氣體信號(hào)分子對(duì)心血管系統(tǒng)線粒體的作用

顧依靜,武 丹,祝德秋

(同濟(jì)大學(xué)附屬同濟(jì)醫(yī)院藥劑科,中國(guó)上海200065)

氣體信號(hào)分子(gasotransmitter,gaseous signal molecule)是一類能夠自由穿透細(xì)胞膜、具有特定生理學(xué)功能和作用靶點(diǎn)、由酶促反應(yīng)生成、受體內(nèi)代謝途徑調(diào)控的內(nèi)源性氣體分子[1]。1987年,研究證實(shí)一氧化氮(nitric oxide,NO)是一種具有舒張血管效應(yīng)、由血管內(nèi)皮細(xì)胞釋放的信使分子[2]。隨后相繼有研究報(bào)道,在哺乳動(dòng)物體內(nèi)存在內(nèi)源性一氧化碳(carbon monoxide,CO)[3]和硫化氫(hydrogen sulfide,H2S)[4]。內(nèi)源性CO由血紅素通過酶促反應(yīng)代謝生成,而內(nèi)源性H2S通過催化含硫氨基酸反應(yīng)生成。氣體信號(hào)分子具有抗炎[5]、抗氧化[6]、抑制細(xì)胞凋亡[7]、舒張血管[8]、保護(hù)心臟[9]等作用。心血管系統(tǒng)(cardiovascular system,CVS)疾病具有較高的發(fā)病率和致死率[10]。心臟作為為血液流動(dòng)提供動(dòng)力的重要器官,需要消耗大量腺苷三磷酸(adenosine triphosphate,ATP),這些能量由心肌細(xì)胞線粒體的氧化磷酸化提供。因此,線粒體在維持心肌細(xì)胞正常生理功能中發(fā)揮著重要作用,其功能紊亂會(huì)導(dǎo)致多種CVS疾病的發(fā)生[11～14]。氣體信號(hào)分子可對(duì)線粒體的呼吸作用、線粒體的融合與分裂、線粒體自噬,以及活性氧(reactive oxygen species,ROS)生成等方面進(jìn)行調(diào)控,從而介導(dǎo)線粒體功能,使心肌細(xì)胞維持正常的生理功能。本文主要介紹3種氣體信號(hào)分子對(duì)CVS線粒體的調(diào)節(jié)。

1 氣體信號(hào)分子的生物合成與代謝

1.1 NO的生物合成與代謝

在生物體內(nèi),一氧化氮合酶(nitric oxide synthase,NOS)以左旋精氨酸為底物,通過酶促反應(yīng)生成NO和瓜氨酸。NOS可分為鈣依賴性NOS和非鈣依賴性NOS。鈣依賴性的神經(jīng)元型NOS(neuronal NO synthase,nNOS)和內(nèi)皮型NOS(endothelial NO synthase,eNOS)受鈣離子-鈣調(diào)節(jié)蛋白調(diào)控。在CVS中,心肌細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和血管平滑肌細(xì)胞內(nèi)都有鈣依賴性NOS表達(dá)。在心臟內(nèi),eNOS主要表達(dá)于冠狀動(dòng)脈和心臟內(nèi)皮細(xì)胞,nNOS主要表達(dá)于心肌細(xì)胞[15]。誘導(dǎo)型NOS(inducible NO synthase,iNOS)屬于非鈣依賴性NOS,由感染和炎癥等機(jī)體防御反應(yīng)激活[16]。大部分NO在體內(nèi)經(jīng)代謝生成NO2-和NO3-,只有小部分以原型隨肺呼氣排出[17]。

1.2 CO的生物合成與代謝

內(nèi)源性CO由血紅素經(jīng)血紅素氧合酶(heme oxygenase,HO)分解生成,同時(shí)生成副產(chǎn)物亞鐵離子和膽綠素。HO是一種能夠限制血紅素降解速率的酶,有3種同工酶,即HO-1、HO-2和HO-3。內(nèi)源性CO主要由HO-1和HO-2催化生成。HO-1為誘導(dǎo)型HO,是一種分布廣泛、具有細(xì)胞保護(hù)作用的熱休克蛋白,在正常生理水平下表達(dá)較低,可被氧化應(yīng)激、缺氧、高體溫、重金屬、紫外線、血紅素異常升高等外界刺激信號(hào)誘導(dǎo)[18]。HO-2和HO-3為結(jié)構(gòu)型HO,HO-2主要表達(dá)于中樞神經(jīng)系統(tǒng)；HO-3的活性較弱,目前尚未明確其生物學(xué)作用。CO可在細(xì)胞呼吸過程中被細(xì)胞色素c氧化酶(cytochrome c oxidase,CcOX)氧化生成二氧化碳,也可直接經(jīng)肺排出體外[19]。

1.3 H2S的生物合成與代謝

在哺乳動(dòng)物體內(nèi)存在著3種與H2S生成相關(guān)的酶,即胱硫醚β合成酶(cystathionine β-synthase,CBS)、胱硫醚 γ 裂解酶(cystathionine γ-lyase,CSE)和3-硫基丙酸硫基轉(zhuǎn)移酶(3-mercaptopyruvate sulfurtransferase,3-MST)。CVS中的H2S由CSE和3-MST催化生成。CSE通過催化左旋半胱氨酸或同型胱氨酸生成H2S,而3-MST以半胱氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶和半胱氨酸的代謝產(chǎn)物3-巰基丙酮酸為底物產(chǎn)生H2S。H2S的體內(nèi)代謝途徑主要有以下3種:1)在線粒體硫醌氧化還原酶(sulfide quinone oxidoreductase,SQR)、S-雙加氧酶和S-轉(zhuǎn)移酶的作用下,被氧化生成S2O32-,再經(jīng)氰化物硫轉(zhuǎn)移酶催化生成SO32-,最后被亞硫酸鹽氧化酶氧化成SO42-,由腎臟隨尿排出；2)在細(xì)胞質(zhì)硫醇S-甲基轉(zhuǎn)移酶的作用下,生成甲硫醇和二甲硫醚；3)與高鐵血紅蛋白作用生成硫血紅蛋白[20]。

2 氣體信號(hào)分子對(duì)心血管系統(tǒng)線粒體的作用

線粒體是細(xì)胞進(jìn)行有氧呼吸、產(chǎn)生ATP的場(chǎng)所,其通過氧化磷酸化為細(xì)胞提供能量的同時(shí)產(chǎn)生活性氧。在病理狀態(tài)下細(xì)胞內(nèi)ROS過量產(chǎn)生并蓄積,使線粒體功能發(fā)生紊亂,誘導(dǎo)細(xì)胞死亡[21]。在CVS中,線粒體的功能異常能引起動(dòng)脈粥樣硬化[11]、高血壓[12]、心力衰竭[13]、糖尿病性心肌病[14]等疾病的發(fā)生。氣體信號(hào)分子主要通過調(diào)控線粒體的呼吸作用、活性氧生成、線粒體融合與分裂、線粒體自噬來介導(dǎo)線粒體功能,使心肌細(xì)胞維持正常生理功能。

2.1 對(duì)線粒體呼吸作用的影響

在細(xì)胞有氧呼吸中,各電子載體在傳遞電子的過程中依次被氧化,最終生成ATP,該過程發(fā)生在線粒體內(nèi),被稱為線粒體電子傳遞鏈(electron transport chain,ETC)。ETC包括復(fù)合物Ⅰ～Ⅴ5個(gè)線粒體呼吸鏈酶復(fù)合物,以及輔酶Q和細(xì)胞色素c兩種電子傳遞體。復(fù)合物Ⅳ,即CcOX,是ETC中的最后環(huán)節(jié)。在CcOX的催化下,電子從還原型的細(xì)胞色素c傳遞至分子氧,生成水[22]。CcOX是氣體信號(hào)分子抑制線粒體呼吸作用的主要靶點(diǎn),3種氣體信號(hào)分子都能夠通過CcOX途徑減少耗氧以及ATP的生成[23]。

NO與CcOX結(jié)合形成亞硝?；苌?CcOX-NO)或亞硝酸鹽衍生物(CcOX-NO2-),隨后再與CcOX血紅素a2結(jié)合,從而抑制線粒體呼吸。線粒體呼吸受抑制的程度與NO、細(xì)胞色素c和O2的濃度有關(guān)[24]。在腹主動(dòng)脈縮窄術(shù)(transverse abdominal aortic constriction,TAC)構(gòu)建的大鼠心肌肥厚模型中,肥厚心肌細(xì)胞內(nèi)iNOS上調(diào),引起NO水平升高,CcOX活性受到抑制,加上肥厚心肌細(xì)胞線粒體對(duì)CcOX抑制的敏感性,使其更易缺乏ATP并誘發(fā)充血性心力衰竭[25]。

CO與分子氧競(jìng)爭(zhēng)血紅素a3結(jié)合位點(diǎn),抑制線粒體呼吸,減少ATP生成[26]。Wang等[27]通過對(duì)心肌細(xì)胞特異性HO-1過表達(dá)小鼠進(jìn)行冠脈結(jié)扎構(gòu)建了心力衰竭小鼠模型,發(fā)現(xiàn)心肌細(xì)胞HO-1以CO依賴方式抑制線粒體呼吸,并減少線粒體膜通透性轉(zhuǎn)換(mitochondrial permeability transition,mPT)。

高濃度的H2S與分子氧競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合CcOX,使線粒體內(nèi)膜電勢(shì)消失,引起細(xì)胞有氧呼吸中止,從而對(duì)哺乳動(dòng)物產(chǎn)生可逆的急性毒性；而低濃度的H2S對(duì)CcOX的抑制為非競(jìng)爭(zhēng)性的[28]。Sun等[29]在大鼠乳鼠心肌細(xì)胞中發(fā)現(xiàn),使用外源性H2S預(yù)處理能夠抑制缺氧/復(fù)氧(hypoxia/reoxygenation,H/R)條件下線粒體CcOX的活性。但也有報(bào)道指出,H2S能促進(jìn)線粒體呼吸,H2S對(duì)線粒體的呼吸具有雙重作用。在納摩爾到低微摩爾的水平下,H2S作為電子供體被SQR氧化,促進(jìn)線粒體呼吸[30]。在高同型半胱氨酸(homocysteine,Hcy)血癥的大鼠模型中,線粒體呼吸受到抑制,但腹腔注射飽和H2S溶液可拮抗Hcy在CVS的生物學(xué)效應(yīng),恢復(fù)心肌細(xì)胞線粒體琥珀酸脫氫酶和CcOX活性,促進(jìn)線粒體呼吸[31]。

2.2 對(duì)活性氧生成的影響

ROS由線粒體的ETC和三羧酸循環(huán)產(chǎn)生,是生物體內(nèi)一類具有較強(qiáng)氧化性和生物學(xué)活性的含氧化合物,包括超氧陰離子自由基、過氧化氫(hydrogen peroxide,H2O2)、羥自由基、單線態(tài)氧等。在病理狀態(tài)下,細(xì)胞內(nèi)ROS過量產(chǎn)生并在細(xì)胞內(nèi)不斷蓄積,破壞細(xì)胞內(nèi)氧化與抗氧化作用間的平衡,引起氧化應(yīng)激,誘導(dǎo)細(xì)胞發(fā)生死亡級(jí)聯(lián)反應(yīng)[32]。

氧化應(yīng)激是心肌發(fā)生缺血-再灌注損傷(ischemia-reperfusion injury,I/R injury)的主要原因之一。Hou等[33]合成了一種能夠在超氧陰離子自由基介導(dǎo)下靶向線粒體,并且原位釋放NO的新型供體MitoSNOD,同時(shí)證實(shí)MitoSNOD預(yù)處理可在體內(nèi)顯著抑制I/R損傷誘導(dǎo)的線粒體膜電位降低,保護(hù)H9c2細(xì)胞,顯著減少Langendorf灌注的離體大鼠心臟中平均梗塞面積。

Yao等[34]證實(shí)CO釋放分子2(CO releasing molecule 2,CORM2)可改善心臟驟停后復(fù)蘇大鼠的心臟功能,減輕心肌線粒體ROS生成和氧化應(yīng)激,減少線粒體及心肌細(xì)胞損傷；在體外實(shí)驗(yàn)中,低濃度CORM2(20 mmol/L)對(duì)線粒體呼吸產(chǎn)生輕度的解偶聯(lián)作用,減少線粒體ROS生成,該效應(yīng)可能由CORM2釋放的CO所介導(dǎo)。

我們的研究表明,H2S通過SIRT1途徑可劑量依賴性地保護(hù)H9c2細(xì)胞,使其免受H2O2誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激損傷,減少ROS生成,抑制H9c2細(xì)胞凋亡[35]。在生物體內(nèi),超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)是一種能夠在抵御ROS損傷中發(fā)揮重要作用的抗氧化金屬酶,包括Cu/Zn-SOD、Mn-SOD、Fe-SOD 三類。Sun等[29]在外源性H2S供體NaHS預(yù)處理的大鼠乳鼠心肌細(xì)胞中發(fā)現(xiàn),H2S在抑制線粒體CcOX的同時(shí),增加Mn-SOD和Cu/Zn-SOD的活性,從生成和清除兩種途徑對(duì)ROS進(jìn)行調(diào)控,減少H/R條件下心肌細(xì)胞內(nèi)ROS的水平。在血管緊張素Ⅱ誘導(dǎo)的肥大心肌細(xì)胞中,NaHS通過促進(jìn)SIRT3的轉(zhuǎn)錄和表達(dá)減弱心肌細(xì)胞肥大,改善心肌細(xì)胞的線粒體功能,增加Foxo3a和Mn-SOD的表達(dá),抑制心肌細(xì)胞氧化[36]。Foxo3a能夠增加抗氧化酶活性,降低細(xì)胞內(nèi)ROS水平[37]。此外,過量的ROS還可使線粒體膜通透性轉(zhuǎn)換孔(mitochondrial permeability transition pore,mPTP)病理性開放,發(fā)生mPT和線粒體腫脹,繼而引起細(xì)胞死亡[38]。Karwi等[39]發(fā)現(xiàn),靶向線粒體的H2S供體AP39劑量依賴性地抑制線粒體膜通透性轉(zhuǎn)換孔開放,抑制心肌細(xì)胞肌纖維膜下線粒體和肌纖維間線粒體的ROS生成,可預(yù)防和緩解I/R損傷導(dǎo)致的心肌梗死。

2.3 對(duì)線粒體質(zhì)量控制的影響

線粒體暴露于高水平的ROS中易發(fā)生線粒體DNA(mitochondrial DNA,mtDNA)突變和蛋白質(zhì)折疊錯(cuò)誤,導(dǎo)致線粒體功能障礙[40]。線粒體通過質(zhì)量控制保持?jǐn)?shù)目和質(zhì)量穩(wěn)定,從而保證線粒體和細(xì)胞的生理功能。線粒體的質(zhì)量控制主要包括線粒體的生物合成、線粒體的分裂與融合以及線粒體自噬。

2.3.1 對(duì)線粒體生物合成的影響

線粒體的生物合成是從已有的線粒體中進(jìn)行增殖的過程,需要核基因組與mtDNA共同參與。線粒體的生物發(fā)生能夠限制突變mtDNA的轉(zhuǎn)錄和表達(dá),使線粒體維持正常的生命活動(dòng)[41],該過程受到過氧化物酶體增殖物激活受體γ共激活因子-1α (peroxisome proliferator-activated receptorγ coactivator-1α,PGC-1α)的調(diào)控。PGC-1α 通過刺激下游的核呼吸因子1/2(nuclear respiratory factor 1/2,NRF1/2),激活線粒體轉(zhuǎn)錄因子A(mitochondrial transcription factor A,TFAM或mTFA),促進(jìn)線粒體DNA轉(zhuǎn)錄,增加線粒體的生物合成[42]。調(diào)控線粒體生物合成的另一條途徑是腺苷酸活化蛋白激酶(adenosine monophosphate activated protein kinase,AMPK)途徑。AMPK通過激活PGC-1α增加線粒體的生物合成,同時(shí)AMPK的活性可被蛋白磷酸酶2A(protein phosphatase 2A,PP2A)抑制。

內(nèi)源性H2S能夠抑制PP2A,正向調(diào)控AMPK,誘導(dǎo)PGC-1α信號(hào),增加心臟線粒體的生物合成；在心力衰竭狀態(tài)下,使用外源性H2S供體SG-1002可恢復(fù)H2S水平,增加心臟線粒體含量和ATP生成,改善線粒體呼吸,從而改善心功能[43]。

Hull等[44]用多柔比星處理野生型和HO-1轉(zhuǎn)基因小鼠,誘導(dǎo)其心肌細(xì)胞線粒體功能發(fā)生障礙,結(jié)果顯示心臟特異性HO-1過表達(dá)可使PGC-1α、NRF1和TFAM的表達(dá)增加,同時(shí)增加線粒體DNA合成酶Polγ的表達(dá),進(jìn)而促進(jìn)線粒體的生物合成。Piantadosi等[45]報(bào)道,HO-1過表達(dá)產(chǎn)生的內(nèi)源性CO,通過誘導(dǎo)NRF2的基因表達(dá)與核轉(zhuǎn)運(yùn),上調(diào)NRF1的mRNA和蛋白質(zhì)水平,從而激活線粒體生物合成。

研究報(bào)道,線粒體內(nèi)活性氧增加,使線粒體發(fā)生損傷,活性降低,同時(shí)線粒體生物合成減弱,ATP生成減少[46]。但也有研究表明,線粒體的生物合成可通過活性氧途徑激活[47]。Suliman等[48]發(fā)現(xiàn)適度增加細(xì)胞CO濃度,可使線粒體通過產(chǎn)生H2O2、活化鳥苷酸環(huán)化酶和絲/蘇氨酸蛋白激酶Akt、誘導(dǎo)HO-1等途徑激活生物發(fā)生,在該過程中內(nèi)源性CO和外源性CO之間具有協(xié)同作用,而且這種作用可能與血紅素的轉(zhuǎn)化率和清除率有關(guān)。

2.3.2 對(duì)線粒體融合/分裂以及自噬的影響

線粒體通過不斷的分裂與融合,使其數(shù)量保持動(dòng)態(tài)平衡,維持其在細(xì)胞內(nèi)的正常生理功能,該過程稱為線粒體動(dòng)力學(xué)。對(duì)于衰老或受損的線粒體,線粒體可通過自噬途徑將其清除,保持細(xì)胞內(nèi)線粒體質(zhì)量穩(wěn)定。線粒體融合蛋白1(mitofusin 1,MFN1)、線粒體融合蛋白2(mitofusin 2,MFN2)、視神經(jīng)萎縮蛋白1(optic atrophy 1,OPA1)是調(diào)控線粒體融合的蛋白質(zhì),其中MFN1和MFN2位于線粒體外膜,OPA1位于線粒體內(nèi)膜；而動(dòng)力相關(guān)蛋白1(dynamin-related protein 1,DRP1)、線粒體分裂蛋白1(fission 1,FIS1)、線粒體裂變因子(mitochondrial fission factor,MFF)是介導(dǎo)線粒體分裂的蛋白質(zhì)[49]。調(diào)控線粒體自噬的通路包括PTEN誘導(dǎo)的假定激酶1(PTEN induced putative kinase,PINK1)/E3泛素連接酶Parkin通路、BCL2和腺病毒E1B 19 kD相互作用蛋白3/Nip3樣蛋白X(BCL2 and adenovirus E1B 19 kD interacting protein 3/Nip3-like protein X,BNIP3/NIX)通路以及FUN14結(jié)構(gòu)域蛋白1(FUN14 domain containing 1,FUNDC1)通路[40]。

Miller等[50]用NOS抑制劑L-NAME對(duì)SD大鼠進(jìn)行處理,發(fā)現(xiàn)OPA1、MFN1、MFN2的表達(dá)降低,DRP1含量增加,但NOS抑制劑對(duì)線粒體自噬的影響較小,僅BNIP3略有下降,而自噬相關(guān)蛋白質(zhì)Beclin1、p62的水平以及 LC3B2與LC3B1的比值均未發(fā)生顯著變化。

Hull等[44]發(fā)現(xiàn)在多柔比星誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞線粒體功能障礙模型中,HO-1過表達(dá)會(huì)抑制線粒體中FIS1的上調(diào),增加MFN1和MFN2的表達(dá)以及PINK1的表達(dá),從而減少多柔比星誘導(dǎo)的線粒體損傷和mtDNA缺失。

Meng等[36]在TAC引起的心肌肥大小鼠模型中發(fā)現(xiàn),H2S外源性供體NaHS能夠增加MFN1、MFN2和OPA1的表達(dá),同時(shí)減少DRP1和FIS1的表達(dá),該作用依賴于組蛋白去乙?；窼IRT3。Lencel等[51]在代謝綜合征小鼠模型中發(fā)現(xiàn),外源性CO供體CORM3部分逆轉(zhuǎn)了高脂飲食所誘導(dǎo)的線粒體融合相關(guān)mRNA Mfn2和Opa1的增加,抑制了PGC-1α、NRF1和TFAM的升高,增加了自噬標(biāo)記物L(fēng)C3-Ⅱ,逆轉(zhuǎn)了代謝綜合征所誘導(dǎo)的心功能不全。在高糖誘導(dǎo)的H9c2細(xì)胞損傷中,MFN2表達(dá)增加,但在外源性H2S供體GYY4137給予48 h后,MFN2表達(dá)降低,H9c2細(xì)胞凋亡減少[52]。Liu等[53]在高糖高脂的大鼠主動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞中發(fā)現(xiàn),外源性H2S可促進(jìn)PINK1對(duì)Parkin的招募,通過Parkin/PINK1途徑增加線粒體自噬,促進(jìn)受損線粒體的清除。

3 氣體信號(hào)分子間的相互作用

近年來,越來越多的證據(jù)表明氣體信號(hào)分子之間存在著相互作用。氣體信號(hào)分子通過影響蛋白質(zhì)的翻譯后修飾,或影響另一種氣體信號(hào)分子的生物合成,產(chǎn)生相互協(xié)同或抑制的作用。在CVS中,氣體信號(hào)分子間的相互作用集中于NO和H2S之間,二者作用相互協(xié)同。

3.1 影響蛋白質(zhì)的翻譯后修飾

氣體信號(hào)分子與蛋白質(zhì)上的殘基發(fā)生可逆的共價(jià)結(jié)合,改變蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能,該過程屬于蛋白質(zhì)翻譯后修飾的一種。NO對(duì)蛋白質(zhì)半胱氨酸(cysteine,Cys)殘基進(jìn)行修飾,將Cys上的巰基-SH轉(zhuǎn)變成-SNO的過程,稱為巰基亞硝基化(S-nitrosylation,SNO)；H2S也能對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行類似的修飾,使-SH轉(zhuǎn)變成-SSH,稱為硫巰基化(S-sulfhydration,SSH)[54]。氣體信號(hào)分子通過介導(dǎo)其他氣體信號(hào)分子對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行翻譯后修飾,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的干預(yù)。Sun等[55]發(fā)現(xiàn),在再灌注過程中給予H2S的外源性供體NaHS,能夠增加心臟保護(hù)相關(guān)蛋白質(zhì)的巰基亞硝基化,顯著降低缺血后心臟收縮功能障礙和梗死面積；將NaHS與NO供體SNAP聯(lián)用能進(jìn)一步增加巰基亞硝基化程度,從而獲得額外的心臟保護(hù)作用,且作用大小與-SNO的增加程度相關(guān)。Lin等[56]發(fā)現(xiàn),在動(dòng)脈粥樣硬化ApoE-/-小鼠模型中,H2S上調(diào)了主動(dòng)脈血管平滑肌細(xì)胞(vascular smooth muscle cell,VSMC)NO和蛋白質(zhì)巰基亞硝基化水平,縮小了粥樣硬化斑塊面積；在用氧化低密度脂蛋白誘導(dǎo)的VSMC中,H2S能夠顯著逆轉(zhuǎn)iNOS表達(dá)和NO生成的減少,同時(shí)劑量依賴性地提高VSMC中蛋白質(zhì)巰基亞硝基化水平,抑制VSMC的增殖和遷移。

3.2 影響氣體信號(hào)分子的生物合成

氣體信號(hào)分子還能影響彼此的生物合成。H2S可通過增加NO的生物合成,使心肌免受I/R損傷。Kondo等[57]在TAC誘導(dǎo)的心力衰竭小鼠中發(fā)現(xiàn),H2S通過促進(jìn)VEGF-Akt-eNOS-NO-cGMP信號(hào)傳導(dǎo),增強(qiáng)了eNOS Ser1177的磷酸化修飾,緩解了線粒體呼吸功能障礙,減輕了氧化應(yīng)激損傷,增加了心肌血管密度。Minamishima等[58]對(duì)心臟驟停小鼠注射H2S供體Na2S后進(jìn)行心肺復(fù)蘇,結(jié)果顯示H2S通過eNOS依賴性途徑,增加了左心室和腦皮層eNOS的磷酸化,升高了血清亞硝酸鹽和硝酸鹽水平,減輕了心臟驟停引起的線粒體損傷和細(xì)胞死亡。Jin等[59]在L-NAME誘導(dǎo)的高血壓性心臟病大鼠中發(fā)現(xiàn),外源性H2S通過激活A(yù)kt/eNOS/NO途徑,提高了血漿NO濃度和左心室組織中NOS的活性,升高了Ser1777磷酸化eNOS和Ser473磷酸化Akt的蛋白質(zhì)水平,改善了LNAME引起的心臟重塑和功能障礙。

4 總結(jié)與展望

隨著對(duì)氣體信號(hào)分子在心血管系統(tǒng)中生物學(xué)機(jī)制的研究,人們發(fā)現(xiàn)內(nèi)源性NO、CO和H2S通過對(duì)線粒體的呼吸作用、融合與分裂、自噬以及活性氧生成等方面進(jìn)行調(diào)控,發(fā)揮抑制線粒體損傷、減輕氧化應(yīng)激、促進(jìn)細(xì)胞存活的作用,從而維持心肌細(xì)胞的生理功能,抑制心力衰竭、心肌肥厚、缺血-再灌注損傷、動(dòng)脈粥樣硬化等病理過程的發(fā)生與發(fā)展。盡管越來越多的證據(jù)表明,在心血管系統(tǒng)中不同氣體信號(hào)分子之間存在著相互作用,但它們相互作用的確切機(jī)制尚未完全闡明。同時(shí),NO和H2S進(jìn)行翻譯后修飾的靶點(diǎn)都是蛋白質(zhì)的半胱氨酸殘基,二者在修飾同一靶蛋白時(shí)的競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制尚不明確。此外,氣體信號(hào)分子通過翻譯后修飾改變靶蛋白活性的機(jī)制也需要進(jìn)一步研究?？傊?揭示氣體信號(hào)分子在心血管系統(tǒng)中的相互作用,有助于明確其在生理及病理過程中的作用機(jī)制,從而為心血管疾病的防治提供新的科學(xué)依據(jù)。

此外,氣體信號(hào)分子的臨床治療前景也日益得到重視,各類氣體信號(hào)分子已成為近年來的熱門研究領(lǐng)域。除了心血管系統(tǒng)外,氣體信號(hào)分子在泌尿系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)等系統(tǒng)中也能發(fā)揮作用。由于其廣泛的生物學(xué)效應(yīng),所以在治療過程中,氣體信號(hào)分子不僅會(huì)作用于靶器官,也會(huì)影響其他系統(tǒng)的生理病理過程,導(dǎo)致脫靶效應(yīng)。脫靶效應(yīng),即產(chǎn)生與治療作用無關(guān)的副作用,甚至是對(duì)機(jī)體造成不可逆損害的毒性反應(yīng)。因此,研究氣體信號(hào)分子在心血管線粒體的靶點(diǎn)和分子作用機(jī)制,有助于明確將其用于動(dòng)物體內(nèi)時(shí)可能出現(xiàn)的不良反應(yīng),從而有針對(duì)性地進(jìn)行預(yù)防和監(jiān)測(cè),將脫靶效應(yīng)降至最低。