H2S 与神经疾病的研究进展

聂 政综述，陈建军审效

硫化氢(hydrogen sulfide，H2S)一直被认为是具有“臭鸡蛋味”的毒性气体，有关其毒性的研究已有几百年。然而，自20 世纪90 年代以来的研究发现，内源性产生的H2S 存在于哺乳动物的多种组织、器官［1］，通过多种调节方式和信号转导形式发挥多种生理、病理作用［2］，因此将H2S 归为第3类内源性气体信息分子［3］。H2S 发挥其抗氧化应激、抗凋亡以及抗炎等作用，在中枢神经系统疾病中扮演着重要的角色。本文就H2S 的生成、代谢、调节及其在神经系统疾病中的病理生理作用的相关进展作一综述。

1 体内的H2S 的生成、分布及调节

体内H2S 是在L-半胱氨酸被磷酸吡多-5-磷酸依赖性酶包括胱硫醚-β-合成酶(cystathionine-β-synthase，CBS)、胱硫醚-γ-裂解酶(cystathionine-γ-lyase，CSE)、半胱氨酸转移酶、3-巯基丙酮酸硫转移酶(3-MST)催化作用下产生的［4］。此外少量H2S 可通过非酶反应产生，葡萄糖氧化代谢过程中产生的还原当量使硫元素转化为H2S［5］。CBS、CSE 及3-MST 的表达具有组织特异性:CBS 和3-MST 主要存在于中枢神经系统中，CSE 主要分布在神经系统以外的组织中［6］。研究发现H2S 存在于大鼠脑内［1］、胸主动脉、尾动脉、肺动脉、肠系膜动脉、门静脉［7］、肝脏和肾脏中，小鼠的脑、肝、肾中均有H2S存在。内源性H2S 在大鼠［1］、人、牛脑内的浓度是50～160 μmol/L，在Sprague-Dawley 大鼠的血浆水平是46 μmol/L 左右［8］。CBS 的激动剂S-腺苷甲硫氨酸(SAM)能提高CBS 活性，从而提高脑内H2S 的含量;而其抑制剂羟胺和氨基氧乙酸则抑制CBS 的活性，使H2S 含量减少［1］。3-MST 的激动剂5-氨基-3-(4-吗啉基)-1，2，3-恶二唑盐酸(morpholinosydnonimine，SIN-1)能提高3-MST 活性，从而提高脑内H2S 的含量，3-MST 的抑制剂2MPA 则抑制3-MST 的活性，使H2S含量减少［8］。

2 H2S 的代谢

H2S 在体内可能有两种存在形式:1/3 以气体H2S 形式、2/3 以硫氢化钠(NaHS)形式存在，两者之间形成一种动态平衡。H2S 在体内大部分经氧化代谢形成硫代硫酸盐和硫酸盐，少部分可经甲基化代谢而形成毒性较低的甲硫醇和甲硫醚。这些代谢产物主要从肾脏排出，部分从肠道排出，少量以原形经肺呼出。H2S 在盲肠、回肠、结肠、胃、肝脏、骨骼肌、红细胞以及血浆内都可以生成硫酸盐或硫代硫酸盐，其中以结肠黏膜生成硫代硫酸盐的速度最快［6］。

3 体内H2S 与神经疾病

Abe K 和Kimura H 首先提出了H2S 的内源性神经递质作用［1］。当在其生理浓度范围内具有广泛的生理功能，当其浓度的变化可能影响神经疾病的发生、发展。

3.1 H2S 与脑卒中 脑卒中是一种突然起病的脑血液循环障碍性疾病，临床表现以猝然昏倒、不省人事或突然发生口眼歪斜、半身不遂、智力障碍为主要特征。Wong 等研究发现在脑缺血模型中，向腹腔内或者脑室内注射半胱氨酸(H2S 底物)，半胱氨酸剂量越大，颅内缺血灶的面积就越大［9］，Qu K 等研究发现，用H2S 的供体NaHS 同样可以加重脑缺血模型鼠的大脑缺血，造成脑织损伤［10］。然而，Yin J等通过制作全脑缺血再灌注模型大鼠，然后再用硫氢化钠处理，结果硫氢化钠处理的大鼠脑组织抗氧化抗炎能力增强［11］，Gheibi S 等采用大脑中动脉闭塞方法诱导局灶性脑缺血模型，然后用硫氢化钠(H2S 供体)腹膜内注射，观察脑梗死体积，脑水肿和细胞凋亡情况，结果H2S 可剂量依赖性的方式地阻断程序性细胞，减少脑水肿和缺血性脑损伤［12］，所以进一步研究H2S 参与脑缺血的机制，有助于为急性脑卒中的治疗提供新的途。

3.2 H2S 与阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease，AD)AD 一种起病隐匿的以记忆障碍、视空间技能损害、执行功能障碍以及人格和行为改变等全面性痴呆表现的神经系统退行性疾病。Eto K 等研究发现阿尔茨海黙病患者脑中的H2S水平严重降低，CBS 的活性不足，SAM(CBS 的兴奋剂)含量非常低［13］。由此推测，AD 患者脑组织皮质H2S 生成减少是由CBS 的激活剂SAM 减少致使CBS 的活性降低所致，而CBS 活性减低造成血中同型半胱氨酸积聚和内源性H2S 产生减少。所以作者推测低水平的H2S 可能与阿尔茨海黙患者的认知功能的下降的某些部分有关。Fan H 等将硫氢化钠直接注射到Aβ1-40 大鼠海马发现，硫化氢抑制在Aβ 的诱导的大鼠AD 模型中的NF-κB 活化途径从而抑制神经炎症，保护海马神经元［14］。H2S 对AD 的神经损伤发挥神经保护作用，调节脑内H2S 的含量，对AD 有潜在治疗作用。

3.3 H2S 与帕金森氏病(Parkinson’s disease，PD)PD也是一种中老年人常见的慢性进行性神经系统退行性疾病，PD 的病理变化主要是黑质致密部DA 能神经元进行性变性死亡，胶质细胞增生残留神经元胞浆内出现特征性嗜酸性包涵体即路易小体(Lewy bodies)，其主要组成成分为a 突触核蛋白，PD 的病因仍不甚明确，人们通过对各种动物与细胞模型的研究发现，兴奋性毒性、神经炎性反应、神经再生抑制、氧化应激、线粒体功能障碍、凋亡等学说，半个多世纪以来，左旋多巴替代疗法一直是临床治疗PD 的主要手段。然而，左旋多巴仅能缓解症状，并不能阻止PD 的病理进程，且长期使用还可导致许多严重的不良反应。Zoccolella S 发现PD 患者使用左旋多巴治疗后血浆中的Hcy 水平会上升［15］，可推测是否在PD 中有的其它转硫途径障碍，从而造成脑内的H2S 水平下降。Tang XQ 研究发现暴露于1-甲基-4-苯基-吡啶离子(1-methy l-4-phenylpyridinum ion，MPP+)中的PC12细胞，H2S 的生成显著减少并伴有显著的细胞损伤，同时MPP+通过抑制CBS 的表达和活性，从而使H2S 的生成减少，而H2S 对抗MPP+的神经毒性通过K(ATP)/PI(3)K/AKT/Bcl-2 蛋白信号通路来实现的［16，17］，Lu M 等研究发现H2S 保护多巴胺能神经元免受MPTP 诱导的神经元损伤，是通过提升线粒体解偶联蛋白2(UCP2)活性来发挥其抗氧化抗凋亡作用［18］。Xie L 等采用ACS84(左旋多巴衍生物H2S释放剂)通过抗氧化机制防止神经变性，对抗6-羟基多巴胺诱导的多巴胺能神经元损伤［19］。Lee M 报道NOSH-ASA(阿司匹林的NO-和H2S-释放混合)浓度依赖性和时间依赖性对体外由活化的小胶质细胞和星形胶质细胞释放的毒素，显示出抗炎和神经保护作用［20］。H2S 通过抗氧化抗凋亡抗炎对神经细胞有直接的保护作用外，也能通过拮抗由鱼藤酮诱导的小胶质细胞介导的神经炎症，从而间接地保护SH-SY5Y细胞［21］。既然H2S 对多巴胺能神经元可发挥直接和间接的神经保护效应，因此调节H2S 合成通路可能成为治疗PD 的潜在途径，此外，H2S 对PD 病理特征性路易小体的作用，H2S 与其合成酶(如CBS、3-MST)对PD 疾病进展的生理学相关性都仍需进一步探索。

3.4 H2S 与Down’s 综合征 Down’s 综合征是以进行性智力障碍为特征的神经系统疾病。人类CBS 基因位于21号染色体，Down’s 综合征患者21 号染色体上存在3 条染色单体，推测H2S 在患者脑组织中有较多表达。Kamoun P 发现Down’s 综合征的患者体内尿硫代硫酸盐(H2S 的一种代谢产物)和红血球硫化血红素的水平是明显升高［22］，进一步证实内源性H2S 在Down’s 综合征脑内有过多的表达［23］。上述结果直接或间接地证明了Down’s 综合征的患者体内H2S 的过多表达，而逐渐增高的H2S 对大脑功能损害也逐渐加重，过高的H2S 表达被认为通过阻断细胞色素C 氧化酶及N-甲基-D-天(门)冬氨酸感受器导致神经元毒性反应，因此影响到Down’s 综合征患者的智力发育迟缓［22］。

3.5 H2S 与热性惊厥(febrile seizures，FS)热性惊厥是小儿较常见的中枢神经系统功能异常的紧急症状，以意识突然丧失、多伴有双眼球上翻、凝视或斜视、面肌或四肢肌强直、痉挛或不停地抽动为临床特征，其发病率约为2%～4%。Han Y 等分别用NaHS(H2S 供体)和CBS 的抑制剂羟胺(NH2OH)干预FS 发作的动物模型，观察血浆H2S 水平、cfos 的表达。热性惊厥组H2S、CBS 表达水平、c-fos 的表达显著增强，海马苔藓纤维的生长明显;用NaHS 后的大鼠c-fos的表达显著降低，缓解了大鼠神经元损伤海马，苔藓纤维的生长出现明显抑制，而用羟胺处理后大鼠，增加c-fos 的表达，并增强了海马苔藓纤维产物，说明H2S 可以使海马c-fos的表达下降，从而降低海马神经元的兴奋性，从而保护神经元免受热性惊厥发作所致的损伤。

3.6 H2S 与亨廷顿氏病(Huntingtor’s Disease，HD)HD 是由亨廷顿基因中CAG 重复扩增编码了一种异常的多聚谷氨酸所致的单基因的，完全渗透和-类似蛋白的错误折叠的神经退行性疾病。研究发现CBS 与亨廷顿基因的这种突变有关，而在HD 患者血浆中发现Hcy 浓度增高。Paul BD研究发现CSE 与亨廷顿氏病的病理生理有关，增加半胱氨酸浓度可以逆转亨廷顿氏病的组织培养和亨廷顿氏病小鼠模型异常。提示了H2S 有潜在治疗亨廷顿氏病的潜力。

4 研究展望

H2S 作为第3 种气体信号分子，具有重要的生物学活性，在多个系统具有重要的病理生理作用。从目前有限的研究资料可以预见，对于H2S 的深入研究将是一个有着广阔前景的新领域，进一步揭示中枢神经系统疾病的发病机制，并提出新的治疗途径，有着重要的临床应用价值。

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