硫化氫抗炎及免疫調(diào)節(jié)作用研究進(jìn)展

張亞靖，戴岳

(中國(guó)藥科大學(xué)，江蘇 南京 211198)

硫化氫(H2S)是繼CO和NO之后被發(fā)現(xiàn)的第三類(lèi)信號(hào)分子，在腎臟、心臟、肺和中樞神經(jīng)系統(tǒng)等多個(gè)部位合成，可進(jìn)入血液循環(huán)到達(dá)全身。H2S曾被認(rèn)為是有毒氣體，近期隨著研究的深入，其有益作用逐漸被發(fā)現(xiàn)。H2S不僅能保護(hù)心血管系統(tǒng)，在高血壓、動(dòng)脈粥樣硬化和心肌缺血等疾病中發(fā)揮作用[1]，還能抑制肺和肝臟的纖維化進(jìn)程[2-3]，對(duì)阿爾茨海默病、帕金森病和亨廷頓病等神經(jīng)退行性疾病亦具有保護(hù)作用[4]。近年來(lái)，H2S的抗炎和免疫調(diào)節(jié)作用逐漸得到研究和重視。

1 H2S的產(chǎn)生及供體

內(nèi)源性H2S可經(jīng)由酶促反應(yīng)和非酶促反應(yīng)兩種途徑合成。在酶促反應(yīng)中，半胱氨酸或同型半胱氨酸在胱硫醚β-合酶(cystathionine β-synthase,CBS)、胱硫醚γ-裂解酶(cystathionine γ-lyase,CSE)和3-羥基丙酮酸硫轉(zhuǎn)移酶(3-mercaptopyruvate sulfurtransferase,3-MST)的作用下產(chǎn)生H2S、氨氣、胱硫醚和丙酮酸。其中，CBS和CSE的作用需要維生素B6的活性形式—吡哆醛5′-磷酸的參與。在非酶促反應(yīng)中，葡萄糖、谷胱甘肽、無(wú)機(jī)和有機(jī)多硫化物及單質(zhì)硫經(jīng)一系列生化反應(yīng)生成H2S。機(jī)體不同部位、不同生理狀態(tài)下的H2S含量不同，如哺乳動(dòng)物腦中為50～160 μmol·L-1，外周血中為30 nmol·L-1～100 μmol·L-1，正常人血清中約為72 μmol·L-1，骨關(guān)節(jié)炎患者血清中約為56 μmol·L-1[5]，其關(guān)節(jié)腔滑液中約為25 μmol·L-1[6]。

除內(nèi)源性H2S外，H2S供體亦可直接或間接產(chǎn)生H2S，在多種體內(nèi)外模型呈現(xiàn)藥理效應(yīng)。NaHS和Na2S在水溶液中迅速釋放H2S，對(duì)組織或細(xì)胞產(chǎn)生的刺激作用較為短暫。人工合成的GYY4137是水溶性H2S供體，在水溶液中通過(guò)水解反應(yīng)持續(xù)釋放H2S，呈現(xiàn)擴(kuò)張血管和降低血壓等作用[7]。大蒜中的S-烯丙基-L-半胱氨酸亞砜在細(xì)胞受損時(shí)可分解產(chǎn)生大蒜味的脂溶性化合物二烯丙基二硫醚(diallyl disulfide,DADS)和二烯丙基三硫醚(diallyl trisulfide,DATS)[8]，二者均可通過(guò)化學(xué)反應(yīng)緩慢釋放H2S，具有抗氧化[9]、抗癌[10]和抑制血小板聚集[11]等作用。Lawesson′s試劑首次于1956年合成，它在有機(jī)合成中作為硫代試劑，中心的磷/硫四元環(huán)可在較高溫度條件下打開(kāi)，形成二硫代膦基化物，再分解產(chǎn)生H2S[12]。

2 H2S及其供體的抗炎作用

2.1 對(duì)急性肺損傷的影響 急性肺損傷是由多種因素引起的肺部失控性炎癥，可導(dǎo)致彌漫性肺泡和毛細(xì)血管膜損傷、肺水腫和肺功能受損，治療不及時(shí)則可發(fā)展為急性呼吸窘迫綜合征。腹腔注射N(xiāo)aHS或GYY4137可明顯改善脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)誘導(dǎo)的大鼠和小鼠間質(zhì)性肺水腫、肺泡壁增厚和炎細(xì)胞浸潤(rùn)，降低病理評(píng)分，抑制誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase,iNOS)和環(huán)氧合酶(cyclooxygenase-2,COX-2)表達(dá)，下調(diào)肺泡灌洗液中促炎因子和肺組織脂質(zhì)過(guò)氧化物水平[13-14]。GYY4137在改善LPS誘導(dǎo)的小鼠肺損傷的同時(shí)，可抑制肺組織巨噬細(xì)胞炎性蛋白2(macrophage inflammatory protein,MIP-2)及其受體CXCR2的mRNA表達(dá)，阻遏中性粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞趨化，減少M(fèi)IP-2和IL-1β在肺泡的聚集[15]。吸入H2S亦可緩解LPS誘導(dǎo)的C57BL/6小鼠急性肺損傷，抑制肺泡壁增厚、中性粒細(xì)胞遷移和IL-1β釋放，降低病理評(píng)分，該作用與抑制熱休克蛋白(heat shock protein,HSP)70和NADPH氧化酶2的蛋白表達(dá)及下調(diào)MAPK信號(hào)通路的活化相關(guān)[16]。GYY4137抑制LPS誘導(dǎo)的RAW264.7細(xì)胞NF-κB通路激活，促進(jìn)HO-1表達(dá)，而給予HO-1抑制劑錫原卟啉后，GYY4137的抗炎作用消失，提示其抗炎作用與HO-1相關(guān)[14]。

2.2 對(duì)缺血再灌注損傷的影響 缺血再灌注損傷是由大量血液流入缺血組織所致，其嚴(yán)重程度與組織缺血時(shí)間成正比。缺血再灌注能夠?qū)е氯毖M織釋放ROS和促炎介質(zhì)，誘導(dǎo)炎細(xì)胞浸潤(rùn)，還可引起許多并發(fā)癥，如細(xì)胞凋亡和組織壞死，甚至器官衰竭。在單側(cè)腎缺血模型，造模前腹腔注射N(xiāo)aHS明顯改善大鼠腎組織損傷，其作用可能與上調(diào)HSP70和HO-1表達(dá)，抑制NF-κB和TLR-4誘導(dǎo)的炎癥因子釋放及脂質(zhì)過(guò)氧化相關(guān)[17]。腎下主動(dòng)脈交叉鉗夾術(shù)導(dǎo)致大鼠下肢缺血再灌注損傷和全身炎癥反應(yīng)，損害遠(yuǎn)端器官。腹腔注射GYY4137可明顯改善該手術(shù)所致的大鼠肺損傷，降低組織病理評(píng)分，減少肺泡灌洗液中的細(xì)胞數(shù)量，抑制髓過(guò)氧化物酶活力和促炎因子產(chǎn)生。GYY4137的作用與抑制血管緊張素Ⅱ的表達(dá)和釋放及Akt磷酸化相關(guān)[18]。此外，NaHS可濃度依賴(lài)性抑制NF-κB通路的活化，阻止人胃上皮細(xì)胞產(chǎn)生IL-6、TNF-α和NO，還可抑制p-38和JNK依賴(lài)的細(xì)胞凋亡，恢復(fù)細(xì)胞活力[19]。

2.3 對(duì)肝損傷的影響 肝臟負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)機(jī)體的多種生理功能，如糖酵解、代謝和自由基清除等，是最大的解毒器官。肝臟病變，如肝炎等，可進(jìn)一步導(dǎo)致肝纖維化和肝硬化，甚至肝癌的發(fā)生。NaHS改善CCl4誘導(dǎo)的小鼠肝臟小葉結(jié)構(gòu)紊亂、竇狀充血和中性粒細(xì)胞浸潤(rùn)，降低TNF-α、IL-1β和IL-6 mRNA表達(dá)，抑制肝臟炎癥和肝損傷[20]。腹腔注射H2S供體S-烯丙基-半胱氨酸明顯抑制CCl4誘導(dǎo)的大鼠肝臟膠原沉積和α-肌動(dòng)蛋白表達(dá)，降低谷丙轉(zhuǎn)氨酶和谷草轉(zhuǎn)氨酶水平，抑制STAT3/Smad3通路活化，減少促炎因子TNF-α、IL-1β和IL-6表達(dá)，抑制肝纖維化進(jìn)程[21]。NaHS可抑制LPS和ATP聯(lián)合誘導(dǎo)的人正常肝細(xì)胞的炎癥反應(yīng)，降低NLRP3炎癥小體、剪切的caspase-1和IL-1β的蛋白表達(dá)水平，上調(diào)LC3 II/I比例，提示其通過(guò)抑制NLRP3炎癥小體活化和促進(jìn)自噬緩解肝細(xì)胞炎癥[22]。

綜上，H2S及其供體的抗炎機(jī)制主要包括：①抑制NF-κB、JNK和MAPK等通路的活化，減少促炎因子釋放；②抑制氧化應(yīng)激，減少脂質(zhì)過(guò)氧化；③調(diào)節(jié)凋亡和自噬影響細(xì)胞進(jìn)程。H2S及其供體通過(guò)減輕炎癥對(duì)多種炎癥相關(guān)疾病發(fā)揮保護(hù)作用。然而，亦有研究認(rèn)為H2S具有促炎作用，如Geng等[23]發(fā)現(xiàn)暴露于高濃度H2S氣體的大鼠肺部發(fā)生炎細(xì)胞浸潤(rùn)和水腫，H2S還可促進(jìn)滑膜成纖維細(xì)胞表達(dá)IL-6、IL-8和COX-2等促炎因子[24]。提示H2S及其供體對(duì)炎癥反應(yīng)的影響可能受給藥濃度、暴露時(shí)間和疾病類(lèi)型等因素的影響。

3 H2S及其供體的免疫調(diào)節(jié)作用

3.1 對(duì)哮喘的影響 哮喘是慢性的過(guò)敏性疾病，以氣道炎癥、黏液分泌增多和氣道高反應(yīng)性為主要特征，同時(shí)伴有氣道平滑肌增生、氣道上皮下的纖維化和杯狀細(xì)胞增多等。在過(guò)敏性哮喘中，B淋巴細(xì)胞產(chǎn)生的IgE抗體促進(jìn)肥大細(xì)胞脫顆粒和嗜酸性粒細(xì)胞浸潤(rùn)是導(dǎo)致炎癥的主要因素。NaHS可抑制卵清蛋白誘導(dǎo)的小鼠過(guò)敏性哮喘，改善炎細(xì)胞浸潤(rùn)，保護(hù)呼吸道上皮細(xì)胞，降低肺組織Th2型細(xì)胞因子IL-4、IL-5和IL-25的水平，亦可通過(guò)抑制FasL蛋白表達(dá)，阻止肺細(xì)胞凋亡[25]。CSE敲除小鼠的內(nèi)源性H2S產(chǎn)生減少，卵清蛋白誘導(dǎo)的CSE敲除小鼠哮喘癥狀和Th2免疫應(yīng)答增強(qiáng)，II型細(xì)胞因子IL-4、IL-5和IL-13水平升高。此外，NaHS可通過(guò)增強(qiáng)GATA-3的S-硫酸化水平，抑制GATA-3核轉(zhuǎn)移和脾細(xì)胞向Th2型免疫細(xì)胞分化，改善小鼠哮喘癥狀[26]。

3.2 對(duì)結(jié)腸炎的影響 結(jié)腸炎是一種主要累及結(jié)腸的慢性非特異性疾病，主要特征為結(jié)腸黏膜炎癥、屏障受損和免疫失衡等。H2S及其供體可促進(jìn)結(jié)腸緊密連接蛋白表達(dá)，保護(hù)腸道屏障，通過(guò)抑制NF-κB和STAT3通路的活化減少結(jié)腸促炎因子的釋放[27-29]。骨髓來(lái)源的抑制細(xì)胞(myeloid-derived suppressor cells,MDSCs)既能抑制獲得性免疫應(yīng)答，又能調(diào)節(jié)天然免疫應(yīng)答，其兩種亞型G-MDSCs和M-MDSCs在炎癥中發(fā)揮相反的作用。De Cicco等[30]利用幽門(mén)螺桿菌誘導(dǎo)Rag-/-小鼠發(fā)生結(jié)腸炎，導(dǎo)致小鼠結(jié)腸和脾臟中G-MDSCs和M-MDSCs數(shù)量增多，H2S合成減少。DATS抑制具有促炎作用的G-MDSCs向結(jié)腸部位的募集，緩解結(jié)腸炎癥。NaHS改善葡聚糖硫酸鈉誘導(dǎo)的小鼠結(jié)腸炎癥狀，下調(diào)Th17細(xì)胞比例，上調(diào)Treg細(xì)胞比例，維持Th17/Treg平衡[31]。此外，以葡聚糖硫酸鈉、三硝基苯磺酸和IL-10敲除3種不同的方式造模對(duì)內(nèi)源性H2S合成的影響不一致，既可促進(jìn)又可抑制H2S產(chǎn)生。抑制模型動(dòng)物內(nèi)源性H2S的合成可加重結(jié)腸炎癥[32]，抑制健康動(dòng)物內(nèi)源性H2S的合成可導(dǎo)致小腸和結(jié)腸炎癥及黏膜損傷[33]，補(bǔ)充H2S可抑制結(jié)腸炎癥，減輕黏膜損傷，促進(jìn)潰瘍愈合。

3.3 對(duì)類(lèi)風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎的影響 類(lèi)風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎是慢性的自身免疫性疾病，以滑膜炎癥和增生為主要特征，同時(shí)伴有免疫系統(tǒng)和器官功能的紊亂。DADS明顯改善弗氏完全佐劑誘導(dǎo)的大鼠關(guān)節(jié)炎癥狀，如降低足體積、水腫和關(guān)節(jié)評(píng)分，減少白細(xì)胞數(shù)量，發(fā)揮抗關(guān)節(jié)炎作用[34]。DATS不僅降低膠原誘導(dǎo)關(guān)節(jié)炎小鼠的病理評(píng)分，減輕病理?yè)p傷，還可下調(diào)Th17細(xì)胞比例，上調(diào)Treg細(xì)胞比例，恢復(fù)Th17/Treg平衡[35]。GYY4137可抑制人滑膜細(xì)胞和關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞的NF-κB通路活化，下調(diào)iNOS和COX-2活性，降低NO2-、PGE2、TNF-α和IL-6炎癥因子水平[36]。另外，DATS通過(guò)抑制NF-κB和Wnt信號(hào)通路，降低滑膜成纖維細(xì)胞中促炎因子IL-1β、IL-6和IL-8的mRNA和蛋白表達(dá)水平[35]。

3.4 對(duì)銀屑病的影響 銀屑病是免疫應(yīng)答介導(dǎo)的炎癥性疾病，病灶內(nèi)的T淋巴細(xì)胞促進(jìn)角質(zhì)細(xì)胞增殖和真皮淺層血管增生是其主要病理改變。銀屑病患者血清H2S水平明顯低于健康人群，炎癥因子水平明顯高于健康人群[37]。Th1和Th17細(xì)胞通過(guò)產(chǎn)生IL-22和IL-17，誘導(dǎo)角質(zhì)細(xì)胞釋放IL-8，加重炎癥反應(yīng)。將NaHS應(yīng)用于銀屑病患者皮膚表面，可明顯降低患處p-ERK蛋白表達(dá)及其核轉(zhuǎn)移，同時(shí)抑制IL-8蛋白表達(dá)。NaHS抑制角質(zhì)細(xì)胞的MAPK/ERK通路，減少I(mǎi)L-8產(chǎn)生，阻遏炎癥反應(yīng)[38]。表皮細(xì)胞產(chǎn)生的血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)可通過(guò)促進(jìn)炎細(xì)胞的趨化和血管生成參與皮膚炎癥的發(fā)生和發(fā)展。NaHS和GYY4137可通過(guò)抑制角質(zhì)細(xì)胞的p38、ERK和NF-κB通路，激活A(yù)kt通路，促進(jìn)iNOS和NO產(chǎn)生，繼而下調(diào)ERK1/2的活化，減少VEGF釋放，抑制血管內(nèi)皮細(xì)胞增殖[39]。H2S及其供體具有治療銀屑病的潛在價(jià)值，其血清濃度可作為銀屑病的早期診斷指標(biāo)。

上述研究表明，H2S及其供體的免疫調(diào)節(jié)機(jī)制主要包括：①恢復(fù)Th17/Treg平衡；②抑制Th2細(xì)胞免疫應(yīng)答；③調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞的趨化作用。盡管H2S及其供體對(duì)多種免疫相關(guān)疾病具有療效，但更偏重于對(duì)炎癥、氧化應(yīng)激和細(xì)胞凋亡等繼發(fā)性效應(yīng)的改善作用，故深入研究H2S對(duì)免疫應(yīng)答的調(diào)節(jié)和機(jī)制，可為免疫相關(guān)疾病的治療提供依據(jù)。

4 結(jié)語(yǔ)

H2S及其供體作為氣體信號(hào)分子參與調(diào)節(jié)多種生理過(guò)程，呈現(xiàn)抗炎和免疫調(diào)節(jié)活性。內(nèi)源性H2S水平隨著生理狀態(tài)不同而改變，故需要更為精準(zhǔn)的H2S檢測(cè)方式和更多的臨床樣本，監(jiān)測(cè)其在不同疾病中的含量變化，為臨床疾病診斷提供參考。外源性補(bǔ)充H2S或其供體對(duì)多種疾病具有治療作用，但需要適宜的劑型和給藥方式解決其安全性和溶解性等問(wèn)題，如原位自噴霧涂層系統(tǒng)可負(fù)載水溶性差的DATS，通過(guò)直腸給藥釋放DATS繼而產(chǎn)生H2S，治療大鼠結(jié)腸炎，但其臨床應(yīng)用仍受限制[40]。因此亟待明確H2S的具體作用機(jī)制、適宜濃度、劑型和給藥方式等，為其臨床應(yīng)用提供理論支撐。