硫化氫對(duì)阿爾茨海默病的保護(hù)作用研究進(jìn)展

魏海軍，張慶麗，王玥，胡亞，趙美

（湖南環(huán)境生物職業(yè)技術(shù)學(xué)院 醫(yī)學(xué)院，湖南 衡陽(yáng) 421005）

硫化氫（Hydrogen sulfide，H2S）以往被認(rèn)為是一種有毒氣體。然而，在1996 年，科學(xué)家首次證明生理濃度的H2S能夠促進(jìn)海馬長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng)效應(yīng)（LTP），并且可選擇性增強(qiáng)N-甲基-D-天冬氨酸（NMDA）受體介導(dǎo)的反應(yīng)［1］。自此，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS）中，H2S 的生理功能日益增多地被發(fā)現(xiàn)。由此，H2S 被公認(rèn)為是人體內(nèi)一種新的信號(hào)分子及神經(jīng)調(diào)質(zhì)［2］。

阿爾茨海默病（Azheimer’s disease，AD）的發(fā)病和年齡有關(guān)，年齡越大，發(fā)病率越高，很多中老年人在發(fā)病初期容易被忽視，因?yàn)樵谠缙谒呐R床癥狀不是很明顯，是一個(gè)緩慢進(jìn)展的過(guò)程。在人口老齡化加速的背景下，AD 的發(fā)病率也在劇增［3］。因而，探究AD 的治療方法具有現(xiàn)實(shí)的科學(xué)意義?？茖W(xué)家證實(shí)H2S 穩(wěn)態(tài)的失調(diào)與AD 的病理過(guò)程有關(guān)，并且研究表明，在AD 實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭?，H2S 不僅能抑制神經(jīng)元損傷，而且能夠減輕認(rèn)知功能障礙［4］。本文就硫化氫在阿爾茨海默病中的保護(hù)作用及其機(jī)制進(jìn)行總結(jié)分析，以期為硫化氫成為治療阿爾茨海默病的新手段提供研究依據(jù)。

1 內(nèi)源性H2S 水平的改變與AD 發(fā)病機(jī)理有關(guān)

AD 的發(fā)病和年齡呈正相關(guān)，隨著年齡的增長(zhǎng)，大腦皮層和海馬的生理功能會(huì)受到影響，進(jìn)一步引起認(rèn)知功能障礙［3］。Zhang 等［2］報(bào)道，H2S 的產(chǎn)生主要是以高半胱氨酸（Hcy）L 型和半胱氨酸（Cys）為底物。并需要胱硫醚γ-裂解酶（CSE）和胱硫醚-γ-合成酶（CBS）這兩種酶的催化。CSE 主要在心血管系統(tǒng)生成，而CBS 主要在中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS）產(chǎn)生，因此，CBS 被認(rèn)為是CNS 中H2S 的主要生理來(lái)源。Morrison 等人［1］首次發(fā)現(xiàn) AD 患者的腦中 S-腺苷甲硫氨酸（一種CBS激活劑）水平嚴(yán)重降低。Dwyer等［5］報(bào)道，AD 患者腦中 Hcy 含量增加是由于 CBS 和CSE 介導(dǎo)的連接高半胱氨酸（Hcy） 和谷胱甘肽（GSH）的轉(zhuǎn)硫途徑被破壞，并且轉(zhuǎn)硫途徑中CBS 的功能障礙可能導(dǎo)致AD 中H2S 產(chǎn)生的減少。此外，本實(shí)驗(yàn)小組［6］研究發(fā)現(xiàn)，在大鼠腎上腺髓質(zhì)嗜鉻瘤分化細(xì)胞株（PC12）細(xì)胞中，Hcy 的神經(jīng)毒性與內(nèi)源性H2S的產(chǎn)生受到抑制以及CBS的表達(dá)和活性下調(diào)有關(guān)。Mohit等［7］報(bào)告，在注射Hcy 的動(dòng)物血漿、皮質(zhì)和海馬中，Hcy 水平顯著升高，并觀察到動(dòng)物記憶功能的逐步下降，這伴隨著內(nèi)源性H2S 水平的降低，以及CSE 和CBS 活性的降低?；谝陨涎芯刻崾荆珹D的發(fā)病機(jī)理與內(nèi)源性H2S 生成減少有關(guān)。

2 H2S 對(duì) AD 的保護(hù)作 用

2.1 H2S 在細(xì)胞實(shí)驗(yàn)AD 模型中的保護(hù)作用

Green 等［8］發(fā)現(xiàn)，AD 大腦的顳葉和額葉皮質(zhì)中次氯酸（HClO）水平升高。而在人神經(jīng)母細(xì)胞瘤（SHSY5Y） 細(xì)胞中，Whiteman 等［9］發(fā)現(xiàn)，硫氫化鈉（NaHS，H2S 的供體）可顯著抑制HClO 誘導(dǎo)的細(xì)胞內(nèi)蛋白氧化和脂質(zhì)過(guò)氧化作用。這提示H2S 在AD 的病理進(jìn)程中起到保護(hù)作用。β-淀粉樣蛋白(amyloid beta,Aβ)是 AD 發(fā)病的一種危險(xiǎn)因素［10］。Tang XQ 等［10］研究指出，H2S 可抑制Aβ誘導(dǎo)的PC12 細(xì)胞損傷，與其減少線粒體膜電位的損失和抑制細(xì)胞內(nèi)活性氧（ROS）的含量有關(guān)。此外，在PC12 細(xì)胞中，H2S 可降低淀粉蛋白前β-分解酶1（BACE-1）mRNA 和蛋白水平以及抑制 Aβ1-42 的釋放［11］。Schreier 等［12］發(fā)現(xiàn)，在SH-SY5Y 中，H2S 能拮抗脂質(zhì)氧化產(chǎn)物4-羥基壬烯醛(4-hydroxynonenal,4-HNE)引起的細(xì)胞毒性，在重癥AD 患者的大腦中這種作用明顯增加。研究發(fā)現(xiàn)［13］，高同型半胱氨酸(Hcy)血癥是參與AD 病理進(jìn)程的重要因素。而 Tang XQ 等發(fā)現(xiàn)［14］，H2S 可抑制 Hcy 誘導(dǎo)的PC12細(xì)胞神經(jīng)毒性。因此，干預(yù)H2S可能對(duì)AD 的治療具有潛在的價(jià)值。

2.2 H2S 在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)AD 模型中的保護(hù)作用

研究表明，H2S 可改善腦缺血引起的空間學(xué)習(xí)和記憶障礙［15］并增強(qiáng)突觸可塑性和腦缺血大鼠海馬中生長(zhǎng)相關(guān)蛋白43（GAP-43）的表達(dá)［16］。 在AD 大鼠模型中，Xuan 等人［17］報(bào)道， H2S 可減輕 Aβ1-40 誘導(dǎo)的學(xué)習(xí)和記憶障礙。這些發(fā)現(xiàn)提示H2S 在調(diào)節(jié)AD學(xué)習(xí)和記憶缺陷中具有保護(hù)作用。AD 的一個(gè)突出表現(xiàn)是神經(jīng)炎癥，而常見(jiàn)的誘因是細(xì)菌內(nèi)毒素脂多糖（LPS），LPS 的作用途徑是通過(guò)產(chǎn)生腫瘤壞死因子（TNF）-α和其他細(xì)胞因子，并通過(guò)增加細(xì)胞內(nèi)Aβ和淀粉樣前體蛋白（amyloid precursor protein,APP)的含量進(jìn)一步加速 AD 的進(jìn)展［18］。Gong QH 等［19］報(bào)告指出，NaHS 可以明顯減輕LPS 引起的神經(jīng)炎癥，神經(jīng)元超微結(jié)構(gòu)損傷和認(rèn)知缺陷。本實(shí)驗(yàn)小組［20］研究發(fā)現(xiàn)H2S 可通過(guò)減少谷胱甘肽（GSH）和醛脫氫酶2（ALDH-2）的上調(diào)反應(yīng)性醛的積累來(lái)減輕Hcy 引起的認(rèn)知功能障礙。這表明H2S 可能是治療與神經(jīng)炎癥相關(guān)疾?。ɡ鏏D）的潛在藥物。綜上所述，H2S可拮抗AD 的病理進(jìn)展，進(jìn)一步探索新的H2S 調(diào)節(jié)劑具有重要意義。

3 H2S 調(diào)節(jié)劑在治療AD 方面的作用

H2S 可通過(guò)大蒜中的多硫化物以非酶途徑產(chǎn)生，例如S-烯丙基半胱氨酸（SAC）［21］。據(jù)報(bào)道，含有SAC的大蒜化合物可減輕Aβ誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡［22］。此外，在具有瑞典雙突變的AD 轉(zhuǎn)基因模型中,大蒜提取物已被證明具有抗Aβ產(chǎn)生、抗炎和抗纏結(jié)的作用［23］。S-炔丙基-半胱氨酸（SPRC）作為SAC 結(jié)構(gòu)類(lèi)似物,是一種可用于調(diào)節(jié)內(nèi)源性H2S水平的新型藥物［21］。Gong QH［24］等研究表明，SPRC 減輕了LPS 引起的大鼠認(rèn)知損傷。此外，SPRC 可抑制Aβ25-35 引起的認(rèn)知功能障礙和神經(jīng)元超微結(jié)構(gòu)損害［25］。綜上所述，H2S 調(diào)節(jié)劑（例如SAC 和SPRC）在治療AD 方面有重要研究?jī)r(jià)值。

4 H2S 對(duì) AD 的保護(hù)作用機(jī) 制

4.1 抗氧化的作用

氧化應(yīng)激是AD發(fā)病的機(jī)理之一。研究發(fā)現(xiàn)［9,26］，濃度為25～250（umol/L）的NaHS 不僅可提高神經(jīng)元的活性，而且可防止谷氨酸、次氯酸和過(guò)氧化氫引起神經(jīng)元的氧化損傷，NaHS 的這種作用主要是通過(guò)增加谷胱甘肽（GSH）的含量。H2S 還可通過(guò)提高GSH 的水平來(lái)保護(hù)永生的小鼠海馬細(xì)胞系（HT22）免受谷氨酸的氧化毒性［27］。Schreier等［12］認(rèn)為，H2S可通過(guò)調(diào)節(jié)大腦中羥基壬烯醛(HNE)的高反應(yīng)性α，β-不飽和醛的作用而成為抵抗羰基應(yīng)激的重要保護(hù)元素。此外，本研究小組［28］發(fā)現(xiàn)，內(nèi)源性一氧化氮合酶（NOS）抑制劑不對(duì)稱(chēng)二甲基精氨酸（ADMA），可拮抗1-甲基-4-苯基吡啶離子（MPP+）誘導(dǎo)的神經(jīng)毒性。其機(jī)制是通過(guò)上調(diào)內(nèi)源性H2S 的生成，從而減弱MPP+觸發(fā)的細(xì)胞內(nèi)活性氧（ROS）積累。此外，據(jù)報(bào)道［29］，茴香腦三硫酮?dú)溲趸铮ˋDTOH）,是一種緩慢釋放H2S 的供體，它通過(guò)清除ROS，可有效保護(hù)視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞（RGC-5）免受谷氨酸與丁硫氨酸肟（Glu/BSO）聯(lián)用的毒性損傷。綜上所述，H2S的抗氧化作用在治療AD 中具有重要意義。

4.2 抗凋亡的作用

Waldmeier 等［30］表明，凋亡在神經(jīng)發(fā)育和神經(jīng)退行性疾病中發(fā)揮作用。神經(jīng)退行性疾病的一種可能的治療方法是中斷信號(hào)網(wǎng)絡(luò)連接凋亡的降解。研究發(fā)現(xiàn)低濃度（＜300umol/L）的NaHS 可保護(hù)PC12細(xì)胞免受Aβ和Hcy 引起的凋亡［10,14］。甲醛（FA）的積累也與 AD 的發(fā)病有關(guān)［31］。本實(shí)驗(yàn)小組［32］的數(shù)據(jù)表明，NaHS 通過(guò)減弱ROS 積累、上調(diào)凋亡相關(guān)基因Bcl-2 水平和下調(diào)凋亡相關(guān)基因Bax 表達(dá)來(lái)保護(hù)PC12細(xì)胞免受FA誘導(dǎo)的細(xì)胞毒性和細(xì)胞凋亡影響。此外，本研究小組［33］發(fā)現(xiàn)，西地那非的衍生物ACS6(H2S供體)可保護(hù)PC12 細(xì)胞免受Hcy 誘導(dǎo)的細(xì)胞毒性和凋亡的影響。H2S 的抗凋亡作用主要?dú)w因于線粒體功能的保留，比如ACS6 可保護(hù)PC12 細(xì)胞免受Hcy 誘導(dǎo)的細(xì)胞毒性和細(xì)胞凋亡影響，其機(jī)制是通過(guò)抑制線粒體膜電勢(shì)(Δψm)的丟失和ROS 的積累以及調(diào)節(jié)Bcl-2的表達(dá)?？梢?jiàn)，H2S 的抗凋亡作用是其參與AD 保護(hù)的重要原因之一。

4.3 抗炎癥的作用

神經(jīng)炎癥是參與AD 發(fā)病機(jī)理的關(guān)鍵因素［34］。Koenigsknecht 等人［34］提出，腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)水平的升高可能會(huì)抑制 AD 大腦中Aβ的吞噬細(xì)胞，并導(dǎo)致認(rèn)知功能障礙。因而，研究抑制神經(jīng)炎癥的新方法對(duì)于減緩甚至中斷AD 的發(fā)展具有重要價(jià)值。Hu 等人［35］發(fā)現(xiàn),NaHS 可減少原代培養(yǎng)的小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞中LPS 釋放的產(chǎn)物以及減少一氧化氮（NO）和TNF-α的釋放，表明H2S在神經(jīng)炎相關(guān)疾病的治療中具有重要意義。H2S這種抗炎作用的機(jī)制是通過(guò)抑制一氧化氮合酶（iNOS） 和 p38 MAPK 信號(hào)通路［35］。Lee 等人［36］報(bào)道,小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞的炎性激活可誘導(dǎo)核因子-κB（NF-κB） 以及引起炎性介質(zhì)TNF-α、白介素（IL）-6、亞硝酸鹽離子的釋放和H2S合成的下調(diào)，然而，通過(guò)用NaSH預(yù)處理細(xì)胞可部分逆轉(zhuǎn)這些作用，表明H2S 是一種內(nèi)源性抗炎和神經(jīng)保護(hù)劑。并且，NaHS 可通過(guò)抑制 p38 MAPK 和 p65 NF-κB 活性來(lái)顯著改善Aβ1-40誘導(dǎo)的IL-1β和TNF-α過(guò)度表達(dá)以及海馬中廣泛的星形膠質(zhì)細(xì)胞增生和微膠質(zhì)增生［17］。Lee等［37］發(fā)現(xiàn)，NaHS 可改善魚(yú)藤酮導(dǎo)致的 SH-SY5Y 細(xì)胞活力下降。此外，NaHS 能減弱LPS 誘導(dǎo)的大鼠神經(jīng)元超微結(jié)構(gòu)損傷及認(rèn)知功能障礙，其機(jī)制是通過(guò)抑制TNF-α和重組人1型腫瘤壞死因子受體（TNFR1）的產(chǎn)生以及抑制LPS 誘導(dǎo)的NF-κB 抑制蛋白α(IκB-α)降解和 NF-κB 活化［19］。Lee 等［37］發(fā)現(xiàn)，用三種釋放H2S 的化合物即茴香腦三硫酮?dú)溲趸铮ˋDTOH）、S-雙氯芬酸和S-阿司匹林進(jìn)行預(yù)處理，可抑制由于星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞活化引起的促炎性因子NO、TNF-α和 IL-6 的釋放。此外，研究表明［24-25］，SPRC可通過(guò)抑制TNF-α、TNFR1 的產(chǎn)生以及IκB-α的降解和 p65 NF-κB 的激活來(lái)減弱 LPS、Aβ25-35 引起的神經(jīng)元超微結(jié)構(gòu)損傷和認(rèn)知功能障礙。以上報(bào)道提示，H2S 的抗炎特性是拮抗AD 的可能機(jī)制之一。

4.4 H2S 可通過(guò)上調(diào)SIRT1 表達(dá)以拮抗AD

沉默信息調(diào)節(jié)因子1（Silent information regulator,SIRT1）在許多與衰老有關(guān)的過(guò)程中起到調(diào)節(jié)作用，比如調(diào)節(jié)氧化應(yīng)激、代謝控制和晝夜節(jié)律［39］。Kim等［40］指出，SIRT1在AD 模型中的過(guò)表達(dá)起著神經(jīng)保護(hù)作用。并且，在小鼠的突觸可塑性和正常學(xué)習(xí)、記憶中，SIRT1是必要條件［41］。此外，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)SIRT1通過(guò)miR-134 介導(dǎo)的機(jī)制調(diào)節(jié)突觸可塑性和記憶形成［42］。Chen J 等［43］指出，SIRT1 脫乙?；傅倪^(guò)表達(dá)和白藜蘆醇具有神經(jīng)保護(hù)作用，其機(jī)制是通過(guò)降低Aβ刺激的NF-κB 信號(hào)傳導(dǎo)。此外，有證據(jù)表明SIRT1 通過(guò)抑制RelA/p65 蛋白的反式激活潛能來(lái)增強(qiáng)對(duì) TNF-α的凋亡［44］。Qin W 等［45］認(rèn)為，調(diào)節(jié) SIRT1的表達(dá)及活性可能通過(guò)卡路里限制（CR）來(lái)減弱AD大腦中的淀粉樣蛋白含量。SIRT1 可以通過(guò)激活α-分泌酶基因ADAM10 來(lái)抑制Aβ的產(chǎn)生［46］。最重要的是本研究小組［47］發(fā)現(xiàn)，在高半胱氨酸（Hcy）誘導(dǎo)的AD 大鼠模型中，H2S 可通過(guò)增加SIRT1 的表達(dá)拮抗Hcy 誘導(dǎo)的大鼠記憶和學(xué)習(xí)功能障礙，這與SIRT1抑制海馬內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激有關(guān)。因此，我們認(rèn)為H2S 可抑制AD 的病理進(jìn)展,這與H2S 上調(diào)SIRT1 表達(dá)有關(guān)。

4.5 H2S 可能增強(qiáng)Klotho 表達(dá)以拮抗AD

年齡增長(zhǎng)是引起AD 發(fā)病的最重要危險(xiǎn)因素。人群中，超過(guò)85 歲后，將近一半患有AD，超過(guò)65 歲后，有八分之一患有AD。因此，研究對(duì)抗衰老的因素很重要［48］。長(zhǎng)壽基因可羅索（Klotho）具有抗衰老特性，其機(jī)制與其對(duì)炎癥的抵抗力增強(qiáng)有關(guān)［49］。據(jù)報(bào)道，正常衰老的獼猴腦白質(zhì)中Klotho 的表達(dá)下調(diào)［50］。并且來(lái)自AD 小鼠模型大腦中Klotho 的表達(dá)低于其年齡匹配的同窩幼仔［48］。此外，研究已經(jīng)確定Klotho是淀粉樣蛋白前體蛋白（APP）的生理目標(biāo)，APP受β-分泌酶裂解的可溶性APP（APPsβ）的調(diào)節(jié)，與APP的發(fā)育功能無(wú)關(guān)［51］。細(xì)胞外APP加工產(chǎn)生APP胞外域衍生物可通過(guò)促進(jìn)Klotho 表達(dá)以抑制衰老過(guò)程中Aβ的神經(jīng)毒性［51］，這表明APP 介導(dǎo)的信號(hào)通路可能在維持Klotho 水平中起重要作用。據(jù)報(bào)道［52］，在慢性環(huán)孢素腎病實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭?，血管緊張素II可阻斷Klotho 的表達(dá)上調(diào)。同時(shí)，H2S 可抑制血管緊張素II的生成，其機(jī)理是直接減弱血管緊張素轉(zhuǎn)化酶（ACE）的活性［53］。因此，H2S 可能通過(guò)減弱ACE 活性來(lái)調(diào)節(jié)Klotho 的水平?；谝陨涎芯?，表明H2S 可能通過(guò)增強(qiáng)Klotho 表達(dá)而成為AD 的潛在療法。

5 總結(jié)與展望

H2S 是一種神經(jīng)調(diào)質(zhì)，對(duì)人體多個(gè)系統(tǒng)的生理功能調(diào)節(jié)都起著至關(guān)重要的作用，受到科學(xué)家的廣泛關(guān)注。本文總結(jié)分析了H2S 對(duì)阿爾茨海默病（AD）的神經(jīng)保護(hù)作用及其機(jī)制。H2S 對(duì)AD 保護(hù)作用的機(jī)制包括抗氧化，抗凋亡和抗炎癥作用，以及上調(diào)SIRT-1 表達(dá)和增強(qiáng)Klotho 表達(dá)。大量研究證實(shí)H2S 可能作為AD 的潛在治療藥物。然而，目前H2S 在AD 中的作用及其機(jī)制研究還不夠深入，需要進(jìn)一步探究。研究H2S 在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的生物學(xué)作用有助于了解AD 的病理生理，并為開(kāi)發(fā)基于H2S 這種氣體遞質(zhì)的新型藥物去治療AD 提供科學(xué)依據(jù)。