内源性硫化氢的研究进展
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内源性硫化氢对神经元损害的保护作用硫化氢作为体内的第3种内源性气体信号分子,在各种生理和病理过程中具有重要作用,尤其是硫化氢具有很强的内源性抗氧化作用及神经保护的特性。
因此,阐明内源性硫化氢的神经保护作用的机制将有助于设计新的药物来预防、治疗神经变性疾病如阿尔茨海默病、帕金森氏病等。
标签:内源性硫化氢;神经变性疾病硫化氢(Hydrogen Sulfide,H2S)是在20世纪90年代后期被证实存在于体内的第3种内源性气体信号分子,由于H2S在各种生理和病理过程中具有重要作用而受到极大的关注。
尤其是H2S具有很强的内源性抗氧化作用及神经保护的特性。
1 内源性H2S的生成途径在中枢神经系统,胱硫醚-β-合成酶(Cystathionine β-Synthase,CBS)途径是产生H2S的主要来源[1]。
CBS在皮层、纹状体、丘脑及脊髓都有表达,在海马及小脑的神经元胞体及突起均有丰富的表达。
硫氢化钠是外源性H2S的供体,而CBS作用于含硫的氨基酸如半胱氨酸、甲硫氨酸、同型半胱氨酸(Homocysteine,Hcy)等产生内源性的H2S。
目前,H2S被看作是一个很重要的内源性的神经调质[2-3]。
2 内源性H2S对神经元损伤的保护作用研究表明Hcy可诱导大鼠海马神经元和皮层神经元的凋亡[4]。
Hcy的神经毒性作用的可能机制包括低甲基化、活性氧损伤、谷氨酸受体的激活与促进Tau 蛋白的过度磷酸化等[2-4]。
在阿尔茨海默病(AD)患者的脑组织中Hcy的水平显著升高。
现已证实Hcy是AD发生的高风险因子[5],氧化应激是其神经毒性作用的机制之一。
因此,Hcy被认为是AD治疗的新的靶点。
在原代培养的皮层神经元,Hcy诱导的细胞损伤是由于NMDA受体激活后Ca2+的内流,CREB的短暂激活和持续的Erk磷酸化,从而导致Hcy诱导的神经毒效应[4]。
以Hcy损伤PC12细胞为Hcy神经毒性的细胞模型,研究发现Hcy通过抑制CBS的表达和活性,从而显著抑制PC12细胞的内源性H2S的合成[2]。
硫化氢供体生物学作用研究进展罗邦;游咏【摘要】硫化氢(H2 S)在以往被认为是一种具有强烈臭鸡蛋气味的无色有毒气体。
然而现在,它继一氧化氮和一氧化碳之后成为了第3种内源性信号气体递质,充当着神经调质和神经保护剂作用。
最近几年,新的硫化氢供体,也可以称为衍生物,在硫化氢的基础上,发挥着重要的生物学作用。
本文综述了这些新的硫化氢供体的生物学作用研究进展。
【期刊名称】《中南医学科学杂志》【年(卷),期】2016(044)001【总页数】5页(P107-111)【关键词】硫化氢供体;神经保护;抗氧化;抗炎;含硫结构【作者】罗邦;游咏【作者单位】南华大学附属第一医院神经内科,湖南衡阳 421001;南华大学附属第一医院神经内科,湖南衡阳 421001【正文语种】中文【中图分类】R971众所周知,硫化氢(H2S)是一种带有强烈臭鸡蛋气味的无色有毒气体。
但近年来的研究表明,它也是一种新型的气体信号分子和细胞保护剂[1]。
内源性硫化氢的产生已经确定有3种关键酶参与:胱硫醚-β-合酶(cystathionine-β-synthase,CBS)、胱硫醚-γ-裂解酶(cystathionine-γ-lyase,CSE)和3-巯基丙酮酸硫基转移酶/半胱氨酸氨基转移酶(3-mercaptopyruvate sulfur transferase with cysteine aminotransferase,3-MST/CAT)[2-3]。
在一般情况下,硫化氢毒性的水平是在毫摩尔范围内,而生理水平的硫化氢是在微摩尔范围(50~160 μmol/L),生理水平硫化氢对人体有着多种保护作用,如:抗氧化[4-5]、抗炎[6]、神经保护[7-8]等。
在早期对硫化氢的研究中,一般是以硫氢化钠作为硫化氢的供体来研究硫化氢的生物学作用,硫氢化钠溶解于水可以在短时间内释放大量的硫化氢气体,但这种特点逐渐显示出一定的弊端[9]。
近几年发现了一些新的硫化氢供体,它们是一个含硫结构(ADT-OH)与不同药物的母体相连接组成的复合物,也可以称为这些药物的衍生物。
气体信号分子硫化氢在植物中的生理效应及其研究进展姓名:李婷婷学号:2015111121摘要:在动物中已经发现,硫化氢(hydrogen sulfide, H2S)是继一氧化氮(nitric oxide, NO)和一氧化碳(carbon monoxide, CO)之后的第三个气体信号分子,参与各种生理调节作用。
植物中很早就发现有H2S释放的现象,但是其生理功能一直不明。
本文综述了硫化氢在植物体内合成途径、硫化氢的生理效应及其作为信号分子机制的研究进展。
关键词:硫化氢;信号分子;生理效应;机制H2S在人类和动物生理活动过程中发挥重要作用,其作用的普遍性和多功能性已经引起研究工作者的关注。
尽管H2S最早是作为一种有毒气体,但其作用已被人类认识和研究了300多年。
直到20世纪90年代中期,H2S才被证实是生物体内继NO和CO后另一种新型内源性气体信号分子[1]。
这3种气体信号分子有着众多相似之处:均是相对分子质量较小的气体分子,可自由进入细胞内部;直接与相应靶分子或细胞反应,而不需要通过受体间接发挥作用;其产生受到内源性关键酶的调控;生理浓度下有特定的生物学功能。
在人和动物体内,H2S参与了血管舒张,降血压、介导炎症过程、保护细胞以及对心血管的保护作用等生理和病理过程[2]。
H2S在植物生长发育及逆境胁迫方面起着重要的作用, 但关于其作用的研究仍然有限、不够全面, 现在仍然不清楚H2S在植物信号转导中的直接靶点和下游级联反应。
但是今年已有发现,在植物中, H2S通过硫巯基化作用(S-sulfhdration)翻译后修饰蛋白, 将很多蛋白中半胱氨酸的-SH转变为-SSH, 从而调控它们的活性一、植物体内硫化氢的合成植物体内,H2S主要是通过植物根部吸收的硫酸盐通过一系列的还原途径形成。
硫酸盐还原为硫化物通过3个步骤完成:硫酸盐在ATP硫酸化酶催化下激活为腺苷酰硫酸(APS);APS被APS还原酶还原为亚硫酸盐(SO32-),还原态GSH作为电子供体;亚硫酸盐还原酶(SiR)从铁氧化蛋白(Fdred)转移6个电子到亚硫酸盐从而产生硫化物[3-5]。
硫化氢抗炎及免疫调节作用研究进展张亚靖,戴岳(中国药科大学,江苏南京211198)摘要:硫化氢是一种气体信号分子,具有多种生物活性,如抗氧化、调节细胞周期、促凋亡、抗炎和免疫调节作用等。
其供体可直接或间接释放硫化氢,对心血管系统疾病、自身免疫性疾病、神经退行性疾病、糖尿病和肿瘤等多种疾病具有防治作用。
本文综述硫化氢及其供体在炎症和免疫调节方面的研究进展。
关键词:硫化氢;抗炎作用;免疫调节作用中图分类号:R967文献标识码:A文章编号:2095-5375(2021)04-0262-004doi:10.13506/ki.jpr.2021.04.013Research advances of the anti-inflammatory and immunomodulatory effects of hydrogen sulfideZH4NG呦ing,DA/Yue(China Pharmaceutical f/niversity,A'an/ing211198,China)Abstract:Hydrogen sulfide(H q S)is a gaseous signaling molecule with multiple bioactivities,such as anti-oxidation, regulation of cell cycle,pro-apoptosis,anti-inflammation and immune modulation,etc.Several compounds,termed as H S donors,release H?S directly or indirectly to play protective and therapeutic effects on cardiovascular diseases,autoimmune diseases,neurodegenerative diseases,diabetes,cancers and many other diseases.This review mainly summarized the research advances of H S and its donors in anti-inflammation and immunomodulation.Key words:Hydrogen sulfide;Anti-inflammation;Immunomodulation硫化氢(H2S)是继CO和NO之后被发现的第三类信号分子,在肾脏、心脏、肺和中枢神经系统等多个部位合成,可进入血液循环到达全身。
硫化氢在炎症反应中的作用研究进展饶春燕;乐湘华【摘要】@@ 硫化氢(H2S)对有机体的毒性早在300多年前即被人们发现,至今,它仍被认为是一种有毒的环境污染气体,即使微小的剂量也能导致明显的病理生理作用[1].H2S是一种小分子质量脂溶性的气体分子,可以自由渗透入细胞膜发挥生物效应,因此,其毒性作用范围广,可影响肺、脑、肾等多种器官功能[2].【期刊名称】《重庆医学》【年(卷),期】2012(041)006【总页数】3页(P609-611)【关键词】硫化氢;过氧化物酶;炎症;胱硫醚-γ裂解酶【作者】饶春燕;乐湘华【作者单位】第三军医大学新桥医院消化内科,重庆,400037;中国人民解放军75556部队,海口,571147【正文语种】中文硫化氢(H2S)对有机体的毒性早在300多年前即被人们发现,至今,它仍被认为是一种有毒的环境污染气体,即使微小的剂量也能导致明显的病理生理作用[1]。
H2S是一种小分子质量脂溶性的气体分子,可以自由渗透入细胞膜发挥生物效应,因此,其毒性作用范围广,可影响肺、脑、肾等多种器官功能[2]。
1 H2S的合成、代谢及生理作用现在已经证实,哺乳动物体内可通过激活5′-磷酸吡哆醛依赖性酶:胱硫醚-γ裂解酶(cystathionineγ-lyase,CSE,EC 4.4.1.1)和胱硫醚-β合成酶(cystathionineβ-synthase,CBS,EC 4.2.1.22),以L-半胱氨酸为底物生成H2S[3]。
H2S对这些酶也有负反馈调节作用,其他酶也能在体内合成少量H2S,但至今没有更多的深入研究。
大多数CBS存在于中枢神经系统中,而外周组织中CSE活性较高,尤其是肝、肾及血管。
大鼠体内不同血管组织将外源性半胱氨酸合成H2S的能力分级为尾动脉大于主动脉,主动脉大于肠系膜动脉[4]。
但是在血管组织中合成H2S的部位尚有争议,有人认为是在内皮细胞,而有人却认为是在平滑肌细胞。
㊃综述㊃基金项目:国家自然科学基金肝X 受体的选择性调控对脑内A β的影响及其机制研究(81100242);河北医科大学教育教学研究课题病理生理学基础与临床思维(2016Y B -22);河北医科大学大学生创新性实验项目课题P B L 教学在河北医科大学临床医学生培养中的作用(U S I P 2019320)通信作者:李淑琴,E m a i l :l i s h u q i n 111@126.c o m 硫化氢在肝脏疾病中的研究进展杜少严a ,尹 硕a ,郝文洋b ,王意浓b ,孙晓彩c ,李淑琴c(河北医科大学a .基础医学院临床医学专业;b .药学院临床药学专业;c .基础医学院病理生理学教研室,河北石家庄050017) 摘 要:肝脏疾病具有发病率高㊁易反复等特点,是当今医学急需解决的难题㊂硫化氢是一种非常重要的气体信号分子,具有多种生理和病理作用㊂近年来,随着对硫化氢的深入研究,发现其生成㊁代谢与肝脏系统密切相关,故成为肝脏疾病防治的研究热点㊂因此,本文对硫化氢在肝脏疾病中的研究进展进行综述,旨在为今后硫化氢在肝脏疾病中的应用提供参考㊂关键词:硫化氢;脂代谢障碍;肝炎;高血压,门静脉;肝硬化;氧化性应激中图分类号:R 363;R 575 文献标志码:A 文章编号:1004-583X (2019)12-1127-04d o i :10.3969/j.i s s n .1004-583X.2019.12.015 在过去的十年中,硫化氢已成为哺乳动物细胞和组织中一种重要的内源性气体递质㊂与先前的气体递质一氧化氮和一氧化碳相似,硫化氢可通过各种酶促反应产生,调节组织和细胞中的许多生理和病理生理过程[1-2]㊂研究证实,高浓度的硫化氢有较强的生物毒性,而低浓度的硫化氢则对机体有较好的保护功能,即表现为显著的双向效应[3-4]㊂肝脏是人体最大的代谢器官,在消化㊁吸收㊁排泄㊁生物转化及物质代谢中发挥重要作用㊂肝脏是合成和清除硫化氢的重要器官㊂硫化氢代谢功能障碍与诸多肝脏疾病的发生发展密切相关㊂1 硫化氢的来源与代谢1.1 硫化氢的存在形式及生成 硫化氢是一种臭鸡蛋味的无色气体,长期以来被认为是有毒气体和环境污染物[1]㊂硫化氢作为一种环境毒素的历史可以追溯到1700年,当时意大利医生在他的著作里描述了 下水道气体 导致工人的眼睛刺激和炎症,随后该气体被鉴定为硫化氢[3]㊂硫化氢是一种能直接溶于水的脂溶性气体分子㊂近年来众多证据表明,硫化氢是一种新型的气体递质,在机体中主要以两种形式存在,一种是硫化氢的形式(1/3),另一种是钠盐化合物即硫氢化钠的形式(2/3)[5-6]㊂在哺乳动物的机体中,硫化氢的生成途径非常多,同时也可由食物来获取㊂硫化氢主要是由胱硫醚β-合酶(c y s t a t h i o n i n e β-s yn t h a s e ,C B S )㊁胱硫醚γ-裂解酶(c y s t a t h i o n i n eγ-l ya s e ,C S E )㊁3-巯基丙酮酸硫基转移酶(3-m e r c a p t o p yr u v a t e s u l f u r t r a n s f e r a s e ,M P S T )等催化产生[5-7]㊂研究发现,硫化氢的生成酶在机体中广泛分布并有一定的特异性,如C B S 在中枢神经系统㊁肝脏以及肾脏等脏器中呈现为高表达;C S E 在心血管系统㊁肝脏㊁肾脏㊁胰岛等器官中呈现为高表达;M P S T 在中枢神经系统和血管内皮等中表现出高表达[1,5]㊂1.2 硫化氢的代谢特点 硫化氢在正常机体维持一个相对的稳态,通过甲基化㊁氧化以及呼气等方式来实现硫化氢的快速分解和排出㊂细胞质中的硫醇S -甲基转移酶可催化硫化氢发生甲基化,转变为甲硫醇和甲硫醚,线粒体中的硫化物-醌还原酶可催化硫化氢的氧化反应㊂体内产生的硫化氢可以硫酸盐㊁硫代硫酸盐等形式随尿液排出体外[4]㊂硫化氢也可以气体的形式经由呼吸系统快速排出体外[8]㊂2 硫化氢与肝脏疾病2.1 硫化氢对肝脏脂代谢的影响 肝脏是人体重要的脂质代谢器官,与脂质的分解㊁合成与转运等有关,以防机体脂质过多或过少从而引起脂质代谢异常[4]㊂其中最主要的是过多的甘油三酯(t r i g l yc e r ide ,T G )聚集在肝脏内,导致肝细胞发生大泡性脂肪病变㊂有研究者应用 二次打击学说 进行解释,因胰岛素抵抗,血液中的游离脂肪酸水平升高,肝细胞合成T G 增加,导致游离脂肪酸的摄取量也因此递增,大量的脂肪囤积于肝内引发脂肪变性[9]㊂资料显示,硫化氢可调节脂肪的摄取㊁利用和分解等,可通过调控胰岛素受体信号㊁过氧化物增殖体活化受体γ和钾离子通道等参与脂代谢的调节[10]㊂郑艳丽等观察肝病患者和健康人血中硫化氢㊁T G 和胆固醇等的水平㊂结果显示:轻中重度肝㊃7211㊃‘临床荟萃“ 2019年12月20日第34卷第12期 C l i n i c a l F o c u s ,D e c e m b e r 20,2019,V o l 34,N o .12Copyright ©博看网. All Rights Reserved.病患者的硫化氢水平与健康人相比均显著下降,并且重度组低于中度组,中度组低于轻度组;轻中重度肝病患者的T G水平与健康人相比均显著上升,并且重度组T G水平高于中度组,中度组高于轻度组;轻中重度肝病患者的胆固醇水平与健康人相比均显著上升,轻中重度肝病患者间胆固醇水平有一些差异,但无统计学意义[11]㊂研究发现高甘油三酯血症患者的体重指数㊁血清T G和极低密度脂蛋白水平均显著高于正常对照组,而血清硫化氢水平明显低于正常对照组;并在动物实验中得到证实,这些数据表明了硫化氢作为脂质代谢调节器的重要性[12]㊂王智等[13]结果显示,外源性硫化氢可显著缓解高脂饲料致胖小鼠脂肪的堆积,降低血清中游离脂肪酸的水平㊂有研究探讨硫化氢对高脂饲养大鼠肝脏脂代谢的调节作用,结果发现给予硫化氢后与单纯高脂组相比,脂质沉积和肝小叶破坏减轻㊁总胆固醇荧光强度减弱㊁肝细胞内脂肪滴减少㊁肝细胞形态和结构有所恢复;提示外源性硫化氢对大鼠高脂饮食所致肝脏脂质代谢异常有明显改善作用㊂王红钢等研究硫化氢供体释放的外源性硫化氢对小鼠原代肝细胞内脂质自噬分解的影响㊂结果显示硫化氢组与模型组相比,肝细胞内自噬相关蛋白的荧光颗粒和蛋白表达量增加,自噬溶酶体数量和细胞内空泡增多;提示外源性硫化氢可促进脂肪变性肝细胞内脂质的自噬分解[14]㊂2.2硫化氢对非酒精性脂肪性肝病的影响在人们生活习惯㊁饮食结构剧变的影响下,非酒精性脂肪性肝病逐渐成为了目前临床中常见的慢性肝脏疾病㊂文献显示,全球大约有25%的成年人患有非酒精性脂肪性肝病[15]㊂非酒精性脂肪性肝病是一种与胰岛素抵抗㊁肥胖㊁遗传易感性均有关的急性肝损伤疾病,常规情况下,患者并无习惯性饮酒,临床上无特异性表现,可持续发展为非酒精性脂肪性肝炎,部分患者甚至还可进展为肝硬化㊁肝癌等肝脏疾病的终末期[16]㊂非酒精性脂肪性肝病的发生发展与硫化氢密切相关,有研究显示硫化氢能通过腺苷酸活化蛋白激酶-m T O R途径来实现对肝脏自噬能力的激活,促使小鼠血清中T G水平迅速下降,从而较好的控制非酒精性脂肪性肝病的发展[12]㊂高甘油三酯血症患者与正常对照组相比血清硫化氢水平降低,而T G水平增高[12]㊂敲除腺苷酸活化蛋白激酶后,硫化氢激活自噬的作用被阻断,小鼠血清T G水平出现了显著升高,表明硫化氢能增强肝细胞的自噬能力,提升对血清T G的清除作用,进而达到对非酒精性脂肪性肝病的预防和控制[12]㊂郑艳丽等将45例非酒精性脂肪性肝病患者根据脂肪肝程度分为轻中重3组,20例健康体检者为对照组㊂结果显示:轻度组㊁中度组㊁重度组的硫化氢水平与对照组相比均显著下降,并且重度组硫化氢水平低于中度组,中度组低于轻度组;而T G水平轻度组㊁中度组㊁重度组与对照组相比均显著上升,并且重度组T G水平高于中度组,中度组T G水平高于轻度组[11]㊂在硫化氢合成过程中,M P S T是一种关键的调节酶,在非酒精性脂肪性肝病患者肝脏组织以及高脂饮食小鼠肝脏中,M P S T均呈现显著的高表达㊂有研究者发现抑制M P S T的作用是显著增强硫化氢的生成,而M P S T的过度表达则显著抑制硫化氢的生成㊂肝细胞内游离脂肪酸可上调M P S T的表达,M P S T的过度表达会导致C S E/硫化氢途径受到抑制,从而迅速减少机体中内源性硫化氢的生成,推动肝脏氧化应激反应以及C-J u n末端磷酸化反应,加速肝脏病变[17]㊂同时观察了19个健康肝移植供体成人和行肝脏活检的37个非酒精性脂肪性肝病患者,结果发现患者肝脏中游离脂肪酸增加,循环中游离脂肪酸浓度升高㊂实验显示患者脂肪变性肝细胞胞浆内M P S T蛋白表达明显高于健康对照组,并且脂肪变性面积与肝脏M P S T表达呈正相关㊂提示肝脂肪变性与非酒精性脂肪性肝病中游离脂肪酸诱导的M P S T上调有关[17]㊂另有研究显示,浒苔多糖治疗可显著增加高脂饮食大鼠血清的硫化氢水平并降低T G水平,增加肝脏C B S的表达㊂C B S作为硫化氢非常重要的生成酶,其增加能加速内源性硫化氢的合成,进而达到对血清中T G的控制,因此实现对非酒精性脂肪性肝病发展的控制与改善[18]㊂结合前期的研究成果来看,硫化氢能较好地预防和改善非酒精性脂肪性肝病的发生发展㊂2.3硫化氢对门脉高压的影响门脉高压主要是门静脉系统血流动力学发生了变化,多表现为门脉压力显著升高同时伴有门脉系统血流量迅速增加为主要临床特点的一种综合征,是肝硬化的临床表现之一[19]㊂硫化氢在机体中能较好的舒张血管平滑肌,扩张血管,改善循环㊂近年来大量的研究表明,硫化氢在肝硬化发生发展以及门脉高压中均有保护作用㊂在四氯化碳诱导的肝硬化动物模型中,动物C S E的整体表达量持续下降,肝内血管阻力出现了显著的持续上升,而进行硫化氢干预后,肝内血管阻力迅速上升的情况得到了明显控制㊂钱静蓉等[20]临床研究显示,肝硬化门脉高压患者的血浆硫化氢水平明显低于健康对照组的水平㊂在肝硬化早期,内源性硫化氢作为气体分子被消耗,导致肝脏产生更㊃8211㊃‘临床荟萃“2019年12月20日第34卷第12期 C l i n i c a l F o c u s,D e c e m b e r20,2019,V o l34,N o.12Copyright©博看网. All Rights Reserved.多的Ⅰ型和Ⅲ型胶原,加速了肝脏纤维化进程㊂研究也显示肝硬化患者血清中硫化氢浓度明显低于健康对照组,且随肝功能受损程度进行性降低㊂张永健等测定的血中硫化氢结果显示,肝硬化失代偿期患者<代偿期患者<健康对照组,差异有统计学意义㊂提示作为舒张血管因子硫化氢的分泌在肝硬化中被反馈性抑制,可能促使门脉系统高动力循环的改变,进而加重肝硬化进程[21]㊂临床资料显示,门脉高压患者血浆硫化氢的含量明显低于正常群体,不同肝功能C h i l d分级的门脉高压患者其血浆硫化氢的含量也不同,与门静脉管径呈现负相关,表明随着门脉高压的持续上升,患者体内的硫化氢浓度可能会持续下降㊂为探讨内源性硫化氢与门脉高压的关系及其对血管平滑肌细胞的影响,根据胆红素和白蛋白水平㊁凝血酶原时间㊁腹水和肝性脑病对门静脉高压患者进行C h i l d-P u g h评分㊂结果发现,门脉高压患者的内源性硫化氢水平显著低于健康对照组,病情越重,血浆中的硫化氢水平越低,与门静脉直径和C h i l d-P u g h评分呈负相关㊂结合动物实验提示硫化氢剥夺可能通过减少门静脉平滑肌细胞凋亡及增加病理性血管重建,参与肝硬化相关门脉高压的发生㊁发展和恶化[22]㊂上述研究资料提示,硫化氢可促进肝脏血管舒张㊁诱导门静脉平滑肌细胞凋亡和改善病理血管重建,对门脉高压有一定的防治作用㊂2.4硫化氢对肝纤维化的影响肝纤维化是肝细胞在发生炎症刺激或坏死时,肝脏内纤维结缔组织发生异常增生的一种病理过程,是多种慢性肝脏疾病的共同中间环节,其持续恶化会逐步发展成肝硬化,甚至肝癌[23-25]㊂在肝纤维化动物模型中血浆硫化氢的含量出现了明显的下降,给予外源性硫化氢补充后,纤维化的肝组织出现了不同程度的改善或逆转,提示硫化氢有抑制肝纤维化的作用[26]㊂研究发现D L-炔丙基甘氨酸(注射C S E酶抑制剂)组肝纤维化程度和血浆中硫化氢含量明显高于肝纤维化模型组,而外源性硫化氢组血管紧张素Ⅱ1型受体表达㊁肝纤维化指标和血浆中硫化氢含量均明显低于肝纤维化模型组㊂表明在肝纤维化发生发展过程中,补充硫化氢可控制病情,这可能是硫化氢进入机体后,能够对血管紧张素Ⅱ1型受体的表达进行调控,进而缓解肝纤维化的进程[27]㊂赵世印等研究药物对慢性乙型肝炎肝纤维化患者硫化氢浓度的影响㊂治疗组给予阿德福韦酯联合肝康Ⅱ号,对照组给予阿德福韦酯联合安络化纤丸,另设健康对照组㊂研究发现慢性乙型肝炎肝纤维化患者存在硫化氢水平下降,治疗48周后治疗组㊁对照组血浆硫化氢水平均上升,但与健康对照组的水平仍有差异,说明慢性乙型肝炎肝纤维化患者通过肝康Ⅱ号联合抗病毒药物治疗提高了患者体内硫化氢的水平从而抑制肝星状细胞活化,缓解肝纤维化[28]㊂从上述研究结果来看,一定浓度的硫化氢可发挥抗肝纤维化的作用㊂2.5硫化氢对肝脏氧化应激的影响机体出现氧化应激是氧化与抗氧化反应相互作用失衡的结果,可造成蛋白质分泌增加,中性粒细胞浸润,并产生大量氧化中间产物㊂研究表明,氧化应激与非酒精性脂肪性肝病㊁肝纤维化等有紧密的联系㊂如有人研究非酒精性脂肪性肝病患者体内酶和非酶抗氧化剂㊁氧化还原稳态和氧化损伤的变化㊂结果发现早期和晚期非酒精性脂肪性肝病患者血中超氧化物歧化酶㊁谷胱甘肽过氧化物酶㊁谷胱甘肽还原酶活性及还原型谷胱甘肽㊁丙二醛㊁D N A和R N A氧化损伤等水平均显著高于对照组[29]㊂资料显示,硫化氢可清除活性氧,上调内源性抗氧化系统,发挥抗氧化应激与保护组织的作用[30]㊂硫化氢在线粒体损伤后有保护氧化呼吸链㊁稳定细胞色素C氧化酶活性及氧化磷酸化反应的作用,从而保证A T P的生成[31]㊂赵世印等研究肝康Ⅱ号对慢性乙型肝炎肝纤维化患者硫化氢浓度的影响㊂结果发现慢性乙型肝炎肝纤维化患者硫化氢水平下降,治疗后血浆硫化氢水平上升㊂乙型肝炎病毒是诱发肝纤维化的启动因素,而硫化氢可提高抗氧化能力,从而减少氧化应激损伤,起到抗肝纤维化的作用[28]㊂有人研究硫化氢对大鼠甲氨蝶呤肝毒性的作用及可能机制㊂甲氨蝶呤是一种常用的抗癌免疫抑制剂,可引起氧化应激㊁炎症和细胞凋亡等肝毒性㊂结果显示,硫化氢能显著降低大鼠血清丙氨酸氨基转移酶㊁肝细胞丙二醛㊁白细胞介素-6㊁核因子κB p65㊁细胞色素C等水平,减轻甲氨蝶呤大鼠肝组织的病理损伤,显著增加大鼠肝脏总抗氧化能力和内皮型一氧化氮合酶;表明硫化氢通过抗氧化应激㊁抗炎㊁抗凋亡等途径发挥肝保护作用[32]㊂由此可知,硫化氢可能通过调控肝脏氧化应激反应,从而达到对肝细胞的保护㊂综上所述,随着对硫化氢的深入了解,其对肝脏的保护作用逐渐受到关注,例如硫化氢可参与肝脏脂代谢,调控非酒精性脂肪性肝病的发生发展,改善门脉高压㊁肝纤维化㊁氧化应激等,尽管其机制尚不完全清楚,但为今后的研究和防治提供了方向㊂目前已有一些硫化氢补充方法,如食物㊁药物等,但硫化氢容易受到影响,并且大剂量具有毒性㊂因此,在将来应加强对有效外源性硫化氢补充方法和剂量的研究,掌握其在机体中的作用机制,在为患者提供疾㊃9211㊃‘临床荟萃“2019年12月20日第34卷第12期 C l i n i c a l F o c u s,D e c e m b e r20,2019,V o l34,N o.12Copyright©博看网. 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植物内源性H2S信号通路及其生物学功能研究硫化氢,通常被认为是一种有毒、难闻和腐蚀性强的气体。
然而,近年来研究表明硫化氢在生命体系中发挥了重要的作用,包括植物生长发育、叶绿体功能、抗氧化防御以及植物对逆境的响应等。
其中,植物内源性H2S信号通路及其生物学功能的研究备受关注。
一、植物内源性H2S的产生与释放H2S是植物体内的一种内源性小分子信号分子,它能够引起细胞内一系列的反应,从而改变植物的生长发育及逆境反应等。
H2S的产生主要来源于L-半胱氨酸和D-半胱氨酸经过一系列酶催化产生的。
目前已经鉴定了多个参与植物H2S产生的酶类,如L-半胱氨酸介导的半胱氨酸脱水酶(CDes)、半胱氨酸酰化酶(CS)和硫氧化酶(SO)等。
此外,H2S还会由植物的低分子量硫化物(SM)释放而来。
H2S的释放受到植物下游信号通路的调控,从而形成了一个动态平衡,保持合适的H2S浓度和信号传导。
二、植物H2S信号通路的研究进展H2S作为一种新陈代谢产物,相关研究发展较晚。
在动物学领域中,H2S作为一种气体信号分子,其内源性生物学特性和作用机制得到了全面的研究。
而在植物学领域中,关于H2S信号通路的研究还处于起步阶段。
研究表明,H2S主要通过改变植物细胞膜离子通道的通透性,从而改变细胞的基础代谢和膜电位,从而产生一系列的逆境响应。
具体而言,植物中的H2S可以在一定程度上参与ROS信号途径、Ca2+信号途径、NO信号途径、激素信号途径等多个信号通路,从而产生多重的效应作用。
此外,H2S还能够调控蛋白翻译后修饰的过程,影响蛋白的降解和合成。
三、植物H2S在生长发育与逆境应答中的生物学功能1.植物生长发育中的生物学功能植物生长发育是由内部信息交换和外部信号刺激的复杂过程。
H2S参与了植物生长发育的调控,如花芽分化、花开、花落、果实成熟以及幼苗的生长等。
研究表明,利用H2S供体外源性氢硫酸钙处理植物,能够促进植物的种子萌发及幼苗生长,同时还能提高植物产量和品质。
内源性硫化氢(H2S)综述- 索引-1. 硫化氢的生物合成 11-1. Cystathionine-β-synthase(CBS)1-2. Cystathionine-γ-lyase(CSE)1-3. 3-Mercaptopyruvate sulfurtransferase(3-MST)1-4. 吡哆醛酶CBS、CSE的反应机理2. 硫化氢的生理功能 62-1. 血管舒张功能2-2. 细胞保护功能2-3. 神经传递(记忆、疼痛)2-4. 诱导凋亡2-5. 能量产生2-6. 热量限制及硫磺代谢3. 硫化氢释放试剂(供体)114. 硫化氢的检测方法125. 硫化氢和S-巯基化146. 硫化氢和NO的相互作用177. 今后的展望171导言硫化氢(H 2S)被公认为一种有毒气体,是除了一氧化氮(NO)、一氧化碳(CO)以外的第三种气体信号分子。
据报道内源性H 2S 在体内与血管舒张,细胞保护,胰岛素分泌,神经传导等生理功能有关。
近年科研人员越来越关注H 2S 的研究。
1)-4)(图1)。
研究表明H 2S 的体内合成主要是以L-半胱氨酸为基质,分别在Cystathionine-β-synthase(CBS)、Cystathionine-γ-lyase(CSE)、3-mercaptopyruvate sulfurtransferase(3-MST)三种酶的催化下合成,在体内发挥生理功能。
同时有一部分硫与蛋白质等半胱氨酸结合而存在于体内。
虽然H 2S 是和NO 、CO 一样的气体分子,但由于其p K a 在7左右,在生理pH 的情况下,大约80 %的H 2S 是以HS -的状态存在(图1)。
由于HS-的S 在体内会以各种结合形式存在,目前仍未完全了解H 2S 影响细胞信号转导和其他生理活动的分子机制。
图1 体内硫化氢的生理功能1. 硫化氢的生物合成H 2S 的生物合成主要是以L-半胱氨酸和L-同型半胱氨酸为基质,分别在Cystathionine-β-synthase(CBS)、Cystathionine-γ-lyase(CSE)、3-mercaptopyruvate sulfurtransferase(3-MST)三种酶的催化下合成。
·综 述·蛋氨酸限制提高内源性H 2S 活性延缓衰老的机制研究进展#李欣*1 吴海燕△2(1. 四川大学华西基础医学与法医学院基础医学专业2018级,四川 成都 610041;2. 四川大学华西基础医学与法医学院药理学教研室,四川 成都 610041)摘要 蛋氨酸限制(Methionine restriction ,MetR )作为饮食限制的方法之一,能够改善多种无脊椎动物、啮齿类动物及包括人类灵长类动物的衰老及其相关疾病。
但MetR 对衰老的具体调节作用机制尚未完全明确,目前除了与饮食限制的共有机制以外,越来越多的研究表明内源性硫化氢(Endogenous hydrogen sulfide ,H 2S )可能是其发挥效应的主要机制。
硫化氢作为水溶性和脂溶性的小分子气体,在延缓衰老进程和改善衰老相关疾病中具有重要意义。
本文阐述了MetR 通过提高内源性H2S 的活性延缓衰老的机制及相关研究。
关键词:蛋氨酸限制;硫化氢;转硫途径;衰老Research progress on the mechanism of methionine restriction delaying ageingvia increasing endogenous H 2S activityLi Xin*1, Wu Hai-yan 2△(1. Basic Medical Sciences of 2018 Grade, West China School of Basic Medicine Sciences and Forensic Medicine, Sichuan University, Chengdu 610041, China; 2. Department of Pharmacology, West China School of Basic MedicineSciences and Forensic Medicine, Sichuan University, Chengdu 610041, China)Abstract Methionine restriction (MetR), as one of the methods of dietary restriction, can improve the aging andrelated diseasesof a variety of invertebrates, rodents and including human primates. However, the specific regulatory mechanism of MetR on aging has not been fully clarified. At present, in addition to the shared mechanism with dietary restriction, more and more studies have shown that endogenous hydrogen sulfide (H 2S) may be the main mechanismof its effect. As a water-soluble and fat-soluble small molecule gas, hydrogen sulfide plays an important role in delaying the aging process and improving aging-related diseases.This review describes the mechanism of MetR delaying aging by increasing the activity of endogenous H 2S.Key words: Methionine restriction; Hydrogen sulfide; Transsulfuration pathway; Aging#基金项目:四川省科技计划(编号:2019YJ0094)、学生大创项目(编号:C2020108688) *作者简介:李欣,女,基础医学在读本科生,Email :*****************;△通讯作者:吴海燕,女,讲师,主要从事心血管和衰老研究,Email :****************.cn 。
□ 综述/SummaryModern Medicine and Health Research 2019 Vol.3 No.9现代医学与健康研究2019年第3卷第9期·14·内源性硫化氢的合成代谢过程以及与人类重大疾病的关系的研究进展赵方诺(中国药科大学药学院,江苏 南京 210009)摘要:硫化氢(H 2S)是一种具有臭鸡蛋味的剧毒气体,多年以来人们一直把它当作废气,避之不及。
但是近些年来研究发现机体内的内源性硫化氢在多种生理和病理过程中都扮演了举足轻重的角色。
随着研究的进展,越来越多的证据表明硫化氢是机体内继一氧化碳和二氧化氮后的第3种重要的气体信号分子。
本文着重介绍硫化氢气体信号分子与人类的一些重大疾病,如心血管疾病、中枢神经系统疾病、肿瘤等的关系,以及内源性硫化氢产生、代谢过程。
关键词:硫化氢;代谢过程;气体信号分子;心血管疾病;中枢神经系统疾病;肿瘤中图分类号:R114 文献标志码:A 文章编号:2096-3718.2019.10.0014.03作者简介:赵方诺,在读本科生,研究方向:药物化学。
E-mail:1441687698@硫化氢是一种无色、有臭鸡蛋味,易燃,有剧毒的酸性气体。
长期以来,硫化氢在人类活动中扮演着“恶魔”的角色,人们谈之色变。
直到1989年,科学家Warenycia 首次在鼠、牛、及人的大脑中发现有相对较高浓度的硫化氢存在[1],并提出了硫化氢可能有较重要的生理作用。
20年后,科学家最终确认,硫化氢是继一氧化碳、二氧化氮后的第3种气体信号分子。
从那以后,科学家们对这个小小的分子展开了大量的研究,最终阐明了内源性硫化氢的生理过程,并且硫化氢与多种疾病的关系也浮出水面,伴随产生了硫化氢供体药物,检测荧光探针等诸多领域。
1 内源性硫化氢的来源、存在形式及代谢途径机体内的硫化氢来源有很多途径,最主要的有两条:一条是以无机物分解为主的非酶催化途径;另一条是以5 -磷酸吡多醛依赖性酶为主要酶系的酶催化途径[2]。
新型气体信号分子H2S在植物中的研究进展摘要:硫化氢(hydrogenulfide,H2S)是新近发现的一种多功能气体信号分子,最初认为其对植物有害,但近期研究表明,低浓度的H2S可对植物的生长发育及外界逆境胁迫响应产生多方面的积极影响。
本文综述了H2S在植物体内的产生途径及其生理功能,包括对离子、盐、干旱、逆温等非生物胁迫的响应及对气孔运动、生长发育、种子萌发等生理过程的调控,并对其研究前景进行了展望。
关键词:硫化氢;气体信号分子;非生物胁迫;植物AbtractHydrogenulfide(H2S),arecentdicoveredgaignalmoleculewithmultifunction,halongbeenconideredaaphytoto某in.WhilerecentreearcheindicatedthatH2Splayedmanypoitiveeffectonp lantphyiologicalproceeandtheacquiitionofplanttretoleranceatlowco ncentration.Inthipaper,thegenerationofH2Sanditpotentialphyiologicalfunctionwereummarize d,includingmediatingthereponetoabiotictree,uchaion,alt,drought,heatingandlowtemperature,andmediatingtomatalmovement,plantgrowthanddevelopment,andeedgermination.Itfuturepropectwerealopreented.KeywordHydrogenulfide;Gaignalmolecule;Abiotictre;Plant硫化氢(hydrogenulfide,H2S)作为一种无色易燃有臭鸡蛋气味的气体,长久以来被认为危害动植物的生长和发育,但最近医学方面的研究表明,H2S作为重要的信号分子,在调控动物和人体神经系统、消化系统以及心血管系统方面具有重要功能[1,2]。
新型气体信号分子H2S在植物中的研究进展作者:孙晓莉姜倩倩田寿乐许林沈广宁来源:《山东农业科学》2016年第09期摘要:硫化氢(hydrogen sulfide, H2S)是新近发现的一种多功能气体信号分子,最初认为其对植物有害,但近期研究表明,低浓度的H2S可对植物的生长发育及外界逆境胁迫响应产生多方面的积极影响。
本文综述了H2S在植物体内的产生途径及其生理功能,包括对离子、盐、干旱、逆温等非生物胁迫的响应及对气孔运动、生长发育、种子萌发等生理过程的调控,并对其研究前景进行了展望。
关键词:硫化氢;气体信号分子;非生物胁迫;植物中图分类号:S184文献标识号:A文章编号:1001-4942(2016)09-0151-07AbstractHydrogen sulfide (H2S), a recent discovered gas signal molecule with multifunction, has long been considered as a phytotoxin. While recent researches indicated that H2S played many positive effects on plant physiological processes and the acquisition of plant stress tolerance at low concentration. In this paper, the generation of H2S and its potential physiological functions were summarized, including mediating the responses to abiotic stresses, such as ion,salt, drought, heating and low temperature, and mediating stomatal movements, plant growth and development, and seed germination. Its future prospects were also presented.KeywordsHydrogen sulfide; Gas signal molecule; Abiotic stress; Plant硫化氢(hydrogen sulfide, H2S)作为一种无色易燃有臭鸡蛋气味的气体,长久以来被认为危害动植物的生长和发育,但最近医学方面的研究表明,H2S作为重要的信号分子,在调控动物和人体神经系统、消化系统以及心血管系统方面具有重要功能[1,2]。
・综述・ 硫化氢治疗脑缺血再灌注损伤的研究进展张翀余丹【摘要】硫化氢既是一种内源性气体信号分子,又是神经保护剂。
缺血再灌注是脑血管疾病,尤其是脑梗死病理过程中重要的一环,它会加重脑损害。
近十几年来,研究者们对硫化氢的生理作用研究得如火如荼。
部分研究发现:硫化氢可以通过多种途径减轻脑缺血再灌注损伤,本文对硫化氢治疗脑缺血再灌注损伤的相关机制进行了综述。
【关键词】 硫化氢; 脑缺血再灌注; 抗炎; 抗氧化应激; 抗凋亡Progress of hydrogen sulfide in cerebral ischemia-reperfusion injury Zhang Chong, Yu Dan.Department of Neurology, Affiliated of Haikou Hospital of Xiangya Medical College of Central SouthUniversity, Haikou 570208, ChinaCorresponding author: Yu Dan, Email: yudanyuyue@【Abstract】Hydrogen sulfide (H2S) is an endogenous gaseous signal molecule and neuroprotectant.Ischemia-reperfusion is a vital element during the pathological process of cerebrovascular diseases,especially the cerebral infarction. In recent years, researchers pay much attention to the physiological roleof H2S. Some studies indicate that H2S is able to attenuate cerebral ischemia-reperfusion injury throughmultiple pathway. This review focused on mechanisms of H2S treating cerebral ischemia-reperfusioninjury.【Key words】 Hydrogen sulfide;Ischemia-reperfusion;Anti-inflammation;Resistance tooxidative stress;Anti-apoptosis缺血性脑卒中是世界公认的高致残率和高致死率的疾病,其约占全部脑卒中的80%。
收稿日期:2019-05-08㊀㊀㊀㊀修回日期:2019-05-30作者简介:周骊(1994-)ꎬ男ꎬ兰州大学生命科学学院2017年级硕士研究生.E ̄mail:595929113@qq.com通信作者:林昌俊(1976-)ꎬ男ꎬ副教授ꎬ硕士生导师.研究方向:细胞生物学与细胞生物物理学.E ̄mail:linc@lzu.edu.cnꎻ周鹏(1963-)ꎬ男ꎬ研究员ꎬ博士生导师.研究方向:分子生物学及抗病基因工程.E ̄mail:zhp6301@126.com第10卷第2期热带生物学报Vol.10No.22019年6月JOURNALOFTROPICALBIOLOGYJun 2019㊀㊀文章编号:1674-7054(2019)02-0208-07硫化氢在炎症和自噬等病理中作用与机制的研究进展周㊀骊1ꎬ林昌俊1ꎬ周㊀鹏2(1.兰州大学生命科学学院生物物理研究所ꎬ兰州730000ꎻ2.中国热带农业科学院热带生物技术研究所ꎬ海口571101)摘㊀要:硫化氢(H2S)是一种内源性气体信号分子ꎬ常常与一氧化碳和一氧化氮协同作用ꎬ在血管生成㊁神经活动㊁葡萄糖代谢㊁抗氧化和炎症反应等调节功能中发挥着重要作用ꎮ由于内源H2S代谢异常与许多疾病如癌症㊁高血压㊁糖尿病和神经退行性疾病等有关ꎬ因此ꎬ调控内源H2S的量对于治疗H2S相关的疾病以及临床上的研究具有重要意义ꎮ笔者重点综述了近年来H2S供体来源和H2S在炎症㊁自噬等相关病理方面的研究进展ꎬ以及内源H2S量精确化潜在的研究方式ꎬ同时对H2S研究前景和发展方向作了展望ꎮ关键词:硫化氢(H2S)ꎻ硫化氢供体ꎻ炎症ꎻ自噬ꎻ近红外荧光探针中图分类号:R36㊀㊀㊀文献标志码:A㊀㊀㊀DOI:10.15886/j.cnki.rdswxb.2019.02.018硫化氢(HydrogensulfideꎬH2S)最初被认为是一种有毒气体ꎬ因此ꎬ人们忽视了其所发挥的细胞保护作用[1]ꎮ近年来的研究认为ꎬH2S是一种普遍存在的小气体信号分子ꎬ并与一氧化氮(NO)和一氧化碳(CO)一起加入到被称为气体传递的信号分子群中ꎬ在许多生理过程中发挥着重要作用ꎬ如具有舒张血管㊁降压㊁抗凋亡㊁抗炎㊁抗氧化应激等多种生理功能ꎬ尤其对细胞的保护作用越来越受到重视[2]ꎮ目前ꎬH2S的抗炎和自噬中作用是研究热点ꎮ笔者在前人研究的基础上ꎬ综述了内源H2S及其供体在炎症和自噬作用方面的最新进展ꎬ并进一步讨论了内源H2S检测的精确化方式ꎮ1㊀内源性H2S及其供体H2S存在于哺乳动物的各种组织中ꎬ包括心血管系统㊁消化系统㊁大脑等ꎮ半胱氨酸的脱硫水合作用被认为是哺乳动物H2S的主要来源ꎮ哺乳动物组织中的胱硫醚-γ-裂解酶(cystathionine ̄γ ̄lyaseꎬCSE)㊁胱硫醚-β-合酶(cystathionine ̄β ̄synthaseꎬCBS)和3-巯基丙酮酸硫基转移酶/半胱氨酸氨基转移酶(3 ̄mercaptopyruvatesulfurtransferasewithcysteineaminotransferaseꎬ3 ̄MST/CAT)催化产生了大部分的内源性H2SꎮCBS主要存在于中枢神经系统和肝脏中ꎬCSE主要负责心血管系统H2S的生成ꎮ内源性H2S产生的途径如图1所示ꎮ3 ̄MST主要位于线粒体中ꎬ与半胱氨酸氨基转移酶(CysteineaminotransferaseꎬCAT)协同产生[3]ꎮ这些内源产生的H2S酶浓度普遍较低ꎬ其生物学功能难以被准确识别ꎮ因此ꎬ在细胞和动物研究中ꎬH2S的外源性传递有助于探索其生理作用ꎮ在研究中通常通过外源的H2S供体提供底物从而产生内源H2S来发挥其作用ꎬ因此ꎬ寻找一种适用于实验研究的H2S供体是目前的研究热点ꎮ当前最常使用的外源H2S供体是硫化氢钠(SodiumhydrogensulfideꎬNaHS)ꎬ这是一种方便使用和容易获得的H2S供体ꎬ价格也十分便宜ꎬNaHS溶于水就能快速地释放H2Sꎬ在抗炎㊁抗氧化㊁神经保护等方面发挥重要作用ꎮ图1㊀哺乳动物细胞内源性H2S生成途经Fig.1㊀EndogenousH2SgenerationofmammaliancellsYU等[4]报道了将NaHS作为H2S的外源供体对模拟局灶性脑缺血/再灌注(I/R)诱导的脑损伤的氧和葡萄糖剥夺(OxygenglucosedeprivationꎬOGD)损伤神经元的影响ꎬ其结果显示ꎬNaHS对早期和老年海马神经元OGD诱导的神经元损伤具有明显的保护作用ꎮLIN等[5]也使用NaHS作为H2S的供体对处在高糖(HG)情况下的人脐静脉内皮细胞(HumanumbilicalveinendothelialcellsꎬHUVECs)进行处理ꎬ结果显示ꎬ外源性H2S通过抑制坏死ꎬ保护HUVECs免受HG诱导损伤ꎮZHEN等[6]的研究中同样使用了NaHS作为H2S的供体来促进肝细胞癌细胞生长ꎬ为外源性H2S通过激活转录3(STAT3)-环氧合酶-2(COX ̄2)信号通路ꎬ促进PLC/PRF/5细胞增殖和迁移ꎬ起到抑制细胞凋亡的作用ꎮ但由于其释放速度快和稳定性差ꎬ对实验结果可能会有所影响ꎬ而且配置完成也不能长期保存ꎮ对于NaHS上的这些缺陷ꎬ许多研究者使用了GYY4137这种较稳定的H2S供体ꎬ虽然价格比NaHS昂贵ꎬ但可以缓慢㊁稳定地释放H2Sꎬ并且持续时间很长ꎬ实验数据较稳定ꎬ而且可重复性较高ꎮZHOU等[7]的研究发现ꎬH2S供体GYY4137可以通过下丘脑弓状核硫酰化ꎬ来增加小鼠摄食量ꎬ从而增加神经肽的产生ꎬ提高ARC中蛋白硫氢化水平㊁AMPK和CaMKKb的活化ꎮSIMONE等[8]的研究结果表明ꎬC57BL/6N小鼠提前接受GYY4137ꎬ能减轻LPS刺激下的急性肺损伤ꎬ并抑制了Hoxb8中性粒细胞中MIP ̄2和活性氧的释放ꎮMilicaLazareviᶄc[9]用干扰素和脂多糖刺激BV2小胶质细胞ꎬGYY4137预处理能抑制肿瘤坏死因子ꎬ但不影响白介素-6的产生ꎬ同时还下调了BV2细胞的炎症特性ꎬ但增加了它们产生ROS的能力ꎮ虽然GYY4137实验数据稳定性明显优于快速释放的H2S供体ꎬ但根据自身实验的需求来选择使用H2S供体十分的重要ꎬ相同的实验条件下ꎬ不同的H2S供体产生的效果也不尽相同ꎮ快速释放的H2S供体Na2S能降低大鼠血压ꎬ而缓慢释放的H2S供体GYY4137不会降低大鼠血压ꎬ在血浆生理pH下ꎬ供体Na2S能快速生成H2S来产生降低血压的功能ꎬ而供体GYY4137则无法正常产生H2S[10]ꎮ除了最常见的几种H2S供体外ꎬ也有不少研究者选择使用新型合成的H2S供体ꎬ它们是一个含硫结构(ADT ̄OH)与不同药物的母体相连接组成的复合物(图2)ꎬ以尝试满足实验上的需要ꎮJK ̄1是一种新型的pH控制H2S供体ꎬ它可以在弱酸性pH下释放H2Sꎬ从而抑制胃内的炎症及病变ꎬ减少氧化损伤ꎬ保护胃粘膜免受阿司匹林引起的损伤[11]ꎮ植物中也存在能提902㊀第2期㊀㊀㊀㊀周㊀骊等:硫化氢在炎症和自噬等病理中作用与机制的研究进展图2㊀GYY4137和新型合成H2S供体的含硫结构Fig.2㊀Sulfur ̄containingstructureofGYY4137andnewsyntheticH2Sdonor供H2S的天然供体ꎬJURKOWSKAH等[12]发现了白芥菜种子(Sinapisalba)中存在一种天然H2S供体 4-羟基苄基异硫氰酸酯(4 ̄hydroxybenzylisothiocyanateꎬHBITC)ꎬ它能影响人神经母细胞瘤(SH ̄SY5Y)和胶质母细胞瘤(U87MG)细胞的增殖ꎬ具有抑制瘤细胞增殖的作用ꎮ在H2S供体的研究中ꎬ还需将内源硫化氢与外源的硫化氢的研究相结合ꎮ通常情况下ꎬ内源的H2S缺乏时ꎬ可以补充外源的H2S供体ꎬ再通过内源H2S生成酶合成内源的H2SꎮWU[13]研究发现ꎬ在d-半乳糖诱导的小鼠衰老模型中ꎬ肝脏和肾脏内源性H2S出现缺乏时ꎬ在给予NaHS(外源H2S供体)的条件下ꎬ产生内源H2S的酶表达量增加ꎬ结果表明ꎬ外源性H2S通过诱导内源性H2S和NO生成以及降低氧化应激ꎬ可部分挽救衰老相关的功能障碍ꎮZHANG[14]的研究表明ꎬ外源的H2S供体恢复了野百合碱诱导的内源性H2S产生的不足ꎬ通过亚硫化氢AAT1和AAT2逆转了内源性SO2/AAT通路的上调ꎬ减轻了内皮细胞的炎症ꎮH2S与细胞毒性增加㊁线粒体损伤和抗氧化能力等相关联ꎬ还对炎症㊁自噬㊁衰老㊁癌症等症状起着调节作用[15]ꎬ这些都有可能成为研究H2S的方向ꎮ综上所述ꎬH2S具有抗炎症㊁抗氧化㊁促进血管生成㊁通路调节等诸多方面的作用ꎬ故众多学者将H2S作为治疗靶点来研究ꎬ以期挖掘H2S在病理及临床上的作用ꎬ以及进一步将H2S作为改善的治疗药物来考虑临床应用ꎮ2㊀H2S与炎症大量的研究表明:H2S在不同情况下可以具有抗炎症或者促炎症的作用ꎬ通常情况下是低浓度下抑制炎症ꎬ而高浓度下促进炎症ꎮ根据H2S作用的部位不同效果也不尽相同ꎬH2S生成的速率的快慢也同样会影响其效果ꎮ目前ꎬ对于H2S的研究大多集中于H2S的抗炎症的作用上ꎬMARK[16]将2种不同的外源H2S供体(快速释放H2S的供体NaSHꎬ缓慢释放H2S的供体GYY4137)作用于慢性阻塞性肺病种质细胞ꎬ结果显示ꎬ内源性和外源性H2S都可以抑制FCS诱导的人种质细胞的增殖和细胞因子的释放ꎬ并抑制了ERK-1/2和p38有丝分裂原激活蛋白激酶(MitoticactivatorproteinkinaseꎬMAPKs)的FCS刺激磷酸化ꎬ从而表现出明显的抗炎反应ꎮSIMONE[17]用H2S预处理限制炎症的方式来防止呼吸机诱导的肺损伤ꎬH2S不影响细胞因子和中性粒细胞的积累ꎬ而活性氧(ReactiveoxygenspeciesꎬROS)的形成被阻止ꎬ证明了H2S预处理可以通过抑制ROS的形成从而改善炎症ꎬ以时间依赖性的方式防止肺损伤ꎮZHAO[18]等的研究表明ꎬ颅内出血后大脑内源性H2S的生成明显下降ꎬ这可能是脑H2S生成酶CBS减少的结果ꎬ通过外注入NaHS抑制P2X7R/NLRP3的炎性小体信号级联ꎬ减轻了脑内的炎症反应ꎮHASSAN[19]通过切除5/6的肾来引起严重的肾损伤模拟肾脏功能障碍ꎬ然后使用NaHS来治疗改善肾脏中的抗氧化平衡并减少炎症的发生ꎮ近年来ꎬ也有大量的研究将H2S与不同产生炎症的通路联系起来ꎬ通过H2S作为气体信号分子来研究通路对病理上的作用ꎮ研究较多的是炎症中H2S通过Nrf2和NF ̄kB这2条通路来抑制炎症反应(图3)ꎮMAGIEROWSKIM[20]已经证明了H2S通过Nrf ̄2/HO ̄1通路减轻了萘普生药物的副作用ꎬ降低了其对胃部的毒性和减轻了胃黏膜的损伤ꎬ并调节了全身的炎症ꎮZHANG等[21]报道了脂多糖(LPS)处理后大鼠的L6012热带生物学报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀2019年㊀图3㊀H2S通过NF ̄KB和Nrf2途径来抑制炎症反应Fig.3㊀H2SinhibitsinflammatoryresponsethroughNF ̄KBandNrf2pathways细胞H2S水平下降并产生了炎症和凋亡ꎬ在使用H2S后ꎬ提高了LPS处理的L6细胞的增殖和存活能力ꎬH2S通过丝裂原活化蛋白激酶(MAPKs)信号通路降低ROS诱导细胞凋亡和H2S通过NF ̄KB信号通路缓解了LPS介导的炎症ꎮCHEN等[22]的研究表明ꎬNaHS可改善肾功能和肾组织病理改变ꎬ减轻LPS诱导的炎症和氧化应激ꎬ抑制TLR4ꎬNLRP3和caspase ̄1的表达ꎬ认为内源性H2S参与了急性肾损伤的发病机制ꎬ外源性H2S通过TLR4/NLRP3信号通路抑制炎症和氧化应激ꎬ对脂多糖诱导的急性肾损伤起到保护作用ꎮLIU等[23]的研究结果表明ꎬH2S的扩增释放不仅与抑制肠道运动有关ꎬ还与促进炎症有关ꎬ并证明了PI3K/Akt/Sp1信号在重症急性胰腺炎中起促进炎症作用ꎬ通过PI3K/Akt/Sp1信号通路的活化促进了H2S的产生ꎬ进一步加重重症急性胰腺炎ꎮH2S主要作用于胰腺ꎬ而影响了整个肠道生理功能ꎬ说明H2S作用的部位与产生影响的部位不完全一致ꎮ若是可以通过更为精确的方式来测定H2S的含量和位置ꎬ则能更好地研究H2S的作用ꎮ3㊀H2S与自噬近年来ꎬ有大量的研究转向H2S在自噬上作用ꎮ自噬是一个进化上保守的过程ꎬ也是维持细胞内稳态的关键机制ꎮ自噬与受损或不必要的蛋白质和细胞器的降解和循环有关ꎬ以促进细胞在应激条件下的生存ꎮ损伤细胞器可通过自噬作用清除ꎬ保留其功能ꎬ抑制线粒体ROS的产生[24]ꎮ自噬通过溶酶体驱动的降解来刺激ꎬ以应对各种细胞外和细胞内的压力ꎬ包括营养和生长因子的缺乏ꎮ过度的自噬活性也可能导致Ⅱ型程序性细胞死亡ꎬ促进疾病的发生[25]ꎮ自噬通常也是通过许多的信号通路来进行调控的ꎬ而H2S作为气体信号分子在其中充当了重要的角色ꎮ在H2S调节细胞自噬分子机制的研究中ꎬAkt和MAPK信号通路㊁AMPK(图4)和p53信号通路显得十分重要[26]ꎮ目前ꎬ大多数研究者将目光放在H2S是图4㊀H2S通过AMPK途径调控自噬Fig.4㊀H2ScontrolautophagythroughAMPKpathway112㊀第2期㊀㊀㊀㊀周㊀骊等:硫化氢在炎症和自噬等病理中作用与机制的研究进展212热带生物学报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀2019年㊀否能通过抑制或者促进自噬的方式保护组织免受损伤ꎮH2S对于自噬作用于肝脏中ꎬ可以抑制细胞凋亡和促进自噬通路来改善肝脏的损伤ꎮSUN等[27]的实验验证了H2S通过AMPK ̄mTOR通路刺激肝脏自噬通量ꎬ降低血清肝甘油三酯(TG)水平ꎬ改善非酒精性脂肪肝(NAFLD)的假说ꎬ证明H2S可以通过AMPK㊁mTOR通路激活肝脏自噬ꎬ从而降低血清TG水平ꎬ改善NAFLDꎮH2S可通过抑制PI3K/Akt/mTOR信号通路ꎬ从而影响肝癌细胞系HepG2和HLE细胞的多种生物学功能ꎬH2S可以诱导细胞凋亡ꎬ抑制细胞周期和增殖ꎬ阻断细胞迁移ꎬ在低浓度下H2S可以刺激细胞增殖ꎬ但高浓度H2S会抑制细胞增殖[28]ꎮ在肝脏保护的研究中ꎬH2S也可以通过调节抑制自噬从而发挥保护作用ꎬCHENG等[29]的研究发现ꎬ缺血/再灌注性肝炎中肝细胞的死亡通过Bax和Bcl ̄2蛋白作用来调控ꎬH2S预处理能使Bax和Bcl ̄2之间的平衡趋于正常ꎬBcl ̄2上调ꎬBax下调ꎬ并验证了H2S通过抑制JNK通路减少自噬ꎬ改善了肝炎ꎮ在神经的保护中ꎬ将H2S作为一种神经调节物质和神经保护剂ꎬH2S通过调节自噬从而发挥保护作用ꎮLI[30]探讨了外源性H2S对脊髓缺血/再灌注损伤的影响及其机制ꎬ其研究结果表明ꎬH2S预处理也下调了miR ̄30c表达ꎬ上调了Beclin ̄1和LC3II在脊髓中的表达ꎮ在I/R损伤大鼠模型中ꎬ预处理前使用自噬抑制剂可以消除H2S对脊髓的保护作用ꎬ证明了H2S可以作为神经保护剂ꎬ通过激活miR ̄30c依赖性信号通路中的自噬来治疗I/r诱导的脊髓损伤ꎮXIE等[31]通过主动脉弓闭塞建立脊髓缺血再灌注大鼠模型ꎬH2S通过akt-哺乳动物雷帕霉素(mTOR)通路的靶点ꎬ降低SCIR损伤中的氧化应激ꎬ显著抑制了自噬细胞的死亡ꎬ氧化应激诱导自噬细胞死亡ꎬH2S通过减少SCIR中的氧化应激发挥神经保护作用ꎮ在ZHANG等[32]的研究中ꎬH2S预处理逆转外伤性脑损伤(TBI)诱导的caspase ̄3的分裂和Bcl ̄2的下降ꎬ抑制LC3 ̄IIꎬBeclin ̄1和Vps34激活ꎬ并维持了TBI后损伤皮质和海马的p62水平ꎬ表明H2S对脑损伤的保护作用和治疗潜力ꎬ对TBI的保护作用可能与调节细胞凋亡和自噬有关ꎮ4㊀H2S与荧光探针对于H2S而言ꎬ其生成部位和作用的部位不一定一致ꎬ并且内源性H2S浓度普遍较低难以精确测定其含量ꎮ通常检测的方式只能控制外源H2S供体的量ꎬ并不能精确定位H2S作用部位和生成量的大小ꎬ故今后的研究需将现有的文献报道的新型特异性H2S荧光探针与H2S研究相结合起来ꎬ使得H2S作用的相关研究更为精确化ꎮH2S作用于细胞实验和动物实验上可能存在一些异同ꎬ动物体是一个整体ꎬ可能存在不同组织之间的相互影响ꎬ从而影响H2S作用于某一个组织的功能ꎬ若能精确定位可以排除其他的干扰ꎬ减少不同研究者所进行研究的差异ꎮZHANG等[32]研制了一种新型的近红外(NIR)荧光探针ꎬ用于在小鼠的体内检测内源性H2Sꎬ在结肠直肠癌细胞(HCT116ꎬHT29)和小鼠肿瘤模型中ꎬ内源性H2S可以快速且有选择性地通过体内注射荧光探针来检测ꎬ在低毫摩尔浓度的H2S测定下ꎬ证明探针敏感度十分的高ꎮ在向小鼠腹腔注射外源H2S供体和探针后ꎬ可以明显观察到肾脏和肝脏有荧光产生ꎮ小鼠注射不同数量的HT29细胞ꎬ用探针注射24h后对癌细胞进行成像ꎬ可以观察到癌细胞中产生荧光ꎬ荧光强度与H2S浓度有关ꎮ这种测定方法具有高度的灵敏性㊁选择性和活体成像的功能ꎬ能识别和定量检测H2Sꎬ对于生物医学研究具有重要的意义ꎮ5㊀展㊀望虽然H2S供体具有多种选择并且简单易得ꎬ但H2S供体的精准选择对实验的结果有重要影响和密切关系ꎬ因此ꎬ必须对H2S供体作进一步地挖掘和验证ꎮ内源性或者外源性H2S在一定范围内能够减轻炎症㊁癌症㊁氧化和心血管方面的损伤并能改善机体ꎬ若将临床研究与基础研究联系起来ꎬ可以更好地发挥H2S潜在的功效ꎮ有关H2S在机体生理病理方面的研究较多ꎬ但对其研究结果存在着不同甚至相反的结论ꎬ这与H2S供体和H2S气体自身的不稳定性有一定的关系ꎬ因此ꎬ将H2S进行准确定量具有重要的意义ꎮ将能够准确对H2S进行定量的荧光探针与H2S研究相结合ꎬ对今后H2S在体内外的生理㊁病理作用研究或许有更大的利用空间ꎮ如何让功能强大的H2S更好地发挥潜力ꎬ有待于对H2S的作用及其机制作进一步的研究ꎮ参考文献:[1]SAJIDAꎬAAMIRNꎬSHAGHEFEꎬetal.Effectsofhydrogensulfideonpostharvestphysiologyoffruitsandvegetables:Anoverview[J].ScientiaHorticulturaeꎬ2019ꎬ243:290-299.[2]YANGQꎬLIDH.ProgressandprotectiveeffectofH2Sonthepathogenesisofdiabeticretinopathy[J].InternationalJournalofOphthalmologyꎬ2014(1):67-70.[3]YANGCTꎬCHENLꎬXUSꎬetal.RecentDevelopmentofHydrogenSulfideReleasing/StimulatingReagentsandTheirPo 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摘要:内源性气体信号分子的发现开辟了“废气不废”的新思路。
硫化氢(hydrogen sulfide, H2S)是继一氧化氮(nitricoxide, NO)和一氧化碳(carbon monoxide, CO)之后的气体信号分子家系新成员。
近年来,人们对H2S 的内源性生成、生物学效应及其机制,特别是其在心血管、神经、呼吸、内分泌等系统的疾病发生、发展过程中的病理生理学意义进行了广泛研究。
本文综述了近年来H2S 相关基础、临床以及药学研究方面的进展,包括H2S 对细胞增殖和凋亡、炎症反应、血管新生及离子通道的调节作用,H2S 在各种系统疾病发病中的调节作用,H2S 供体及其在药学领域的研究进展。
关键词:硫化氢;增殖;凋亡;炎症反应;血管新生;离子通道正文:早在上世纪80 年代中期以前,人们通常认为一氧化氮(nitric oxide, NO)和一氧化碳(carbon monoxide,CO)均为废气,是大气主要污染物。
随后,科研人员逐步发现,机体中可以内源性产生NO 和CO,而且这些结构简单的无机小分子在复杂的生命活动中发挥着重要的调节作用,由此开创了“气体信号分子”这一崭新的科学领域,同时也开启了“废气不废”的崭新思路。
与NO 和CO 相似,硫化氢(hydrogen sulfide, H2S)也曾经被人们视为是一种具有臭鸡蛋气味的废气以及大气污染物,但是,在哺乳动物、鱼类乃至无脊椎动物体内,都可以生成内源性H2S 气体,而且H2S 参与学习和记忆的调节,发挥类似神经递质的中枢调节作用。
生理浓度的H2S 可直接或与NO 协同舒张血管、降低血压,对心脏具有负性肌力作用。
更为重要的是,H2S 具有重要的心血管病理生理学意义,由此提出了H2S 是心血管功能调节的新型气体信号分子的概念[1]。
目前,大量实验资料证实H2S 在心血管、神经、消化、呼吸、内分泌、血液、泌尿系统以及免疫系统中都具有广泛的生物学效应,参与多器官、组织功能和代谢调节,是继NO 和CO 之后发现的第三种气体信号分子。