柯娩英 ，楊治芳 ，劉鴻濱

(1、江西省撫州市第一人民醫(yī)院，撫州 344000；2、南昌大學(xué)第一附屬醫(yī)院，南昌 330006；3、南昌大學(xué)江西醫(yī)學(xué)院研究生部，南昌330006)

近些年來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)，人們生活質(zhì)量顯著提升，人口呈現(xiàn)老齡化趨勢(shì)，我國(guó)糖尿病的患病率正逐年提升。糖尿病是一種常見的代謝性疾病，由多種病因引起，重要特征是高血糖，長(zhǎng)期糖尿病可引起多系統(tǒng)器官的慢性并發(fā)癥，如動(dòng)脈硬化、冠心病、高血壓、糖尿病腎病、糖尿病足等，嚴(yán)重危害著生命[1]。血管內(nèi)皮損傷是糖尿病血管病變的病理基礎(chǔ)和始動(dòng)環(huán)節(jié)[2]，因此保護(hù)血管內(nèi)皮細(xì)胞對(duì)于預(yù)防糖尿病血管病變有著重要意義[3]。繼一氧化氮(NO)和一氧化碳(CO)之后，硫化氫(hydrogen sulfide，H2S)是第三類內(nèi)源性氣體信號(hào)分子，也是近來(lái)研究的熱點(diǎn)。越來(lái)越多的研究證實(shí)H2S能激活內(nèi)皮細(xì)胞ATP敏感鉀通道調(diào)節(jié)血管緊張度、減弱內(nèi)皮細(xì)胞與白細(xì)胞間的黏附、降低內(nèi)皮細(xì)胞氧化應(yīng)激狀態(tài)，抑制炎癥反應(yīng)，維持血管內(nèi)皮細(xì)胞等功能。因此H2S在神經(jīng)系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、泌尿系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、視覺及生殖系統(tǒng)均有重要的保護(hù)效應(yīng)[4-8]。本文對(duì)當(dāng)前關(guān)于H2S抑制高糖誘導(dǎo)的血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷的相關(guān)研究進(jìn)行綜述。

1 硫化氫的特性

硫化氫(hydrogen sulfide，H2S)是一種有毒的氣體，該氣體具有無(wú)色、易燃、水溶性佳以及散發(fā)腐爛雞蛋味的特征。但是，自2002年以來(lái)，學(xué)者們證實(shí)了H2S在體內(nèi)具有多種的生理作用，如增強(qiáng)興奮性谷氨酸NMDA受體活動(dòng)、調(diào)節(jié)與學(xué)習(xí)記憶有關(guān)的長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng)（LTP）、調(diào)節(jié)小膠質(zhì)細(xì)胞的鈣內(nèi)穩(wěn)態(tài)、舒張血管平滑肌、激活A(yù)TP敏感鉀（KATP）通道[9]等。哺乳動(dòng)物內(nèi)幾乎所有的器官、組織、細(xì)胞都能合成和釋放內(nèi)源性H2S。在大鼠和人的血漿中H2S含量約為 25-65μmol/L和 25-80μmol/L。 H2S在人體內(nèi)部進(jìn)行合成的過(guò)程中，首先是在半胱氨酸的基礎(chǔ)之上，通過(guò)胱硫醚-β-合成酶(cystathionineβ-synthase，CBS)、胱硫醚-γ-裂解酶(systathionineγ -lyase，CSE)、 半 胱 氨 酸 轉(zhuǎn) 移 酶 (systeine aminotransferase，CAT)和 3-丙酮酸巰基轉(zhuǎn)硫酶(mercaptopyruvate sulfurtransferase，3-MST) 等多種酶的相關(guān)促進(jìn)作用下發(fā)生合成反應(yīng)的。其中CSE和CBS兩種尤為重要，因?yàn)槠鋵?duì)應(yīng)控制的是人體心血管系統(tǒng)和大腦與神經(jīng)系統(tǒng)中H2S合成的酶促反應(yīng)[7]。H2S 與一氧化氮（NO）和一氧化碳（CO）一道組成氣體信號(hào)分子家族（gaseous signaling molecule family），根據(jù)這幾種氣體信號(hào)分子被發(fā)現(xiàn)的次序，H2S被稱為第3種內(nèi)源性氣體信號(hào)分子或氣體遞質(zhì)（gasotransmitter）[10]。人體內(nèi)的 H2S共有 2種存在方式，分別是硫氫化鈉 (NaHS)形式與氣體形式，NaHS可在人體內(nèi)解離成鈉離子與硫氫根離子，硫氫根離子與氫離子結(jié)合生成H2S[11]。越來(lái)越多的研究證實(shí)，內(nèi)源性或外源性H2S在抗高血壓、抗休克、保護(hù)心肌缺血損傷等方面起到十分關(guān)鍵的作用[8，12]。血管內(nèi)皮細(xì)胞（VECS）糖尿病的嚴(yán)重程度與血管內(nèi)皮損傷和功能障礙的程度密切相關(guān)。近些年來(lái)，經(jīng)過(guò)多項(xiàng)研究得知，糖尿病患者在患病前期就已經(jīng)出現(xiàn)了血管內(nèi)皮損傷[13]。糖尿病血管內(nèi)皮具有復(fù)雜的損傷機(jī)制。高血糖可直接引發(fā)血管內(nèi)皮細(xì)胞的死亡，除此之外也可導(dǎo)致血管內(nèi)皮細(xì)胞出現(xiàn)炎癥，若患者長(zhǎng)期患有高血糖會(huì)導(dǎo)致體內(nèi)出現(xiàn)氧化應(yīng)激反應(yīng)等，上述都可引發(fā)血管內(nèi)皮損傷[14]。

2 硫化氫抑制高糖誘導(dǎo)的血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷的機(jī)制

2.1 硫化氫抑制高糖誘導(dǎo)的血管內(nèi)皮細(xì)胞氧化應(yīng)激 血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷主要因氧化應(yīng)激引起。人在缺氧、高糖以及高氧的情況下，體內(nèi)的抗氧化作用與促氧化作用的平衡被打破，轉(zhuǎn)向促氧化發(fā)展，從而造成體內(nèi)組織與細(xì)胞損傷[15]。促氧化作用的實(shí)現(xiàn)需要依靠各類氧化劑，其中最關(guān)鍵的氧化劑為活性氧(reactive oxygen species，ROS)。高糖可介導(dǎo)血管內(nèi)皮細(xì)胞線粒體過(guò)渡產(chǎn)生ROS，從而引起氧化應(yīng)激而損傷細(xì)胞[14]。高糖還能促進(jìn)生成胞內(nèi)高級(jí)糖基化終產(chǎn)物(AGEs)，在血管內(nèi)皮細(xì)胞方面，新增的AGEs與其受體結(jié)合后可促進(jìn)生成ROS，因而導(dǎo)致患者出現(xiàn)多種病理性改變[16]。另外有研究發(fā)現(xiàn)，在內(nèi)皮細(xì)胞出現(xiàn)衰老的過(guò)程之中，高糖的作用極大的提高了主導(dǎo)衰老過(guò)程的β半乳糖苷酶染色(SA-β-Gal)陽(yáng)性細(xì)胞的數(shù)量，并且進(jìn)一步將血漿纖溶酶原激活物抑制劑1(PAL-1)的抑制效果加強(qiáng)，與此同時(shí)，出現(xiàn)數(shù)量顯著提高的還有脂質(zhì)過(guò)氧化物丙二醛(MDA)，而對(duì)其起到氧化作用的氧自由基又因?yàn)槌趸锲缁?(SOD1)的活性較弱而出現(xiàn)相應(yīng)效果的減弱[17]。已有動(dòng)物研究表明，對(duì)糖尿病動(dòng)物給予外源性H2S，發(fā)現(xiàn)其能夠通過(guò)線粒體保護(hù)以及抗氧化等作用來(lái)抑制氧化應(yīng)激，從而降低糖尿病機(jī)體的內(nèi)皮細(xì)胞的損傷幾率[18]。目前我國(guó)已經(jīng)學(xué)者通過(guò)相關(guān)研究證明H2S可通過(guò)抑制氧化應(yīng)激，降低MDA含量，并上調(diào)SOD1的表達(dá)，從而對(duì)因高糖引發(fā)的內(nèi)皮細(xì)胞衰老起到抑制[19]。

2.2 硫化氫抑制高糖誘導(dǎo)的血管內(nèi)皮細(xì)胞炎性反應(yīng) 炎性反應(yīng)也是血管內(nèi)皮損傷的重要機(jī)制。血管內(nèi)皮細(xì)胞分泌生長(zhǎng)因子、炎性因子、血管活性因子以調(diào)節(jié)細(xì)胞的生長(zhǎng)、炎癥反應(yīng)及血管緊張度。高糖可促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞過(guò)渡分泌炎性因子，從而引發(fā)炎癥反應(yīng)。表現(xiàn)為細(xì)胞核轉(zhuǎn)錄因子-κB（NF-κB）、細(xì)胞間黏附分子-1(ICAM-1)、單核細(xì)胞趨化蛋白-1、腫瘤壞死因子-α（TNF-α）、白細(xì)胞介素-6（IL-6）等炎癥相關(guān)因子的過(guò)渡表達(dá)，從而促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞的凋亡[20]。目前已有動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究表明外源性H2S可降低高糖誘導(dǎo)的小鼠頸動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞ICAM-1 mRNA的水平及其蛋白的表達(dá)，抑制白細(xì)胞的黏附、浸潤(rùn)[21]。H2S還可下調(diào)肺動(dòng)脈NF-κB、ICAM-1、單核細(xì)胞趨化蛋白-1、IL-6等炎癥相關(guān)因子的表達(dá)發(fā)揮其減輕內(nèi)皮細(xì)胞損傷的作用[22]。近來(lái)其他的研究表明NF-κB家族中重要的一個(gè)亞單位NF-κB P65在調(diào)控炎癥反應(yīng)及細(xì)胞衰老中具有重要的作用，NF-κB P65不但在衰老組織或細(xì)胞中NF-κB P65活性明顯增加，而且抑制它的活性可以進(jìn)一步延緩衰老進(jìn)程，而隨之進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)H2S可對(duì)NF-κB P65的活化起到明顯抑制，從而緩解了高糖誘導(dǎo)的內(nèi)皮細(xì)胞衰老[23，24]。此外有相關(guān)研究證明，高糖毒性可導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞功能出現(xiàn)紊亂，這對(duì)于血管炎癥發(fā)展至關(guān)重要，這也是引發(fā)糖尿病血管內(nèi)皮損傷的關(guān)鍵因素。主要表現(xiàn)為血管內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)的環(huán)氧化酶-2(cyclooxygenase-2，COX-2)提升，環(huán)氧化酶-2可對(duì)花生四烯酸起到催化作用，從而生成血栓烷素A，血管炎癥反應(yīng)的前期反應(yīng)即為血栓烷素A介導(dǎo)的內(nèi)皮細(xì)胞與血小板的黏附。此外，COX-2催化產(chǎn)生的炎性代謝產(chǎn)物被人們視作導(dǎo)致糖尿病胰島B細(xì)胞功能障礙的主要因素。而H2S可以減少高糖誘導(dǎo)的COX-2的蛋白表達(dá)，其機(jī)制可能與其抑制NF-κB的活性有關(guān)，硫化氫可通過(guò)降低內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)COX-2的表達(dá)，對(duì)血管炎癥反應(yīng)進(jìn)行抑制，從而減緩了糖尿病血管內(nèi)皮病變的速度[20，25]。

2.3 硫化氫調(diào)控通路抑制高糖誘導(dǎo)的血管內(nèi)皮細(xì)胞凋亡 還有一些研究證實(shí)H2S可通過(guò)調(diào)控通路抑制高糖誘導(dǎo)的血管內(nèi)皮細(xì)胞凋亡。Janus激酶/信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活因子 （Janus kinase/signal transducer and activator of transceiption，JAK/STAT）通路是細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的重要通路之一，該通路可介導(dǎo)高糖引起人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞的多種損傷，而外源性H2S能抑制高糖對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞JAK/STAT通路的激活，從而保護(hù)內(nèi)皮細(xì)胞[26]。其次，內(nèi)皮細(xì)胞受到高糖刺激之后，會(huì)大大減少沉默信息調(diào)節(jié)因子1（Sirt1）的表達(dá)。對(duì)Sirt1的表達(dá)進(jìn)行阻斷，可誘導(dǎo)細(xì)胞衰老的發(fā)生，若Sirt1過(guò)度表達(dá)則會(huì)對(duì)細(xì)胞衰老起到抑制作用。H2S可以通過(guò)Sirt1/eNOS/NO信號(hào)通路，上調(diào)Sirt1的表達(dá)，促進(jìn)eNOS蛋白的合成，提高NO含量，從而對(duì)因高糖誘導(dǎo)的內(nèi)皮細(xì)胞衰老起到抑制[27]。

另外有學(xué)者已在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中證實(shí)，H2S在缺氧條件下能夠通過(guò) VEGF/VEGFR2通道，PI3-KAkt-survivin途徑以及ATP/p38/HSP27途徑促進(jìn)大鼠大腦毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞增殖和遷徙，對(duì)抗內(nèi)皮細(xì)胞的凋亡。還有學(xué)者發(fā)現(xiàn)在缺血性損傷條件下，在血管新生的效應(yīng)產(chǎn)生的過(guò)程中，如果將NaHS作用于人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞，將產(chǎn)生促血管新生作用，主要是由于在NaHS作用之下，細(xì)胞內(nèi)部miR-640大量減少的緣故，因?yàn)檫^(guò)度表達(dá)的miR-640會(huì)阻斷H2S的促血管新生效應(yīng)。另一方面，通過(guò)進(jìn)行雙螢光素酶實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)在miR-640的基因序列中存在者一個(gè)直接靶向基因HIF1A。在正常的氧濃度環(huán)境下，H2S可以提升HIF1A的蛋白水平和轉(zhuǎn)錄活性，而降低HIF1A阻斷H2S的促血管新生作用。而進(jìn)一步的聯(lián)合實(shí)驗(yàn)表明，H2S通過(guò)KDR/mTOR/miR－640/HIF1A途徑促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞新生[28]。但在高糖誘導(dǎo)下的內(nèi)皮損傷，當(dāng)下針對(duì)H2S經(jīng)部分通路保護(hù)血管內(nèi)皮細(xì)胞的報(bào)道并不多，相關(guān)報(bào)道仍較少，后期還需更深入的研究。

以往人們都將H2S視作有毒氣體，若超出內(nèi)環(huán)境生理濃度時(shí)，H2S會(huì)產(chǎn)生細(xì)胞毒性作用，從而導(dǎo)致細(xì)胞或組織出現(xiàn)壞死。不過(guò)，在生理濃度范圍內(nèi)的H2S可起到保護(hù)神經(jīng)與血管的作用。越來(lái)越多的證據(jù)表明H2S在糖尿病血管內(nèi)皮保護(hù)中發(fā)揮重要作用。近些年，很多學(xué)者都參與到H2S內(nèi)源性地產(chǎn)生、細(xì)胞效應(yīng)的分子機(jī)制及其病理生理學(xué)意義的研究中，但是，目前關(guān)于H2S在糖尿病及其血管并發(fā)癥中的作用及機(jī)制還所知甚少，細(xì)胞內(nèi)具體的信號(hào)傳導(dǎo)途徑以及其生物學(xué)功能尚未完全明確。另外，H2S在糖尿病及其血管并發(fā)癥的細(xì)胞模型或動(dòng)物模型上產(chǎn)生的有益效應(yīng)是否在糖尿病患者身上同樣有效，仍需要進(jìn)一步的研究和探討?？偠灾?，隨著對(duì)H2S在糖尿病及其并發(fā)癥發(fā)病機(jī)制中的作用研究越來(lái)越深入，新型H2S供體的開發(fā)也取得良好進(jìn)展，將為今后抗糖尿病新藥設(shè)計(jì)和糖尿病及其并發(fā)癥的防治，提供了更加開闊的思路。