孙玉福，闫骏

日本Kimura 研究小组自上世纪90 年代末对于气体分子硫化氢（H2S）的研究开辟了H2S 介导生物信号传递的新纪元［1］。H2S可调节包括神经系统、消化、心血管系统和肌肉骨骼肌系统的多种生物过程和多种信号通路的传导，亦被称为和NO、CO相提并论的第三大气体信使分子。骨骼肌缺血再灌注损伤是临床上常见的急重症和创伤后并发症，是指机体骨骼肌在多种原因，如严重挤压致广泛骨骼与软组织损伤、大血管或微血管损伤、断离肢体重植、出血后绑缚止血带时间过久、骨折后并发骨筋膜室综合征、大出血致失血性休克后一定时间，予以缺血组织供血复氧，组织损伤不减轻反而加重的现象［4］。在临床上缺血再灌注损伤可加重血管损伤、骨筋膜室综合征和挤压综合征，甚至导致多器官功能衰竭或死亡［5-6］。目前H2S减轻骨骼肌缺血再灌注损伤的研究有较多报道，常常成为该气体信使分子研究领域的争论焦点。查阅文献后发现详尽阐述机制的综述较少，本文就其机制相关进展作一综述。

1 骨骼肌缺血再灌注损伤的产生机制及H2S对骨骼肌损伤的影响

1.1 骨骼肌缺血再灌注损伤的氧自由基、细胞凋亡学说 骨骼肌缺血再灌注损伤可以激活机体内的脂质过氧化反应，产生大量的氧自由基，氧自由基可通过细胞氧化应激，线粒体功能障碍、启动细胞死亡等途径介导骨骼肌缺血再灌注损伤［7］。而H2S 正是通过影响氧自由基的产生来保护骨骼肌缺血再灌注损伤，现已知晓骨骼肌中含有H2S 生成和释放的酶与肝脏、肾脏等含有的酶相类似［8］，发生缺血再灌注损伤时，骨骼肌中H2O2及超氧阴离子等自由基大量产生，H2S 含量与产量减少，此时予以外源性H2S 可减轻缺血再灌注损伤，其中机制为降低H2O2与超氧阴离子水平、减少丙二醛（MDA）含量、降低超氧化物歧化酶（SOD）活性与蛋白表达水平［9］。细胞凋亡是细胞的一种受基因调控的自主死亡方式［10］，骨骼肌发生缺血再灌注，骨骼肌细胞凋亡，且凋亡参与介导骨骼肌损伤的发生，其中机制为抗凋亡基因bcl-2表达减少［11］。缺血前予以合适浓度的H2S可减轻缺血再灌注所致的肌小管及骨骼肌损伤，其机制正是减少细胞凋亡，且值得强调的是，应在缺血后再灌注之前较早期予以H2S，此时减轻细胞凋亡的效果最好。事实上，在骨骼肌缺血再灌注损伤过程中，除了细胞凋亡还发生细胞坏死和细胞自噬等多种细胞死亡形式［12-13］。研究表明在缺血期细胞自噬加重，而再灌注期细胞自噬减轻，以雷帕霉素诱导细胞自噬的发生可减轻缺血再灌注损伤［14］。

1.2 骨骼肌缺血再灌注损伤的白细胞、微循环无复流学说 骨骼肌缺血再灌注损伤发生时因有白细胞激活，所以认为这一损伤过程是一种急性的炎症反应表现［15］。早前亦有研究发现骨骼肌缺血再灌注损伤与白细胞阻塞微血管再灌注密切相关［16］。ROS代谢物参与骨骼肌缺血后早期低灌注的发生，并激活白细胞产生更多的ROS，参与介导再灌注损伤的发生过程［17］。维生素E（Vit E）作为一种抗氧化剂，可以阻止中性粒细胞聚集和内流，进而减轻骨骼肌缺血再灌注损伤，近期研究亦发现其还可减轻心肌缺血再灌注损伤［18］。在止血带致大鼠骨骼肌缺血再灌注损伤模型中，H2S 以依赖于L-选择素及肿瘤坏死因子α 转化酶（TACE）的方式减少中性粒细胞聚集进入骨骼肌组织中进而减轻损伤［19］。研究发现，微循环功能障碍时血管内血液浓缩，内皮细胞肿胀及内皮素介导的微血管收缩可导致毛细血管失再灌。此外，缺血再灌注还引起了炎症反应（毛细血管后微静脉中的异常反流），进而导致白细胞黏附及血管高通透性，而这一异常反流进一步导致了细胞间质发生水肿［20］。在临床治疗方面，予以等容量血液稀释与诱导热休克蛋白（HSP）表达可减轻毛细血管的无复流，同时阻滞分子黏附，使氧自由基失活，进而减轻失血后炎症反应。

1.3 骨骼肌缺血再灌注损伤NO 相关学说 早在2002 年中国南方医科大学即进行大鼠骨骼肌缺血再灌注损伤相关研究，发现大鼠骨骼肌缺血再灌注损伤时NO含量减少，而予以L-精氨酸（L-Arginine）则血液中NO 含量上升，骨骼肌缺血再灌注损伤减轻，反之予以左旋硝基精氨酸（L-NNA）则骨骼肌缺血再灌注损伤持续存在并加重［21］。另有研究发现骨骼肌缺血再灌注损伤过程中血红素氧合酶1（HO-1）表达增高，且高表达的HO-1与一氧化氮合酶（NOS）发挥协同作用，保护缺血再灌注的骨骼肌［22］。予以吗多明（NO供体）可减轻骨骼肌缺血再灌注损伤，肌纤维坏死与中性粒细胞浸润显著减少，其机制为增强SOD、过氧化物酶（POD）和谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）的活性，减少肌纤维坏死与中性粒细胞浸润程度［23］。但是，NO在骨骼肌缺血再灌注损伤中表现为“双向作用”，一方面NO作为一种强自由基，本身可以加重损伤；另一方面NO通过其对血管作用减轻心、脑、肺及骨骼肌的缺血再灌注损伤。这样的两面性作用与H2S 颇为相似，NO 与H2S 同为气体信使分子，两者在气体信使分子介导的信号传导通路交互作用仍是热点［24-26］。既往研究多涉及心血管、泌尿生殖等系统疾病，其中正性调节机制包括：NO 使得H2S 生成酶——胱硫醚γ 裂解酶（CSE）发生蛋白质亚硝基化修饰，促使CSE活化，反之H2S亦可以通过提高核因子（NF）-κB 活性和iNOS 活性进而增加NO生成［27-29］。

1.4 骨骼肌缺血再灌注损伤的其他学说 目前认为，在骨骼肌缺血达到一定时间（1～2 h）后再灌注，骨骼肌细胞内的Ca2+增高才显现出来，而氧自由基亦影响骨骼肌缺血再灌注后Ca2+的异常转运。使用聚腺苷二磷酸-核糖聚合酶（PARP）抑制剂PJ34 可以显著减轻骨骼肌缺血再灌注损伤，其机制为减少了骨骼肌细胞的能耗、降低了炎性标志物的表达和提高骨骼肌细胞的存活率，可以进一步推断三磷酸腺苷（ATP）高耗、巨噬细胞炎性蛋白2（MIP-2）、角化细胞衍生趋化因子（KC）、髓过氧化物酶（MPO）等炎性标志物表达升高参与介导骨骼肌缺血再灌注损伤［30］。但经查阅文献并未发现明确证据证实H2S通过影响这几种机制减轻骨骼肌缺血再灌注损伤。

2 H2S对骨骼肌缺血再灌注所致远隔损伤的影响

骨骼肌缺血再灌注所致的损伤主要包括两个方面：其一是骨骼肌自身的损伤，主要是缺血局部所致的骨骼肌微循环和实质细胞的损伤；其二是局部骨骼肌损伤后所致的远隔器官损伤［31］，主要包括肝脏、肾脏、心脏、肺脏以及脑的损伤。

2.1 H2S减轻肝、肾、脑损伤 肝脏作为体内最大的实质性器官，具有排毒、解毒的功能，其丰富的血供使得其对于缺血再灌注损伤极其敏感，骨骼肌缺血再灌注可以造成远隔肝脏损伤［32］。外源性吸入H2S减轻骨骼肌缺血再灌注所致的肝损伤的机制包括降低缺血再灌注后脂质过氧化反应、抑制炎症反应因子、降低凋亡相关蛋白表达并减少细胞凋亡［33］。笔者研究发现大鼠双下肢挤压伤后再灌注可致急性肝损伤，外源性H2S可减轻此类肝损伤（研究待发表）。肾脏是具有排泄毒素、调节电解质平衡和内分泌功能的器官，在机体发生应激（如骨骼肌缺血再灌注损伤时）易于受损，严重时可以导致肾衰，甚至死亡［34］。外源性H2S 可通过抑制自由基的生成、减少细胞凋亡、抑制炎症反应及兴奋KATP通道来减轻缺血再灌注损伤所致的肾功能损害［35］。骨骼肌缺血再灌注损伤引发脑损伤机制可能与血栓生成有关，在全脑缺血再灌注损伤模型中，脑组织H2S含量明显减少，而予以较低浓度NaHS（25µmol/kg）有脑保护作用，反之予以较高浓度NaHS（180µmol/kg）则表现出毒性，加剧损伤［36］。

2.2 H2S 减轻心血管、肺损伤 内源性H2S 参与了多种心血管疾病的发生发展过程，其中就包括心肌缺血损伤。骨骼肌缺血再灌注损伤发生后，血浆中H2S含量及心肌中CSE活性降低，予以外源性H2S后CSE活性明显改善，证实H2S/CSE体系通过抑制内质网应激及肌质网应激反应来改善骨骼肌缺血再灌注损伤所致的心肌损伤［37］。在骨科临床工作中，急性肺损伤是机体尤其是双下肢严重创伤的常见并发症，如双膝关节置换术后，骨骼肌缺血再灌注损伤所致的肺水肿极易进展为呼吸衰竭，严重者可致死。肺组织中H2S的产生依赖于H2S生成酶CSE，骨骼肌缺血再灌注损伤引发肺损伤过程中，血浆中H2S 含量降低。研究表明大鼠骨骼肌缺血再灌注后肺组织AQP1、AQP5表达降低，TLR4-Myd88-NF-κB通路激活，导致肺组织水肿、炎细胞浸润及免疫炎性损伤，是骨骼肌缺血再灌注及创伤后肺损伤的重要环节，以NaHS 的形式予以外源性H2S 可减轻下肢骨骼肌缺血再灌注肺损伤及肺水肿程度，其机制之一为H2S 调节 TLR4-Myd88-NF-κB 通路以及 AQP1、AQP5的表达［38］。

3 结语

骨骼肌缺血再灌注损伤是骨科常见的创伤并发症，该损伤可被气体信使分子H2S所减轻，探究其发生机制，包括清除氧自由基、减轻细胞死亡等有助于更好地控制此类原发损伤及其所致的远隔器官损伤。近年来，关于H2S的药理学作用及HS-加入到经典药物中合成新药物的研究越来越多，但目前大多尚处于细胞和动物实验阶段，没有进入临床实际应用，此外由于H2S 相关药物的使用剂量和作用时间具有种属差异等问题在国际上仍存在争议，还需大量的基础和临床研究来证实。探究H2S减轻骨骼肌缺血再灌注损伤（原发与远隔损伤）的具体机制有利于临床更好地发现和诊治骨骼肌缺血再灌注损伤，减轻患者组织器官损害，也为H2S 将来的临床应用奠定坚实的基础。