硫化氫在肝癌中的作用及機(jī)制研究進(jìn)展

代 鑫，謝 川，舒 鵬，陳思平，王 強(qiáng)，程 龍，駱助林，汪 濤

肝癌（HCC）是全球第六大常見的癌癥，也是與癌癥相關(guān)死亡的第二大主要原因[1]。肝癌一直是癌癥研究中研究最多的疾病之一，并已發(fā)現(xiàn)了許多潛在的治療靶點(diǎn)。然而，建立和發(fā)展最有效、最高效且安全的聯(lián)合療法，對(duì)抗極端耐藥的肝癌仍然是一個(gè)巨大挑戰(zhàn)。近十年來，隨著人類生活水平的提高以及飲食結(jié)構(gòu)的改變，如肥胖病、酒精性肝硬化、非酒精性脂肪性肝硬化等病因?qū)е碌母伟┎±尸F(xiàn)逐年上升的趨勢(shì)，面對(duì)肝癌病例的巨大增加，迫切需要為該病尋找新的、安全、有效的治療方式。

硫化氫（H2S）是繼一氧化碳(CO)和一氧化氮(NO)之后第三種與病理生理過程調(diào)節(jié)相關(guān)的氣體信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)分子[2]。在體內(nèi)，H2S主要由L-半胱氨酸和L-同型半胱氨酸通過胱硫醚β-合成酶(Cystathionine-β-synthase,CBS)、3-巰基丙酮酸硫基轉(zhuǎn)移酶（3-MST）)以及胱硫醚γ-裂解酶(CTH/CSE)合成的[2-3]。近幾年來，越來越多的研究表明[4-6]，H2S在肝癌的發(fā)生和發(fā)展中起著至關(guān)重要的作用。但是，H2S在肝癌的發(fā)生、發(fā)展中的作用機(jī)制尚不清楚。有文獻(xiàn)報(bào)道，在肝癌中，H2S既參與了疾病的抑制[7]，也參與了疾病的進(jìn)展[8]?；贖2S在肝癌發(fā)生、發(fā)展中的“雙重作用”可能為當(dāng)前肝癌的治療提供巨大潛力。本綜述將從H2S在肝臟的生物合成與代謝、介導(dǎo)的腫瘤調(diào)控機(jī)制以及參與HCC發(fā)生、發(fā)展的路徑來進(jìn)一步闡明H2S在肝癌中的作用，為H2S在未來肝癌的治療策略中提供新的思路。

1 硫化氫在肝臟的合成與代謝

H2S是一種伴有臭雞蛋氣味的無色水溶性氣體[9-10]。在生理pH下，將近三分之二的H2S以H+和硫氫化物陰離子的形式存在，然后分解為H+和硫化物離子[11]。在哺乳動(dòng)物中，H2S主要是由胱硫醚γ-裂合酶(CSE)和胱硫醚β-合酶(CBS)從L-半胱氨酸和L-高半胱氨酸產(chǎn)生[12]，而3-巰基丙酮酸硫轉(zhuǎn)移酶(3-MST)與半胱氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶(CAT)結(jié)合，在α-酮戊二酸(α-KG)存在的情況下由L-半胱氨酸生產(chǎn)H2S[3-10]。

H2S作為第三種氣體信號(hào)分子，在多種病理生理過程中起著重要的調(diào)節(jié)作用，如血管生成[13]、血管舒張[14]、神經(jīng)元活性[15]以及炎癥[16]。而肝臟則是產(chǎn)生及清除H2S的重要器官[10,17]。在肝臟組織中，已檢測到CSE，CBS及3-MST的表達(dá)，并且它們?cè)诓煌潭壬洗龠M(jìn)肝臟產(chǎn)生H2S[10]。

2 硫化氫介導(dǎo)的腫瘤調(diào)控機(jī)制

H2S除了調(diào)節(jié)體內(nèi)的許多生理過程，在腫瘤的進(jìn)展中也起著至關(guān)重要的作用。H2S涉及腫瘤調(diào)節(jié)的機(jī)制之一則是通過與細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白[18]或離子通道[19]的相互作用實(shí)現(xiàn)的。已有研究發(fā)現(xiàn)[20]，抑制T型通道可通過抗增殖、誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡途徑以及提高腫瘤細(xì)胞對(duì)抗癌藥物的敏感性來增強(qiáng)抗腫瘤活性。然而，Cranados等[21]研究發(fā)現(xiàn)，用1μM/L-1mM/L NaHS處理HEK293細(xì)胞可通過促進(jìn)鋅離子的細(xì)胞結(jié)合來抑制電壓門控的T型特異性Ca2+通道。由此可見，H2S可能通過抑制Ca2+通道來增強(qiáng)其抗腫瘤活性。研究表明[22]，H2S亦可通過促進(jìn)過氧化物酶體增殖物激活受體的核易位而觸發(fā)谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白-1（GLT-1）的激活，而GLT-1的激活對(duì)于腫瘤細(xì)胞可能具有抑制作用。綜上可知，H2S可能通過與細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白或者離子通道之間的相互作用參與對(duì)腫瘤的調(diào)控。

H2S參與調(diào)節(jié)腫瘤的另一個(gè)關(guān)鍵機(jī)制是與其他氣體分子之間的功能互連。H2S、CO和NO之間的這種潛在聯(lián)系是H2S在調(diào)節(jié)腫瘤活動(dòng)中發(fā)揮其作用的關(guān)鍵機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)，外源性給予H2S、CO和NO 3種氣體分子中的任何1種處理人乳腺癌細(xì)胞，可促進(jìn)腫瘤細(xì)胞中的抗增殖能力、活性氧(ROS)的耐受性以及促凋亡反應(yīng)來抑制腫瘤的發(fā)展[23]。同樣地，另一項(xiàng)研究也發(fā)現(xiàn)，使用H2S、CO或NO供體（依次為GYY4137、一氧化碳釋放分子-3和S-亞硝基-N-乙?；?D，L-青霉胺）處理HCT116結(jié)腸癌細(xì)胞，通過調(diào)節(jié)AKT、環(huán)磷酸鳥苷(cGMP)/血管舒張因子刺激的磷酸蛋白(VASP)以及P44/42絲裂原蛋白激酶（MAPK）途徑可顯著抑制腫瘤細(xì)胞增殖、遷移以發(fā)揮其抗癌活性[24]。根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，H2S與細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白和離子通道之間的相互作用以及與NO、CO之間的這種潛在聯(lián)系在調(diào)節(jié)腫瘤生物學(xué)活動(dòng)中起著重要作用。

3 硫化氫對(duì)肝癌的“雙重作用”

關(guān)于硫化氫在腫瘤領(lǐng)域的相關(guān)性研究結(jié)果一直存在一個(gè)看似爭議的結(jié)果。即硫化氫在腫瘤的進(jìn)展中既可起到促進(jìn)作用亦可抑制其發(fā)生發(fā)展。隨著硫化氫與腫瘤相關(guān)性研究的不斷深入，直到最近幾年，關(guān)于硫化氫“鐘型”或者說低濃度與高濃度的“雙重作用”學(xué)說的提出才使得其在腫瘤中的這一矛盾結(jié)果得到解釋。此部分也將根據(jù)H2S的這一特性，對(duì)低濃度和高濃度范圍硫化氫在肝癌發(fā)生、發(fā)展中的作用及機(jī)制進(jìn)行綜述。

3.1 高濃度硫化氫抑制肝癌發(fā)生發(fā)展 多項(xiàng)研究表明，H2S及其合成酶與腫瘤的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)[25]。據(jù)報(bào)道，H2S可以通過調(diào)節(jié)氧化應(yīng)激與自由基的相互作用來激活致癌信號(hào)通路從而參與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展[26]。Chen等[27]研究發(fā)現(xiàn)，在HepG2和SMMC-7721細(xì)胞中CBS表達(dá)上調(diào)，并且抑制內(nèi)源性CBS/H2S會(huì)降低SMMC-7721細(xì)胞的活力與增殖能力。 研究發(fā)現(xiàn)，H2S對(duì)人正常肝細(xì)胞的增殖和活力沒有明顯影響，但是當(dāng)給予高濃度(600～1000μM)NaHS則會(huì)成劑量依賴性地抑制SMMC-7721和Huh-7細(xì)胞的生長[6]。

金屬基質(zhì)蛋白酶9(MMP-9)作為MMPs家族中的重要成員之一，參與了腫瘤的遷移和侵襲，并通過ERK1/2信號(hào)通路來調(diào)節(jié)。有文獻(xiàn)報(bào)道，肝癌組織中高表達(dá)的MMP-9與腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移密切相關(guān)[28]。Oláh等[29]在研究中發(fā)現(xiàn)，在給予高濃度NaHS處理的HCC細(xì)胞中，MMP-9蛋白表達(dá)下調(diào)，提示H2S可能通過下調(diào)MMP-9來抑制肝癌的遷移。此外，在Wu等[6]進(jìn)行的體外試驗(yàn)中觀察到，給予高濃度(800～1000μM)NaHS處理的HCC裸鼠組的腫瘤較對(duì)照組明顯減小，表現(xiàn)出顯著的抗HCC作用。最近的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)[5]，給予10-3M NaHS處理可通過PI3K/AKT/mTOR信號(hào)通路誘導(dǎo)細(xì)胞自噬來抑制HCC細(xì)胞的遷移、增殖與分裂。由此可見，H2S可通過抑制增殖、誘導(dǎo)凋亡、抑制遷移與侵襲等多種途徑發(fā)揮其抑癌作用。

3.2 低濃度硫化氫促進(jìn)肝癌發(fā)生、發(fā)展 大量研究表明，NF-κB可通過調(diào)節(jié)凋亡、侵襲以及細(xì)胞周期等相關(guān)因子的轉(zhuǎn)錄來參與腫瘤的發(fā)展與轉(zhuǎn)移，并且已經(jīng)逐漸成為多種惡性腫瘤的治療靶點(diǎn)[30]。而NF-κB的激活與肝癌的發(fā)生與發(fā)展同樣密切相關(guān)[31]。Zhen等[8]研究發(fā)現(xiàn)，在給予低濃度（500μmmol/L）NaHS處理的PLC/PRF/5肝癌細(xì)胞中，H2S可通過放大NF-kB的激活效應(yīng)，對(duì)腫瘤細(xì)胞表現(xiàn)出促增殖、抗凋亡、促侵襲和遷移的作用。在另一項(xiàng)研究中，當(dāng)給予10～100μM NaHS時(shí)，H2S可通過激活EGFR/ERK/MMP-2信號(hào)通路促進(jìn)人HCC細(xì)胞的生長與遷移。此外，Kajimura等[32]也研究發(fā)現(xiàn)，用低濃度的外源性NaHS（5 mmol/L～10-4mmol/L）處理HepG2細(xì)胞，H2S可能通過激活蛋白酶活化細(xì)胞的增殖周期，從而誘導(dǎo)細(xì)胞增殖[6]。

綜上可知，內(nèi)源性H2S或相對(duì)較低水平的外源性H2S可以促進(jìn)HCC細(xì)胞的生長，而用較高濃度的外源性H2S進(jìn)行治療則可能表現(xiàn)出顯著的抗癌作用。由此筆者推測，H2S誘導(dǎo)的促癌和抑癌作用之間可能存在一種微妙的平衡關(guān)系，當(dāng)這種平衡關(guān)系被打破時(shí)，H2S則會(huì)在腫瘤的發(fā)生與發(fā)展中發(fā)揮其重要作用。因此，癌細(xì)胞中產(chǎn)生H2S的酶的敲除以及釋放H2S的載體/藥物的開發(fā)可能為肝癌治療提供新的途徑。

4 展望

長期以來，H2S一直被認(rèn)為是一種有毒有害的氣體。近幾年，隨著對(duì)硫化氫在體內(nèi)生理和病理功能研究的深入，人們發(fā)現(xiàn)H2S除了在肝臟缺血-再灌注損傷、肝硬化、NAFLD/NASH等非癌性疾病的病理生理活動(dòng)中起著重要作用，在腫瘤的病理生理活動(dòng)中的作用及機(jī)制也在逐漸被揭示，并掀起了一股H2S在腫瘤領(lǐng)域的研究熱潮。而H2S在肝癌方面的作用，現(xiàn)有的試驗(yàn)數(shù)據(jù)已經(jīng)明確了在相對(duì)較低的濃度范圍內(nèi)H2S可以促進(jìn)HCC進(jìn)展而在高濃度范圍內(nèi)則可抑制HCC進(jìn)展的雙重作用模式。基于此特點(diǎn)，硫化氫合成酶抑制劑、硫化氫載體（如Na2S、NaHS、GYY4137）以及硫化氫釋放基團(tuán)與非甾體類抗炎藥物的嵌合體可能作為抗肝癌的新型藥物。并且隨著硫化氫在肝癌中的作用及確切機(jī)制的深入研究，硫化氫可能成為肝癌治療的一個(gè)極具潛在價(jià)值的治療靶點(diǎn)，并且為目前抗腫瘤新藥的研發(fā)以及肝癌的藥物治療提供新的思路，從而產(chǎn)生巨大的潛在臨床價(jià)值。