外源性硫化氢与肾脏缺血再灌注*

张同庆 王聪 李婷 吴永平

(1.徐州医学院临床系 江苏徐州 221004;2.徐州医学院生物化学教研室 江苏徐州 221004;3.徐州医学院病理学教研室 江苏徐州 221004)

1 项目研究背景

1.1 硫化氢的生成及作用

硫化氢(H2S)与一氧化氮(NO)和一氧化碳(CO)同属于内源性气体信号分子,由于作用广泛且小剂量也能产生明显的作用,因此研究H2S的产生及其作用机制有重要的治疗和应用前景。

哺乳动物机体H2S由含硫氨基酸代谢通路中内源性生成,主要有两种生成方式。细胞胞浆内,主要以L-半胱氨酸和同型半胱氨酸为底物,在胱硫脒-β-合酶(cystathionine-β-synthase,CBS)和胱硫脒-γ-裂解酶(cystathionine-γ-lyase,CSE)作用下通过酶解催化在体内产生H2S,这是在体内产生H2S的主要途径。在线粒体内,以β-巯基丙酮酸为底物,在巯基丙酮酸转硫酶(mercaptopyru vate sulfurtransferase,MPST)的作用下产生内源性的H2S。

内源性H2S可以舒张血管平滑肌,降低血压静脉［1］;外源性H2S能促进内皮细胞的增殖、迁移和管腔形成,促进小鼠Matrigel栓子模型中新血管的形成［2］。H2S在体内以1/3的气体H2S形式和2/3的NaHS形式存在,两种存在形式之间动态平衡。经氧化代谢后,大部分H2S形成硫代硫酸盐和硫酸盐。经甲基化代谢后,小部分H2S形成毒性较低的甲硫醇和甲硫醚。肾脏是这些体内代谢产物的主要排出通道,另一部分从肠道排出,少量是以原形的形式经肺呼出。

1.2 肾缺血再灌注损伤

肾缺血再灌注损伤是指肾组织缺血时和恢复血液灌注后器官功能不能恢复正常,甚至发生更为严重的组织损伤或器官功能衰竭。肾脏对缺血再灌注损伤较为敏感,临床上常见于失血或中毒性休克、肾移植、肾实质切开移植等手术过程中。肾缺血再灌注损伤是导致急性肾功能衰竭和肾移植排斥反应的重要原因,而对于它的发生机制还不清楚。目前认为与缺血再灌注损伤有密切联系的是:自由基的作用、细胞内钙超载、白细胞的激活。

造成肾缺血再灌注损伤的两大因素:钙超载与氧自由基之间相互影响,相互作用,最终导致肾缺血再灌注损伤加重。细胞产生的过量氧自由基可导致细胞膜通透性增加,损伤细胞膜,导致钙离子内流,而细胞内钙离子浓度升高又可激活钙离子依赖性蛋白酶,该酶可催化黄嘌呤脱氢酶转化为黄嘌呤氧化酶,黄嘌呤氧化酶在有氧时能促进次黄嘌呤分解为尿酸,同时也产生大量的自由基。

自由基、细胞内钙超载及白细胞的共同作用导致了肾缺血再灌注损伤的发生,细胞内钙超载是细胞不可逆性损伤的共同通路,而细胞膜损伤则是不同机制相互作用引起的共同的病理改变。

2 H2S与肾缺血再灌注损伤

在大鼠的右肾切除后的缺血再灌注模型中,通过左肾动脉插管连续15 min注射NaHS,检测血清尿素氮(BUN)、血肌酐(Scr);半定量分析肾脏病理损伤;检测肾组织H2S生成率;结果显示:IR组H2S生成率显著降低(P＜0.01);CBS、CSE mRNA表达显著下降(P＜0.01 );Scr、BUN显著升高(P＜0.01);肾脏病理表现为急性肾小管坏死,且最严重,与IR组相比,NaHS预处理组H2S生成率升高(P＜0.05);CBS、CSE mRNA表达升高(P＜0.01);Scr、BUN降低(P＜0.01);病理损伤明显减轻.NaHS两个剂量组之间差异无统计学意义。［6］

另有报道,肾缺血再灌注模型中缺血组大鼠肾组织NODl、NOD2蛋白表达显著增加,细胞核内NF-KB P65表达及其靶基因MCP-1、IL-1B的蛋白表达显著升高(均P<0．01)。Caspase-1蛋白表达增加,HE染色发现急性肾小管坏死,TUNEL染色显示缺血危险区凋亡细胞数目显著增加(均P<0．01)。NaHS预处理可逆转肾缺血再灌注诱导的肾组织损伤以及NODl、NOD2蛋白表达(P<0．05),下调NF-KB P65的核转位(P<0．05)以及局部MCP-1、IL-1B表达(P<0．01);同时,NaHS预处理可减少Caspase-1的活化和细胞凋亡数。［7］

3 总结

总之,H2S作为内源性气体分子,具有重要的生理作用,但对于H2S作用机制却知之甚少。肾脏疾病都是多基因,多因素疾病,病理生理过程受诸多因素的影响,其发病机制有着太多没有解决的问题,作为气体分子的H2S在肾脏生理病理过程中的重要作用虽有很多报道,但多数都停留在实验动物的基础研究阶段,临床研究报道很少,其研究结果也有待于进一步临床验证。因此,系统的开展H2S在肾脏疾病中的临床和基础相结合的研究将有很大的研究空间与潜力。

[1]Zhao W, Zhang J, et al . The voorelaxant effect of H2S novel endogenous gaseous k(APT)channel opener[J]. EMBO 2001.20(21)6008-6016.

[2]Cai W J, Wang M J, et al . The novel proangiogenie effect of hydrogen sulfide is dependent on Akt phosphory lation[J] .Cardiovasc Re, 2007.76(1) 29-40.

[3]Kimura H. Hydrogen sulfide: its production, release and functions [J]. Amino Acids, 2011,41(1):113-121.

[4]Be towski J.Hypoxia in the renal medulla: implications for hydrogen sulfide signaling[J].J Pharmacol Exp Ther, 2010,334(2):358-363.

[5]Zhang J,Chen S,Liu H,et a1.Hydrogen sulfide prevents hydrogen peroxide-induced activation of epithelial sodium channel through a PTEN/PI(3,4,5)P3 dependent pathway[J]．PLoS One,2013,8(5):e64304．.

[6]谭志成,闫燕,李荣山.外源性硫化氢在大鼠肾脏缺血再灌注损伤中的保护作用.中华肾脏病杂志,2012,28(8) :639-642.

[7]覃志成,石媛媛,闰燕.硫化氢通过抑制NOD样受体途径减轻肾缺血再灌注损伤.中华肾脏病杂志,2014,30(8):604-608.