張同慶 王聰 李婷 吳永平

(1.徐州醫(yī)學院臨床系 江蘇徐州 221004;2.徐州醫(yī)學院生物化學教研室 江蘇徐州 221004;3.徐州醫(yī)學院病理學教研室 江蘇徐州 221004)

1 項目研究背景

1.1 硫化氫的生成及作用

硫化氫(H2S)與一氧化氮(NO)和一氧化碳(CO)同屬于內源性氣體信號分子,由于作用廣泛且小劑量也能產生明顯的作用,因此研究H2S的產生及其作用機制有重要的治療和應用前景。

哺乳動物機體H2S由含硫氨基酸代謝通路中內源性生成,主要有兩種生成方式。細胞胞漿內,主要以L-半胱氨酸和同型半胱氨酸為底物,在胱硫脒-β-合酶(cystathionine-β-synthase,CBS)和胱硫脒-γ-裂解酶(cystathionine-γ-lyase,CSE)作用下通過酶解催化在體內產生H2S,這是在體內產生H2S的主要途徑。在線粒體內,以β-巰基丙酮酸為底物,在巰基丙酮酸轉硫酶(mercaptopyru vate sulfurtransferase,MPST)的作用下產生內源性的H2S。

內源性H2S可以舒張血管平滑肌,降低血壓靜脈［1］;外源性H2S能促進內皮細胞的增殖、遷移和管腔形成,促進小鼠Matrigel栓子模型中新血管的形成［2］。H2S在體內以1/3的氣體H2S形式和2/3的NaHS形式存在,兩種存在形式之間動態(tài)平衡。經氧化代謝后,大部分H2S形成硫代硫酸鹽和硫酸鹽。經甲基化代謝后,小部分H2S形成毒性較低的甲硫醇和甲硫醚。腎臟是這些體內代謝產物的主要排出通道,另一部分從腸道排出,少量是以原形的形式經肺呼出。

1.2 腎缺血再灌注損傷

腎缺血再灌注損傷是指腎組織缺血時和恢復血液灌注后器官功能不能恢復正常,甚至發(fā)生更為嚴重的組織損傷或器官功能衰竭。腎臟對缺血再灌注損傷較為敏感,臨床上常見于失血或中毒性休克、腎移植、腎實質切開移植等手術過程中。腎缺血再灌注損傷是導致急性腎功能衰竭和腎移植排斥反應的重要原因,而對于它的發(fā)生機制還不清楚。目前認為與缺血再灌注損傷有密切聯系的是:自由基的作用、細胞內鈣超載、白細胞的激活。

造成腎缺血再灌注損傷的兩大因素:鈣超載與氧自由基之間相互影響,相互作用,最終導致腎缺血再灌注損傷加重。細胞產生的過量氧自由基可導致細胞膜通透性增加,損傷細胞膜,導致鈣離子內流,而細胞內鈣離子濃度升高又可激活鈣離子依賴性蛋白酶,該酶可催化黃嘌呤脫氫酶轉化為黃嘌呤氧化酶,黃嘌呤氧化酶在有氧時能促進次黃嘌呤分解為尿酸,同時也產生大量的自由基。

自由基、細胞內鈣超載及白細胞的共同作用導致了腎缺血再灌注損傷的發(fā)生,細胞內鈣超載是細胞不可逆性損傷的共同通路,而細胞膜損傷則是不同機制相互作用引起的共同的病理改變。

2 H2S與腎缺血再灌注損傷

在大鼠的右腎切除后的缺血再灌注模型中,通過左腎動脈插管連續(xù)15 min注射NaHS,檢測血清尿素氮(BUN)、血肌酐(Scr);半定量分析腎臟病理損傷;檢測腎組織H2S生成率;結果顯示:IR組H2S生成率顯著降低(P＜0.01);CBS、CSE mRNA表達顯著下降(P＜0.01 );Scr、BUN顯著升高(P＜0.01);腎臟病理表現為急性腎小管壞死,且最嚴重,與IR組相比,NaHS預處理組H2S生成率升高(P＜0.05);CBS、CSE mRNA表達升高(P＜0.01);Scr、BUN降低(P＜0.01);病理損傷明顯減輕.NaHS兩個劑量組之間差異無統(tǒng)計學意義。［6］

另有報道,腎缺血再灌注模型中缺血組大鼠腎組織NODl、NOD2蛋白表達顯著增加,細胞核內NF-KB P65表達及其靶基因MCP-1、IL-1B的蛋白表達顯著升高(均P<0．01)。Caspase-1蛋白表達增加,HE染色發(fā)現急性腎小管壞死,TUNEL染色顯示缺血危險區(qū)凋亡細胞數目顯著增加(均P<0．01)。NaHS預處理可逆轉腎缺血再灌注誘導的腎組織損傷以及NODl、NOD2蛋白表達(P<0．05),下調NF-KB P65的核轉位(P<0．05)以及局部MCP-1、IL-1B表達(P<0．01);同時,NaHS預處理可減少Caspase-1的活化和細胞凋亡數。［7］

3 總結

總之,H2S作為內源性氣體分子,具有重要的生理作用,但對于H2S作用機制卻知之甚少。腎臟疾病都是多基因,多因素疾病,病理生理過程受諸多因素的影響,其發(fā)病機制有著太多沒有解決的問題,作為氣體分子的H2S在腎臟生理病理過程中的重要作用雖有很多報道,但多數都停留在實驗動物的基礎研究階段,臨床研究報道很少,其研究結果也有待于進一步臨床驗證。因此,系統(tǒng)的開展H2S在腎臟疾病中的臨床和基礎相結合的研究將有很大的研究空間與潛力。

[1]Zhao W, Zhang J, et al . The voorelaxant effect of H2S novel endogenous gaseous k(APT)channel opener[J]. EMBO 2001.20(21)6008-6016.

[2]Cai W J, Wang M J, et al . The novel proangiogenie effect of hydrogen sulfide is dependent on Akt phosphory lation[J] .Cardiovasc Re, 2007.76(1) 29-40.

[3]Kimura H. Hydrogen sulfide: its production, release and functions [J]. Amino Acids, 2011,41(1):113-121.

[4]Be towski J.Hypoxia in the renal medulla: implications for hydrogen sulfide signaling[J].J Pharmacol Exp Ther, 2010,334(2):358-363.

[5]Zhang J,Chen S,Liu H,et a1.Hydrogen sulfide prevents hydrogen peroxide-induced activation of epithelial sodium channel through a PTEN/PI(3,4,5)P3 dependent pathway[J]．PLoS One,2013,8(5):e64304．.

[6]譚志成,閆燕,李榮山.外源性硫化氫在大鼠腎臟缺血再灌注損傷中的保護作用.中華腎臟病雜志,2012,28(8) :639-642.

[7]覃志成,石媛媛,閏燕.硫化氫通過抑制NOD樣受體途徑減輕腎缺血再灌注損傷.中華腎臟病雜志,2014,30(8):604-608.