一氧化氮和硫化氢在动脉粥样硬化中的作用

　　作者：马东明　综述,范忠才　审校　　作者单位：四川，泸州医学院附属医院心内科

　　【摘要】近来，人们对气体信号分子一氧化氮和硫化氢在动脉粥样硬化的发生、发展过程中的作用和机制进行了广泛研究，发现它们与AS有着密切的联系。本文对NO及H2S与AS关系的临床、基础研究文献进行综述。

　　【关键词】 动脉粥样硬化,一氧化氮,硫化氢

　　动脉粥样硬化(atherosclerosis，AS)是一类严重危害人类健康的疾病，目前已成为死亡的首位原因。近来，人们逐渐认识到AS的实质是一种慢性炎症性疾病，众多炎症因子参与了疾病过程，包括血管内皮损伤，低密度脂蛋白(LDL)脂质颗粒蓄积，炎性细胞的迁移，炎症介质的释放，氧化应激，泡沫细胞形成，平滑肌细胞迁移增殖，细胞外基质堆积，最终形成动脉粥样斑块[1]。一氧化氮(nitric oxide，NO)和硫化氢(hydrogen sulfide，H2S)是气体信号分子家族中的重要成员。近来，人们对NO和H2S在AS的发生、发展过程中的作用和机制进行了广泛研究，发现它们与AS有着密切的联系。现将NO，H2S与AS的关系综述如下。

　　1　NO与AS

　　1.1　NO的生物学特征

　　NO在人体内主要由一氧化氮合酶(nitric oxide synthase，NOS)催化合成，NOS包括三种亚型，分别来源于三种不同的基因，即神经元型一氧化氮合酶(nNOS)、诱导型一氧化氮合酶(iNOS)、内皮型一氧化氮合酶(eNOS)，三者均以左旋精氨酸为底物，生成NO和瓜氨酸。nNOS在大脑，周围神经和少数非神经组织中含量很高，eNOS在内皮细胞中表达较多，iNOS在血管平滑肌细胞中表达较强[2-3]。

　　1.2　NO在AS中的作用

　　患有高胆固醇血症和AS患者的血管内皮细胞功能下降，eNOS和NO的表达明显降低，[NO]/[ONOO-]平衡受到了破坏[4]。实验证明，NO能从扩张血管、减少氧化应激及抗炎等多种机制抑制AS的发生和发展。

　　NO的扩血管作用。NO是一种强大的血管扩张物质，其扩张血管的机制是：NO在可溶性鸟苷酸环化酶存在时与血红蛋白有高度亲和力，能改变鸟苷酸环化酶的形态，增加其催化能力，产生的环磷鸟苷通过激活环磷鸟苷依赖的蛋白激酶引起蛋白磷酸化，细胞质内钙减少和肌球蛋白轻链脱磷酸化，最终导致血管平滑肌松弛，血管扩张[2]。NO通过扩张血管和增加血管弹性而降低血压，减少血管内皮损伤的机会，从而减少AS的发生。

　　炎症因子对NO的影响。AS是一种慢性炎症性疾病，多种炎症因子通过降低血管内皮功能，减少NO的生成和活性而发挥促AS作用。人体血清中NO的含量与过氧化氢酶，过氧化物酶，超氧化物歧化酶(SOD)，肝还原型谷胱甘肽(GSH)呈正相关，而与同型半胱氨酸，丙二醛呈负相关。氧自由基可使NO的降解增加及生物利用度下降，从而导致内皮依赖的反应性下降，成为重要的促动脉粥样硬化因素。而高胆固醇血症能通过与超氧自由基反应增强其NO的灭活功能。同型半胱氨酸水平升高能诱导iNOS的表达，而降低eNOS的表达，最终导致NO的生物利用度下降，当高胆固醇血症等其它的心血管危险因素并存时，NO的下降会更加明显[5]。

　　1.3　NO与他汀类药物

　　他汀类药物是临床上使用最广泛的抗AS药物，研究发现他汀类药物除了直接通过降低胆固醇抗AS外，还可能通过增加NO发挥而抗AS作用。他汀类能在依赖PI3K条件下通过Akt/NF-κB通路显著地上调大鼠血管平滑肌细胞，小鼠主动脉和人类内皮细胞中的nNOS和iNOS，其调节作用在转录水平[3]。他汀类也能上调eNOS的表达，增加内皮NO的生成，提高[NO]/[ONOO-]比率，提高NO在粥样硬化病变的动脉壁中的生物利用度[4]。S1P在血清HDL中含量丰富。在牛主动脉内皮细胞和人脐静脉内皮细胞中，S1P与G蛋白偶联S1P1受体结合而激活血管内皮细胞中的eNOS，S1P还能通过激活Akt促进eNOS活化。他汀类本身并不直接增加eNOS蛋白的表达水平，但能在很短的时间窗内通过PI3K-Akt通路激活eNOS，而通过S1P和 HDL等多种受体通路诱导eNOS的作用时间相对更长[6]。阿托伐他汀还能激活腺苷A1，A2A，A2B受体，三种腺苷受体亚型被激活后导致ERK1/2和Akt的磷酸化，最终导致eNOS的活化[7]。

　　2　H2S与AS

　　2.1　H2S的生物学特征

　　H2S是一种无色气体，具有特征性的臭鸡蛋气味。在哺乳动物细胞胞质内，H2S由胱硫醚β-合成酶(CBS)和胱硫醚-γ-裂解酶(CSE)催化L-半胱氨酸生成。在线粒体内，H2S由巯基丙酮酸转硫酶(MPST)催化β-巯基丙酮酸产生。CBS主要分布于中枢神经系统，CSE主要存在于外周组织中，MPST在红细胞中活性较强。过去人们认为H2S仅仅是一种有毒的气体，高浓度的H2S通过抑制细胞色素C氧化酶，阻断线粒体氧化磷酸化而产生毒性作用[2]。近年来的研究发现生理浓度的H2S是一种重要的气体信号分子，并从多种途径抑制AS的形成。

　　2.2　H2S抑制粥样斑块形成

　　与正常小鼠相比较，Apo E-/-小鼠血清中LDL-C水平明显升高，HDL-C明显降低，主动脉根部出现粥样斑块，血清中H2S的含量明显下降[8]。然而有学者发现主动脉粥样斑块中的CSE mRNA表达却是增加的，具体原因尚不清楚[9]。外源性H2S供体硫氢化钠(NaHS)可以使Apo E-/-小鼠血清中H2S的含量明显升高，同时使主动脉根部粥样斑块明显缩小[8]。而使用炔丙基甘氨酸(PPG)抑制CSE活性后，小鼠的血浆H2S水平下降，粥样斑块面积扩大[9]。

　　2.3　H2S与血管紧张度调节

　　H2S对血管紧张度起双向调节作用，在低浓度时，主要通过减少平滑肌细胞中的cAMP和抑制NO的生成和生物利用度而诱发血管收缩。在高浓度时，通过开放ATP敏感钾通道介导的超极化和诱导细胞内酸化而产生血管扩张[10]。自发性高血压大鼠的主动脉CSEmRNA水平降低，H2S生成率降低，而给予外源性H2S供体则可有效缓解大鼠血压的增高程度[11]。H2S能调节肾功能，增加肾小球滤过率，促进尿钠和尿钾排泄，还被证明具有血管紧张素转换酶抑制作用。阿司匹林，其它非甾体类抗炎药和和血管紧张素转换酶抑制剂雷米普利等药物均会影响H2S的产生[12]。

　　2.4　H2S与细胞增殖

　　H2S对于各系统细胞增殖的调节作用比较复杂，表现各不相同。在血管平滑肌细胞，无论是在生理状态，还是在低氧或切应力刺激下，H2S均抑制血管平滑肌细胞的增殖，诱导血管平滑肌细胞凋亡，参与维持血管的正常结构。在心肌细胞中，H2S主要是通过抑制Fas蛋白表达和促进Bcl-2蛋白表达拮抗多种损伤因素诱导的心肌细胞凋亡，发挥细胞保护作用[13]。H2S促进培养内皮细胞生长，迁移和管状结构形成，增强血管内皮细胞增殖、迁移和黏附功能。NaHS能促进新生血管形成和改善局部血流，但是高浓度的H2S并无促进血管增生的效果[14]。在H2S调节细胞增殖和凋亡分子机制的研究中，KATP ，MAPK 信号通路(包括ERK、p38和JNK信号通路)，NF-κB信号通路和Akt/PI3K信号通路都有重要作用[13]。

　　2.5　H2S与炎症反应

　　H2S究竟是一种促炎症因子还是抗炎症因子，目前尚无一致结论。部分试验表明内源性H2S具有抗炎症作用。炎症的早期环节之一是白细胞粘附在血管内皮上，然后迁移到血管组织下。CSE抑制剂β-CNA显著增强白细胞-内皮细胞粘附，角叉菜聚糖诱导的白细胞浸润和下肢水肿。H2S供体则表现出抗炎效果，抑制白细胞-内皮细胞粘附和减少角叉菜聚糖诱导的下肢水肿[2]。H2S可以拮抗氧自由基的产物，直接清除过氧化氢和超氧阴离子，增加细胞内NADPH/NADP比值，而发挥抗氧化应激作用[8]。然而，另有一些实验表明H2S具有促炎症作用。在多种炎症模型中，H2S和CSE表达明显增加，而CSE抑制剂PAG能减轻部分模型的炎症反应[2]。H2S是发挥抗炎作用还是促炎作用可能与其浓度有关，也与其生成的速率及其来源有关[13]。

　　3　NO与H2S的相互影响

　　NO和H2S之间存在着十分复杂的相互影响，并受到多种因素的调节，目前尚无完全一致的结论。

　　3.1　NO与H2S的负性调节

　　在大多数的实验中，H2S-CSE 体系和 NO-eNOS 体系呈相互下调的作用，这些模型包括心肌梗死大鼠，代谢综合征大鼠，自发性高血压大鼠和肺动脉高压大鼠等。

　　H2S-CSE 抑制NO-eNOS。H2S可升高细胞内环磷酸腺苷(cAMP)水平，增加蛋白激酶C(PKC)的磷酸化作用，而细胞内PKC的磷酸化作用可使eNOS苏氨酸497残基磷酸化，从而使eNOS失活[15]。在脂多糖刺激的巨噬细胞中，在添加L-半胱氨酸后NO的生成显著减少，在添加选择性CSE抑制剂beta-cyano-L-alanine后NO的生成增加，而在添加CBS抑制剂氨基氧乙酸对NO无影响。H2S和NaSH呈剂量依赖性地激活细胞外信号调节激酶(ERK)而诱导血红素加氧酶1(HO-1)的表达，HO-1表达的增强则抑制iNOS的表达和NO的生成[16]。NaHS能抑制所有重组NOS亚型，包括nNOS，eNOS和iNOS。而亚硫酸钠(Na2SO3)，L-半胱氨酸和二硫苏糖醇对NOS的抑制作用极弱。这提示不同的H2S供体本身的特性可能对NO-NOS系统存在潜在的影响，而这些影响有别于内源性H2S的特性[17]。

　　NO-eNOS抑制H2S-CSE。当NO与CBS相结合时，会形成五等位亚铁亚硝酰基，从而使两个内源性配体(丝氨酸，半胱氨酸)丧失，使CBS活性丧失[18]。

　　3.2　H2S对NO的正性调节

　　但在少数实验中，H2S能直接或间接地增加NOS的活性和促进NO的生成[19]。在用白介素-1β(IL-1β)刺激的大鼠血管平滑肌细胞中，H2S本身对NO生成无影响，但它能通过影响NF-κB的活性和iNOS的表达而放大IL-1β诱导的NO生成。IL-1β能激活ERK1/2，这一激活作用能被H2S所加强，ERK1/2的激活相继引起NF-κB的激活和iNOS的激活。用U0126抑制ERK1/2的同时也抑制了IL-1β诱导的NF-κB的激活，iNOS的表达和NO的生成，而不论H2S是否存在[20]。

　　4　展　望

　　AS是一种多因素所致的复杂疾病，其发病机制至今尚未完全阐明。气体信号分子广泛参与血管扩张，细胞增殖，氧化应激，炎症反应，粘附因子的生成和血管钙化等病理生理反应的调节，对AS的危险因素和发病具有重要作用。人们对NO的研究起步较早，目前NO改善AS的作用已得到学界比较普遍的认同。H2S是近年来发现的第三种人体内气体信号分子，对H2S在AS中的作用还没有统一的意见。究竟H2S在AS病变中起到了何种作用，H2S与NO在AS中的相互作用和分子机制是什么?对这些问题的深入研究将有助于我们更好地认识AS和发展潜在的抗AS药物。

　　【参考文献】

　　[1]　史旭波， 胡大一. 动脉粥样硬化发病机制的新认识[J]. 临床荟萃， 2006,21(24)： 1751-1753.

　　[2]　Gadalla MM， Snyder SH. Hydrogen Sulfide as a Gasotransmitter[J]. J Neurochem， 2010， 113(1)： 14-26.

　　[3]　Nakata S， Tsutsui M， Shimokawa H， et al. Statin Treatment Upregulates Vascular Neuronal Nitric Oxide Synthase Through Akt/NF-κB Pathway[J]. Arterioscler Thromb Vasc Biol， 2007,27(1)： 92-98.

　　[4]　Heeba G， Moselhy ME， Hassan M， et al. Anti-atherogenic effect of statins： role of nitric oxide， peroxynitrite and haem oxygenase-1[J]. Br J Pharmacol， 2009,156(8)： 1256-1266.

　　[5]　Amin KA， Abd El-Twab TM. Oxidative markers， nitric oxide and homocysteine alteration in hypercholesterolimic rats： role of atorvastatine and cinnamon[J]. Int J Clin Exp Med， 2009,2(3)， 254-265.

　　[6]　Igarashi J， Miyoshi M， Hashimoto T， et al. Statins induce S1P1 receptors and enhance endothelial nitric oxide production in response to high-density lipoproteins[J]. Br J Pharmacol， 2007， 150(4)： 470-479.

　　[7]　Merla R， Ye YM， Lin Y， et al. The central role of adenosine in statin-induced ERK1/2， Akt， and eNOS phosphorylation[J]. Am J Physiol Heart Circ Physiol， 2007,293(3)： H1918-1928.

　　[8]　王燕飞， 唐朝枢， 杜军保. 硫化氢供体对Apo E基因敲除小鼠动脉粥样硬化的调节作用[J]. 中国药理学通报， 2008,24(10)： 1293-1296.

　　[9]　Wang Y， Zhao X， Jin H， et al. Role of hydrogen sulfide in the development of atherosclerotic lesions in apolipoprotein E knockout mice[J]. Arterioscler Thromb Vasc Biol， 2009,29(2)： 173-179.

　　[10] Liu YH， Yan CD， Bian JS. Hydrogen sulfide： a novel signaling molecule in the vascular system[J]. J Cardiovasc Pharmacol， 2011 Jan 28， [Epub ahead of print].

　　[11] 金红芳， 杜军保， 唐朝枢， 等. 一氧化氮对自发性高血压大鼠血管平滑肌细胞硫化氢/胱硫醚-γ-裂解酶的调节作用[J]. 实用儿科临床杂志， 2006,21(3)： 140-141.

　　[12] Wiliński B， Wiliński J， Somogyi E， et al. Atorvastatin affects the tissue concentration of hydrogen sulfide in mouse kidneys and other organs[J]. Pharmacol Rep， 2011,63(1)： 184-188.

　　[13] 金红芳， 杜军保， 唐朝枢. “ 废气不废”： 气体信号分子硫化氢的研究进展[J]. 生理学报， 2010,62(6)： 495-504.

　　[14] Wang MJ， Cai WJ， Zhu YC. Mechanisms of angiogenesis： role of hydrogen sulphide[J]. Clin Exp Pharmacol Physiol， 2010,37(7)： 764-771.

　　[15] 冯浩楼， 崔玉英， 魏　芳， 等. 硫化氢下调大鼠血小板L-精氨酸/一氧化氮合酶/一氧化氮通路[J].中国现代医学杂志， 2008,18(7)： 852-9.

　　[16] Oh GS， Pae HO， Lee BS， et al. Hydrogen sulfide inhibits nitric oxide production and nuclear factor-kappaB via heme oxygenase-1 expression in RAW264.7 macrophages stimulated with lipopolysaccharide[J].Free Radic Biol Med， 2006,41(1)：106-119.

　　[17] Kubo S， Kurokawa Y， Doe I， et al. Hydrogen sulfide inhibits activity of three isoforms of recombinant nitric oxide synthase[J].Toxicology， 2007,241(1-2)： 92-97.

　　[18] Taoka S， Banerjee R. Characterization of NO binding to human cystathionine beta-synthase： possible implications of the effects of CO and NO binding to the human enzyme[J].J Inorg Biochem， 2001; 87(4)： 245-251.

　　[19] Grossi L. Hydrogen sulfide induces nitric oxide release from nitrite[J].Bioorg Med Chem Lett， 2009,19(21)：6092-6094.

　　[20] Jeong SO， Pae HO， Oh GS， et al. Hydrogen sulfide potentiates interleukin-1beta-induced nitric oxide production via enhancement of extracellular signal-regulated kinase activation in rat vascular smooth muscle cells[J].Biochem Biophys Res Commun， 2006,345(3)： 938-944.