同時，出現(xiàn)數(shù)量顯著提高的還有脂質(zhì)過氧化物丙二醛(MDA)，而對其起到氧化作用的氧自由基又因為超氧化物歧化酶1(SOD1)的活性較弱而出現(xiàn)相應效果的減弱[17]。已有動物研究表明，對糖尿病動物給予外源性H2S，發(fā)現(xiàn)其能夠通過線粒體保護以及抗氧化等作用來抑制氧化應激，從而降低糖尿病機體的內(nèi)皮細胞的損傷幾率[18]。目前我國已經(jīng)學者通過相關(guān)研究證明H2S可通過抑制氧化應激，降低MDA含量，并上調(diào)SOD1的表達，從而對因高糖引發(fā)的內(nèi)皮細胞衰老起到抑制[19]。

2.2 硫化氫抑制高糖誘導的血管內(nèi)皮細胞炎性反應 炎性反應也是血管內(nèi)皮損傷的重要機制。血管內(nèi)皮細胞分泌生長因子、炎性因子、血管活性因子以調(diào)節(jié)細胞的生長、炎癥反應及血管緊張度。高糖可促進血管內(nèi)皮細胞過渡分泌炎性因子，從而引發(fā)炎癥反應。表現(xiàn)為細胞核轉(zhuǎn)錄因子-κB（NF-κB）、細胞間黏附分子-1(ICAM-1)、單核細胞趨化蛋白-1、腫瘤壞死因子-α（TNF-α）、白細胞介素-6（IL-6）等炎癥相關(guān)因子的過渡表達，從而促進內(nèi)皮細胞的凋亡[20]。目前已有動物實驗研究表明外源性H2S可降低高糖誘導的小鼠頸動脈內(nèi)皮細胞ICAM-1 mRNA的水平及其蛋白的表達，抑制白細胞的黏附、浸潤[21]。H2S還可下調(diào)肺動脈NF-κB、ICAM-1、單核細胞趨化蛋白-1、IL-6等炎癥相關(guān)因子的表達發(fā)揮其減輕內(nèi)皮細胞損傷的作用[22]。近來其他的研究表明NF-κB家族中重要的一個亞單位NF-κB P65在調(diào)控炎癥反應及細胞衰老中具有重要的作用，NF-κB P65不但在衰老組織或細胞中NF-κB P65活性明顯增加，而且抑制它的活性可以進一步延緩衰老進程，而隨之進一步的研究發(fā)現(xiàn)H2S可對NF-κB P65的活化起到明顯抑制，從而緩解了高糖誘導的內(nèi)皮細胞衰老[23，24]。此外有相關(guān)研究證明，高糖毒性可導致內(nèi)皮細胞功能出現(xiàn)紊亂，這對于血管炎癥發(fā)展至關(guān)重要，這也是引發(fā)糖尿病血管內(nèi)皮損傷的關(guān)鍵因素。主要表現(xiàn)為血管內(nèi)皮細胞表達的環(huán)氧化酶-2(cyclooxygenase-2，COX-2)提升，環(huán)氧化酶-2可對花生四烯酸起到催化作用，從而生成血栓烷素A，血管炎癥反應的前期反應即為血栓烷素A介導的內(nèi)皮細胞與血小板的黏附。此外，COX-2催化產(chǎn)生的炎性代謝產(chǎn)物被人們視作導致糖尿病胰島B細胞功能障礙的主要因素。而H2S可以減少高糖誘導的COX-2的蛋白表達，其機制可能與其抑制NF-κB的活性有關(guān)，硫化氫可通過降低內(nèi)皮細胞內(nèi)COX-2的表達，對血管炎癥反應進行抑制，從而減緩了糖尿病血管內(nèi)皮病變的速度[20，25]。

2.3 硫化氫調(diào)控通路抑制高糖誘導的血管內(nèi)皮細胞凋亡 還有一些研究證實H2S可通過調(diào)控通路抑制高糖誘導的血管內(nèi)皮細胞凋亡。Janus激酶/信號轉(zhuǎn)導及轉(zhuǎn)錄激活因子 （Janus kinase/signal transducer and activator of transceiption，JAK/STAT）通路是細胞信號轉(zhuǎn)導的重要通路之一，該通路可介導高糖引起人臍靜脈內(nèi)皮細胞的多種損傷，而外源性H2S能抑制高糖對內(nèi)皮細胞JAK/STAT通路的激活，從而保護內(nèi)皮細胞[26]。其次，內(nèi)皮細胞受到高糖刺激之后，會大大減少沉默信息調(diào)節(jié)因子1（Sirt1）的表達。對Sirt1的表達進行阻斷，可誘導細胞衰老的發(fā)生，若Sirt1過度表達則會對細胞衰老起到抑制作用。H2S可以通過Sirt1/eNOS/NO信號通路，上調(diào)Sirt1的表達，促進eNOS蛋白的合成，提高NO含量，從而對因高糖誘導的內(nèi)皮細胞衰老起到抑制[27]。

另外有學者已在動物實驗中證實，H2S在缺氧條件下能夠通過 VEGF/VEGFR2通道，PI3-KAkt-survivin途徑以及ATP/p38/HSP27途徑促進大鼠大腦毛細血管內(nèi)皮細胞增殖和遷徙，對抗內(nèi)皮細胞的凋亡。還有學者發(fā)現(xiàn)在缺血性損傷條件下，在血管新生的效應產(chǎn)生的過程中，如果將NaHS作用于人臍靜脈內(nèi)皮細胞，將產(chǎn)生促血管新生作用，主要是由于在NaHS作用之下，細胞內(nèi)部miR-640大量減少的緣故，因為過度表達的miR-640會阻斷H2S的促血管新生效應。另一方面，通過進行雙螢光素酶實驗可以發(fā)現(xiàn)在miR-640的基因序列中存在者一個直接靶向基因HIF1A。在正常的氧濃度環(huán)境下，H2S可以提升HIF1A的蛋白水平和轉(zhuǎn)錄活性，而降低HIF1A阻斷H2S的促血管新生作用。而進一步的聯(lián)合實驗表明，H2S通過KDR/mTOR/miR－640/HIF1A途徑促進血管內(nèi)皮細胞新生[28]。但在高糖誘導下的內(nèi)皮損傷，當下針對H2S經(jīng)部分通路保護血管內(nèi)皮細胞的報道并不多，相關(guān)報道仍較少，后期還需更深入的研究。

以往人們都將H2S視作有毒氣體，若超出內(nèi)環(huán)境生理濃度時，H2S會產(chǎn)生細胞毒性作用，從而導致細胞或組織出現(xiàn)壞死。不過，在生理濃度范圍內(nèi)的H2S可起到保護神經(jīng)與血管的作用。越來越多的證據(jù)表明H2S在糖尿病血管內(nèi)皮保護中發(fā)揮重要作用。近些年，很多學者都參與到H2S內(nèi)源性地產(chǎn)生、細胞效應的分子機制及其病理生理學意義的研究中，但是，目前關(guān)于H2S在糖尿病及其血管并發(fā)癥中的作用及機制還所知甚少，細胞內(nèi)具體的信號傳導途徑以及其生物學功能尚未完全明確。另外，H2S在糖尿病及其血管并發(fā)癥的細胞模型或動物模型上產(chǎn)生的有益效應是否在糖尿病患者身上同樣有效，仍需要進一步的研究和探討。總而言之，隨著對H2S在糖尿病及其并發(fā)癥發(fā)病機制中的作用研究越來越深入，新型H2S供體的開發(fā)也取得良好進展，將為今后抗糖尿病新藥設(shè)計和糖尿病及其并發(fā)癥的防治，提供了更加開闊的思路。