李秀儒 傅力

天津醫(yī)科大學(xué)醫(yī)學(xué)技術(shù)學(xué)院康復(fù)醫(yī)學(xué)系（天津 300070）

1 硫化氫概述

硫化氫（hydrogen sulfide，H2S）是繼一氧化氮（nitric oxide，NO）、一氧化碳（carbon monoxide，CO）之后被發(fā)現(xiàn)的一種內(nèi)源性氣體。早在1942年，Binkley等已觀察到大鼠肝臟可產(chǎn)生內(nèi)源性H2S[1]，隨后的研究證明H2S 是哺乳動(dòng)物體內(nèi)轉(zhuǎn)硫途徑（transsulfuration pathway，TSP）的產(chǎn)物[2，3]，心臟、肝臟、腎臟、血管、大腦、胃腸道和骨骼肌等組織和器官均可生成H2S[4]。在哺乳動(dòng)物組織細(xì)胞中，H2S 主要由胱硫醚γ裂解酶（cystathionine-γ-lyase，CSE）、胱硫醚β合成酶（cystathionine-βsynthase，CBS）和3-巰基丙酮酸硫轉(zhuǎn)移酶（3-mercaptopyruvate sulfurtransferase，3-MST）以L-半胱氨酸、甲硫氨酸、同型半胱氨酸等為底物催化生成的[5，6]。H2S的細(xì)胞信號(hào)傳遞作用主要通過以下三種方式進(jìn)行：（1）與各種活性氧（reactive oxygen species，ROS）和活性氮（reactive nitrogenspecies，RNS）發(fā)生多重反應(yīng)；（2）結(jié)合和/或還原鐵-血紅素蛋白的金屬中心；（3）修飾多種蛋白質(zhì)的半胱氨酸殘基，這一過程被稱為蛋白質(zhì)過硫化[7]。多項(xiàng)研究表明，H2S 在體內(nèi)參與血管張力的調(diào)節(jié)、氧化應(yīng)激、炎癥反應(yīng)、細(xì)胞增殖和分化等生物學(xué)過程[8-10]，與肥胖、2 型糖尿病、高血壓、動(dòng)脈粥樣硬化、肌減癥、阿爾茲海默癥等疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)[11-14]。

2 硫化氫對(duì)骨骼肌萎縮的調(diào)控

到目前為止，對(duì)H2S調(diào)控骨骼肌生理和病理生理的機(jī)制研究主要集中在以下幾個(gè)方面：（1）骨骼肌中H2S的來源；（2）骨骼肌疾病的發(fā)生發(fā)展是否與缺乏H2S有關(guān)；（3）補(bǔ)充H2S能否改善骨骼肌的病理狀態(tài)（如骨骼肌萎縮、損傷、代謝紊亂、氧化還原失衡和慢性低度炎癥狀態(tài)等）及其機(jī)制。目前，H2S調(diào)控骨骼肌生理和病理生理的機(jī)制研究已有報(bào)道，但對(duì)于其在骨骼肌萎縮方面的作用仍存在諸多爭議。本文總結(jié)H2S在骨骼肌萎縮方面的相關(guān)研究進(jìn)展，重點(diǎn)探討H2S對(duì)骨骼肌萎縮的影響及其潛在機(jī)制。

2.1 骨骼肌H2S的生成

研究人員通過分析NCBI/Unigene網(wǎng)站上人類和小鼠的表達(dá)序列標(biāo)簽（expressed sequence tag，EST）數(shù)據(jù)庫來檢測包括CSE、CBS在內(nèi)的八種同型半胱氨酸代謝酶在不同組織中的基因轉(zhuǎn)錄水平，發(fā)現(xiàn)人類骨骼肌表達(dá)大量的CSE 和CBS[15]，提示內(nèi)源性H2S在調(diào)節(jié)肌肉同型半胱氨酸代謝中發(fā)揮重要作用。奇怪的是，小鼠骨骼肌CSE 和CBS 的基因轉(zhuǎn)錄水平并不高[15]。使用H2S電極測定大鼠不同組織中H2S的生成率，發(fā)現(xiàn)骨骼肌中H2S 生成率比肝臟高40%，比腎臟高19%[16]。此外，蛋白免疫印跡顯示CSE 和CBS 在骨骼肌中均有表達(dá)，但與肝臟和腎臟相比，表達(dá)水平較低；相反，3-MST在骨骼肌中的表達(dá)水平與肝臟相近，是腎臟的兩倍[16]。但也有研究發(fā)現(xiàn)，人類骨骼肌CSE與CBS的蛋白表達(dá)水平較高，而3-MST 的蛋白表達(dá)水平較低[17]。綜上所述，CSE、CBS 和3-MST 在哺乳動(dòng)物骨骼肌中均有表達(dá)，但其表達(dá)水平以及對(duì)骨骼肌H2S生成貢獻(xiàn)的差異有待進(jìn)一步研究。

2.2 內(nèi)源性H2S缺乏對(duì)骨骼肌萎縮的影響

導(dǎo)致骨骼肌內(nèi)源性H2S 缺乏的主要因素包括：（1）CSE、CBS 基因敲除或敲降；（2）衰老或某些疾病狀態(tài)（肥胖、2型糖尿病、Duchenne 肌營養(yǎng)不良癥等）；（3）使用某些藥物或激素（糖皮質(zhì)激素、DL-炔丙基甘氨酸、RSL3等）。對(duì)骨骼肌萎縮的影響具體如下：

2.2.1 CSE、CBS基因敲除或敲降對(duì)骨骼肌萎縮的影響

研究發(fā)現(xiàn)，飼喂正常飼料時(shí)，CSE 敲除（CSE-/-）小鼠未出現(xiàn)發(fā)育異常，但出現(xiàn)高同型半胱氨酸血癥（hyperhomocysteinemia，HHcy）；然而，飼喂低半胱氨酸飼料時(shí)，CSE-/-小鼠出現(xiàn)急性骨骼肌萎縮，并伴有肝臟和骨骼肌中天冬酰胺合成酶（asparagine synthetase，ASNS）基因轉(zhuǎn)錄增強(qiáng)，谷胱甘肽（glutathione，GSH）含量降低以及微管相關(guān)蛋白1 輕鏈3（microtubule-associated protein 1 light chain 3，LC3）和螯合體1（sequestosome 1，SQSTM1/p62）在骨骼肌內(nèi)積聚，CSE-/-小鼠最終死于嚴(yán)重的肢體癱瘓[18]。與野生型小鼠相比，CSE-/-小鼠骨骼肌中H2S 的生成率明顯降低且增齡性的骨骼肌萎縮及心臟毒素（cardiotoxin，CTX）誘導(dǎo)的骨骼肌損傷現(xiàn)象更為嚴(yán)重，這可能與成肌調(diào)節(jié)因子肌細(xì)胞生成素（myogenin，MyoG）表達(dá)下降導(dǎo)致肌肉再生能力降低有關(guān)[19]。此外，使用CSE siRNA 干擾降低CSE的蛋白表達(dá)，導(dǎo)致C2C12肌管細(xì)胞中H2S生成率顯著下降，ROS 生成增加，且葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體4（glucose transporter type 4，GLUT4）、鳶尾素（irisin）、Ⅲ型纖連蛋白結(jié)構(gòu)域包含蛋白5（fibronectintype Ⅲ domaincontaining protein5，F(xiàn)NDC5）以及關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子過氧化物酶體增殖物激活受體γ輔激活因子1α（peroxisome proliferator-activated receptor-gamma coactivator-1 alpha，PGC-1α）、過氧化物酶體增殖物激活受體α （peroxisome proliferator- activated receptor- alpha，PPARα）、PPARγ蛋白表達(dá)降低，肌管細(xì)胞葡萄糖攝取減少[20，21]。CSE 敲低還加重了金屬鎘誘導(dǎo)的C2C12 成肌細(xì)胞死亡[22]。CBS 敲減（CBS+/-）小鼠相較于CBS敲除（CBS-/-）小鼠，其HHcy發(fā)生率更低且壽命更長，已廣泛應(yīng)用于骨骼肌萎縮的研究。與野生型小鼠相比，CBS+/-小鼠腓腸肌形態(tài)未見明顯變化但肌纖維直徑顯著下降[23]。飼喂高甲硫氨酸飼料時(shí)，CBS+/-小鼠出現(xiàn)了明顯的HHcy，并發(fā)生骨骼肌功能障礙以及腓腸肌和股四頭肌的萎縮，這可能與骨骼肌氧化還原失衡和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激有關(guān)[24]。值得注意的是，目前尚無3-MST基因敲除或敲低對(duì)骨骼肌萎縮影響的報(bào)道。

2.2.2 衰老或某些疾病狀態(tài)對(duì)骨骼肌萎縮的影響

衰老相關(guān)的骨骼肌萎縮是一類以進(jìn)行性骨骼肌質(zhì)量與力量下降為特征的癥候群，小鼠脛骨前肌中CSE的蛋白表達(dá)在26 周齡時(shí)略有下降且在51 周齡時(shí)顯著降低，51 周齡小鼠骨骼肌H2S 生成率也顯著低于10 周齡小鼠。后續(xù)研究表明，衰老相關(guān)的骨骼肌萎縮與這種內(nèi)源性H2S缺乏有關(guān)，機(jī)制如前所述[19]。肥胖、2型糖尿病等慢性代謝性疾病常伴有骨骼肌萎縮。GK 大鼠（Goto-Kakizaki rats）是一種糖尿病大鼠模型，其骨骼肌中的CSE、CBS 和3-MST 的基因轉(zhuǎn)錄及CSE 的蛋白表達(dá)水平下降，血漿H2S含量和骨骼肌H2S生成率顯著下降，GK大鼠腓腸肌和比目魚肌質(zhì)量下降并出現(xiàn)糖耐量異常，推測與氧化還原失衡，過氧化氫（hydrogen peroxide，H2O2）含量升高，GSH 含量下降有關(guān)[11]。與野生型小鼠相比，瘦素缺陷型糖尿病小鼠骨骼肌中CSE的蛋白表達(dá)和H2S生成率降低，腓腸肌的質(zhì)量和肌纖維直徑顯著下降，這可能與成肌調(diào)節(jié)因子肌球蛋白1（myomesin 1，MYOM1）和肌球蛋白重鏈4（myosin heavy chain 4，MYH4）的泛素化水平升高有關(guān)[12]。值得注意的是，高脂飲食喂養(yǎng)的肥胖小鼠骨骼肌CSE基因和蛋白表達(dá)水平下降及血漿H2S含量降低，導(dǎo)致骨骼肌irisin、FNDC5、PGC-1α、GLUT4 表達(dá)下降，肥胖小鼠出現(xiàn)糖耐量異常；高糖和/或棕櫚酸培養(yǎng)的C2C12 肌管細(xì)胞同樣存在內(nèi)源性H2S 缺乏導(dǎo)致的糖代謝紊亂[21]。Duchenne 肌營養(yǎng)不良癥（Duchenne muscular dystrophy，DMD）是一種最常見的X染色體連鎖疾病，由編碼抗肌萎縮蛋白dystrophin的基因突變引起，導(dǎo)致骨骼肌組織進(jìn)行性和不可逆的變性。DMD患者的原代成肌細(xì)胞中，CSE、CBS 和3-MST 的基因轉(zhuǎn)錄水平以及調(diào)控TSP 的關(guān)鍵酶，包括半胱氨酸雙加氧酶（cysteine dioxygenase，CDO）、半胱氨酸磺酸脫羧酶（cysteine sulfonic acid decarboxylase，CSAD）、谷胱甘肽合成酶（glutathione synthase，GS）和γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶（γ-glutamylcysteine synthetase，γ-GCS）的基因轉(zhuǎn)錄水平降低，提示內(nèi)源性H2S生成減少和TSP受損可能在DMD的發(fā)病過程中起重要作用[25]。此外，內(nèi)源性H2S缺乏還加重了缺血-再灌注（ischemia-reperfusion，I-R）導(dǎo)致的骨骼肌損傷[16，26]及膿毒血癥導(dǎo)致的隔肌功能障礙[27]。

2.2.3 藥物或激素對(duì)骨骼肌萎縮的影響

糖皮質(zhì)激素可調(diào)節(jié)骨骼肌蛋白質(zhì)合成與分解代謝，長期使用糖皮質(zhì)激素會(huì)導(dǎo)致骨骼肌萎縮。使用1μM 的地塞米松（dexamethasone，DEX）處理C2C12肌管細(xì)胞48 小時(shí)后，肌管細(xì)胞中CSE 和CBS 的蛋白表達(dá)及H2S的生成率顯著下降，肌管細(xì)胞直徑和多核細(xì)胞百分比減少[28]。此外，使用10 μM的DEX 處理從雞胚胸肌組織分離的原代成肌細(xì)胞6 小時(shí)后，成肌細(xì)胞中CSE 蛋白表達(dá)及哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）和p70核糖體蛋白S6激酶（p70 ribosomal protein S6 kinase，p70S6K）的磷酸化水平下降，蛋白質(zhì)合成率降低；糖皮質(zhì)激素受體抑制劑RU486可以抑制DEX 對(duì)蛋白質(zhì)合成的影響，然而，10 mM 的CSE 特異性抑制劑DL-炔丙基甘氨酸（DL-propargylglycine，PAG）則完全阻斷了RU486 對(duì)DEX 的抑制作用，這表明內(nèi)源性H2S 參與了糖皮質(zhì)激素對(duì)骨骼肌蛋白質(zhì)合成代謝的調(diào)控作用[29]。細(xì)胞鐵死亡是一種受調(diào)控的細(xì)胞死亡形式，鐵死亡與衰老或損傷導(dǎo)致的骨骼肌萎縮密切相關(guān)。使用150 nM 的鐵死亡激動(dòng)劑RSL3處理C2C12成肌細(xì)胞24小時(shí)后，成肌細(xì)胞中CSE的蛋白表達(dá)及H2S的含量和生成率顯著下降，內(nèi)源性H2S 缺乏抑制了谷胱甘肽過氧化物酶4（glutathione peroxidase 4，Gpx4）的表達(dá)，導(dǎo)致肌管細(xì)胞出現(xiàn)脂質(zhì)過氧化和細(xì)胞死亡；而使用0.1μM 的鐵死亡抑制劑鐵抑素-1（ferrostatin-1，F(xiàn)er-1）處理C2C12 成肌細(xì)胞24 小時(shí)則增加了CSE 的蛋白表達(dá)和H2S 生成率，并抑制脂質(zhì)過氧化，降低ROS 含量，提高了細(xì)胞存活率[30]。

綜上所述，內(nèi)源性H2S在骨骼肌生理和病理生理過程中發(fā)揮重要調(diào)控作用，缺乏內(nèi)源性H2S可直接導(dǎo)致或加重骨骼肌萎縮，但其分子機(jī)制尚未完全闡明。

2.3 外源性補(bǔ)充H2S對(duì)骨骼肌萎縮的改善作用

外源性H2S供體主要包括硫氫化鈉（sodium hydrosulfide， NaHS）、硫化鈉（sodium sulfide， Na2S）、GYY4137、L-半胱氨酸、蘿卜硫苷、3-巰基丙酮酸等，其中NaHS 是使用最廣泛的外源性H2S 供體。以下將通過在體和離體模型兩部分的研究結(jié)果對(duì)補(bǔ)充外源性H2S對(duì)骨骼肌萎縮的改善作用進(jìn)行論述。

2.3.1 在體模型研究

Du等率先發(fā)現(xiàn)，于缺血手術(shù)和再灌注前給予大鼠腹腔注射56 μmol/kg的NaHS，可顯著降低骨骼肌丙二醛（malondialdehyde，MDA）、H2O2和超氧陰離子（superoxide anion，O2-）的含量，增加超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）的活性和蛋白表達(dá)，對(duì)I-R 損傷所致的骨骼肌萎縮有明顯的保護(hù)作用[16]。給予GK大鼠腹腔注射5.6 mg/kg的NaHS，持續(xù)8周，大鼠腓腸肌和比目魚肌質(zhì)量顯著增加，蛋白激酶B（protein kinase B，PKB/Akt）/mTOR 及其下游與蛋白質(zhì)合成代謝相關(guān)的因子表達(dá)上升，與蛋白質(zhì)分解代謝相關(guān)的肌肉生成抑制素（myostatin，Mstn）和叉頭盒蛋白1（forkhead box O 1，F(xiàn)oxO1）/肌肉特異性環(huán)指蛋白1（muscle-specific RING-finger 1，MuRF1）/肌肉萎縮盒F 基因（muscle atrophy F-box，MAFbX/Atrogin-1）表達(dá)下降，補(bǔ)充NaHS還降低了糖尿病大鼠的氧化應(yīng)激狀態(tài)，這表明在糖尿病早期階段補(bǔ)充外源性H2S可改善高血糖所致的骨骼肌萎縮[11]。給予DEX誘導(dǎo)的骨骼肌萎縮大鼠腹腔注射5 mg/kg 的NaHS 持續(xù)2 周，大鼠骨骼肌中NADPH 氧化酶（NADPHoxidase，NOX）、半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶3（cysteinyl aspartate specific proteinase-3，caspase-3）和Mstn 的表達(dá)降低，力生長因子（mechano-growth factor，MGF）、血管內(nèi)皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）和內(nèi)皮標(biāo)志物血小板內(nèi)皮細(xì)胞粘附分子1（platelet endothelial cell adhesion molecule-1，PECAM-1/CD31）表達(dá)明顯上升，骨骼肌毛細(xì)血管密度增加，骨骼肌萎縮和氧化應(yīng)激得到緩解；然而，予大鼠腹腔注射10 mg/kg 的H2S信號(hào)抑制劑氨基羥乙酸（aminooxyacetic acid，AOAA）持續(xù)2 周，則完全抑制了補(bǔ)充NaHS 對(duì)骨骼肌萎縮的改善作用[31]。此外，給予大鼠腹腔注射NaHS補(bǔ)充外源性H2S還可通過保護(hù)線粒體功能來緩解膿毒血癥所致的膈肌無力，降低大鼠死亡率[27]，通過抑制核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體蛋白（nucleotide-binding oligomerization domain-like receptor protein，NLRP）3介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)減輕糖尿病大鼠高血糖所致的膠原沉積和隔肌纖維化，增強(qiáng)膈肌收縮能力[32]。

連續(xù)20 周給予瘦素缺陷型糖尿病小鼠腹腔注射80 μmol/kg的NaHS后，糖尿病小鼠骨骼肌質(zhì)量和肌纖維直徑顯著增加，氧化還原失衡和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激程度顯著減輕。其機(jī)制為外源性補(bǔ)充H2S通過MuRF1的過硫化作用降低了MuRF1 與成肌調(diào)節(jié)因子MYOM1 和MYH4的相互結(jié)合，進(jìn)而降低MYOM1和MYH4的泛素化水平[12]。給予肌營養(yǎng)不良（skeletal muscles of dystrophic，mdx）小鼠腹腔注射3mg/kg 的NaHS 持續(xù)2周或12 周，小鼠骨骼肌炎癥標(biāo)志物腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）、白介素6（interleukin 6，IL-6）、白介素1β（interleukin 1β，IL-1β）和轉(zhuǎn)化生長因子β（transforming growth factor β，TGF-β）表達(dá)均減少，自噬相關(guān)基因（autophagy related gene，ATG）3、7、12和unc-51樣激酶1（unc-51-like kinase-1，ULK1）表達(dá)均增加，mdx小鼠骨骼肌組織結(jié)構(gòu)紊亂和纖維化現(xiàn)象得到改善[25]。給予CTX誘導(dǎo)肌肉損傷的野生型和CSE-/-小鼠腹腔注射39 μmol/kg的NaHS持續(xù)7 天，兩種小鼠骨骼肌纖維直徑均顯著增加，成肌調(diào)節(jié)因子MyoG、成肌分化抗原（myogenic differentiation antigen，MyoD）、肌球蛋白（myosin）表達(dá)上升[19]。給予后肢固定導(dǎo)致的骨骼肌萎縮小鼠腹腔注射20 μmol/kg的NaHS 一天兩次，持續(xù)2 周或腹腔注射50 mg/kg 的GYY4137 持續(xù)2 周，小鼠骨骼肌橫截面積和質(zhì)量均顯著增加，膠原沉積和組織纖維化標(biāo)志物水平均下降，與補(bǔ)充外源性H2S可以降低骨骼肌中H2O2和8-羥基-2'-脫氧鳥苷（8-hydroxy-2'-deoxyguanosine，8-OHdG）的水平，提高核因子紅系相關(guān)因子2（nuclear factor erythroid-2-related factor 2，NRF2）及其下游抗氧化因子的水平，增加骨骼肌總抗氧化能力（total antioxidant capacity，T-AOC），減輕制動(dòng)導(dǎo)致的氧化應(yīng)激反應(yīng)有關(guān)[33]。此外，給予高甲硫氨酸飲食誘導(dǎo)HHcy 的CBS+/-小鼠腹腔注射30 μmol/kg 的NaHS 持續(xù)8 周，CBS+/-小鼠骨骼肌中重要的肌原纖維蛋白肌球蛋白重鏈-I（myosinheavychain-I，MHC-I）表達(dá)上升，肌萎縮相關(guān)蛋白MuRF1、Atrogin-1表達(dá)下降，骨骼肌纖維化和膠原沉積現(xiàn)象減輕[24]。給予I-R 損傷小鼠腹腔注射28 μmol/kg的NaHS持續(xù)15天，小鼠腓腸肌中M1巨噬細(xì)胞標(biāo)志物CD68、促纖維化因子TGF-β、促炎因子TNF-α、干擾素γ（interferon γ，IFN-γ）、IL-1β、IL-6、和氧化應(yīng)激因子細(xì)胞色素 b- 245 β 鏈（cytochrome b- 245 beta chain，CYBB/gp91phox）的表達(dá)水平降低，骨骼肌損傷和纖維化程度減輕[26]。

2.3.2 離體模型研究

使用30 μM的蘿卜硫苷或150 μM的L-半胱氨酸或150 μM 的3-巰基丙酮酸處理DEX 誘導(dǎo)的萎縮C2C12 肌管細(xì)胞，三者均降低了肌管細(xì)胞的H2O2酶活性、O2—含量和蛋白質(zhì)羰基化水平，改善了DEX 引起的氧化還原失衡及肌管細(xì)胞直徑減少，其中蘿卜硫苷改善DEX 誘導(dǎo)的肌管細(xì)胞萎縮效果最顯著[28]。使用30 μM 的NaHS 處理C2C12 成肌細(xì)胞和肌管細(xì)胞1、3、5天，與未使用NaHS 相比，三者的細(xì)胞周期和遷移率均下降，成肌細(xì)胞分化及多核肌管形成均加快；機(jī)制為補(bǔ)充外源H2S 顯著誘導(dǎo)肌細(xì)胞增強(qiáng)因子2（myocyte enhancer factor 2，MEF2C）和肌源性調(diào)節(jié)因子4（myogenic regulatory factor 4，MRF4）之間的異源二聚體的形成，并促進(jìn)MEF2C/MRF4 與MyoG 啟動(dòng)子的結(jié)合，從而提高M(jìn)yoG 的表達(dá)[19]。使用50μM 的NaHS 處理C2C12 成肌細(xì)胞24 小時(shí)顯著降低了鐵死亡激動(dòng)劑RSL3 誘導(dǎo)的動(dòng)力相關(guān)蛋白-1（dynamic related protein1，Drp1）的表達(dá)和線粒體損傷，緩解了RSL3 誘導(dǎo)的細(xì)胞鐵死亡，這可能與補(bǔ)充外源H2S降低了脂氧合酶家族成員花生四烯酸12-脂氧合酶（arachidonate12-Lipoxygenase，ALOX12）的蛋白表達(dá)和乙?；?，從而抑制成肌細(xì)胞中多不飽和脂肪酸形成脂肪酸過氧化物有關(guān)[30]。使用10 μM 和20 μM 的NaHS 處理C2C12 肌管細(xì)胞6 小時(shí)均提高了肌管細(xì)胞GSH 和L-半胱氨酸的含量、降低了同型半胱氨酸和ROS的含量、增強(qiáng)了肌管細(xì)胞抗氧化能力；此外，肌管細(xì)胞GLUT4和關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子PGC-1α、PPARα、PPARγ的蛋白表達(dá)升高，對(duì)葡萄糖的攝取和利用能力增強(qiáng)[20]。使用300 μM 的L-半胱氨酸或20 μM 的Na2S 處理C2C12 肌管細(xì)胞6 小時(shí)，肌管細(xì)胞irisin、FNDC5、PGC-1α的蛋白表達(dá)水平顯著上升，葡萄糖攝取能力增強(qiáng)[21]。使用30 μM 的NaHS 處理C2C12成肌細(xì)胞24小時(shí)顯著減輕了金屬鎘對(duì)成肌細(xì)胞的損傷作用[22]。

綜上所述，補(bǔ)充外源性H2S對(duì)多種骨骼肌萎縮模型具有保護(hù)作用，與外源性H2S發(fā)揮抗炎、抗氧化、促進(jìn)蛋白質(zhì)合成、抑制蛋白質(zhì)分解、促進(jìn)骨骼肌再生等功能有關(guān)。需要注意的是，低濃度的外源性H2S可以促進(jìn)細(xì)胞的能量代謝，并發(fā)揮細(xì)胞保護(hù)作用；高濃度的外源性H2S通常對(duì)細(xì)胞具有毒性和抑制作用[34]。而H2S的毒理作用濃度與生理或藥理作用濃度接近，且H2S具有揮發(fā)性，因此很難在體內(nèi)將H2S的濃度精確控制在發(fā)揮有益作用的范圍內(nèi)，這在一定程度上限制了補(bǔ)充外源性H2S在骨骼肌萎縮防治中的應(yīng)用。

3 硫化氫與運(yùn)動(dòng)

3.1 運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)內(nèi)源性H2S生成

長期有氧運(yùn)動(dòng)可增加肥胖或2型糖尿病鼠多個(gè)器官內(nèi)源性H2S的生成，并改善肥胖或2型糖尿病的相關(guān)癥狀。如高脂飲食喂養(yǎng)的肥胖大鼠骨骼肌H2S的含量及CSE、CBS 和3-MST 的基因轉(zhuǎn)錄和蛋白表達(dá)水平顯著下降，而6 周漸進(jìn)式的跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)干預(yù)則增加了肥胖大鼠骨骼肌H2S 的生成并降低了炎癥因子IL-6 的水平，但具體機(jī)制不明[35]。鏈脲佐菌素（streptozotocin，STZ）誘導(dǎo)的糖尿病大鼠腎臟組織中H2S 的含量及CSE、CBS蛋白表達(dá)水平顯著下降，4周中等強(qiáng)度的跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)干預(yù)可部分恢復(fù)上述下降，并增加沉默信息調(diào)節(jié)因子1（silent information regulator 1，SIRT1）的蛋白表達(dá)，抑制p53介導(dǎo)的促凋亡途徑，減輕糖尿病相關(guān)的細(xì)胞凋亡和腎臟損傷[36]。20周的跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)干預(yù)還可增加正常和肥胖小鼠心肌組織中H2S的含量，并提高肥胖小鼠心肌組織中CSE和CBS的基因轉(zhuǎn)錄和蛋白表達(dá)水平，從而改善肥胖小鼠糖代謝紊亂和心功能不全的癥狀[37]。24周中等強(qiáng)度的跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)干預(yù)可增加高脂飲食喂養(yǎng)的肥胖小鼠血漿和肝臟中H2S的含量及肝臟組織中CSE、CBS和3-MST的基因轉(zhuǎn)錄水平，提高GSH/氧化性GSH（oxidizedglutathione，GSSG）比值，降低肝臟組織中MDA的生成及p62、TNF-α和IL-6的表達(dá)，對(duì)高脂飲食誘導(dǎo)的非酒精性脂肪性肝病（nonalcoholic fatty liver disease，NAFLD）具有保護(hù)作用[38]。此外，長期有氧運(yùn)動(dòng)還可增加其他疾病模型中內(nèi)源性H2S的生成。如8 周的跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)干預(yù)可顯著增加慢性腎?。╟hronic kidney disease，CKD）大鼠腎臟組織中H2S和SOD的含量，降低腎臟MDA水平和腎臟交感神經(jīng)活性，改善CKD大鼠腎臟的氧化應(yīng)激和高血壓狀態(tài)[39]。4周中等強(qiáng)度的跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)干預(yù)可恢復(fù)博來霉素誘導(dǎo)的小鼠肺組織中CSE、CBS 蛋白表達(dá)的下調(diào)，并增加H2S 的生成，降低TGF-β/Smad和低密度脂蛋白受體相關(guān)蛋白6 （low-density lipoprotein receptorrelated protein 6，LRP6）/ β-連環(huán)蛋白（β-catenin）信號(hào)通路的表達(dá)，從而抑制肺間質(zhì)纖維化的發(fā)展[40]。

綜上所述，長期有氧運(yùn)動(dòng)可增加哺乳動(dòng)物骨骼肌、心臟、肝臟、腎臟等多個(gè)器官和組織中內(nèi)源性H2S的生成，并對(duì)多種疾病模型具有保護(hù)作用。但是，其他形式的運(yùn)動(dòng)干預(yù)，如長期抗阻運(yùn)動(dòng)、單次急性運(yùn)動(dòng)等對(duì)內(nèi)源性H2S生成的影響尚缺乏相關(guān)研究。

3.2 外源性補(bǔ)充H2S對(duì)運(yùn)動(dòng)能力的影響

20世紀(jì)90年代，有兩項(xiàng)研究報(bào)道了在亞極量和最大極量運(yùn)動(dòng)中，吸入低濃度H2S（模擬職業(yè)H2S 暴露）對(duì)人體各項(xiàng)生化指標(biāo)和運(yùn)動(dòng)能力的影響。在亞極量和最大極量運(yùn)動(dòng)中吸入低濃度H2S對(duì)受試者的心率和呼氣、換氣次數(shù)無明顯影響；隨著H2S濃度增加，受試者的攝氧量有增加趨勢，二氧化碳的產(chǎn)生量則有減少趨勢；當(dāng)H2S 濃度增加至5.0 ppm 時(shí)，受試者的最大攝氧量和血乳酸濃度顯著增加，但是最大輸出功率并沒有顯著改變，這表明吸入低濃度H2S促進(jìn)了運(yùn)動(dòng)過程中有氧代謝到無氧代謝的轉(zhuǎn)變[41，42]。隨后多項(xiàng)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)補(bǔ)充外源性H2S可提高小鼠的運(yùn)動(dòng)能力。如飼喂高甲硫氨酸飼料8周的CBS+/-小鼠運(yùn)動(dòng)能力嚴(yán)重受損，游泳的距離和時(shí)間、轉(zhuǎn)棒疲勞測試的在棒時(shí)間以及最大抓力顯著下降；而飼喂高甲硫氨酸飼料同時(shí)腹腔注射30 μmol/kg 的NaHS 持續(xù)8 周則明顯改善了小鼠的游泳能力、抓力和抗疲勞能力[24]。此外，腹腔注射5.6 mg/kg 的NaHS 持續(xù)8 周可提高GK 大鼠的抓握能力[11]，腹腔注射3 mg/kg 的NaHS 持續(xù)2 周或12 周均可增加mdx小鼠轉(zhuǎn)棒疲勞測試的在棒時(shí)間[25]。

綜上所述，低濃度H2S的補(bǔ)充是恢復(fù)或提高運(yùn)動(dòng)能力的一種有效手段。

4 總結(jié)與展望

骨骼肌萎縮是一種全身性的骨骼肌疾病，涉及蛋白質(zhì)合成與分解代謝、骨骼肌再生、氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)等復(fù)雜過程。近些年多項(xiàng)研究揭示H2S在多種骨骼肌萎縮模型中具有保護(hù)作用，而長期有氧運(yùn)動(dòng)可增加多個(gè)器官和組織H2S的生成，為運(yùn)動(dòng)防治骨骼肌萎縮提供了新思路。但外源性H2S的使用濃度和作用時(shí)間尚存在爭議，仍需基礎(chǔ)和臨床研究驗(yàn)證。因此，深入探究H2S的作用機(jī)制對(duì)于防治骨骼肌萎縮，提高患者運(yùn)動(dòng)能力，改善患者生活質(zhì)量具有重要意義。