像 NO 和 CO 一样,硫化氢( H2S) 也曾被认为是一种工业有毒气体,但是,近些年的研究表明,H2S 是机体内一种重要的神经递质,能参与机体多种生理过程。本文主要探讨 H2S 在胃肠道中的生理作用。
1 H2S 是一种新型气体信号
分子H2S 是一种有臭鸡蛋气味的无色气体。在生理盐水中,有1/3 的 H2S 以非溶解状态存在,剩余的 2 /3 以 HS - 存在,并与 H2S 形成动态平衡,这样既保证了 H2S 在体内的稳定,又不改变内环境的 pH 值。
H2S 在脂溶性溶剂中的溶解度为水中的 5 倍,故可自由通过细胞膜。生物体内的 H2S 是通过胱硫醚 -γ - 裂解酶( CSE) 和胱硫醚 - β - 合成酶( CBS) 两条途径分解半胱氨酸形成的。科学家于 1989 年成功检测到脑内游离的 H2S,提示 H2S 可能是一种内源性气体分子,调节机体的生理活动。以后陆续发现CBS 和 CSE 在人体大多数组织中表达,其中在脑、心脏、肝脏、肠道等表达较多,脑内主要表达 CBS,而外周组织以表达 CSE 为主。内源性 H2S 参与了机体多项生理及病理过程,因此被认为是继 NO、CO 后体内的第三种信号分子。
2 H2S 在胃肠道平滑肌运动中的作用
肠神经系统( ENS) 是消化道特有的一套完整的自主神经系统,由粘膜下丛和肌间神经丛构成,肌间神经丛主要调节平滑肌运动。ENS 内有感觉神经元、中间神经元和运动神经元,它们形成复杂的神经网络,调节消化道的感觉、运动和分泌等生理活动。
ENS 不仅受外来( 交感和副交感) 神经调控,而且自身也完成一些基本的反射活动,精细地调节着消化道的活动。外来神经除少数纤维直接支配靶细胞外,大多数纤维都通过 ENS 内神经元间接调节消化道的活动。CSE 和 CBS 在动物和人的消化系统广泛表达。大鼠消化道上 CBS 和 CSE 主要表达于 ENS的神经元和间质内 Cajai 细胞。H2S 具有舒张胃肠平滑肌的作用。Teague B表明,H2S 能引起兔及大鼠回肠平滑肌舒张,而且抑制 Ach 和电场刺激对豚鼠回肠运动的兴奋作用。CBS 和 CSE 抑制剂可以提高平滑肌条对电场刺激的敏感性,H2S 能通过 ENS 内神经元抑制平滑肌运动。GALLEGO D等报导,H2S抑制人、大鼠及小鼠的离体结肠和空肠收缩。
3 H2S 在胃肠粘膜中的作用
消化道粘膜仅有一层上皮细胞将胃肠道与机体内环境隔开,胃肠粘膜细胞是人体内更新速度最快的细胞。胃肠粘膜这种高代谢和绒毛血管结构的特性,对灌注不足特别敏感。胃肠功能的正常进行需要充足的血液供应,在正常情况下,循环血液的 25 ~30% 供应消化道,其中 75% 供应胃肠粘膜。最近研究表明,H2S 能够改善胃肠粘膜的血液供应。运用激光 - 多普勒流式仪测定,表明 H2S( 100μmol / L) 可使胃粘膜血流增加 25%,使血压下降 10mmHg。
H2S 在保持胃肠粘膜的完整中发挥重要作用。
如果 H2S 生成减少,会导致粘膜的损伤。Fiorucci等通过实验表明,非甾体类抗炎药( NSAIDs) 能明显抑制胃粘膜 CSE( CSE 是胃粘膜产生 H2S 的主要酶)的表达,使内源性 H2S 生成减少,导致急性胃粘膜损伤。Fiorucci等实验还表明 Sp1 在细胞外信号调节激酶( ERK) 磷酸化的作用下,能够与 CSE 基因启动子结合,NSAIDs 可以影响 ERK 的磷酸化,减弱两者的结合,抑制 CSE 的转录,减少内源性 H2S 的产生。
如果,先经腹腔注射硫氢化钠,再给小鼠服用NSAIDs,发现胃粘膜的血流较直接给予 NSAIDs 增加,从而提高粘膜的抗损伤作用。ATB -337 是双氯芬酸与 H2S 释放剂通过酯键连接的复合体,Wallace等通过给小鼠喂养 ATB -337,发现可以预防或减少 NSAIDs 的胃粘膜损伤作用,说明一定量的 H2S 具有胃粘膜保护作用。
但是,如果 H2S 的 含量过高,也对粘膜不利。
Levine 测得溃疡性结肠炎( UC) 患者粪便中 H2S 的含量较正常人增高 3 ~4 倍。Ramasamy实验提示结肠粘膜中硫氰酸生成酶局灶性减少,对 H2S 的解毒能力降低,可能与 UC 的发病有关。结肠上皮细胞丁酸盐的氧化作用是维护结肠粘膜屏障功能的重要因素,Moore 等实验表明硫氢化钠能减少丁酸盐氧化作用、减弱屏障功能。此外,Christi 的实验显示 H2S可引起人离体结肠细胞过度增殖而参与 UC 的发病。
综上所述,H2S 作为一种新型的气体信号分子,在胃肠平滑肌的运动和胃肠粘膜的保护中发挥着重要的作用,为疾病机理的研究提供了新的方向,并为以后新药的开发提供了新的空间,具有广阔的研究前景和应用价值。
