張亞靖，戴岳

(中國藥科大學，江蘇 南京 211198)

硫化氫(H2S)是繼CO和NO之后被發(fā)現(xiàn)的第三類信號分子，在腎臟、心臟、肺和中樞神經系統(tǒng)等多個部位合成，可進入血液循環(huán)到達全身。H2S曾被認為是有毒氣體，近期隨著研究的深入，其有益作用逐漸被發(fā)現(xiàn)。H2S不僅能保護心血管系統(tǒng)，在高血壓、動脈粥樣硬化和心肌缺血等疾病中發(fā)揮作用[1]，還能抑制肺和肝臟的纖維化進程[2-3]，對阿爾茨海默病、帕金森病和亨廷頓病等神經退行性疾病亦具有保護作用[4]。近年來，H2S的抗炎和免疫調節(jié)作用逐漸得到研究和重視。

1 H2S的產生及供體

內源性H2S可經由酶促反應和非酶促反應兩種途徑合成。在酶促反應中，半胱氨酸或同型半胱氨酸在胱硫醚β-合酶(cystathionine β-synthase,CBS)、胱硫醚γ-裂解酶(cystathionine γ-lyase,CSE)和3-羥基丙酮酸硫轉移酶(3-mercaptopyruvate sulfurtransferase,3-MST)的作用下產生H2S、氨氣、胱硫醚和丙酮酸。其中，CBS和CSE的作用需要維生素B6的活性形式—吡哆醛5′-磷酸的參與。在非酶促反應中，葡萄糖、谷胱甘肽、無機和有機多硫化物及單質硫經一系列生化反應生成H2S。機體不同部位、不同生理狀態(tài)下的H2S含量不同，如哺乳動物腦中為50～160 μmol·L-1，外周血中為30 nmol·L-1～100 μmol·L-1，正常人血清中約為72 μmol·L-1，骨關節(jié)炎患者血清中約為56 μmol·L-1[5]，其關節(jié)腔滑液中約為25 μmol·L-1[6]。

除內源性H2S外，H2S供體亦可直接或間接產生H2S，在多種體內外模型呈現(xiàn)藥理效應。NaHS和Na2S在水溶液中迅速釋放H2S，對組織或細胞產生的刺激作用較為短暫。人工合成的GYY4137是水溶性H2S供體，在水溶液中通過水解反應持續(xù)釋放H2S，呈現(xiàn)擴張血管和降低血壓等作用[7]。大蒜中的S-烯丙基-L-半胱氨酸亞砜在細胞受損時可分解產生大蒜味的脂溶性化合物二烯丙基二硫醚(diallyl disulfide,DADS)和二烯丙基三硫醚(diallyl trisulfide,DATS)[8]，二者均可通過化學反應緩慢釋放H2S，具有抗氧化[9]、抗癌[10]和抑制血小板聚集[11]等作用。Lawesson′s試劑首次于1956年合成，它在有機合成中作為硫代試劑，中心的磷/硫四元環(huán)可在較高溫度條件下打開，形成二硫代膦基化物，再分解產生H2S[12]。

2 H2S及其供體的抗炎作用

2.1 對急性肺損傷的影響 急性肺損傷是由多種因素引起的肺部失控性炎癥，可導致彌漫性肺泡和毛細血管膜損傷、肺水腫和肺功能受損，治療不及時則可發(fā)展為急性呼吸窘迫綜合征。腹腔注射NaHS或GYY4137可明顯改善脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)誘導的大鼠和小鼠間質性肺水腫、肺泡壁增厚和炎細胞浸潤，降低病理評分，抑制誘導型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase,iNOS)和環(huán)氧合酶(cyclooxygenase-2,COX-2)表達，下調肺泡灌洗液中促炎因子和肺組織脂質過氧化物水平[13-14]。GYY4137在改善LPS誘導的小鼠肺損傷的同時，可抑制肺組織巨噬細胞炎性蛋白2(macrophage inflammatory protein,MIP-2)及其受體CXCR2的mRNA表達，阻遏中性粒細胞和巨噬細胞趨化，減少MIP-2和IL-1β在肺泡的聚集[15]。吸入H2S亦可緩解LPS誘導的C57BL/6小鼠急性肺損傷，抑制肺泡壁增厚、中性粒細胞遷移和IL-1β釋放，降低病理評分，該作用與抑制熱休克蛋白(heat shock protein,HSP)70和NADPH氧化酶2的蛋白表達及下調MAPK信號通路的活化相關[16]。GYY4137抑制LPS誘導的RAW264.7細胞NF-κB通路激活，促進HO-1表達，而給予HO-1抑制劑錫原卟啉后，GYY4137的抗炎作用消失，提示其抗炎作用與HO-1相關[14]。

2.2 對缺血再灌注損傷的影響 缺血再灌注損傷是由大量血液流入缺血組織所致，其嚴重程度與組織缺血時間成正比。缺血再灌注能夠導致缺血組織釋放ROS和促炎介質，誘導炎細胞浸潤，還可引起許多并發(fā)癥，如細胞凋亡和組織壞死，甚至器官衰竭。在單側腎缺血模型，造模前腹腔注射NaHS明顯改善大鼠腎組織損傷，其作用可能與上調HSP70和HO-1表達，抑制NF-κB和TLR-4誘導的炎癥因子釋放及脂質過氧化相關[17]。腎下主動脈交叉鉗夾術導致大鼠下肢缺血再灌注損傷和全身炎癥反應，損害遠端器官。腹腔注射GYY4137可明顯改善該手術所致的大鼠肺損傷，降低組織病理評分，減少肺泡灌洗液中的細胞數量，抑制髓過氧化物酶活力和促炎因子產生。GYY4137的作用與抑制血管緊張素Ⅱ的表達和釋放及Akt磷酸化相關[18]。此外，NaHS可濃度依賴性抑制NF-κB通路的活化，阻止人胃上皮細胞產生IL-6、TNF-α和NO，還可抑制p-38和JNK依賴的細胞凋亡，恢復細胞活力[19]。

2.3 對肝損傷的影響 肝臟負責調節(jié)機體的多種生理功能，如糖酵解、代謝和自由基清除等，是最大的解毒器官。肝臟病變，如肝炎等，可進一步導致肝纖維化和肝硬化，甚至肝癌的發(fā)生。NaHS改善CCl4誘導的小鼠肝臟小葉結構紊亂、竇狀充血和中性粒細胞浸潤，降低TNF-α、IL-1β和IL-6 mRNA表達，抑制肝臟炎癥和肝損傷[20]。腹腔注射H2S供體S-烯丙基-半胱氨酸明顯抑制CCl4誘導的大鼠肝臟膠原沉積和α-肌動蛋白表達，降低谷丙轉氨酶和谷草轉氨酶水平，抑制STAT3/Smad3通路活化，減少促炎因子TNF-α、IL-1β和IL-6表達，抑制肝纖維化進程[21]。NaHS可抑制LPS和ATP聯(lián)合誘導的人正常肝細胞的炎癥反應，降低NLRP3炎癥小體、剪切的caspase-1和IL-1β的蛋白表達水平，上調LC3 II/I比例，提示其通過抑制NLRP3炎癥小體活化和促進自噬緩解肝細胞炎癥[22]。

綜上，H2S及其供體的抗炎機制主要包括：①抑制NF-κB、JNK和MAPK等通路的活化，減少促炎因子釋放；②抑制氧化應激，減少脂質過氧化；③調節(jié)凋亡和自噬影響細胞進程。H2S及其供體通過減輕炎癥對多種炎癥相關疾病發(fā)揮保護作用。然而，亦有研究認為H2S具有促炎作用，如Geng等[23]發(fā)現(xiàn)暴露于高濃度H2S氣體的大鼠肺部發(fā)生炎細胞浸潤和水腫，H2S還可促進滑膜成纖維細胞表達IL-6、IL-8和COX-2等促炎因子[24]。提示H2S及其供體對炎癥反應的影響可能受給藥濃度、暴露時間和疾病類型等因素的影響。

3 H2S及其供體的免疫調節(jié)作用

3.1 對哮喘的影響 哮喘是慢性的過敏性疾病，以氣道炎癥、黏液分泌增多和氣道高反應性為主要特征，同時伴有氣道平滑肌增生、氣道上皮下的纖維化和杯狀細胞增多等。在過敏性哮喘中，B淋巴細胞產生的IgE抗體促進肥大細胞脫顆粒和嗜酸性粒細胞浸潤是導致炎癥的主要因素。NaHS可抑制卵清蛋白誘導的小鼠過敏性哮喘，改善炎細胞浸潤，保護呼吸道上皮細胞，降低肺組織Th2型細胞因子IL-4、IL-5和IL-25的水平，亦可通過抑制FasL蛋白表達，阻止肺細胞凋亡[25]。CSE敲除小鼠的內源性H2S產生減少，卵清蛋白誘導的CSE敲除小鼠哮喘癥狀和Th2免疫應答增強，II型細胞因子IL-4、IL-5和IL-13水平升高。此外，NaHS可通過增強GATA-3的S-硫酸化水平，抑制GATA-3核轉移和脾細胞向Th2型免疫細胞分化，改善小鼠哮喘癥狀[26]。

3.2 對結腸炎的影響 結腸炎是一種主要累及結腸的慢性非特異性疾病，主要特征為結腸黏膜炎癥、屏障受損和免疫失衡等。H2S及其供體可促進結腸緊密連接蛋白表達，保護腸道屏障，通過抑制NF-κB和STAT3通路的活化減少結腸促炎因子的釋放[27-29]。骨髓來源的抑制細胞(myeloid-derived suppressor cells,MDSCs)既能抑制獲得性免疫應答，又能調節(jié)天然免疫應答，其兩種亞型G-MDSCs和M-MDSCs在炎癥中發(fā)揮相反的作用。De Cicco等[30]利用幽門螺桿菌誘導Rag-/-小鼠發(fā)生結腸炎，導致小鼠結腸和脾臟中G-MDSCs和M-MDSCs數量增多，H2S合成減少。DATS抑制具有促炎作用的G-MDSCs向結腸部位的募集，緩解結腸炎癥。NaHS改善葡聚糖硫酸鈉誘導的小鼠結腸炎癥狀，下調Th17細胞比例，上調Treg細胞比例，維持Th17/Treg平衡[31]。此外，以葡聚糖硫酸鈉、三硝基苯磺酸和IL-10敲除3種不同的方式造模對內源性H2S合成的影響不一致，既可促進又可抑制H2S產生。抑制模型動物內源性H2S的合成可加重結腸炎癥[32]，抑制健康動物內源性H2S的合成可導致小腸和結腸炎癥及黏膜損傷[33]，補充H2S可抑制結腸炎癥，減輕黏膜損傷，促進潰瘍愈合。

3.3 對類風濕性關節(jié)炎的影響 類風濕性關節(jié)炎是慢性的自身免疫性疾病，以滑膜炎癥和增生為主要特征，同時伴有免疫系統(tǒng)和器官功能的紊亂。DADS明顯改善弗氏完全佐劑誘導的大鼠關節(jié)炎癥狀，如降低足體積、水腫和關節(jié)評分，減少白細胞數量，發(fā)揮抗關節(jié)炎作用[34]。DATS不僅降低膠原誘導關節(jié)炎小鼠的病理評分，減輕病理損傷，還可下調Th17細胞比例，上調Treg細胞比例，恢復Th17/Treg平衡[35]。GYY4137可抑制人滑膜細胞和關節(jié)軟骨細胞的NF-κB通路活化，下調iNOS和COX-2活性，降低NO2-、PGE2、TNF-α和IL-6炎癥因子水平[36]。另外，DATS通過抑制NF-κB和Wnt信號通路，降低滑膜成纖維細胞中促炎因子IL-1β、IL-6和IL-8的mRNA和蛋白表達水平[35]。

3.4 對銀屑病的影響 銀屑病是免疫應答介導的炎癥性疾病，病灶內的T淋巴細胞促進角質細胞增殖和真皮淺層血管增生是其主要病理改變。銀屑病患者血清H2S水平明顯低于健康人群，炎癥因子水平明顯高于健康人群[37]。Th1和Th17細胞通過產生IL-22和IL-17，誘導角質細胞釋放IL-8，加重炎癥反應。將NaHS應用于銀屑病患者皮膚表面，可明顯降低患處p-ERK蛋白表達及其核轉移，同時抑制IL-8蛋白表達。NaHS抑制角質細胞的MAPK/ERK通路，減少IL-8產生，阻遏炎癥反應[38]。表皮細胞產生的血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)可通過促進炎細胞的趨化和血管生成參與皮膚炎癥的發(fā)生和發(fā)展。NaHS和GYY4137可通過抑制角質細胞的p38、ERK和NF-κB通路，激活Akt通路，促進iNOS和NO產生，繼而下調ERK1/2的活化，減少VEGF釋放，抑制血管內皮細胞增殖[39]。H2S及其供體具有治療銀屑病的潛在價值，其血清濃度可作為銀屑病的早期診斷指標。

上述研究表明，H2S及其供體的免疫調節(jié)機制主要包括：①恢復Th17/Treg平衡；②抑制Th2細胞免疫應答；③調節(jié)免疫細胞的趨化作用。盡管H2S及其供體對多種免疫相關疾病具有療效，但更偏重于對炎癥、氧化應激和細胞凋亡等繼發(fā)性效應的改善作用，故深入研究H2S對免疫應答的調節(jié)和機制，可為免疫相關疾病的治療提供依據。

4 結語

H2S及其供體作為氣體信號分子參與調節(jié)多種生理過程，呈現(xiàn)抗炎和免疫調節(jié)活性。內源性H2S水平隨著生理狀態(tài)不同而改變，故需要更為精準的H2S檢測方式和更多的臨床樣本，監(jiān)測其在不同疾病中的含量變化，為臨床疾病診斷提供參考。外源性補充H2S或其供體對多種疾病具有治療作用，但需要適宜的劑型和給藥方式解決其安全性和溶解性等問題，如原位自噴霧涂層系統(tǒng)可負載水溶性差的DATS，通過直腸給藥釋放DATS繼而產生H2S，治療大鼠結腸炎，但其臨床應用仍受限制[40]。因此亟待明確H2S的具體作用機制、適宜濃度、劑型和給藥方式等，為其臨床應用提供理論支撐。