硫化氢在心血管疾病中作用的研究进展

朱海雪，孙霓，恽左夷，朱城伊，孙俊，李朋朋，李玉洁，黄琳燕

(徐州医学院，江苏徐州221000)



硫化氢在心血管疾病中作用的研究进展

朱海雪，孙霓，恽左夷，朱城伊，孙俊，李朋朋，李玉洁，黄琳燕

(徐州医学院，江苏徐州221000)

生理浓度的硫化氢具有抗炎、抗氧化、抗心肌细胞凋亡、舒张血管等作用，可参与高血压、冠心病、血栓、心力衰竭和缺血再灌注损伤等心血管疾病的病理生理过程，同时在心血管疾病的预防治疗中表现出积极的作用，为心血管系统疾病患者拓宽临床治疗途径提供了方向。

硫化氢；动脉粥样硬化；高血压；缺血再灌注损伤；冠心病；心力衰竭；血栓

硫化氢是继一氧化氮(NO)和一氧化碳(CO)后发现的第3种气体信号分子。哺乳动物体内的硫化氢主要通过4条途径产生，其中两条是5′-磷酸吡哆醛的酶依赖调节途径，即胱硫醚-β-合成酶(CBS)和胱硫醚-γ-裂解酶(CSE)途径；一条是通过半胱氨酸转移酶途径，以含硫氨基酸为底物催化而生成[1]；一条是3-巯基丙酮酸硫转移酶(3-MST)途径[2]。硫化氢在体内1/3以气体形式存在，2/3以硫氢化钠(NaHS)形式存在；其在脂溶性溶剂中的溶解度为水中的5倍，故可自由通过细胞膜。硫化氢广泛分布于神经系统、心血管系统、呼吸系统、消化系统和内分泌系统，在心血管系统中具有抗高血压、抗动脉粥样硬化(AS)、保护心肌缺血再灌注损伤[3]、减轻心力衰竭及抗血栓等重要作用。现将硫化氢在心血管病中的作用研究进展综述如下。

1 硫化氢与AS

AS是一种慢性炎性疾病，具有经典炎症变性、渗出及增生的特点。炎症反应贯穿AS发病的各个阶段，可能是多种因素致AS的共同环节或通路。AS过程中存在着内源性硫化氢代谢紊乱，生理浓度的硫化氢对AS具有保护作用。硫化氢抑制趋化因子CCL2、CCL5和巨噬细胞表面趋化因子受体CCR2、CCR5的表达，在疾病早期抑制粥样斑块形成[4]。用高脂饲料结合维生素D3的方法建立大鼠AS模型，建模后腹腔注射NaHS，证实硫化氢能通过抑制动脉局部肾素表达产生抗AS作用[5]。

此外，研究还发现高浓度的硫化氢有促炎作用。脂多糖(LPS)能刺激巨噬细胞中CSE催化生成硫化氢[6]。Whiteman等[7]研究发现，硫化氢的促炎和抗炎效应都与LPS诱导巨噬细胞炎性介质形成有关。通过比较NaHS(硫化氢的速释型供体[8])和GYY4137(硫化氢的缓释型供体)在LPS处理小鼠的巨噬细胞RAW264.7释放促抗炎介质情况，证实GYY4137浓度依赖性抑制促炎性介质如IL-1β、IL-6、TNF-α、NO和PGE2表达，同时通过HSP-27/ATF-2/NF-κB途径促进LPS诱导抗炎因子IL-10的合成。然而，高浓度的硫氢化钠却通过增加促炎性介质IL-1β、IL-6、NO、PGE2和TNF-α合成发挥促炎作用，这表明硫化氢对炎症的影响是复杂的，不仅硫化氢浓度相关，还与硫化氢的生成率相关。

2 硫化氢与高血压

高血压是一种以动脉血压持续升高为主要临床表现的心血管综合征，也是心脑血管疾病最主要的危险因素。研究发现，原发性高血压患者血浆硫化氢和NO水平较正常人低[9]，自发性高血压大鼠中硫化氢生成体系受到了严重的抑制，硫化氢含量、硫化氢产率及CSE的表达都明显降低。初诊高血压患者血压控制后较未用药前白细胞内硫化氢产生速率明显增加，且血浆内高血压相关炎性因子明显降低[10]。在左旋硝基精氨酸甲酯高盐致高血压小鼠模型中，外源性硫化氢能够降低血压[11]。在各种实验模型中证明，硫化氢具有调节血压的功能。一些研究已显示，经侧脑室给予NaHS处理的原发性高血压大鼠动脉压降低[12]。同样，予以高盐饮食处理可使盐敏感的Dah1大鼠血压升高，再经NaHS全身治疗后其收缩压降低[13]。研究还发现，患有妊娠期高血压疾病的大鼠[14]或孕妇[15]血清硫化氢水平均低于正常的孕鼠或孕妇。硫化氢通过开放血管平滑肌上K+-ATP通道舒张血管[16]、抗氧化作用及抑制血管结构重构[17]等方式来发挥降血压效应。

3 硫化氢与缺血再灌注损伤

缺血是机体最主要的病理改变之一，引起缺血的主要原因是组织和器官的血管原发性病变。在一定条件下恢复血液再灌注后，部分动物或患者细胞功能代谢障碍及结构破坏不但未减轻反而加重，因而将这种血液再灌注后缺血性损伤进一步加重的现象称为缺血再灌注损伤。缺血再灌注损伤易损伤心、脑、肺、肝、胃肠等组织，而硫化氢广泛分布于心、脑、肺、肝和胃肠等组织，因此硫化氢在缺血再灌注损伤的模型中被广泛研究。Johansen等[18]发现，硫化氢呈剂量依赖性地减少缺血再灌注损伤所致大鼠心肌梗死的梗死面积。其机制可能如下：①内源性保护物质的释放，如腺苷、缓激肽等。②NaHS处理后，冠状动脉流出液中乳酸脱氢酶(LDH)浓度降低，心肌组织丙二醛(MDA)的生成减少，超氧化物歧化酶(SOD)和谷胱甘肽过氧化酶(GSH-Px)活性增强，心肌缺血损伤减轻，提示抗氧化应激是硫化氢减轻心肌缺血损伤的重要机制之一；同时，在过氧化氢(H2O2)诱导的原代乳鼠心肌细胞氧损伤模型中发现，硫化氢可对抗H2O2诱导的心肌细胞氧化损伤[19]。③NaHS可抑制急性心肌缺血损伤心肌NF-κB的活化，下调TNF-α、IL-1β 、IL-6、细胞间黏附分子1(ICAM-1)的表达，上调IL-10的表达，通过抑制炎症反应而减轻心肌缺血损伤。④NaHS可降低急性心肌缺血损伤心肌细胞凋亡率，抑制细胞色素C(Cyt-C)释放，减少Caspase-3的表达。提示硫化氢可通过抑制心肌缺血后细胞凋亡而减轻心肌缺血损伤。最新研究表明，内源性硫化氢对心肌缺血再灌注损伤的保护作用可能通过直接作用于心肌细胞K+-ATP通道、肌质网K+-ATP通道或线粒体K+-ATP通道，增加K+-ATP通道的开放频率，从而调节血管舒缩功能[20，21]。还有研究表明，硫化氢可通过调节ERK1/2 和磷脂酰肌醇(PI3K)，维持线粒体膜电位，减少活性氧(ROS)产生，发挥保护心肌细胞、降低心肌细胞缺血再灌注损伤的作用[22]。但是，也有研究认为内源性硫化氢水平只在一定范围内参与心肌保护，当超过这一范围则保护作用消失[18]。

4 硫化氢与冠心病

冠心病是一种由冠状动脉器质性(动脉粥样硬化或动力性血管痉挛)狭窄或阻塞引起的心肌缺血缺氧(心绞痛)或心肌坏死(心肌梗死)的心脏病，亦称缺血性心脏病。冠心病患者的血浆硫化氢水平较冠状动脉造影正常者下降一半，特别在冠心病重症不稳定型心绞痛和急性心肌梗死患者中，血浆硫化氢明显下降；冠状动脉造影显示，血管两支和多支病变患者血浆硫化氢浓度明显低于单支病变者，有冠状动脉闭塞患者血浆硫化氢浓度明显低于单纯狭窄者。此外，在异丙肾上腺素诱发的大鼠心肌缺血模型中，血浆硫化氢水平显著降低，心肌CSE活性下调，CSE基因表达则显著增多。而外源性给予硫化氢的供体NaHS后，可以减少心肌缺血大鼠的病死率。我们认为，硫化氢延缓冠心病发展的机制可能有：①硫化氢具有抗氧化的作用，能够清除组织内增加的氧自由基，减轻或避免缺血再灌注所导致的损伤；②与 K+-ATP开放有关，调节血管舒缩功能；③通过抑制血管内皮细胞核白细胞黏附于血管壁，从而减少白细胞的激活、活性氧自由基的释放，最终抑制AS炎症过程，减少心肌细胞的凋亡而达到保护心肌的作用。

5 硫化氢与心力衰竭

心力衰竭是一种复杂的临床症状群，是各种心脏病发展的终末阶段，其发病率、病死率高，已发展为目前最严重的慢性心血管病症。采用结扎大鼠左冠状动脉制备急性心肌梗死模型，发现外源给予NaHS可提高心力衰竭大鼠存活率并改善心功能，增加血浆中硫化氢浓度可减轻心肌梗死后心肌纤维化面积；基因及蛋白检测结果显示，NaHS可促进Bcl-2的表达而抑制Bax、Caspase-3的表达；TdT介导的dUTP缺口末端标记TUNEL及电镜在形态学上证实，NaHS有减轻梗死区心肌细胞凋亡的作用。这提示硫化氢对心肌梗死后心力衰竭有保护作用，该作用是硫化氢通过抑制心肌细胞凋亡实现的。在高血压诱导的心力衰竭模型中，研究证实硫化氢可以减慢左心室的不良重塑进程，诱导心肌中血管生成；Polhemus等[23]则发现，硫化氢可以为新生血管创造一个促进血管生成的环境，从而减弱心力衰竭时的左心室重构和功能紊乱。近来Liu等[24]发现，内源性硫化氢通过上调内皮型NO表达舒张血管，从而减缓压力负荷，对心力衰竭发挥保护作用。

6 硫化氢与血栓

血栓是指在活体心脏和血管内，血液发生凝固或血液中某些有形成分凝集形成固体质块。血小板表面含有丰富的膜糖蛋白，它们介导血小板的黏附、活化和聚集，最终形成血栓，成为血栓性疾病的发病基础。研究发现，硫化氢具有体外抗血小板聚集和体内抑制血栓形成以及抑制中性粒细胞黏附迁移的能力。综合肺组织病理可以发现，硫化氢供体可以抑制肺栓塞形成，硫化氢抑制剂可促进肺栓塞的发展，表明内源性CSE/硫化氢体系参与肺栓塞的病理生理过程。在深静脉血栓小鼠模型中，NaHS组静脉血栓发展更慢，在钳夹后48 h血栓体积显著小于对照组。与对照组相比，NaHS组显示内皮型一氧化氮合酶(eNOS)和诱导型一氧化氮合酶(iNOS)蛋白表达更高；同时，给予L-NAME处理后eNOS和iNOS蛋白表达显著降低，这提示硫化氢具有在体抑制血栓形成的作用。

硫化氢参与AS、高血压、冠心病、血栓、心力衰竭和缺血再灌注损伤等心血管疾病的病理生理过程，同时在心血管疾病的预防、治疗中表现出积极的作用。但是，具体的作用机制以及与其他内源性调节因子如NO、CO之间的相互作用还有待深入的研究。同时，硫化氢的生理浓度范围极窄且具有极大的毒理作用，目前在人类等高等哺乳动物开展实验较少，难以获得大量有效数据，给临床应用带来极大不便。期待着硫化氢的研究成果早日应用于临床，为广大心血管系统疾病患者拓宽临床治疗途径。

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国家自然科学基金青年项目(81402918)；江苏省科技厅青年项目(BK20140228)；国家级大学生创新创业训练计划项目(201510313023)；江苏省大学生创新创业训练计划项目(201510313023Z)。

黄琳燕(E-mail: huangly1985@163.com)

10.3969/j.issn.1002-266X.2016.38.040

R937

A

1002-266X(2016)38-0111-03

2016-03-17)