硫化氢在肝癌中的作用及机制研究进展

代 鑫，谢 川，舒 鹏，陈思平，王 强，程 龙，骆助林，汪 涛

肝癌（HCC）是全球第六大常见的癌症，也是与癌症相关死亡的第二大主要原因[1]。肝癌一直是癌症研究中研究最多的疾病之一，并已发现了许多潜在的治疗靶点。然而，建立和发展最有效、最高效且安全的联合疗法，对抗极端耐药的肝癌仍然是一个巨大挑战。近十年来，随着人类生活水平的提高以及饮食结构的改变，如肥胖病、酒精性肝硬化、非酒精性脂肪性肝硬化等病因导致的肝癌病例正呈现逐年上升的趋势，面对肝癌病例的巨大增加，迫切需要为该病寻找新的、安全、有效的治疗方式。

硫化氢（H2S）是继一氧化碳(CO)和一氧化氮(NO)之后第三种与病理生理过程调节相关的气体信号转导分子[2]。在体内，H2S主要由L-半胱氨酸和L-同型半胱氨酸通过胱硫醚β-合成酶(Cystathionine-β-synthase,CBS)、3-巯基丙酮酸硫基转移酶（3-MST）)以及胱硫醚γ-裂解酶(CTH/CSE)合成的[2-3]。近几年来，越来越多的研究表明[4-6]，H2S在肝癌的发生和发展中起着至关重要的作用。但是，H2S在肝癌的发生、发展中的作用机制尚不清楚。有文献报道，在肝癌中，H2S既参与了疾病的抑制[7]，也参与了疾病的进展[8]。基于H2S在肝癌发生、发展中的“双重作用”可能为当前肝癌的治疗提供巨大潜力。本综述将从H2S在肝脏的生物合成与代谢、介导的肿瘤调控机制以及参与HCC发生、发展的路径来进一步阐明H2S在肝癌中的作用，为H2S在未来肝癌的治疗策略中提供新的思路。

1 硫化氢在肝脏的合成与代谢

H2S是一种伴有臭鸡蛋气味的无色水溶性气体[9-10]。在生理pH下，将近三分之二的H2S以H+和硫氢化物阴离子的形式存在，然后分解为H+和硫化物离子[11]。在哺乳动物中，H2S主要是由胱硫醚γ-裂合酶(CSE)和胱硫醚β-合酶(CBS)从L-半胱氨酸和L-高半胱氨酸产生[12]，而3-巯基丙酮酸硫转移酶(3-MST)与半胱氨酸氨基转移酶(CAT)结合，在α-酮戊二酸(α-KG)存在的情况下由L-半胱氨酸生产H2S[3-10]。

H2S作为第三种气体信号分子，在多种病理生理过程中起着重要的调节作用，如血管生成[13]、血管舒张[14]、神经元活性[15]以及炎症[16]。而肝脏则是产生及清除H2S的重要器官[10,17]。在肝脏组织中，已检测到CSE，CBS及3-MST的表达，并且它们在不同程度上促进肝脏产生H2S[10]。

2 硫化氢介导的肿瘤调控机制

H2S除了调节体内的许多生理过程，在肿瘤的进展中也起着至关重要的作用。H2S涉及肿瘤调节的机制之一则是通过与细胞转运蛋白[18]或离子通道[19]的相互作用实现的。已有研究发现[20]，抑制T型通道可通过抗增殖、诱导细胞凋亡途径以及提高肿瘤细胞对抗癌药物的敏感性来增强抗肿瘤活性。然而，Cranados等[21]研究发现，用1μM/L-1mM/L NaHS处理HEK293细胞可通过促进锌离子的细胞结合来抑制电压门控的T型特异性Ca2+通道。由此可见，H2S可能通过抑制Ca2+通道来增强其抗肿瘤活性。研究表明[22]，H2S亦可通过促进过氧化物酶体增殖物激活受体的核易位而触发谷氨酸转运蛋白-1（GLT-1）的激活，而GLT-1的激活对于肿瘤细胞可能具有抑制作用。综上可知，H2S可能通过与细胞转运蛋白或者离子通道之间的相互作用参与对肿瘤的调控。

H2S参与调节肿瘤的另一个关键机制是与其他气体分子之间的功能互连。H2S、CO和NO之间的这种潜在联系是H2S在调节肿瘤活动中发挥其作用的关键机制。研究发现，外源性给予H2S、CO和NO 3种气体分子中的任何1种处理人乳腺癌细胞，可促进肿瘤细胞中的抗增殖能力、活性氧(ROS)的耐受性以及促凋亡反应来抑制肿瘤的发展[23]。同样地，另一项研究也发现，使用H2S、CO或NO供体（依次为GYY4137、一氧化碳释放分子-3和S-亚硝基-N-乙酰基-D，L-青霉胺）处理HCT116结肠癌细胞，通过调节AKT、环磷酸鸟苷(cGMP)/血管舒张因子刺激的磷酸蛋白(VASP)以及P44/42丝裂原蛋白激酶（MAPK）途径可显著抑制肿瘤细胞增殖、迁移以发挥其抗癌活性[24]。根据上述实验数据可知，H2S与细胞转运蛋白和离子通道之间的相互作用以及与NO、CO之间的这种潜在联系在调节肿瘤生物学活动中起着重要作用。

3 硫化氢对肝癌的“双重作用”

关于硫化氢在肿瘤领域的相关性研究结果一直存在一个看似争议的结果。即硫化氢在肿瘤的进展中既可起到促进作用亦可抑制其发生发展。随着硫化氢与肿瘤相关性研究的不断深入，直到最近几年，关于硫化氢“钟型”或者说低浓度与高浓度的“双重作用”学说的提出才使得其在肿瘤中的这一矛盾结果得到解释。此部分也将根据H2S的这一特性，对低浓度和高浓度范围硫化氢在肝癌发生、发展中的作用及机制进行综述。

3.1 高浓度硫化氢抑制肝癌发生发展 多项研究表明，H2S及其合成酶与肿瘤的发生发展密切相关[25]。据报道，H2S可以通过调节氧化应激与自由基的相互作用来激活致癌信号通路从而参与肿瘤的发生、发展[26]。Chen等[27]研究发现，在HepG2和SMMC-7721细胞中CBS表达上调，并且抑制内源性CBS/H2S会降低SMMC-7721细胞的活力与增殖能力。 研究发现，H2S对人正常肝细胞的增殖和活力没有明显影响，但是当给予高浓度(600～1000μM)NaHS则会成剂量依赖性地抑制SMMC-7721和Huh-7细胞的生长[6]。

金属基质蛋白酶9(MMP-9)作为MMPs家族中的重要成员之一，参与了肿瘤的迁移和侵袭，并通过ERK1/2信号通路来调节。有文献报道，肝癌组织中高表达的MMP-9与肿瘤的侵袭和转移密切相关[28]。Oláh等[29]在研究中发现，在给予高浓度NaHS处理的HCC细胞中，MMP-9蛋白表达下调，提示H2S可能通过下调MMP-9来抑制肝癌的迁移。此外，在Wu等[6]进行的体外试验中观察到，给予高浓度(800～1000μM)NaHS处理的HCC裸鼠组的肿瘤较对照组明显减小，表现出显著的抗HCC作用。最近的一项研究发现[5]，给予10-3M NaHS处理可通过PI3K/AKT/mTOR信号通路诱导细胞自噬来抑制HCC细胞的迁移、增殖与分裂。由此可见，H2S可通过抑制增殖、诱导凋亡、抑制迁移与侵袭等多种途径发挥其抑癌作用。

3.2 低浓度硫化氢促进肝癌发生、发展 大量研究表明，NF-κB可通过调节凋亡、侵袭以及细胞周期等相关因子的转录来参与肿瘤的发展与转移，并且已经逐渐成为多种恶性肿瘤的治疗靶点[30]。而NF-κB的激活与肝癌的发生与发展同样密切相关[31]。Zhen等[8]研究发现，在给予低浓度（500μmmol/L）NaHS处理的PLC/PRF/5肝癌细胞中，H2S可通过放大NF-kB的激活效应，对肿瘤细胞表现出促增殖、抗凋亡、促侵袭和迁移的作用。在另一项研究中，当给予10～100μM NaHS时，H2S可通过激活EGFR/ERK/MMP-2信号通路促进人HCC细胞的生长与迁移。此外，Kajimura等[32]也研究发现，用低浓度的外源性NaHS（5 mmol/L～10-4mmol/L）处理HepG2细胞，H2S可能通过激活蛋白酶活化细胞的增殖周期，从而诱导细胞增殖[6]。

综上可知，内源性H2S或相对较低水平的外源性H2S可以促进HCC细胞的生长，而用较高浓度的外源性H2S进行治疗则可能表现出显著的抗癌作用。由此笔者推测，H2S诱导的促癌和抑癌作用之间可能存在一种微妙的平衡关系，当这种平衡关系被打破时，H2S则会在肿瘤的发生与发展中发挥其重要作用。因此，癌细胞中产生H2S的酶的敲除以及释放H2S的载体/药物的开发可能为肝癌治疗提供新的途径。

4 展望

长期以来，H2S一直被认为是一种有毒有害的气体。近几年，随着对硫化氢在体内生理和病理功能研究的深入，人们发现H2S除了在肝脏缺血-再灌注损伤、肝硬化、NAFLD/NASH等非癌性疾病的病理生理活动中起着重要作用，在肿瘤的病理生理活动中的作用及机制也在逐渐被揭示，并掀起了一股H2S在肿瘤领域的研究热潮。而H2S在肝癌方面的作用，现有的试验数据已经明确了在相对较低的浓度范围内H2S可以促进HCC进展而在高浓度范围内则可抑制HCC进展的双重作用模式。基于此特点，硫化氢合成酶抑制剂、硫化氢载体（如Na2S、NaHS、GYY4137）以及硫化氢释放基团与非甾体类抗炎药物的嵌合体可能作为抗肝癌的新型药物。并且随着硫化氢在肝癌中的作用及确切机制的深入研究，硫化氢可能成为肝癌治疗的一个极具潜在价值的治疗靶点，并且为目前抗肿瘤新药的研发以及肝癌的药物治疗提供新的思路，从而产生巨大的潜在临床价值。