韓 波 張立民 李曙光 牛春雨

(河北北方學(xué)院微循環(huán)研究所基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院病理生理教研室,河北 張家口 075000)

急性肺損傷(ALI)是重癥監(jiān)護(hù)病房最常見的死亡原因之一〔1〕。硫化氫(H2S)由胱硫醚-γ-裂解酶(CSE)和胱硫醚-β-合成酶(CBS)以L-半胱氨酸為底物合成〔2〕，具有擴(kuò)張血管的活性，對于維持機(jī)體的生理功能具有重要意義。H2S在炎癥反應(yīng)、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、能量代謝、細(xì)胞增殖與凋亡、氧化還原狀態(tài)等方面具有多種生物學(xué)活性〔3〕。同時，由于炎癥反應(yīng)加劇、細(xì)胞凋亡增多、自由基損傷是ALI發(fā)生的重要機(jī)制〔4，5〕，故H2S在ALI發(fā)病機(jī)制中的作用逐漸受到關(guān)注。本文從炎癥反應(yīng)、細(xì)胞凋亡等方面綜述H2S在ALI中的作用與機(jī)制。

1 硫化氫在炎癥反應(yīng)致急性肺損傷中的作用

嚴(yán)重創(chuàng)傷、休克、膿毒血癥引起的ALI，可以看成全身性炎癥反應(yīng)在肺組織的局部表現(xiàn)〔1，4，5〕。信號分子H2S在這一過程中具有重要的作用。

H2S在急性胰腺炎〔6〕、嚴(yán)重?zé)齻?〕、內(nèi)毒素血癥〔8〕及盲腸結(jié)扎穿孔(CLP)誘導(dǎo)敗血癥〔9〕動物模型中，肺組織CSE表達(dá)上調(diào)，導(dǎo)致H2S合成增加，促進(jìn)炎癥因子形成，表現(xiàn)出明顯的促炎效應(yīng)，是導(dǎo)致ALI的主要機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)，給予CSE抑制劑D，L-炔丙基甘氨酸(PPG)可降低蛙皮素誘導(dǎo)胰腺炎后肺損傷的程度〔6〕；給予H2S供體NaHS，可加重內(nèi)毒素血癥大鼠肺組織的炎癥反應(yīng)，增加中性粒細(xì)胞扣押數(shù)量，相反，給予PPG可明顯減少肺內(nèi)扣押的中性粒細(xì)胞的數(shù)量〔8〕；同時，在失血性休克動物模型上，Mok等〔10,11〕發(fā)現(xiàn)H2S同樣促進(jìn)了全身炎癥反應(yīng)綜合征(SIRS)的發(fā)生，給予PPG可降低血漿腫瘤壞死因子(TNF)-α、白介素(IL)-1、IL-6、IL-10的含量，降低肺組織髓過氧化物酶(MPO)活性〔10，11〕。這些研究提示，H2S的促炎作用與中性粒細(xì)胞扣押有關(guān)。

循環(huán)血液中性粒細(xì)胞在肺組織活化，并與肺微血管內(nèi)皮細(xì)胞黏附、扣押，產(chǎn)生和釋放大量的活性氧、炎癥介質(zhì)和細(xì)胞因子，引起損傷的組織細(xì)胞釋放溶酶體酶、彈性蛋白酶，進(jìn)一步導(dǎo)致肺內(nèi)炎癥反應(yīng)無限放大，引起呼吸爆發(fā)〔12〕。可見，各種危重病理過程引起的中性粒細(xì)胞扣押在ALI的發(fā)生和發(fā)展過程中扮演著至關(guān)重要的角色〔13〕。研究發(fā)現(xiàn)，正常小鼠給予NaHS后，小鼠肺組織單核細(xì)胞趨化因子受體2(主要定位在中性粒細(xì)胞)表達(dá)顯著上調(diào)，并且巨噬細(xì)胞炎性蛋白2(MIP-2)誘導(dǎo)的定向遷移明顯升高；PPG可顯著降低CLP致敗血癥小鼠腸系膜小靜脈內(nèi)白細(xì)胞滾動和黏附，降低肺組織細(xì)胞間黏附分子-1(ICAM-1)、P-選擇素和E-選擇素表達(dá)；NaHS可以明顯增加白細(xì)胞的黏附能力，并增強(qiáng)肺內(nèi)黏附分子的表達(dá)〔14〕。同時，Spiller等〔15〕發(fā)現(xiàn)H2S可通過KATP通道促進(jìn)中性粒細(xì)胞向感染局部遷移，加速中性粒細(xì)胞在肺內(nèi)扣押。此外，H2S還可通過Ca2+依賴和非依賴的途徑增強(qiáng)中性粒細(xì)胞的氧化殺傷活性，發(fā)揮強(qiáng)效的細(xì)胞毒作用〔16〕。可見，H2S具有調(diào)節(jié)黏附分子表達(dá)的作用，是中性粒細(xì)胞活化和定向遷移重要的內(nèi)源性介質(zhì)，在中性粒細(xì)胞介導(dǎo)炎癥反應(yīng)、最終引起ALI發(fā)生的過程中發(fā)揮重要作用。

Zhang等〔17〕給予正常小鼠H2S供體NaHS，在提高血漿和肺組織IL-1、IL-6、TNF-α、單核細(xì)胞趨化蛋白(MCP)-1和MIP-2水平的同時，也發(fā)現(xiàn)顯著增加了核因子(NF)-κB的轉(zhuǎn)錄活性，出現(xiàn)類敗血癥狀態(tài)；進(jìn)一步在體給予PPG除可明顯減低CLP誘導(dǎo)的血漿和肺組織IL-1、IL-6、TNF-α、MCP-1和MIP-2的水平，也顯著下調(diào)了NF-κB的轉(zhuǎn)錄活性，改善了肺功能。Zhi等〔18〕的研究發(fā)現(xiàn)，H2S可增加單核細(xì)胞系U937細(xì)胞TNF-α、IL-1、IL-6和CD11b表達(dá)，使核因子-κB抑制蛋白α(IκBα)迅速降解、NF-κB p65活化；這種效應(yīng)可被NF-κB活化的抑制劑BAY11-7082抑制；進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，H2S的這種效應(yīng)主要是通過細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(ERK)1/2，而不是p38絲裂原活化蛋白激酶(p38MAPK)和c-jun氨基末端激酶(JNK)途徑實(shí)現(xiàn)的。這些結(jié)果表明，H2S可活化單核細(xì)胞產(chǎn)生促炎性因子，且這種作用是部分通過ERK-NF-κB信號通路完成的。

H2S可通過激活環(huán)氧化酶-2/前列腺素E2途徑在敗血癥導(dǎo)致的ALI中發(fā)揮強(qiáng)效的促炎效應(yīng)，應(yīng)用環(huán)氧化酶-2抑制劑帕瑞昔布，可顯著降低敗血癥導(dǎo)致的ALI〔19〕。

但是，在油酸導(dǎo)致的ALI動物模型中發(fā)現(xiàn)，油酸注射后的2、4、6 h肺組織H2S含量與抗氧化酶活性明顯降低，自由基產(chǎn)物丙二醛(MDA)明顯升高，肺組織形態(tài)損傷加重，伴有NF-κB和ICAM-1表達(dá)增加；肺組織中H2S含量恢復(fù)，抗氧化酶活性增加，MDA含量與NF-κB、ICAM-1的表達(dá)降低，肺損傷程度減輕〔20，21〕。在內(nèi)毒素休克動物模型上，NaHS可抑制ICAM-1和NF-κB表達(dá)，降低中性粒細(xì)胞肺內(nèi)扣押，從而減輕肺損傷〔22〕。在機(jī)械通氣導(dǎo)致ALI的小鼠模型上，靜脈給予NaHS在降低肺組織炎癥反應(yīng)的同時，減輕了肺損傷；而直接吸入H2S氣體，并不能減輕機(jī)械通氣導(dǎo)致肺損傷〔23〕。

可見，信號分子H2S在多種因素介導(dǎo)炎癥反應(yīng)致ALI的發(fā)病過程中具有重要作用。但已有的研究結(jié)果卻表明，在肺組織炎癥反應(yīng)發(fā)生的過程中，H2S既有促炎作用，也表現(xiàn)出了抗炎作用。這種結(jié)果的差異，可能與導(dǎo)致ALI的原因不同、嚴(yán)重程度、發(fā)生發(fā)展的不同階段有關(guān)，也可能與H2S增高的程度有關(guān)?？梢酝茰y，低濃度的H2S可能發(fā)揮積極的抗炎效應(yīng)，高濃度的H2S則發(fā)揮明顯的促炎作用，但還需進(jìn)一步研究，H2S在肺組織炎癥反應(yīng)中的確切作用有待闡明。

2 H2S在細(xì)胞凋亡致ALI中的作用

在ALI的發(fā)生過程中，存在著不同的細(xì)胞凋亡事件，即：肺組織細(xì)胞凋亡過度成為細(xì)胞損傷的一個主要原因；肺內(nèi)中性粒細(xì)胞凋亡延遲成為加重炎癥反應(yīng)最終引起肺組織損傷的另一重要因素。在ALI的發(fā)生過程中，伴隨著肺泡上皮細(xì)胞凋亡過度，是肺泡功能和結(jié)構(gòu)損害主要因素〔24〕。目前還沒有H2S直接參與肺泡上皮細(xì)胞凋亡的報(bào)道，但有文獻(xiàn)報(bào)道〔25〕，H2S可以通過MAPK 激活caspases-3途徑誘導(dǎo)主動脈平滑肌細(xì)胞凋亡。作為與一氧化氮(NO)和一氧化碳(CO)同等重要的信號分子，H2S所參與的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程與NO和CO引起肺泡上皮細(xì)胞凋亡的信號通路存在多個交叉〔26〕；因此，有理由相信，ALI過程中顯著增加的H2S在肺泡上皮細(xì)胞的凋亡中具有重要作用。當(dāng)然，還需進(jìn)一步研究。

肺內(nèi)中性粒細(xì)胞凋亡延遲可能是肺組織中性粒細(xì)胞彌漫性浸潤、失控性炎癥反應(yīng)的重要原因〔27〕；Lin等〔28〕研究也證實(shí)內(nèi)毒素通過中性鞘磷脂酶/1-磷酸鞘氨醇通路磷酸化p38 MAPK引起中性粒細(xì)胞凋亡延遲，導(dǎo)致ALI。研究表明，H2S可通過抑制Caspase-3裂解和p38 MAPK磷酸化減少中粒細(xì)胞凋亡，但其細(xì)胞毒作用不受影響〔29〕。可見，顯著升高的H2S抑制了中性粒細(xì)胞正常的凋亡程序，使其在肺內(nèi)發(fā)揮作用的時間顯著延長，擴(kuò)大肺組織的急性炎癥反應(yīng)，進(jìn)一步引起肺實(shí)質(zhì)細(xì)胞壞死和凋亡，破壞肺泡呼吸膜，促進(jìn)炎性滲出，降低肺功能，加重肺損傷。但也有研究發(fā)現(xiàn)，NaHS可抑制內(nèi)毒素休克模型動物肺組織中的中性粒細(xì)胞凋亡〔22〕。因此，H2S在肺內(nèi)中性粒細(xì)胞凋亡延遲中的作用還需進(jìn)一步明確。

3 H2S通過調(diào)節(jié)肺血管在ALI中的作用

生理狀態(tài)下，H2S可以開放KATP通道，增加血管平滑肌細(xì)胞的靜息電位，與NO和血管緊張素轉(zhuǎn)化酶一起發(fā)揮擴(kuò)張血管的作用。隨著H2S濃度和機(jī)體氧化還原狀態(tài)的變化，H2S與NO反應(yīng)產(chǎn)生無活性的亞硝基硫醇，并對抗兩者的舒血管效應(yīng)；高濃度氧環(huán)境中，H2S誘導(dǎo)的血管舒張效應(yīng)曲線的EC50增加；此外，組織中氧與H2S比值增大時，可導(dǎo)致血管收縮，這一點(diǎn)在氧濃度高于循環(huán)血液的肺組織尤其重要〔30〕。研究發(fā)現(xiàn)〔31〕，高濃度H2S耗竭細(xì)胞內(nèi)ATP，從而不依賴KATP通道的方式，通過Cl-/ HCO3-通道，引起血管口徑擴(kuò)張，損傷肺血管收縮效應(yīng)，增加肺循環(huán)流量，降低肺內(nèi)通氣/血流比例，引起功能性分流，導(dǎo)致ALI，從而加重機(jī)體的缺氧程度。從這些研究結(jié)果也可以看出，H2S對血管舒縮的調(diào)節(jié)亦呈雙相性，如何通過調(diào)控H2S水平防治ALI將是今后應(yīng)該努力的一個方向。

4 小結(jié)與展望

信號分子H2S通過炎癥反應(yīng)、細(xì)胞凋亡、血管舒縮多方面參與了創(chuàng)傷、休克、膿毒血癥等嚴(yán)重致病因素導(dǎo)致ALI的發(fā)病過程，既有保護(hù)效應(yīng)的一面，也有損傷作用的一面，其作用效果的轉(zhuǎn)變?nèi)Q于其含量、產(chǎn)生速度以及機(jī)體所處的功能狀態(tài)的變化〔32〕。近年來，學(xué)者們開始關(guān)注H2S作用的信號途徑研究，相信深入揭示其相關(guān)機(jī)制，對于進(jìn)一步明確H2S在不同原因、不同階段ALI中的作用，為ALI的防治提供新的干預(yù)靶點(diǎn)。

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