硫化氫與糖脂代謝研究進展

張松、孫麗綜述，李悅審校

硫化氫與糖脂代謝研究進展

張松、孫麗綜述，李悅審校

硫化氫（H2S）是繼一氧化氮（NO）和一氧化碳（CO）之后的第三類氣體信號分子，在心血管系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)中作為一種內生性生理調節(jié)劑發(fā)揮重要作用。近年研究發(fā)現(xiàn)H2S參與胰島素分泌調節(jié)、能夠改善胰島素敏感性，還可降低人體血漿膽固醇和甘油三酯水平，H2S供體在糖、脂代謝異常中的臨床應用前景值得期待。

硫化氫；高脂血癥；高血糖；膽固醇

硫化氫（H2S）是繼一氧化氮（NO）和一氧化碳（CO）之后的第三類氣體信號分子[1,2]，在心血管系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)中作為一種內生性生理調節(jié)劑發(fā)揮重要作用。L-半胱氨酸是生成內源性H2S的前體物質。H2S合成酶包括胱硫醚-γ-裂解酶（cystathi-onine-γ-lyase，CSE）、胱硫醚-β-合成酶（cystathi-onine-β-lyase，CBS）、半胱氨酸轉移酶（CAT）和3-巰基丙酮酸轉硫酶（3MST）[3,4]。人體內胱硫醚-β-合成酶主要存在于主動脈、肝門靜脈、心臟和血管平滑肌，胱硫醚-β-合成酶在中央和外周神經(jīng)系統(tǒng)高表達，半胱氨酸轉移酶和3-巰基丙酮酸轉硫酶主要分布于血管內皮。體內大部分H2S可氧化生成二氧化硫（SO2），溶于水生成亞硫酸鹽，進一步氧化生成硫酸鹽，經(jīng)各種代謝器官排出體外；H2S也可經(jīng)甲基化代謝生成二甲硫醚，最后經(jīng)肝臟或腸道排出體外。內源性H2S參與炎癥反應的不同階段，有報道臨床最新進展為已發(fā)現(xiàn)H2S與非甾體抗炎藥（NASID）相結合的新型抗炎藥物[5]。近年研究發(fā)現(xiàn)H2S與糖、脂代謝關系密切，新型H2S供體可能在糖、脂代謝異常發(fā)揮作用。

1 硫化氫與糖代謝

已有研究證實，H2S使胰島β細胞KATP通道開放，抑制細胞膜去極化，引起胰島素分泌減少。Ali等[6]觀察人胰島β細胞株（INS-1E）分泌胰島素模型發(fā)現(xiàn)，給予外源性H2S供體硫氫化鈉（NaHS）（100μM）培養(yǎng)12 h后，胰島素分泌明顯降低，而給予KATP通道阻斷劑格列苯脲（10 μM）培養(yǎng)后，硫氫化鈉抑制胰島素分泌作用被削弱。Wu等[7]研究發(fā)現(xiàn)，與正常和單純肥胖Zucker大鼠相比，糖尿病合并肥胖Zucker大鼠胰腺胱硫醚-β-合成酶和H2S含量顯著增加，而給予糖尿病合并肥胖Zucker大鼠每日腹腔注射胱硫醚-β-合成酶抑制劑（PAG） 33.9 mg/（kg.d）4周后，糖尿病合并肥胖Zucker大鼠胰腺H2S含量明顯減少，血糖水平降至正常，胰島素分泌明顯增加。另有研究發(fā)現(xiàn)，鏈脲佐菌素（STZ）誘導的1型糖尿病大鼠肝臟和胰腺的胱硫醚-β-合成酶和胱硫醚-β-合成酶mRNA表達都明顯增加且活性增強，STZ誘導的糖尿病大鼠H2S水平高于正常，Schalinske等在無血管并發(fā)癥糖尿病患者模型也有同樣發(fā)現(xiàn)。Yusuf等[8]研究發(fā)現(xiàn)皮下注射胰島素（8 U/d）可顯著抑制鏈脲佐菌素誘導的糖尿病大鼠體內胱硫醚-β-合成酶和胱硫醚-β-合成酶mRNA表達，明顯降低體內H2S水平。

有研究證實人體內H2S水平與胰島β細胞凋亡密切相關。Kaneko等[9]發(fā)現(xiàn)外源性H2S供體L-半胱氨酸（3 mM）或硫氫化鈉（100 μM）離體培養(yǎng)人胰島β細胞后，可通過增加谷胱甘肽上調H2S水平，抑制胰島β細胞凋亡。Yang等[10]研究證實，過表達胱硫醚-β-合成酶誘導人胰島β細胞株分泌胰島素細胞系凋亡的機制為：激動p38 MAPK信號通路和上調Bip、CHOP（內質網(wǎng)應激指標）蛋白表達。Cao等[11]觀察發(fā)現(xiàn)外源性H2S供體硫氫化鈉（10 μM）培養(yǎng)離體人胰島腺泡細胞3小時后，H2S水平上升，磷脂酰絲氨酸分泌增加（細胞凋亡早期指標），細胞凋亡增加。上述研究結論為不同濃度H2S對胰島β細胞凋亡影響不同，具體機制仍需進一步研究。

有研究提示H2S通過調節(jié)胰島素受體（IR）介導的信號通路，增加胰島素敏感性、減輕胰島素抵抗，改善糖代謝異常。胰島素受體系（IRs）是酪氨酸激酶受體，內源性H2S可促進胰島素受體磷酸化，進而與磷酸肌醇-3激酶（PI3K）結合，進一步激活絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶（Akt），增強組織細胞對葡萄糖的攝取和利用。Xue等[12]發(fā)現(xiàn)腹腔注射外源性H2S供體硫氫化鈉 30 μM/（kg.d）10周的GK大鼠和Wistar大鼠與各自對照組相比，胰島素敏感性和糖耐量顯著增加，空腹血糖顯著降低。同時觀察到離體肌管細胞和脂肪細胞分別處于低糖（5.5 mM）環(huán)境或者高糖（25 mM）加胰島素（100 nM）環(huán)境培養(yǎng)時，給予外源性H2S供體硫氫化鈉后可顯著增加胰島素受體、磷酸肌醇-3激酶、絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶（AKt）磷酸化，而給予胰島素受體抑制劑（HNMPA）后，胰島素受體、磷酸肌醇-3激酶磷酸化水平未見上調。拮抗胰島素受體激活或抑制組織細胞磷酸肌醇-3激酶信號通路激活后，盡管外源性給予H2S培養(yǎng)，組織細胞萄糖攝取能力也未見明顯增強，進一步驗證H2S通過調控胰島素受體及其下游信號通路磷酸肌醇-3激酶—絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶增強組織細胞對葡萄糖攝取能力[12]。

2 硫化氫與脂代謝

Liu等[13]隨機觀察了971例健康兒童，發(fā)現(xiàn)其中高脂肥胖兒童占91例，患病率為9.37%，隨機檢測了其中40例高脂肥胖兒童血脂指標、血漿H2S水平發(fā)現(xiàn)，高脂肥胖兒童血漿總膽固醇（TC）、低密度脂蛋白膽固醇（LDL-C）、甘油三酯（TG）水平明顯高于血脂正常兒童，血漿H2S水平為34.40 μmol/L明顯低于血脂正常兒童，提示人體內源性H2S水平與血脂指標負相關。

Whiteman等[14]隨機觀察11例健康人（BMI＜25.0 kg/m2）、16例單純肥胖患者（BMI＞25.0 kg/m2）和11例2型糖尿病患者[BMI=（25±2）kg/m2]血漿H2S水平發(fā)現(xiàn)，健康組血漿H2S平均水平為38.9 μmol/L，單純肥胖組為22.0 μmol/L，2型糖尿病組為10.5 μmol/L，推測內源性H2S水平與胰島素敏感性負相關。Jain等[15]觀察2型糖尿病患者和鏈唑霉素誘導的糖尿病大鼠也證實，血漿H2S水平明顯低于各自對照組，與各自血漿葡萄糖水平負相關。Yang等[10]證實糖尿病GK大鼠腹腔注射外源性H2S供體硫氫化鈉 30 μM/ （kg.d） 6周后，血漿高密度脂蛋白升高，空腹血糖、總膽固醇、低密度脂蛋白、血壓都顯著降低；另用硫氫化鈉60 μM/（kg.d）腹腔注射后血漿總膽固醇和血壓仍明顯降低；而改為硫氫化鈉 120 μM/（kg.d）腹腔注射后血漿高密度脂蛋白仍然增加，但空腹血糖水平也隨之上升；觀察腹腔注射硫氫化鈉30 μM/（kg.d） 6周的Wistar對照組大鼠，發(fā)現(xiàn)血漿高密度脂蛋白含量明顯增加而甘油三酯含量顯著降低。結論，外源性給予H2S可以升高糖尿病模型GK和Wistar大鼠血漿高密度脂蛋白含量，并且降低總膽固醇水平。

Mani等[16]觀察發(fā)現(xiàn)，胱硫醚-β-合成酶基因敲除小鼠和野生型小鼠在致動脈粥樣硬化飲食喂養(yǎng)12周后，胱硫醚-β-合成酶基因敲除組血漿總膽固醇水平較先前升高兩倍，而野生型小鼠無明顯變化；此外，胱硫醚-β-合成酶基因敲除小鼠與野生型相比較，其血漿高密度脂蛋白、低密度脂蛋白含量都明顯較高，而血漿甘油三酯水平偏低；并且胱硫醚-β-合成酶基因敲除小鼠動脈粥樣硬化斑塊程度也明顯嚴重于野生型小鼠。在致動脈粥樣硬化飲食喂養(yǎng)后，分別腹腔注射胱硫醚-β-合成酶基因敲除小鼠外源性H2S供體硫氫化鈉或磷酸鹽緩沖液（PBS）12周，觀察發(fā)現(xiàn)注射硫氫化鈉組小鼠動脈粥樣硬化斑塊明顯縮小，血脂代謝異常顯著改善，結論為內源性H2S缺乏可致動脈內皮細胞增殖和粘附分子表達增加，而外源性給予H2S后可縮小動脈硬化斑塊并且改善血脂代謝異常。另有研究證實，氧化低密度脂蛋白可誘導血管內皮細胞損傷，增強單核細胞與內皮細胞黏附，促進泡沫細胞形成及影響斑塊穩(wěn)定性，而內源性H2S可減少大鼠體內致動脈粥樣硬化低密度脂蛋白含量，特別是氧化低密度脂蛋白含量，進而改善血脂代謝紊亂。

在臨床治療方面，Li等[17]觀察35例川崎病患兒和32例健康兒童后發(fā)現(xiàn)，35例患兒心臟受累者為21例，無心臟受累者14例。與健康兒童對照組相比，川崎病患兒組急性發(fā)病期血漿H2S水平明顯偏低，在給予靜脈推注1 g/kg免疫球蛋白治療2天后，血漿H2S水平得到顯著提升，在35例患兒中，心臟受累組血漿H2S水平明顯低于無心臟受累組。結論為，內源性H2S在靜脈注射免疫球蛋白后通過抑制全身炎癥反應阻止川崎病患兒心臟受累的發(fā)生，但其具體分子通路仍需進一步研究。

3 硫化氫供體在糖、脂代謝異常中的應用進展

目前研究提示H2S與糖、脂代謝關系密切，而外源性H2S供體在糖、脂代謝異常的調控中發(fā)揮作用。臨床現(xiàn)能提供外源性H2S的新型供體有GYY4137、S-阿司匹林和大蒜素等，在臨床糖、脂代謝治療方面已取得有意義的作用。Liu等[18]觀察發(fā)現(xiàn)外源性GYY4137（一種新型緩釋H2S復合物培養(yǎng)細胞后，H2S水平明顯上升，并且顯著抑制氧化型低密度脂蛋白誘導的細胞脂質含量增高作用，改善細胞脂代謝異常。Zhang等[19]分別給予高脂飲食4周的載脂蛋白E敲除鼠（Apo-E-/-）S-阿司匹林（ACS14）、乙酰水楊酸、生理鹽水腹腔注射12周，發(fā)現(xiàn)ACS14組動脈粥樣硬化斑塊大小明顯小于乙酰水楊酸組、生理鹽水組，推測H2S可改善脂代謝從而抗動脈粥樣硬化。Kojuri等[20]證實用含大蒜素的臨床藥物治療高脂血癥患者后，患者體內H2S水平明顯升高，血漿總膽固醇和低密度脂蛋白水平與對照組相比明顯降低，高密度脂蛋白水平也明顯升高，血漿甘油三酯含量略有降低。釋放H2S基團已與臨床藥物分子整合，如雙氯芬酸、美沙拉嗪、萘普生、辛伐他汀和磷酸二酯酶5抑制劑。臨床試驗結果顯示，與單獨應用他汀類藥物相比，整合釋放H2S基團的藥物除降脂作用外，抑制血小板聚集、升高血小板cAMP水平作用明顯加強[21]。

通過調控體內H2S水平來治療糖、脂代謝異常的臨床應用現(xiàn)仍存許多問題，有待進一步解決。第一，H2S是一種有“臭雞蛋”氣味的氣體，“無臭”的H2S供體現(xiàn)仍空缺，而且已有供體很難完全模擬人體內源性H2S釋放過程。第二，外源性H2S供體雖在糖、脂代謝紊亂治療方面取得一定成果，但是否直接通過所釋放的H2S起到治療作用，仍需進一步完善驗證通路。

綜上所述，在糖、脂代謝紊亂治療方面，隨著我們對H2S合成、代謝情況的深入了解，對其生理功能和藥理作用的全面揭示，對其作用機制的進一步闡明，H2S必將有著廣闊的治療性應用前景。

[1] 喜楊, 孫寧玲, 馬旃. 氣體信號分子硫化氫與一氧化氮在高血壓患者中的變化探討. 中國循環(huán)雜志, 2007, 22, 246-249.

[2] 張昱, 程衛(wèi)平. 硫化氫對乳鼠心肌細胞缺氧-復氧損傷的保護作用. 中國循環(huán)雜志, 2009, 24, 227-230.

[3] Wang R. Hydrogen sulfide: the third gasotransmitter in biology and medicine. Antioxid Redox Signal, 2010, 12: 1061-1064.

[4] Mustafa AK, Gadalla MM, Snyder SH. Signaling by gasotransmitters. Sci signal, 2009, 2: re2.

[5] Vandiver M, Snyder SH. Hydrogen Sulfide: A gasotransmitter of clinical relevance. J Mol Med (Berl), 2012, 90: 255-263.

[6] Ali MY, Whiteman M, Low CM, et al. Hydrogen sulphide reduces insulin secretion from HIT-T15 cells by a KATP channel-dependent pathway. J Endocrinol, 2007, 195: 105-112.

[7] Wu L, Yang W, Jia X, et al. Pancreatic islet overproduction of H2S and suppressed insulin release in Zucker diabetic rats. Lab Invest, 2009, 89: 59-67.

[8] Yusuf M, Kwong Huat BT, Hsu A, et al. Streptozotocin-induced diabetes in the rat is associated with enhanced tissue hydrogen sulfide biosynthesis. Biochem Biophys Res Commun, 2005, 333: 1146-1152.

[9] Kaneko Y, Kimura T, Taniguchi S, et al. Glucose-induced production of hydrogen sulfide may protect the pancreatic beta-cells from apoptotic cell death by high glucose. FEBS letters, 2009, 583: 377-382.

[10] Yang G, Yang W, Wu L, et al. H2S, endoplasmic reticulum stress, and apoptosis of insulin-secreting beta cells. J Biol Chem, 2007, 282: 16567-16576.

[11] Cao Y, Adhikari S, Ang AD, et al. Mechanism of induction of pancreatic acinar cell apoptosis by hydrogen sulfide. Am J Physiol Cell physiol, 2006, 291: C503-510.

[12] Xue R, Hao DD, Sun JP, et al. Hydrogen sulfide treatment promotes glucose uptake by increasing insulin receptor sensitivity and ameliorates kidney lesions in type 2 diabetes. Antioxidants & redox signaling, 2013, 19: 5-23.

[13] Liu Y, Mi J, Ding YG, et al. Survey of plasma lipid value in children in Beijing area and the changes of gaseous molecule-hydrogen sulfide in the ones with dyslipidemia. Beijing Da Xue Xue Bao, 2006, 38: 146-150.

[14] Whiteman M, Gooding KM, Whatmore JL, et al. Adiposity is a major determinant of plasma levels of the novel vasodilator hydrogen sulphide. Diabetologia, 2010, 53: 1722-1726.

[15] Jain SK, Bull R, Rains JL, et al. Low levels of hydrogen sulfide in the blood of diabetes patients and streptozotocin-treated rats causes vascular inflammation? Antioxid Redox Signal, 2010, 12: 1333-1337.

[16] Mani S, Li H, Untereiner A, et al. Decreased endogenous production of hydrogen sulfide accelerates atherosclerosis. Circulation, 2013, 127: 2523-2534.

[17] Li XH, Zhang CY, Wu JX, et al. Changes in plasma hydrogen sulfide and nitric oxide levels and their clinical significance in children with Kawasaki disease. Chinese Medical Journal, 2011, 124: 3445-3449.

[18] Liu Z, Han Y, Li L, et al. The hydrogen sulfide donor, GYY4137, exhibits anti-atherosclerotic activity in high fat fed apolipoprotein E(-/-) mice. British Journal of Pharmacology, 2013, 169: 1795-1809.

[19] Zhang H, Guo C, Zhang A, et al. Effect of S-aspirin, a novel hydrogensulfide-releasing aspirin (ACS14), on atherosclerosis in apoE-deficient mice. Eur J Pharmacol, 2012, 697: 106-116.

[20] Kojuri J, Vosoughi AR, Akrami M. Effects of anethum graveolens and garlic on lipid profile in hyperlipidemic patients. Lipids Health Dis, 2007, 6: 5.

[21] Wallace JL, Cirino G, Santagada V, et al. Synthesis and biological effects of hydrogen sulfide (H2S): development of H2S-releasing drugs as pharmaceuticals. J Med Chem, 2010, 53: 6275-6286.

2014-01-19)

（編輯：汪碧蓉）

150001 黑龍江省哈爾濱市，哈爾濱醫(yī)科大學附屬第一臨床醫(yī)學院 心內科

張松 住院醫(yī)師 碩士 主要從事心血管介入研究 Email:123zhangsong321@163.com 通訊作者：李悅 Email: ly99ly@vip.163.com

R445.1

A

1000-3614( 2014 ) 08-0655-03

10.3969/j. issn. 1000-3614. 2014.08.025