張同慶 王聰 李婷 吳永平

(1.徐州醫(yī)學(xué)院臨床系 江蘇徐州 221004;2.徐州醫(yī)學(xué)院生物化學(xué)教研室 江蘇徐州 221004;3.徐州醫(yī)學(xué)院病理學(xué)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(nèi)源性氣體信號分子,由于作用廣泛且小劑量也能產(chǎn)生明顯的作用,因此研究H2S的產(chǎn)生及其作用機制有重要的治療和應(yīng)用前景。

哺乳動物機體H2S由含硫氨基酸代謝通路中內(nèi)源性生成,主要有兩種生成方式。細胞胞漿內(nèi),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(nèi)產(chǎn)生H2S,這是在體內(nèi)產(chǎn)生H2S的主要途徑。在線粒體內(nèi),以β-巰基丙酮酸為底物,在巰基丙酮酸轉(zhuǎn)硫酶(mercaptopyru vate sulfurtransferase,MPST)的作用下產(chǎn)生內(nèi)源性的H2S。

內(nèi)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(nèi)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(nèi)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(jīng)氧化代謝后,大部分H2S形成硫代硫酸鹽和硫酸鹽。經(jīng)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(nèi)代謝產(chǎn)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(jīng)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(fù)血液灌注后器官功能不能恢復(fù)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(zhì)切開移植等手術(shù)過程中。腎缺血再灌注損傷是導(dǎo)致急性腎功能衰竭和腎移植排斥反應(yīng)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(lián)系的是:自由基的作用、細胞內(nèi)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(dǎo)致腎缺血再灌注損傷加重。細胞產(chǎn)生的過量氧自由基可導(dǎo)致細胞膜通透性增加,損傷細胞膜,導(dǎo)致鈣離子內(nèi)流,而細胞內(nèi)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(zhuǎn)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(chǎn)生大量的自由基。

自由基、細胞內(nèi)鈣超載及白細胞的共同作用導(dǎo)致了腎缺血再灌注損傷的發(fā)生,細胞內(nèi)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(jié)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(xiàn)為急性腎小管壞死,且最嚴重,與IR組相比,NaHS預(yù)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(xué)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(nèi)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(xiàn)急性腎小管壞死,TUNEL染色顯示缺血危險區(qū)凋亡細胞數(shù)目顯著增加(均P<0．01)。NaHS預(yù)處理可逆轉(zhuǎn)腎缺血再灌注誘導(dǎo)的腎組織損傷以及NODl、NOD2蛋白表達(P<0．05),下調(diào)NF-KB P65的核轉(zhuǎn)位(P<0．05)以及局部MCP-1、IL-1B表達(P<0．01);同時,NaHS預(yù)處理可減少Caspase-1的活化和細胞凋亡數(shù)。［7］

3 總結(jié)

總之,H2S作為內(nèi)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(shù)都停留在實驗動物的基礎(chǔ)研究階段,臨床研究報道很少,其研究結(jié)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(chǔ)相結(jié)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.