硫化氢对血管新生和伤口愈合的作用

沈 静（综述） 刘 芳（审校）

（上海交通大学附属第六人民医院内分泌代谢科－上海市糖尿病临床医学中心－上海市糖尿病研究所－上海市糖尿病重点实验室 上海 200233）

众所周知，硫化氢（hydrogen sulfide，H2S）是一种有臭鸡蛋气味的毒性气体。哺乳动物体内可合成H2S，内源性H2S来源于半胱氨酸代谢，通过依赖5′磷酸吡多醛的酶调节途径，包括胱硫醚－γ－裂解酶（cystathionine－γ－lyase，CSE）和胱硫醚－β－合成酶（cystathionine－β－synthase，CBS）［1］。在心血管系统中H2S主要由CSE催化合成，而神经系统中H2S主要由CBS催化合成。催化H2S的酶在不同组织的表达不同，CSE主要在血管平滑肌细胞和血管内皮细胞，而CBS主要在脊柱和小脑［2］。H2S在体内存在两种形式，一种以气体形式，另一种以硫氢化钠（NaHS）形式存在，NaHS在体内可解离为钠离子和硫氢根离子，后者与氢离子结合生成H2S 近年来，H2S被认为是继一氧化氮和一氧化碳之后的第3种气体信号分子，参与调节心血管系统稳态的生理病理过程，对心血管疾病有保护作用［3－4］。研究发现，体外给予H2S可以降低大鼠血压，改善离体灌注大鼠心脏的心肌细胞缺血状态［5－6］。

血管新生是一系列复杂的生物学过程，是细胞、基质、细胞因子互相作用的结果。血管新生对伤口愈合的早期非常关键［7］。内皮细胞（endothelial cells，ECs）的增殖、迁移和分化是血管新生过程中的关键环节［4］。近年来在体外培养的血管内皮细胞和后肢肌肉缺血、皮肤伤口、胃溃疡等的动物模型的体内研究中，发现一定剂量的硫化氢可促进内皮细胞的增殖、迁移和黏附功能，从而增加微血管的形成，改善组织缺血和促进伤口闭合。其机制可能与激活血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）及其下游的信号通路相关。

H2S对血管新生和伤口愈合方面的作用

外源性 H2S 研究发现，体外培养的RF／6A内皮细胞，给予NaHS，剂量从1μmol／L至1 000 μmol／L递增，剂量为10和20μmol／L时，NaHS可显著增快内皮细胞的增殖、黏附和迁移功能并促进微血管结构的生成，而高剂量时却无明显作用［8］。用体外培养的人脐静脉内皮细胞给予H2S（60 μmol／L）处理，可加快其生长，增加内皮细胞的迁移能力，并加快其形成毛细血管状结构的生成［9］。

对于活体，H2S同样有促血管新生的作用。一定浓度范围内，对鸡胚绒毛尿囊膜（CAM）模型使用H2S可增加血管长度［9］。连续7天给予小鼠NaHS，浓度从每天10～200μmol／kg递增，发现给予NaHS剂量在每天10μmol／kg和50μmol／kg的小鼠，基质胶中内皮祖细胞浸润和血管新生显著增加，但是更大剂量（200μmol／kg）则无此作用［8］。

在慢性缺血情况下，H2S也是有利于血管新生的因素。结扎大鼠的股动脉，使其后肢肌肉缺血，然后连续4周每天1次腹腔内注射NaHS（10、20、50、100和200μmol／kg），结果显示，与对照组相比，NaHS 50μmol／kg可显著改善缺血区血管生长、毛细血管密度和局部组织血流供应。但是200μmol／kg的剂量则没有促血管新生的作用［10］。

实验也发现，局部使用H2S能加快大鼠烫伤伤口愈合［8］。尚有研究发现，H2S对胃溃疡和大肠的溃疡也有促进愈合的作用［11－12］。

内源性H2S 在CAM中加入H2S合成抑制剂DL－炔丙基甘氨酸（propargylglycinePAG 和β－氰丙氨酸（β－cyanoalanine，BCA），发现两者都减少小管长度和分支数量。而加入外源性H2S后可逆转PAG和BCA的抗血管新生作用。提示H2S是血管新生的内源性刺激物，内源性H2S在活体中对血管网的生成作用很大。而且野生型小鼠伤口面积愈合速度明显快于CSE基因敲除小鼠，表明内源性H2S被抑制后，伤口愈合会减缓［9］。

在对非肥胖型糖尿病小鼠的研究中，发现其血浆中的H2S浓度降低，且减少幅度与血糖水平有关，血糖越高，H2S水平越低。血管组织对外源性H2S的舒张反应并未减弱，但对H2S前体---半胱氨酸的反应却减弱，提示糖尿病引起的内皮功能障碍可能与H2S合成酶的减少有关［13］。

研究发现，2型糖尿病患者的空腹血浆中H2S的水平明显低于健康对照。链脲佐菌素促发的1型糖尿病大鼠血浆H2S水平也降低。对高糖处理过的人类U937单核细胞，加入H2S或半胱氨酸可以阻止白介素8和巨噬细胞趋化性和激活性因子的分泌。提示血浆中H2S减少可能导致血管炎症［14］。超重成年人和2型糖尿病患者体内H2S水平也较体重正常者低，且减少程度与肥胖程度相关［15］。

这些研究提示，糖尿病患者的伤口不易愈合可能与体内H2S和H2S合成酶的生成减少有关。

H2S促进血管新生的机制 血管新生过程最重要的信号转导由VEGF和其在血管内皮细胞上的受体2（VEGFR2）结合的作用介导［16］。VEGF下游的信号主要有：磷脂酰肌醇3激酶（phosphatidylinositol 3－kinase，PI3－K）→蛋白激酶 B（protein kinase B，PKB／Akt）→内皮细胞→氧化氮合成酶通路；磷脂酶C→蛋白激酶C→钙离子通路；局部黏着斑激酶→桩蛋白通路；细胞分裂周期蛋白42→p38蛋白激酶（protein kinase p38）→热休克蛋白27（heat shock protein27，HSP27）。这几条通路参与到血管新生的各个环节。

VEGF／VEGFR2信号通路 在大鼠缺血的骨骼肌，H2S有利于血管新生可能与VEGF在骨骼肌中的表达相关，还与邻近的血管内皮细胞VEGFR2的磷酸化有关。NaHS可增加VEGF在骨骼肌中的表达，从而启动下游Akt元件［10］。

在缺氧条件下，用NaHS处理大鼠大脑毛细血管内皮细胞，发现H2S能加快内皮细胞增殖和迁徙，通过增加缺氧诱导因子1α（hypoxia－inducible factor－1α，HIF－1α）和 VEGF的 mRNA 水平，从而显著上调其蛋白表达水平，HIF－1α和VEGF可能参与到H2S的促血管新生作用中［17］。

PI3－K－Akt－survivin途径 体外培养的 RF／6A内皮细胞，NaHS可引起Akt磷酸化的增加。PI3－K抑制剂和Akt显性失活突变体则可使NaHS对体外内皮细胞伤口愈合和管状结构形成的作用受抑。PI3－K抑制剂可以阻止Akt磷酸化，表明H2S触发的信号通路中PI3－K在Akt上游［10］。在大鼠后肢缺血模型中，NaHS能引起Akt磷酸化增加［10］。低浓度NaHS可显著增加生存素（survivin）的表达，高浓度NaHS则降低其表达［8］。生存素有调节细胞凋亡的功能，在Akt下游［18］。

KATP／p38／HSP27途径 H2S可导致 Akt、细胞外调节蛋白激酶（extracellular regulated protein kinases，ERK）和p38的磷酸化增加。H2S可开启ATP敏感性钾离子通道（ATP－sensitive potassium channel，KATP），KATP阻断剂格列苯脲或p38阻断剂SB203580可抑制H2S的促内皮细胞迁移作用。而且阻断KATP也抑制了H2S所引起的p38磷酸化增加，提示KATP途径在p38上游［8］。然而在低浓度情况下，H2S则不能使ERK和p38磷酸化增加［19］。

结语 尽管H2S对血管新生和伤口愈合的作用机制尚有待进步一明确，但是目前已经肯定H2S有促进内皮细胞的血管新生和皮肤伤口、胃溃疡愈合的作用，且其有效剂量在生理浓度内。在糖尿病状态下，体内H2S的合成和血浆水平降低，H2S降低可能是糖尿病伤口愈合困难的一个重要原因。

因此，H2S的促血管新生作用对于治疗糖尿病下肢缺血、足溃疡等缺血性疾病以及视网膜病变、肿瘤等血管过度生长的疾病具有潜在的应用前景。

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