硫化氫抑制動脈鈣化的研究進(jìn)展*

黃 言 綜述 梁秋華審校

(濟寧醫(yī)學(xué)院臨床醫(yī)學(xué)院，濟寧 272013；濟寧醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院，濟寧 272029)

動脈鈣化是一種導(dǎo)致動脈血管硬化和功能障礙的疾病。慢性腎臟病、糖尿病、高血壓等疾病常伴有動脈鈣化，嚴(yán)重的動脈鈣化可以導(dǎo)致心力衰竭、動脈粥樣硬化斑塊破裂、心肌梗死等疾病[1]。動脈血管壁中的血管平滑肌細(xì)胞(vascular smooth muscle cells，VSMCs)在各種因素刺激下，會從正常的收縮表型轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂蟹置诠δ艿某晒菢颖硇蚚2]，這一過程是動脈鈣化的關(guān)鍵。根據(jù)動脈血管壁鈣化的部位，可以大致的將動脈鈣化分為兩種不同的形式：中層鈣化，類似VSMCs內(nèi)層羥基磷灰石礦化導(dǎo)致的血管內(nèi)膜的骨化過程；內(nèi)膜鈣化，一種以粥樣斑或斑塊為特征的血管內(nèi)膜內(nèi)進(jìn)行性炎癥綜合征[3]。硫化氫(hydrogen sulfide，H2S)是一種水溶性氣體信號分子，是許多生理過程的重要介質(zhì)，比如抗氧化、抗炎、抗凋亡、細(xì)胞保護(hù)、促血管生成的作用[4]。因此，深入探索H2S在動脈鈣化的發(fā)生發(fā)展中的作用，有望為動脈鈣化患者的防治提供新的方向。

1 H2S

H2S是一種帶有典型臭雞蛋味的水溶性氣體，可導(dǎo)致人突然短暫的意識喪失[4]。H2S是生理性血管舒張和血壓調(diào)節(jié)劑。心血管系統(tǒng)的H2S是由胱硫醚-Y-裂解酶生理產(chǎn)生的，小鼠缺乏胱硫醚-Y-裂解酶時會表現(xiàn)出明顯的高血壓，并且呈內(nèi)皮依賴性血管舒張減弱[5]。H2S的產(chǎn)生主要受三種吡哆醛5'-磷酸依賴酶(胱硫醚-β-合酶、胱硫醚-Y-裂解酶和3-巰基丙酮酸硫轉(zhuǎn)移酶)的調(diào)控[6]。H2S通過調(diào)節(jié)Ca2+通道的Ca2+流入來控制基質(zhì)細(xì)胞的功能，從而使胱硫醚-β-合酶缺陷小鼠表現(xiàn)出一種骨減少表型，用H2S供體嗎啉-4-4甲氧基苯基(嗎啉代)次膦酸二硫代酯補充血液H2S水平可預(yù)防或逆轉(zhuǎn)骨質(zhì)的流失[7]。

2 H2S與動脈鈣化

2.1 H2S與磷酸鹽轉(zhuǎn)運蛋白對動脈鈣化的影響

通過Ⅲ型鈉依賴性磷酸鹽共轉(zhuǎn)運蛋白(sodium-dependent phosphate,Pit-1)吸收磷酸鹽對VSMCs鈣化和磷酸鹽升高導(dǎo)致的VSMCs表型調(diào)節(jié)至關(guān)重要[8]。抑制胱硫醚-Y-裂解酶活性減少內(nèi)源性H2S的生成可導(dǎo)致VSMCs成骨樣分化和礦化增加，而內(nèi)源性或外源性H2S都通過抑制Pit-1減輕高磷誘導(dǎo)的人主動脈平滑肌細(xì)胞鈣化[9]。

2.2 H2S與細(xì)胞內(nèi)應(yīng)激反應(yīng)對動脈鈣化的影響

2.2.1H2S與氧化應(yīng)激對動脈鈣化的影響 氧化應(yīng)激是指體內(nèi)氧化與抗氧化作用失衡的一種狀態(tài)，氧化物引起組織的分子氧化，造成組織損傷。機體內(nèi)存在兩類抗氧化的系統(tǒng)：1)酶抗氧化系統(tǒng)，包括超氧化物歧化酶、過氧化氫酶、谷胱甘肽過氧化物酶等。2)非酶抗氧化系統(tǒng)，包括維生素C、維生素E、谷胱甘肽、褪黑素等。核因子kB(nuclear factor kappa-B,NF-kB)蛋白家族可以與B細(xì)胞上的k-輕鏈增強子結(jié)合調(diào)控細(xì)胞對外界各種刺激因子的反應(yīng)。VSMCs在外界不利因素刺激下發(fā)生氧化應(yīng)激以及NF-kB對刺激因子的反應(yīng)與動脈鈣化有關(guān)[10]。H2S可以通過對抗氧化應(yīng)激減輕高磷、高糖誘導(dǎo)的VSMCs鈣化。具體機制可能是直接清除氧化物，或者促進(jìn)抗氧化物超氧化物歧化酶等的生成[11]。

2.2.2H2S與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激對動脈鈣化的影響 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是真核細(xì)胞中最大的細(xì)胞器之一，大量的遺傳和環(huán)境損傷阻礙了細(xì)胞正確折疊和翻譯后修飾內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中分泌和跨膜蛋白的能力，導(dǎo)致錯誤折疊的蛋白質(zhì)在細(xì)胞器中積聚，這種情況稱為內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激與多種心血管疾病以及動脈鈣化的發(fā)生和發(fā)展有關(guān)[12]。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激引起的VSMCs凋亡會促進(jìn)動脈鈣化的發(fā)生，并促進(jìn)VSMCs的表型轉(zhuǎn)化[13]。H2S可通過抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激來改善大鼠動脈鈣化，這可能是通過上調(diào)Akt(一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，可抑制細(xì)胞凋亡)和磷酸化Akt的蛋白質(zhì)水平，激活A(yù)kt信號通路改善內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，從而減輕動脈鈣化[14]。

2.3 H2S與成骨樣轉(zhuǎn)化因子對動脈鈣化的影響

堿性磷酸酶(alkaline phosphatase，ALP)是成骨細(xì)胞的一種細(xì)胞外酶，可促進(jìn)骨的形成，在動脈鈣化成骨樣分化中發(fā)揮重要作用[15]。核心結(jié)合因子α-1(core-binding factor alpha-1，Cbfa1)是成骨細(xì)胞分化，骨基質(zhì)基因表達(dá)以及骨礦化所需的成骨細(xì)胞特異性轉(zhuǎn)錄因子[16]。骨形態(tài)發(fā)生蛋白(bone morphogenetic protein，BMP)信號傳導(dǎo)在VSMCs的成骨樣分化中具有重要作用，是動脈鈣化的關(guān)鍵，其可以通過誘導(dǎo)氧化應(yīng)激和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激促進(jìn)VSMCs鈣化[17]。H2S可以通過減少細(xì)胞內(nèi)外鈣沉積并抑制VSMCs成骨樣轉(zhuǎn)化的基因的表達(dá)而減輕動脈鈣化[18]。H2S也可以通過抑制血漿ALP活性升高，從而發(fā)揮抗動脈鈣化作用[19]。內(nèi)源性或外源性H2S都能通過抑制成骨細(xì)胞特異性基因(如ALP，BMP和Cbfa1)的上調(diào)來減輕動脈鈣化[20]。

2.4 H2S與動脈鈣化相關(guān)的信號通路間的聯(lián)系

2.4.1H2S與Stat3/CAS信號通路 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子(Signal Transducer and Activator of Transcription，Stat)蛋白是一個細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)錄因子家族，共有7個成員，其中Stat3與動脈鈣化顯著相關(guān)[21]。組織蛋白酶S是一種半胱氨酸蛋白酶，可刺激炎癥以及巨噬細(xì)胞趨化性并促進(jìn)鈣化[22]。彈性蛋白是血管壁細(xì)胞外基質(zhì)主要結(jié)構(gòu)成分之一，內(nèi)皮細(xì)胞和成纖維細(xì)胞等可以合成并分泌彈性蛋白，當(dāng)彈性蛋白降解時動脈鈣化明顯增加[23]。以高糖條件誘導(dǎo)人主動脈VSMCs鈣化，予以胱硫醚-Y-裂解酶抑制劑會加劇人主動脈VSMCs鈣化，刺激Stat3活化，增加組織蛋白酶S活性，降低彈性蛋白表達(dá)，而胱硫醚-Y-裂解酶過表達(dá)時結(jié)果相反。由此證明H2S可能通過抑制Stat3/CAS信號來增加彈性蛋白水平，從而減輕動脈鈣化[24]。H2S可以降低Stat3、組織蛋白酶S活性，改善主動脈彈性蛋白的表達(dá)。外源性NaHS處理可恢復(fù)糖尿病大鼠的胱硫醚-Y-裂解酶活性，抑制主動脈成骨樣轉(zhuǎn)化[25]。

2.4.2H2S與MAPK信號通路 絲裂原激活蛋白激酶(mitrogen-activated protein kinase，MAPK)是細(xì)胞內(nèi)的一類絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶。MAPK信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路存在于大多數(shù)細(xì)胞內(nèi)，參與分化細(xì)胞的減數(shù)分裂，有絲分裂和有絲分裂后功能的調(diào)控[26]。H2S可以通過MAPK途徑抑制VSMCs的增殖減輕動脈鈣化，并且這種效果在一定范圍內(nèi)與H2S的劑量呈正比[27]。

2.4.3H2S與Keap1/Nrf2/NQO1信號通路 核因子紅系2相關(guān)因子2 (nuclear factor erythroid-2 related factor 2，Nrf2)是一種抗氧化應(yīng)激的氧化還原敏感的轉(zhuǎn)錄因子，而Kelch樣ECH相關(guān)蛋白1 (Kelch-like ECH-associated protein 1,Keap1)通過靶向蛋白酶體降解來負(fù)調(diào)節(jié)Nrf2活性，Nrf2-Keap1是一種旨在保持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定的防御系統(tǒng)[28]。NAD(P)H：醌氧化還原酶1(NAD(P)H:quinone oxidoreductase 1,NQO1)是一種雙電子還原酶，由Nrf2調(diào)控，對體內(nèi)抗氧化物質(zhì)起著重要的保護(hù)作用[29]。NQO1受Keap1/Nrf2途徑的轉(zhuǎn)錄控制，而HS-會導(dǎo)致Nrf2易位到細(xì)胞核中，隨后誘導(dǎo)NQO1。當(dāng)NQO1或上游轉(zhuǎn)錄因子Nrf2沉默時，H2S的鈣化抑制作用喪失，并且損害Nrf2的活性會加劇動脈鈣化程度，這證明H2S可以通過激活Keap1/Nrf2/NQO1減輕VSMCs鈣化[30]。

3 小結(jié)與展望

綜上所述，H2S可通過抑制血管平滑肌細(xì)胞膜上的Pit-1，從而抑制磷酸鹽吸收；通過直接清除氧化物，或者促進(jìn)抗氧化物超氧化物歧化酶等的生成對抗氧化應(yīng)激發(fā)揮抗動脈鈣化作用；通過Akt信號通路改善內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激、抑制成骨細(xì)胞特異性基因的上調(diào)、抑制Stat3/CAS信號來增加彈性蛋白水平、通過MAPK途徑抑制VSMCs的增殖、通過激活Keap1/Nrf2/NQO1信號通路保護(hù)抗氧化物質(zhì)，進(jìn)而減輕動脈鈣化。

雖然近年來，H2S抑制動脈鈣化的分子機制已逐漸被認(rèn)識，但目前研究仍較少，并且大部分研究集中在體外研究，對體內(nèi)研究較少，同時由于H2S的毒性作用，如何控制其藥理和毒理作用需進(jìn)一步研究。未來可以擴展H2S抑制動脈鈣化的體內(nèi)研究，為臨床試驗提供可靠依據(jù)?？傊瓾2S能夠抑制動脈鈣化的現(xiàn)象為臨床預(yù)防及治療動脈鈣化提供了新思路。隨著研究的不斷深入，H2S有望成為臨床治療動脈鈣化、預(yù)防心血管疾病的可行方法。

利益沖突：所有作者均申明不存在利益沖突。