硫化氫在糖尿病發(fā)病機(jī)制中的探討

硫化氫（hydrogen sulfide，H2S）是繼NO、CO之后被發(fā)現(xiàn)的第三個氣體信號分子。生理水平的硫化氫具有多種生理功能，尤其在心血管系統(tǒng)生理病理方面具有調(diào)節(jié)作用，與心血管系統(tǒng)疾病密切相關(guān)。近年來，開始有研究關(guān)注硫化氫在糖尿病及其并發(fā)癥中的作用。過往的研究表明，硫化氫對胰島β細(xì)胞的生理及病理具有明顯的作用，尤其在糖尿病時其水平改變對胰島β細(xì)胞產(chǎn)生多種作用，可能參與了糖尿病的發(fā)生和發(fā)展，但現(xiàn)已公開發(fā)表的結(jié)果之間尚存矛盾之處。而關(guān)于糖尿病時循環(huán)中硫化氫水平變化的研究結(jié)果基本趨于一致，即糖尿病時循環(huán)中硫化氫水平降低。而更令人感興趣的是，通過藥理學(xué)等方法補(bǔ)充糖尿病模型動物體內(nèi)硫化氫水平可以緩解糖尿病及其并發(fā)癥的發(fā)生發(fā)展，如緩解血管內(nèi)皮功能障礙，保護(hù)心臟缺血再灌注損傷以及促進(jìn)糖尿病傷口愈合。因此，雖然有關(guān)于硫化氫與糖尿病及其并發(fā)癥病理機(jī)制關(guān)系的研究才剛剛起步，但關(guān)注此領(lǐng)域的研究越來越多，現(xiàn)將相關(guān)研究進(jìn)展綜述如下。

1糖尿病時硫化氫合成及其胰島β細(xì)胞的作用

生理?xiàng)l件下，多種胰島β細(xì)胞系通過胱硫醚β合成酶（cystathionine-β-synthase， CBS）和胱硫醚-γ- 裂解酶（cystathionine-γ-lyase， CSE）將底物L(fēng)-半胱氨酸合成硫化氫[1-3]。雖然硫化氫對胰島β細(xì)胞的確切的作用尚需進(jìn)一步研究，但是已明確胰島內(nèi)硫化氫對β細(xì)胞分泌胰島素具有生理性的抑制作用[1-3]。這種抑制作用是通過多種不同機(jī)制實(shí)現(xiàn)的，例如，ATP敏感性鉀通道（ATP-sensitive potassium channel，KATP）的開放，細(xì)胞內(nèi)ATP水平下降以及調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度[2，4]。

多種胰島細(xì)胞系經(jīng)高濃度葡萄糖刺激后，誘導(dǎo)CSE而非CBS表達(dá)明顯升高，導(dǎo)致硫化氫合成增多[5]。但是，也有研究報(bào)道INS-1E在葡萄糖刺激后硫化氫生成活性下降[3]。提示這種葡萄糖對硫化氫生成效應(yīng)的差異可能與種屬特異性有關(guān)。在動物模型方面，Moore等人應(yīng)用β細(xì)胞毒素--鏈脲佐菌素處理的動物發(fā)現(xiàn)胰腺硫化氫生成酶CBS（而非CSE）表達(dá)升高[6]。另外，在Zucker糖尿病肥胖大鼠模型中，胰島中發(fā)現(xiàn)CSE表達(dá)上調(diào)[7]?？傊?，這些發(fā)現(xiàn)提示：在不同的糖尿病模型中，胰腺或胰島內(nèi)硫化氫生成均增加。

1.1硫化氫在糖尿病狀態(tài)下對胰島β細(xì)胞的破壞作用 最近，Wang和他的同事應(yīng)用鏈脲佐菌素糖尿病小鼠模型研究顯示，胰島內(nèi)硫化氫的合成部分是對鏈脲佐菌素作用于胰島細(xì)胞K-ATP 通道的直接反應(yīng)，誘導(dǎo)生成的硫化氫導(dǎo)致了β細(xì)胞的死亡，而應(yīng)用CSE抑制劑治療鏈脲佐菌素糖尿病大鼠模型可緩解其高血糖和高胰島素血癥程度。應(yīng)用CSE敲除小鼠給予鏈脲佐菌素可使其糖尿病狀態(tài)發(fā)生延遲。組織病理學(xué)觀察揭示：CSE缺陷動物能維持大量的具有功能的β細(xì)胞同時能維持較高的胰島內(nèi)胰島素水平[8]。Yang等研究發(fā)現(xiàn)，給予硫化氫或過表達(dá)CSE可導(dǎo)致胰島素瘤INS-1E細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激相關(guān)分子的表達(dá)和細(xì)胞凋亡，并且證明了這些效應(yīng)是由p38 MAP（Mitogen-activated protein，MAP）激酶激活所介導(dǎo)的。這種鏈脲佐菌素誘導(dǎo)的胰島素瘤細(xì)胞死亡可通過藥理學(xué)方法抑制CSE而被阻止，表明在該模型中內(nèi)源性硫化氫具有促進(jìn)細(xì)胞凋亡作用，其機(jī)制為硫化氫引起了內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和激活了MAP激酶[3]。

1.2硫化氫在糖尿病狀態(tài)下對胰島β細(xì)胞的保護(hù)作用 與上述研究結(jié)果相反，另一些研究結(jié)果顯示，硫化氫對暴露于高糖、脂肪酸或多種具有細(xì)胞毒性細(xì)胞因子混合物條件下的小鼠胰島和MIN6細(xì)胞具有細(xì)胞保護(hù)作用[5，9]。這些細(xì)胞保護(hù)性效應(yīng)包括：維持細(xì)胞存活以及防止β細(xì)胞在高糖條件時胰島素分泌功能的惡化[9]。研究報(bào)道，硫氫化鈉和L-半胱氨酸增加了谷胱甘肽的含量并且減少了氧自由基的生成[5，9]。除了這些抗氧化作用，硫氫化鈉作用于MIN6細(xì)胞可激活A(yù)kt磷酸化，促進(jìn)β細(xì)胞存活[10]。硫化氫對鈣離子波動的抑制也是保護(hù)機(jī)制之一，因?yàn)槌掷m(xù)的鈣離子升高可導(dǎo)致β細(xì)胞死亡[11]。另外，高糖誘導(dǎo)β細(xì)胞的CSE表達(dá)增加了硫化氫的合成，而硫化氫增加抑制了胰島素的釋放，從而保護(hù)了β細(xì)胞自身。

目前，關(guān)于硫化氫的對β細(xì)胞起到的是細(xì)胞保護(hù)作用和/或細(xì)胞毒性作用尚存爭議。關(guān)于整個爭議，一個濃度為基礎(chǔ)的解釋能部分地說明該問題。該觀點(diǎn)認(rèn)為，硫化氫對細(xì)胞具有雙向作用，即較低濃度趨向細(xì)胞保護(hù)作用，而較高濃度則產(chǎn)生細(xì)胞毒性作用。

2糖尿病患者循環(huán)中硫化氫水平的變化

關(guān)于糖尿病時硫化氫水平，在大多數(shù)動物模型中是一致的，即循環(huán)中硫化氫水平降低。除了一項(xiàng)在Zucker糖尿病大鼠模型（2型糖尿?。┑难芯拷Y(jié)果顯示循環(huán)中硫化氫水平升高[12]。在臨床方面，最近兩個獨(dú)立研究均證實(shí)糖尿病患者血液中硫化氫濃度減低，并且其中一項(xiàng)研究顯示硫化氫可抑制高糖處理的單核細(xì)胞系U937分泌IL-8和單核細(xì)胞趨化蛋白-1（monocyte chemotactic protein 1，MCP-1）[13]，而另一項(xiàng)研究提示血脂是糖尿病時循環(huán)中硫化氫水平降低的一個獨(dú)立的因素[14]。

3硫化氫在糖尿病及其并發(fā)癥病理機(jī)制中的作用

3.1硫化氫在胰島素抵抗發(fā)展中的作用 除了對胰島β細(xì)胞的作用外，硫化氫在胰島素抵抗發(fā)生、發(fā)展也具有重要作用。雖然數(shù)個研究結(jié)果顯示，硫化氫在組織糖攝取的調(diào)節(jié)、胰島素抵抗中具有作用，但是公開發(fā)表的結(jié)論尚存爭議。在一個體外實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)硫化氫能抑制脂肪細(xì)胞對糖的攝取。進(jìn)一步，在胰島素抵抗大鼠模型中，脂肪組織的糖攝取與其生產(chǎn)的硫化氫呈負(fù)相關(guān)[15]。這些數(shù)據(jù)支持硫化氫在胰島素抵抗的發(fā)病機(jī)制中的潛在作用，并且提示藥理學(xué)硫化氫抑制劑可能成為一種胰島素抵抗的治療方式。然而，這種觀點(diǎn)卻沒有得到Patel等實(shí)驗(yàn)結(jié)果的支持。他們研究結(jié)果顯示糖尿病大鼠胰島素抵抗發(fā)展與硫化氫無關(guān)[16]。這些尚存爭議的結(jié)果提示該領(lǐng)域需更多的實(shí)驗(yàn)以明確清晰的結(jié)論。

3.2硫化氫與糖尿病內(nèi)皮功能障礙 內(nèi)皮功能障礙是糖尿病及前驅(qū)糖尿患者群的主要并發(fā)癥，也是糖尿病并發(fā)癥發(fā)病的中心過程。因?yàn)閮?nèi)皮功能障礙直接與糖尿病并發(fā)癥發(fā)病相關(guān)，包括血管功能障礙、神經(jīng)病變、腎病、視網(wǎng)膜病變和心衰，而氧和氮來源的超氧化產(chǎn)物自由基是這個過程的中心效應(yīng)物[17，18]。

組織硫化氫生成不變或增加與循環(huán)中硫化氫降低的悖論提示高血糖內(nèi)皮細(xì)胞由于活性氧（reactive oxygen species， ROS）生成導(dǎo)致硫化氫消耗的增加。Kraus和他的同事的原始研究提示組織中硫化氫的生成和消耗是一個動態(tài)的過程[19]。最近研究發(fā)現(xiàn)內(nèi)皮細(xì)胞在糖升高的條件下較正常水平細(xì)胞外糖的情況下消耗內(nèi)源性與外源性硫化氫。這種增加的硫化氫消耗可以通過給予ROS清除劑或線粒體解偶聯(lián)藥物降低，提示線粒體來源的ROS在該過程中的重要作用[20]。

Szabo等的研究顯示抑制硫化氫生成（通過CSE siRNA沉默技術(shù)）導(dǎo)致高血糖時內(nèi)皮細(xì)胞ROS的生成增加，而通過藥理學(xué)方法或腺病毒轉(zhuǎn)染過表達(dá)CSE的方式增加硫化氫能減少高血糖時線粒體ROS的生成，保護(hù)內(nèi)皮細(xì)胞功能，阻止高血糖內(nèi)皮功能障礙的發(fā)生[21]。

3.3硫化氫調(diào)節(jié)血管新生 越來越多的研究結(jié)果證實(shí)硫化氫具有調(diào)節(jié)血管新生的作用。硫化氫能促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞增殖、遷移和管腔形成，相反，抑制硫化氫生成可削弱這些過程[22，23]。

另外，血管內(nèi)皮生成因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）促進(jìn)血管新生的作用是通過內(nèi)源性硫化氫生成介導(dǎo)的。藥理學(xué)方法抑制或siRNA敲除CSE減弱了VEGF誘導(dǎo)的血管新生作用。傷口可在硫化氫補(bǔ)充后加速愈合，而CSE缺陷小鼠愈合過程較野生型小鼠延遲[23]。由以上研究結(jié)果可以推測，補(bǔ)充硫化氫可促進(jìn)糖尿病患者傷口愈合。

4硫化氫應(yīng)用于糖尿病治療的展望

β細(xì)胞耗竭是2型糖尿病發(fā)病的重要過程，防止或緩解β細(xì)胞耗竭可以成為治療糖尿病的新的治療策略。一些硫化氫在糖尿病發(fā)病機(jī)制中作用的研究所提出的硫化氫的細(xì)胞保護(hù)作用尤其令人感興趣，提示調(diào)節(jié)硫化氫的生成可以成為糖尿病新的治療策略。這種可能性引導(dǎo)我們研究硫化氫相關(guān)物質(zhì)應(yīng)用于治療糖尿病。

Benavides和他的同事報(bào)道大蒜中的某種聚硫化物分子當(dāng)與組織谷胱甘肽反應(yīng)時能釋放具有生物活性的硫化氫[24]。后續(xù)研究證實(shí)這些聚硫化物在體內(nèi)釋放硫化氫，并且它們所具有心臟保護(hù)的潛在的治療作用亦是通過釋放硫化氫而實(shí)現(xiàn)的[25-27]。現(xiàn)已有數(shù)篇文章報(bào)道大蒜提取物在不同的糖尿病并發(fā)癥及傷口愈合模型中的有益作用[28-31]。然而，在這些研究中，硫化氫作為這些治療作用的媒介的特定作用尚有待研究。

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