张亚靖，戴岳

(中国药科大学，江苏 南京 211198)

硫化氢(H2S)是继CO和NO之后被发现的第三类信号分子，在肾脏、心脏、肺和中枢神经系统等多个部位合成，可进入血液循环到达全身。H2S曾被认为是有毒气体，近期随着研究的深入，其有益作用逐渐被发现。H2S不仅能保护心血管系统，在高血压、动脉粥样硬化和心肌缺血等疾病中发挥作用[1]，还能抑制肺和肝脏的纤维化进程[2-3]，对阿尔茨海默病、帕金森病和亨廷顿病等神经退行性疾病亦具有保护作用[4]。近年来，H2S的抗炎和免疫调节作用逐渐得到研究和重视。

1 H2S的产生及供体

内源性H2S可经由酶促反应和非酶促反应两种途径合成。在酶促反应中，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-羟基丙酮酸硫转移酶(3-mercaptopyruvate sulfurtransferase,3-MST)的作用下产生H2S、氨气、胱硫醚和丙酮酸。其中，CBS和CSE的作用需要维生素B6的活性形式—吡哆醛5′-磷酸的参与。在非酶促反应中，葡萄糖、谷胱甘肽、无机和有机多硫化物及单质硫经一系列生化反应生成H2S。机体不同部位、不同生理状态下的H2S含量不同，如哺乳动物脑中为50～160 μmol·L-1，外周血中为30 nmol·L-1～100 μmol·L-1，正常人血清中约为72 μmol·L-1，骨关节炎患者血清中约为56 μmol·L-1[5]，其关节腔滑液中约为25 μmol·L-1[6]。

除内源性H2S外，H2S供体亦可直接或间接产生H2S，在多种体内外模型呈现药理效应。NaHS和Na2S在水溶液中迅速释放H2S，对组织或细胞产生的刺激作用较为短暂。人工合成的GYY4137是水溶性H2S供体，在水溶液中通过水解反应持续释放H2S，呈现扩张血管和降低血压等作用[7]。大蒜中的S-烯丙基-L-半胱氨酸亚砜在细胞受损时可分解产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]，二者均可通过化学反应缓慢释放H2S，具有抗氧化[9]、抗癌[10]和抑制血小板聚集[11]等作用。Lawesson′s试剂首次于1956年合成，它在有机合成中作为硫代试剂，中心的磷/硫四元环可在较高温度条件下打开，形成二硫代膦基化物，再分解产生H2S[12]。

2 H2S及其供体的抗炎作用

2.1 对急性肺损伤的影响 急性肺损伤是由多种因素引起的肺部失控性炎症，可导致弥漫性肺泡和毛细血管膜损伤、肺水肿和肺功能受损，治疗不及时则可发展为急性呼吸窘迫综合征。腹腔注射NaHS或GYY4137可明显改善脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)诱导的大鼠和小鼠间质性肺水肿、肺泡壁增厚和炎细胞浸润，降低病理评分，抑制诱导型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase,iNOS)和环氧合酶(cyclooxygenase-2,COX-2)表达，下调肺泡灌洗液中促炎因子和肺组织脂质过氧化物水平[13-14]。GYY4137在改善LPS诱导的小鼠肺损伤的同时，可抑制肺组织巨噬细胞炎性蛋白2(macrophage inflammatory protein,MIP-2)及其受体CXCR2的mRNA表达，阻遏中性粒细胞和巨噬细胞趋化，减少MIP-2和IL-1β在肺泡的聚集[15]。吸入H2S亦可缓解LPS诱导的C57BL/6小鼠急性肺损伤，抑制肺泡壁增厚、中性粒细胞迁移和IL-1β释放，降低病理评分，该作用与抑制热休克蛋白(heat shock protein,HSP)70和NADPH氧化酶2的蛋白表达及下调MAPK信号通路的活化相关[16]。GYY4137抑制LPS诱导的RAW264.7细胞NF-κB通路激活，促进HO-1表达，而给予HO-1抑制剂锡原卟啉后，GYY4137的抗炎作用消失，提示其抗炎作用与HO-1相关[14]。

2.2 对缺血再灌注损伤的影响 缺血再灌注损伤是由大量血液流入缺血组织所致，其严重程度与组织缺血时间成正比。缺血再灌注能够导致缺血组织释放ROS和促炎介质，诱导炎细胞浸润，还可引起许多并发症，如细胞凋亡和组织坏死，甚至器官衰竭。在单侧肾缺血模型，造模前腹腔注射NaHS明显改善大鼠肾组织损伤，其作用可能与上调HSP70和HO-1表达，抑制NF-κB和TLR-4诱导的炎症因子释放及脂质过氧化相关[17]。肾下主动脉交叉钳夹术导致大鼠下肢缺血再灌注损伤和全身炎症反应，损害远端器官。腹腔注射GYY4137可明显改善该手术所致的大鼠肺损伤，降低组织病理评分，减少肺泡灌洗液中的细胞数量，抑制髓过氧化物酶活力和促炎因子产生。GYY4137的作用与抑制血管紧张素Ⅱ的表达和释放及Akt磷酸化相关[18]。此外，NaHS可浓度依赖性抑制NF-κB通路的活化，阻止人胃上皮细胞产生IL-6、TNF-α和NO，还可抑制p-38和JNK依赖的细胞凋亡，恢复细胞活力[19]。

2.3 对肝损伤的影响 肝脏负责调节机体的多种生理功能，如糖酵解、代谢和自由基清除等，是最大的解毒器官。肝脏病变，如肝炎等，可进一步导致肝纤维化和肝硬化，甚至肝癌的发生。NaHS改善CCl4诱导的小鼠肝脏小叶结构紊乱、窦状充血和中性粒细胞浸润，降低TNF-α、IL-1β和IL-6 mRNA表达，抑制肝脏炎症和肝损伤[20]。腹腔注射H2S供体S-烯丙基-半胱氨酸明显抑制CCl4诱导的大鼠肝脏胶原沉积和α-肌动蛋白表达，降低谷丙转氨酶和谷草转氨酶水平，抑制STAT3/Smad3通路活化，减少促炎因子TNF-α、IL-1β和IL-6表达，抑制肝纤维化进程[21]。NaHS可抑制LPS和ATP联合诱导的人正常肝细胞的炎症反应，降低NLRP3炎症小体、剪切的caspase-1和IL-1β的蛋白表达水平，上调LC3 II/I比例，提示其通过抑制NLRP3炎症小体活化和促进自噬缓解肝细胞炎症[22]。

综上，H2S及其供体的抗炎机制主要包括：①抑制NF-κB、JNK和MAPK等通路的活化，减少促炎因子释放；②抑制氧化应激，减少脂质过氧化；③调节凋亡和自噬影响细胞进程。H2S及其供体通过减轻炎症对多种炎症相关疾病发挥保护作用。然而，亦有研究认为H2S具有促炎作用，如Geng等[23]发现暴露于高浓度H2S气体的大鼠肺部发生炎细胞浸润和水肿，H2S还可促进滑膜成纤维细胞表达IL-6、IL-8和COX-2等促炎因子[24]。提示H2S及其供体对炎症反应的影响可能受给药浓度、暴露时间和疾病类型等因素的影响。

3 H2S及其供体的免疫调节作用

3.1 对哮喘的影响 哮喘是慢性的过敏性疾病，以气道炎症、黏液分泌增多和气道高反应性为主要特征，同时伴有气道平滑肌增生、气道上皮下的纤维化和杯状细胞增多等。在过敏性哮喘中，B淋巴细胞产生的IgE抗体促进肥大细胞脱颗粒和嗜酸性粒细胞浸润是导致炎症的主要因素。NaHS可抑制卵清蛋白诱导的小鼠过敏性哮喘，改善炎细胞浸润，保护呼吸道上皮细胞，降低肺组织Th2型细胞因子IL-4、IL-5和IL-25的水平，亦可通过抑制FasL蛋白表达，阻止肺细胞凋亡[25]。CSE敲除小鼠的内源性H2S产生减少，卵清蛋白诱导的CSE敲除小鼠哮喘症状和Th2免疫应答增强，II型细胞因子IL-4、IL-5和IL-13水平升高。此外，NaHS可通过增强GATA-3的S-硫酸化水平，抑制GATA-3核转移和脾细胞向Th2型免疫细胞分化，改善小鼠哮喘症状[26]。

3.2 对结肠炎的影响 结肠炎是一种主要累及结肠的慢性非特异性疾病，主要特征为结肠黏膜炎症、屏障受损和免疫失衡等。H2S及其供体可促进结肠紧密连接蛋白表达，保护肠道屏障，通过抑制NF-κB和STAT3通路的活化减少结肠促炎因子的释放[27-29]。骨髓来源的抑制细胞(myeloid-derived suppressor cells,MDSCs)既能抑制获得性免疫应答，又能调节天然免疫应答，其两种亚型G-MDSCs和M-MDSCs在炎症中发挥相反的作用。De Cicco等[30]利用幽门螺杆菌诱导Rag-/-小鼠发生结肠炎，导致小鼠结肠和脾脏中G-MDSCs和M-MDSCs数量增多，H2S合成减少。DATS抑制具有促炎作用的G-MDSCs向结肠部位的募集，缓解结肠炎症。NaHS改善葡聚糖硫酸钠诱导的小鼠结肠炎症状，下调Th17细胞比例，上调Treg细胞比例，维持Th17/Treg平衡[31]。此外，以葡聚糖硫酸钠、三硝基苯磺酸和IL-10敲除3种不同的方式造模对内源性H2S合成的影响不一致，既可促进又可抑制H2S产生。抑制模型动物内源性H2S的合成可加重结肠炎症[32]，抑制健康动物内源性H2S的合成可导致小肠和结肠炎症及黏膜损伤[33]，补充H2S可抑制结肠炎症，减轻黏膜损伤，促进溃疡愈合。

3.3 对类风湿性关节炎的影响 类风湿性关节炎是慢性的自身免疫性疾病，以滑膜炎症和增生为主要特征，同时伴有免疫系统和器官功能的紊乱。DADS明显改善弗氏完全佐剂诱导的大鼠关节炎症状，如降低足体积、水肿和关节评分，减少白细胞数量，发挥抗关节炎作用[34]。DATS不仅降低胶原诱导关节炎小鼠的病理评分，减轻病理损伤，还可下调Th17细胞比例，上调Treg细胞比例，恢复Th17/Treg平衡[35]。GYY4137可抑制人滑膜细胞和关节软骨细胞的NF-κB通路活化，下调iNOS和COX-2活性，降低NO2-、PGE2、TNF-α和IL-6炎症因子水平[36]。另外，DATS通过抑制NF-κB和Wnt信号通路，降低滑膜成纤维细胞中促炎因子IL-1β、IL-6和IL-8的mRNA和蛋白表达水平[35]。

3.4 对银屑病的影响 银屑病是免疫应答介导的炎症性疾病，病灶内的T淋巴细胞促进角质细胞增殖和真皮浅层血管增生是其主要病理改变。银屑病患者血清H2S水平明显低于健康人群，炎症因子水平明显高于健康人群[37]。Th1和Th17细胞通过产生IL-22和IL-17，诱导角质细胞释放IL-8，加重炎症反应。将NaHS应用于银屑病患者皮肤表面，可明显降低患处p-ERK蛋白表达及其核转移，同时抑制IL-8蛋白表达。NaHS抑制角质细胞的MAPK/ERK通路，减少IL-8产生，阻遏炎症反应[38]。表皮细胞产生的血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)可通过促进炎细胞的趋化和血管生成参与皮肤炎症的发生和发展。NaHS和GYY4137可通过抑制角质细胞的p38、ERK和NF-κB通路，激活Akt通路，促进iNOS和NO产生，继而下调ERK1/2的活化，减少VEGF释放，抑制血管内皮细胞增殖[39]。H2S及其供体具有治疗银屑病的潜在价值，其血清浓度可作为银屑病的早期诊断指标。

上述研究表明，H2S及其供体的免疫调节机制主要包括：①恢复Th17/Treg平衡；②抑制Th2细胞免疫应答；③调节免疫细胞的趋化作用。尽管H2S及其供体对多种免疫相关疾病具有疗效，但更偏重于对炎症、氧化应激和细胞凋亡等继发性效应的改善作用，故深入研究H2S对免疫应答的调节和机制，可为免疫相关疾病的治疗提供依据。

4 结语

H2S及其供体作为气体信号分子参与调节多种生理过程，呈现抗炎和免疫调节活性。内源性H2S水平随着生理状态不同而改变，故需要更为精准的H2S检测方式和更多的临床样本，监测其在不同疾病中的含量变化，为临床疾病诊断提供参考。外源性补充H2S或其供体对多种疾病具有治疗作用，但需要适宜的剂型和给药方式解决其安全性和溶解性等问题，如原位自喷雾涂层系统可负载水溶性差的DATS，通过直肠给药释放DATS继而产生H2S，治疗大鼠结肠炎，但其临床应用仍受限制[40]。因此亟待明确H2S的具体作用机制、适宜浓度、剂型和给药方式等，为其临床应用提供理论支撑。