外源性硫化氫對(duì)糖尿病心肌病保護(hù)作用機(jī)制的研究進(jìn)展

易登良，曾奇虎，范忠才

(西南醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院，四川瀘州646000)

關(guān)鍵字：糖尿病心肌病；硫化氫；氧化應(yīng)激；自噬；炎癥反應(yīng)

糖尿病是以慢性高血糖為特征的代謝性疾病，長(zhǎng)期的高血糖可引起心肌廣泛代謝障礙，主要表現(xiàn)為心肌的肥厚及纖維化，繼而出現(xiàn)心臟舒縮功能障礙，稱之為糖尿病心肌病(DCM)，是糖尿病常見且嚴(yán)重的并發(fā)癥之一，給患者家庭及社會(huì)帶來了巨大挑戰(zhàn)。硫化氫(H2S)是一種無色、有臭雞蛋味的內(nèi)源性氣體信號(hào)分子，在心肌細(xì)胞可通過胱硫醚-γ-裂解酶(CSE)作用于L-半胱氨酸產(chǎn)生。研究發(fā)現(xiàn)，在DCM大鼠模型血液中H2S水平顯著降低[1]，CSE蛋白活性及表達(dá)水平明顯下降，而激活CSE蛋白可減輕DCM的心肌損傷[2]。此外，大量研究表明外源性H2S可顯著改善DCM心肌間質(zhì)纖維化，改善心臟舒縮功能，對(duì)DCM有一定的保護(hù)作用[3]。本文就近年來H2S對(duì)DCM心肌保護(hù)作用機(jī)制的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 氧化應(yīng)激通路

氧化應(yīng)激是指機(jī)體細(xì)胞在受到各種內(nèi)外環(huán)境刺激后，致使細(xì)胞內(nèi)活性氧類(ROS)生成過多，超過機(jī)體內(nèi)抗氧化的代償能力，從而導(dǎo)致氧化與抗氧化系統(tǒng)之間的失衡，引起體內(nèi)氧自由基的蓄積，造成機(jī)體組織及細(xì)胞損傷的過程。其中DCM發(fā)病的中心環(huán)節(jié)即是高糖環(huán)境使線粒體呼吸鏈的氧自由基生成過多，導(dǎo)致細(xì)胞中氧化應(yīng)激加劇、內(nèi)皮細(xì)胞功能紊亂、血管收縮和心肌微循環(huán)功能下降。通過對(duì)DCM患者血清的檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)8-羥基脫氧鳥苷水平顯著增高，且隨著心功能不全的嚴(yán)重程度而升高[4]；同樣地，DCM動(dòng)物模型中其心肌細(xì)胞內(nèi)ROS水平亦明顯增高，氧化應(yīng)激反應(yīng)增強(qiáng)[5]，均提示氧化應(yīng)激在DCM進(jìn)程中發(fā)揮了重要作用。

楊銳等[6]研究發(fā)現(xiàn)，DCM大鼠心肌組織中脂質(zhì)過氧化物丙二醛含量增加，抗氧化酶超氧化物歧化酶(SOD)和谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)的活性明顯降低，且使用外源性H2S干預(yù)后丙二醛含量下降，而SOD及GSH-Px的活性顯著升高，心肌超微結(jié)構(gòu)損傷得到明顯改善，推測(cè)H2S對(duì)DCM大鼠的保護(hù)作用機(jī)制可能為提高心肌細(xì)胞中抗氧化酶活性，抑制ROS和脂質(zhì)過氧化物酶生成，減輕氧化應(yīng)激損傷。研究表明，外源性H2S可以抑制高糖所致的原代心肌細(xì)胞和H9c2心肌細(xì)胞株中p38絲裂原活化蛋白激酶和ERK1/2信號(hào)通路，下調(diào)線粒體NADPH氧化酶4(NOX4)，從而阻止線粒體細(xì)胞色素c釋放，保護(hù)線粒體功能，減少ROS的生成，改善高糖導(dǎo)致的氧化應(yīng)激對(duì)心肌細(xì)胞損傷作用[7，8]。Zheng等[9]研究發(fā)現(xiàn)，在DCM大鼠模型中使用H2S或其供體GYY4137同樣可以激活ERK1/2信號(hào)通路，下調(diào)線粒體NOX4的表達(dá)，保護(hù)糖尿病心肌損傷。以上均表明，外源性H2S可能通過影響氧化應(yīng)激機(jī)制而保護(hù)DCM的心臟功能。

2 細(xì)胞自噬通路

細(xì)胞自噬是機(jī)體吞噬自身細(xì)胞器或細(xì)胞質(zhì)蛋白并使其包被入囊泡，與溶酶體結(jié)合形成自噬溶酶體，降解所包裹的內(nèi)容物的過程，以胞質(zhì)中出現(xiàn)雙層膜結(jié)構(gòu)的自噬體為主要特征，其對(duì)清除受損或不需要的細(xì)胞器、蛋白質(zhì)和脂質(zhì)聚集至關(guān)重要。通常所說的自噬即指巨自噬，主要包括雷帕霉素靶蛋白(mTOR)信號(hào)通路及Ⅲ型磷酸磷脂酰肌醇激酶(ClassⅢ PI3K)-Beclin1信號(hào)通路，其中哺乳動(dòng)物細(xì)胞自噬泡的形成過程還與Atg12結(jié)合和LC3修飾這兩條泛素樣修飾過程息息相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，自噬小體的積累參與了各種因素造成的心肌受損的病理過程，如慢性心衰、心肌肥大和擴(kuò)張性心肌病、缺血再灌注損傷等，而自噬的下調(diào)在用鏈脲霉素誘導(dǎo)的1型糖尿病小鼠模型中被報(bào)道，其在DCM中的病理作用也逐漸受到關(guān)注[10]。

徐群[11]通過對(duì)AC16人心肌細(xì)胞干預(yù)發(fā)現(xiàn)，糖尿病心肌病組較正常對(duì)照組相比Bax蛋白、P62蛋白顯著上調(diào)，而LC3-Ⅱ/Ⅰ和Beclin-1水平降低，表明糖尿病心肌損傷與心肌細(xì)胞自噬水平的降低和凋亡的增加密切相關(guān)，而使用外源性H2S可激活心肌細(xì)胞自噬，以改善高糖引起的心肌損傷，此外進(jìn)一步加用自噬抑制劑Bafilomycin A1則發(fā)現(xiàn)，其可以抵消外源性H2S介導(dǎo)的心肌保護(hù)作用。同樣發(fā)現(xiàn)在DCM大鼠中，早期心肌內(nèi)自噬水平被顯著抑制，同時(shí)伴有心室重構(gòu)及舒張功能障礙，而使用外源性H2S干預(yù)后可上調(diào)自噬相關(guān)因子Agt5和LC3-Ⅱ/Ⅰ的蛋白表達(dá)水平，明顯改善心功能，由此認(rèn)為外源性H2S保護(hù)DCM心功能與上調(diào)心肌自噬、抑制凋亡相關(guān)。

AMP依賴的蛋白激酶(AMPK)是mTOR上游區(qū)域的活化區(qū)，激活A(yù)MPK可抑制mTOR，從而上調(diào)自噬。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)外源性H2S可以上調(diào)AMPK磷酸化水平抑制mTOR，激活自噬，對(duì)抗高糖所致心肌損傷，且其作用與直接使用AMPK激活劑ARCAR效應(yīng)類似；而外源性H2S聯(lián)用AMPK抑制劑Ara-A則會(huì)抵消H2S的心肌保護(hù)作用，證實(shí)了外源性H2S可以通過AMPK/mTOR信號(hào)通路激活自噬改善高糖所致心肌損傷[12]。同樣地，Yang等[13]研究發(fā)現(xiàn)，外源性H2S在DCM動(dòng)物模型中也能通過AMPK/mTOR信號(hào)通路激活自噬對(duì)抗DCM所致心肌損傷。

此外，泛素化與自噬緊密相關(guān)。研究表明，Kelch樣環(huán)氧氯丙烷相關(guān)蛋白1(Keap-1)在泛素調(diào)節(jié)的蛋白降解中發(fā)揮了重要作用。Wu等[14]研究發(fā)現(xiàn)，H2S可以通過上調(diào)Keap-1的表達(dá)調(diào)節(jié)泛素化，以激活自噬，減輕糖尿病的心肌損害。

3 炎癥反應(yīng)通路

炎癥反應(yīng)是指在各種因素的刺激下導(dǎo)致體內(nèi)IL-1β、NF-κB等相關(guān)炎癥因子的釋放，引起組織細(xì)胞損傷的過程。多項(xiàng)研究表明，炎癥反應(yīng)在DCM發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用；已發(fā)現(xiàn)STZ誘導(dǎo)的高糖血癥大鼠，其血清及心臟中存在多種炎癥細(xì)胞因子表達(dá)上調(diào)[15]。研究發(fā)現(xiàn)，DCM心肌細(xì)胞核內(nèi)p-NF-κB p65的累積顯著增加[16]，NF-κB活化時(shí)間顯著延長(zhǎng)，而NF-κB活化可促進(jìn)動(dòng)物發(fā)展為DCM。p38分裂原激活的蛋白激酶(MAPK)是MAPK家族中調(diào)控炎癥反應(yīng)最關(guān)鍵的因素，宋冰等[17]實(shí)驗(yàn)顯示糖尿病組與正常對(duì)照組相比p38 MAPK、NF-κB p65 mRNA表達(dá)明顯增加，心肌間質(zhì)明顯纖維化；而使用H2S干預(yù)組心肌纖維化明顯改善，p38 MAPK及NF-κB p65 mRNA表達(dá)水平顯著減少，由此可推測(cè)外源性H2S可能通過調(diào)節(jié)p38 MAPK和NF-κB p65介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)改善糖尿病小鼠心肌纖維化。同樣，Xu等[18]研究也發(fā)現(xiàn)，外源性H2S改善DCM心功能可能通過抑制NF-κB和IL-1β炎癥因子的激活實(shí)現(xiàn)。

炎癥小體對(duì)炎癥因子的成熟、分泌起到了重要作用。目前， NOD樣受體家族3(NLRP3)炎癥小體的研究最為深入，多種外源性和內(nèi)源性刺激物均可激活NLRP3炎癥小體。高糖可導(dǎo)致H9c2心肌細(xì)胞內(nèi)NLRP3炎癥小體激活，使下游炎癥因子IL-1β和IL-18升高，而H2S可通過減少NLRP3、pro-Caspase-1、Caspase-1以及IL-1β等的表達(dá)，改善心肌炎癥狀態(tài)、細(xì)胞凋亡，從而改善心肌纖維化和保護(hù)心臟功能[15]。

4 其他相關(guān)通路

4.1 Janus激酶/信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活子(JAK/STAT)信號(hào)通路 JAK/STAT信號(hào)通路是機(jī)體重要信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路之一，而JAK2/STAT3通路在進(jìn)化上高度保守，對(duì)炎癥反應(yīng)具有重要的調(diào)控作用。炎性因子IL-1β、IL-6和TNF-α與JAK2/STAT3通路存在一種惡性循環(huán)的環(huán)路調(diào)節(jié)機(jī)制，研究發(fā)現(xiàn)H2S干預(yù)組與對(duì)照組相比心肌組織中Ⅰ型、Ⅲ型膠原蛋白、p-STAT3、p-JAK2和炎性因子IL-1β、IL-6、TNF-α的表達(dá)顯著降低；因此，推測(cè)H2S可能通過下調(diào)JAK2/STAT3通路和相關(guān)炎性因子的表達(dá)，來減輕DCM心肌間質(zhì)纖維化[3]。

4.2 基質(zhì)金屬蛋白酶家族(MMPs)通路 心肌組織中高表達(dá)的MMP-2隸屬于MMPs的一種亞型，能有效降解心肌細(xì)胞外基質(zhì)，是心肌抗纖維化的重要組成部分；而基質(zhì)金屬蛋白酶抑制劑(TIMPs)可以通過功能區(qū)中的半胱氨酸殘基與MMPs活性中心的鋅離子結(jié)合，使得具有活性的MMPs失活。而外源性H2S干預(yù)組存在MMP-2表達(dá)上調(diào)，TIMP-2表達(dá)下調(diào)，MMP-2/TIMP-2比值顯著升高。因此，H2S可能通過上調(diào)MMP-2、下調(diào)TIMP-2的表達(dá)來改善糖尿病大鼠的心肌纖維化程度[19]。

4.3 Nampt-SirT3-CPT/LCAD通路 孫宇等[20]研究發(fā)現(xiàn)，H2S可通過調(diào)控Nampt-SirT3-CPT/LCAD乙酰化水平，減輕由STZ誘導(dǎo)的糖尿病大鼠心肌纖維化，改善心臟結(jié)構(gòu)與功能。此外也有研究發(fā)現(xiàn)，H2S可以通過抑制心肌組織內(nèi)的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激標(biāo)記物C/EBP同源蛋白、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激伴侶蛋白葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白78等的表達(dá)，調(diào)控Caspase-12下傳的凋亡信號(hào)，對(duì)抗心肌細(xì)胞凋亡。

綜上所述，H2S對(duì)DCM心臟功能的改善發(fā)揮了重要的作用，已研究的相關(guān)機(jī)制氧化應(yīng)激、細(xì)胞自噬、炎癥反應(yīng)等在其發(fā)生發(fā)展中起了重要作用，但其相互交錯(cuò)，相互影響，具體作用機(jī)制仍不明確；因此H2S對(duì)DCM心臟的影響仍然需要進(jìn)一步研究。