硫化氫及其外源性供體對心血管疾病治療潛力的研究進展

李甜甜，郭麗*，張書虎

(1佳木斯大學附屬第一醫(yī)院心血管內(nèi)科，佳木斯 154002；2哈爾濱醫(yī)科大學附屬第二醫(yī)院老年病科，哈爾濱 150086)

硫化氫(hydrogen sulfifide，H2S)是一種無色、有臭雞蛋味的水溶性氣體[1]，是繼一氧化碳、一氧化氮后被發(fā)現(xiàn)的第3種重要的內(nèi)源性氣體信號分子[2,3]，主要由胱硫醚β-合成酶(cystathionine beta-synthase，CBS)、胱硫醚γ-裂解酶(cyst-athionine gamma-lyase，CSE)產(chǎn)生，也可在α-酮戊二酸存在下的情況下通過非依賴性3-巰基-丙酮酸硫轉(zhuǎn)移酶(3-mercapto-pyruvate sulfate transferase，3-MST)或半胱氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶(cysteine aminotransferase，CAT)產(chǎn)生[4]。在人類心血管系統(tǒng)中，CSE是主要的H2S生成酶；而在大鼠冠狀動脈中產(chǎn)生H2S的酶主要是3-MST。H2S可以在哺乳動物組織中合成，并能夠在各種系統(tǒng)中自由穿過細胞膜而發(fā)揮多種生物效應[3]。目前大量研究報道了H2S在動脈粥樣硬化、心臟重塑和心肌缺血/再灌注損傷中的治療作用，其相關機制包括抗氧化、抑制細胞凋亡、促進血管生成、抗炎、調(diào)節(jié)離子通道等[5]，本文將重點討論H2S及其外源性供體在動脈粥樣硬化、心臟重塑、心力衰竭和心肌缺血/再灌注損傷中的治療潛力。

1 動脈粥樣硬化

動脈粥樣硬化的病理基礎為脂質(zhì)代謝紊亂，動脈粥樣硬化的發(fā)展涉及多種機制，包括內(nèi)皮細胞損傷和功能障礙、炎癥細胞聚集、泡沫細胞形成、平滑肌細胞增殖和遷移、鈣化、纖維帽破裂和血栓形成等[6]。在CSE基因過表達的載脂蛋白E(apolipoprotein E，ApoE)敲除鼠的主動脈組織中，內(nèi)源性H2S生成增加，動脈粥樣硬化斑塊變小，血脂降低，由此可知CSE基因的激活減輕了ApoE(-/-)鼠動脈粥樣硬化的嚴重程度[7]。新型的外源性H2S供體GYY4137可通過降低主動脈細胞間黏附分子-1(intercellular cell adhesion molecule-1，ICAM-1)、腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)和血凝集素樣氧化低密度脂蛋白受體1(lectin-like oxidized low density lipoprotein receptor-1，LOX-1)的表達，增加內(nèi)皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase，eNOS)磷酸化來減輕ApoE(-/-)鼠主動脈粥樣硬化斑塊程度，改善主動脈內(nèi)皮依賴性舒張功能[8]。硫氫化鈉(sodiumhydrosulfide，NaHS)減輕動脈粥樣硬化大鼠模型中動脈粥樣硬化斑塊的嚴重程度，降低內(nèi)皮細胞內(nèi)皮縮血管肽-1(endothelin-1，ET-1)的生成。H2S可通過半胱氨酸S-硫醇清除自由基并抑制氧化應激，發(fā)揮其細胞保護作用，從而抑制動脈粥樣硬化[9, 10]。H2S還能夠通過上調(diào)血漿中一氧化氮的水平來抑制小鼠動脈粥樣硬化以及血管平滑肌細胞(vascular smooth muscle cells，VSMCs)的增殖和遷移。高脂飲食可顯著降低動脈粥樣硬化大鼠模型中血漿H2S和心鈉素(atrial natriuretic peptide，ANP)水平，升高腎上腺髓質(zhì)素(adreno-medullin，ADM)水平，而在采用NaHS治療8周后，可逆轉(zhuǎn)動脈粥樣硬化大鼠模型中的上述變化[11]。H2S誘導谷胱甘肽過氧化物酶1的S-硫化反應，并通過促進谷胱甘肽合成進一步降低脂質(zhì)過氧化作用和增強主動脈抗氧化防御能力[12]。在ApoE(-/-)鼠實驗中，NaHS或GYY4137通過直接S-硫化作用減少動脈粥樣硬化斑塊面積，減輕巨噬細胞浸潤和主動脈炎癥，降低血漿脂質(zhì)水平[13]。在振蕩剪應力誘導的動脈粥樣硬化模型中，CSE表達下調(diào)，而在應用NaHS后可通過激活內(nèi)皮型eNOS，降低細胞間ICAM-1的表達，從而抑制振蕩剪應力誘導的動脈粥樣硬化。雌激素通過上調(diào)CSE的活性增加肝臟和血管中H2S的產(chǎn)生，從而抑制雌性小鼠的動脈粥樣硬化[14]。

VSMCs在動脈粥樣硬化和侵入性干預后再狹窄等疾病中起著重要作用。S-雙氯芬酸是一種新的含有H2S的分子，可抑制VSMCs增殖，故其可能在血管損傷后再狹窄中起保護作用。有研究證明，在家兔中誘導動脈粥樣硬化病變，并以類似于球囊血管成形術的方式對家兔進行治療后再用NaHS進行處理，結果顯示NaHS可顯著抑制新生內(nèi)膜中VSMCs的增殖，而在加入DL-脯氨酰甘氨酸后，VSMCs增殖明顯。因此，H2S可減輕球囊血管成形術后內(nèi)膜增生，抑制再狹窄的發(fā)生[15]。

2 心臟肥大和心力衰竭

心臟重塑是心臟大小、形狀、結構和功能的漸進性病理變化，其特征在于進行性心臟肥大、心室擴張、心肌細胞纖維化、凋亡、血管功能障礙以及最終心力衰竭，預防或逆轉(zhuǎn)心臟重塑是治療心力衰竭的關鍵。心臟重塑機制復雜，受包括腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)(renin-angiotensin-aldosterone system，RAAS)、自噬、凋亡、炎癥、基質(zhì)金屬蛋白酶、轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后修飾等在內(nèi)的多種因素影響[16]。多項研究表明，H2S在心臟重塑過程中扮演重要角色。

2.1 H2S對腎素-血管緊張素受體激動劑所致心臟重構的影響

過度刺激β-腎上腺素能受體(β-adrenergic receptor，β-AR)，可在心肌細胞中產(chǎn)生肥大效應，并能夠迅速降低內(nèi)源性H2S水平。葡萄糖-6-磷酸脫氫酶(glucose-6-phosphate dehydrogenase，G-6-PD)是產(chǎn)生還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(nicotina-mide adenine dinucleotide phosphate，NADPH)的限速酶，H2S可使G-6-PD活性增強而抑制腎上腺素能受體過度刺激引起的心肌肥厚[17]。H2S能抑制異丙腎上腺素(isoprenaline，ISO)誘導的心肌重構，抑制心肌細胞凋亡。ZYZ-802是一種新合成的HS-NO雜合分子，可分解成H2S和一氧化氮，通過提高血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)和環(huán)鳥苷5′-單磷酸鳥苷水平來減輕ISO誘導的心力衰竭[18]。H2S還通過抑制肥大細胞浸潤和腎素脫顆粒來抑制局部腎素水平，從而改善ISO誘導的心力衰竭。

2.2 H2S對壓力超負荷所致心臟重塑的影響

Krüppel樣因子5(Krüppel-like factor 5，KLF5)在心血管系統(tǒng)中發(fā)揮多種功能。在將小鼠KLF5基因敲除后可減輕其體內(nèi)血管緊張素Ⅱ誘導的炎性血管反應和心肌肥厚[19]。GYY 4137通過特異性蛋白1的S-巰基化調(diào)節(jié)KLF5轉(zhuǎn)錄活性，抑制自發(fā)性高血壓大鼠模型的心臟重構[20]。GYY 4137還抑制心肌成纖維細胞α-平滑肌肌動蛋白(alpha-smooth muscle actin，α-SMA)的表達，抑制高血壓大鼠的心肌纖維化[21]。動物和人體研究表明，當左心室肥厚時，連接蛋白43(connexin 43，Cx43)表達的變化和間隙連接的破壞是心律失常發(fā)生和發(fā)展的基礎。H2S通過降低心臟Ang-Ⅱ的活性和上調(diào)Cx43的表達，明顯抑制腹主動脈縮窄引起的心肌肥厚和纖維化。CSE基因敲除小鼠經(jīng)橫主動脈縮窄手術后心肌肥厚明顯加重，而CSE基因高表達的小鼠心肌肥厚則明顯減輕。此外，H2S還通過擴張血管和影響細胞外膠原代謝而改善慢性心力衰竭大鼠的心功能。H2S可誘導基質(zhì)金屬蛋白-2(matrix metallopro-teinases-2，MMP-2)，從而增強VEGF的合成和血管生成，降低抗血管生成因子水平，并減輕壓力超負荷小鼠心內(nèi)纖維化和心臟重塑[22]。

2.3 H2S對缺血性損傷所致心臟重塑的影響

H2S通過抑制氧化應激、增加線粒體生物合成和減少細胞凋亡而改善缺血性心力衰竭[23]，對心肌梗死后左室肥厚有良好的抑制作用。S-炔丙基半胱氨酸(S-propargyl-cysteine，SSPRC)是一種新型的內(nèi)源性H2S控釋制劑，通過維持谷胱甘肽(gluta-thione,GSH)和超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)等抗氧化分子的水平，降低心力衰竭大鼠左冠狀動脈阻塞風險[24]。

2.4 H2S對其他類型心臟重構的影響

在糖尿病性心肌病小鼠體內(nèi)，H2S水平低于正常水平。H2S能夠改善小鼠心肌的能量代謝，還可通過減少炎癥、氧化應激和細胞凋亡來緩解病糖尿病性心肌病的發(fā)展。高同型半胱氨酸血癥(hyperhomocysteinemia，HHcy)中同型半胱氨酸水平的升高是心臟病理重構的誘導因素。HHcy通過促進MEF2C-HDAC1復合物的形成，使肌細胞增強因子2c(myocyte enhancer factor 2c，MEF2C)失活，抑制心肌細胞miR-133a而引起心肌肥厚。H2S通過激活心肌細胞MEF2C和誘導miR-133a抑制心肌肥厚[25]。在被動吸煙建立的大鼠左室重構模型中可知，H2S能夠通過磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B(phosphatidylinositol 3 kinase/protein kinase B，PI3K/AKT)依賴的核因子E2相關因子(nuclear factor E2 related factors，Nrf2)信號激活而產(chǎn)生抗氧化作用，從而降低心室重構[26]。NaHS通過K-通道和PI3K/AKT信號通路刺激大鼠心房鈉尿肽的分泌，從而降低心房壓力，減輕心力衰竭癥狀。

3 缺血/再灌注損傷

缺血性心臟病主要是由冠狀動脈的動脈粥樣硬化病變引起的心臟的供血減少，其中以心肌梗死最為嚴重，且死亡率較高。再灌注對改善缺血是必要的，但也會造成不可逆的心肌損傷。NaHS通過降低促炎細胞因子和誘導型eNOS、上調(diào)Akt/eNOS的表達來防止大鼠缺血/再灌注心臟損害[27]。NaHS通過熱休克蛋白72的上調(diào)、磷酸化Akt和雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)的增加、線粒體通透性轉(zhuǎn)換(mitochondria permeability transition，MPT)孔開口的抑制、心肌線粒體膜電位的增加、以及激活蛋白激酶C(protein kinase C，PKC)調(diào)節(jié)細胞內(nèi)Ca2+超載來減少缺血/再灌注誘導的大鼠心臟梗死的面積。H2S通過增強糖原合酶激酶-3β(glycogen synthase kinase-3β，GSK-3β)磷酸化和提高β-catenin濃度抑制急性心肌梗死造成的細胞死亡[28]。GYY4137可通過增強PI3K/Akt信號，降低大鼠心肌梗死面積的大小，抑制氧化應激和炎性因子的釋放，減輕細胞凋亡。線粒體特異性H2S供體AP39通過抑制線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔(mitochondrial permeability transition pore，MPTP)開啟和線粒體活性氧(reactive oxygen species，ROS)產(chǎn)生，顯著降低了大鼠心肌缺血/再灌注損傷引起的梗死面積[29]。

4 總結及展望

總之，H2S對動脈粥樣硬化、心臟肥大、心力衰竭和心肌缺血具有重要的保護作用，其機制包括抑制氧化應激反應、恢復線粒體功能、調(diào)節(jié)自噬、抗凋亡以及增加血管生成等。然而，這些保護作用的證據(jù)主要來自動物和細胞模型，尚缺乏強有力的臨床證據(jù)。H2S在全身自由循環(huán)，可在不同細胞間穿梭，并作用于各種細胞靶點，其作用并不局限于心血管，因此使用H2S供體需要考慮其對整體生理和病理的影響，以避免H2S在某些特殊情況下引起的不良反應。隨著研究的不斷深入，越來越多的富含H2S的天然產(chǎn)物或合成化合物將被用于心血管疾病的治療，這些化合物在心血管疾病中具有藥物治療相關性，并有希望以可持續(xù)的方式刺激內(nèi)源性H2S產(chǎn)生或釋放生理濃度的H2S。H2S在心血管疾病中具有廣闊的應用前景，但仍需進一步的基礎及臨床研究奠定其應用的理論和實踐基礎。