缺血再灌注(ischemia-reperfusion, I/R)是一种常见的病理状况，会导致各种器官如胃肠道的损伤[1]。胃肠道I/R损伤是一种常见的临床胃肠道疾病且发病率和死亡率极高。许多临床疾病如消化性溃疡出血、肠机械性梗阻和严重创伤均可导致胃肠I/R损伤[2]。尽管针对胃肠I/R损伤治疗方法的临床研究很多，但胃肠道I/R损伤造成的死亡率仍然较高。硫化氢(hydrogen sulfide, H2S)被公认为继一氧化碳、一氧化氮(nitric oxide, NO)之后的第3种气体信号分子，具有广泛的生物学效应[3]。越来越多研究表明，H2S可以通过抑制氧化应激、缓解线粒体功能障碍、调节细胞凋亡、减少炎症反应缓解胃肠道I/R损伤。研究表明，治疗I/R损伤的药物通过调控机体内源性H2S水平减轻胃肠道损伤。此外，最近的研究发现了多种H2S供体(如ATB-344、AP39)可以防治胃肠道I/R损伤[4-5]。本文重点介绍了H2S及其供体防治胃肠道I/R损伤的研究现状。

1、内源性H2S的生成

内源性H2S由酶催化和非酶途径产生。目前内源性H2S的生成主要依赖酶催化途径。内源性H2S主要由半胱氨酸β-合成酶(cystathionine-β-synthase, CBS)、半胱氨酸γ-裂解酶 (cystathionine-γ-lyase, CSE)和3-巯基丙酮酸硫转移酶(3-mercaptopyruvate sulfurtransferase, 3-MST)3种酶产生[6]。L-半胱氨酸作为底物经过CBS和CSE作用产生H2S,而3-MST利用3-巯基丙酮酸合成H2S。L-半胱氨酸和D-半胱氨酸都是3-巯基丙酮酸的来源，分别依赖于半胱氨酸转氨酶和氨基酸氧化酶的催化作用[7-8]。CSE、CBS是具有组织特异性的胞质酶。CSE主要存在于心脏、肝、肾、胃、回肠，CBS主要在中枢神经系统中表达，也存在于肝、肾、回肠中，而3-MST则存在于细胞的胞质和线粒体中[9]。

2、应用于胃肠道缺血再灌注损伤的H2S供体概况

硫化氢供体是在一定条件下降解释放硫化氢的化合物，常见的H2S供体是硫化物盐，如硫化钠和硫氢化钠(sodium hydrosulfide, NaHS)[10]。硫化物盐通过快速水解产生H2S但释放速度不可控，相比之下，作为一种新型水溶性H2S供体，GYY4137可以更缓慢且持续地释放H2S[11]。此外，1,2-二硫-3-硫酮(1,2-disulfide 3-thione, DTTs)是新型H2S供体释放H2S的核心，其释放机制是水解产生H2S。DTTs常用于开发H2S供体杂交药物，如吲哚美辛衍生物ATB-344、萘普生衍生物ATB-346、酮洛芬衍生物ATB-352[12]。其中，ATB-344应用于治疗胃黏膜损伤[4],ATB-346可用于治疗肠梗阻[13]。DTT与磷酸盐结合开发出一种线粒体靶向的H2S供体AP39[12]。AP39与非线粒体靶向H2S供体GYY4137相比，可以抑制氧化应激诱导的毒性，减轻氧化应激期间腺苷三磷酸(adenosine triphosphate, ATP)损失，并保护线粒体DNA免受氧化损伤[14]。另有研究表明，AP39可以防治I/R诱导的胃黏膜损伤[5]。

3、H2S防治胃肠道缺血再灌注损伤

3.1 H2S防治胃缺血再灌注(gastric ischemia reperfusion, GI/R)损伤

GI/R易引起胃黏膜损伤[15],其机制与炎症密切相关[16]。MARD等[17]将Wistar大鼠腹腔动脉夹紧30 min, 然后切除夹紧动脉再灌注3 h, 结果发现，注射160 ng·kg-1NaHS胃黏膜病变面积约由43 mm2减少至11 mm2。经50 ng·kg-1L-半胱氨酸处理减少了I/R诱导的胃黏膜病变面积约37 mm2。同时，NaHS和L-半胱氨酸处理组与GI/R组相比，下调白细胞介素-1β(interleukin-1β,IL-1β)和肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-alpha,TNF-α)mRNA表达约48.31%和62.99%。经CSE抑制药DL-炔丙基甘氨酸(DL-propargylglycine, PAG)处理逆转了H2S对胃的保护作用并且上调炎症因子表达。上述结果表明，H2S通过抑制促炎介质表达减轻胃I/R损伤。

影响GI/R损伤的机制还与氧化应激密切相关。GUO等[18]诱导胃上皮细胞(gastric epithelial cells, GES1)建立体外GI/R模型，结果发现，L-半胱氨酸明显提高细胞活力，而用CSE抑制药PAG可以逆转这一作用(P<0.05)。过表达CSE减少I/R诱导GES1的细胞损伤(P<0.01)。提示过表达CSE减少I/R诱导的细胞损伤。NaHS治疗组丙二醛(malon-dialdehyde, MDA)含量约由2.11 μmol·L-1·mg-1降至1.29 μmol·L-1·mg-1,谷胱甘肽(glutathione, GSH)含量约由6.49 μmol·L-1·mg-1升至8.58 μmol·L-1·mg-1并下调IL-6和TNF-α表达约49.11%和19.36%。同时，NaHS预处理GES-1细胞可以抑制核因子κB(nuclear factor κB,NF-κB) p65、核因子红细胞系2相关因子2(nuclear factor erythroid-2-related factor 2,Nrf2)亚基核易位并且增强了Kelch样ECH相关蛋白1(Kelch-like ECH associated protein 1,Keap1)巯基化作用，而使用NF-κB抑制药吡咯烷二硫代甲酸铵和活性氧清除药N-乙酰半胱氨酸抑制炎症因子表达。此外，NaHS预处理还下调丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase, MAPK)p38和JNK磷酸化水平，使用p38和JNK MAPK抑制药消除了H2S对I/R诱导的GES1的保护作用。上述研究结果表明，H2S通过Keap1巯基化作用诱导Keap1/Nrf2解离并激活Nrf2的抗氧化应激作用，H2S抑制NF-κB和MAPK信号通路发挥细胞保护作用。

MAGIEROWSKI等[19]建立大鼠GI/R模型，经80 μmol·L-1·kg-1L-半胱氨酸处理减少I/R诱导的胃损伤面积(P<0.05)。同样，90 mg·kg-1NaHS和90 mg·kg-1GYY4137处理均减少了50%胃损伤面积。NaHS组与GI/R组相比，超氧化物歧化酶2(superoxide dismutase-2,SOD-2)和谷胱甘肽过氧化物酶1(glutathione peroxidase-1,GPx-1) mRNA表达显著上调(P<0.05)。该研究结果表明，H2S通过发挥抗氧化特性防治GI/RI。GLOWACKA等[4]建立大鼠GI/R模型，结果发现，7和28 mg·kg-1ATB-344的H2S释放量分别高于对照组约1.8倍和3.7倍。用7、14、28 mg·kg-1ATB-344呈剂量依赖式减少I/R诱导的胃损伤面积(均P<0.05),下调血清中前列腺素E2(prostaglandin E2,PGE2)表达。I/R组与对照组相比，胃黏膜标志物膜联蛋白A1(annexin A1,ANXA1)表达下调约50%。此外，ATB-344处理上调I/R诱导的胃黏膜氧化损伤标志物SOD-2并显著下调黄嘌呤脱氢酶(xanthine dehydrogenase,XDH)和8-羟基鸟嘌呤(urine 8-hydroxyguanine, 8-OHG)表达(均P<0.05)。上述结果表明，ATB-344可以缓解I/R诱导的胃损伤。

线粒体功能障碍也会影响GI/RI。MAGIEROWSKA等[5]建立大鼠GI/R模型诱导胃损伤，0.1 mg·kg-1AP39预处理组与GI/R组相比，胃病变面积明显减少了50%并且炎症因子IL-1β、白细胞介素-1受体2(IL-1 receptors type Ⅱ,IL1-R2)和诱导型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase,iNOS)表达显著下调(均P<0.05)。AP39联合哺乳动物西罗莫司靶蛋白(mammalian target of rapamycin, mTOR)抑制药西罗莫司组与AP39治疗组相比，胃病变面积显著增加并且炎症因子表达上调(均P<0.05)。AP39处理还下调胃黏膜8-OHG水平(由37.11 ng·μg-1降至30.89 ng·μg-1),增加线粒体复合物Ⅲ和Ⅳ的活性，降低线粒体复合物Ⅰ活性并且提高线粒体ATP产量(均P<0.05)。此外，相较于GI/R组，AP39显著降低了胃黏膜中NF-κB和ERK的磷酸化水平(均P<0.05)。上述研究结果，AP39可以防治GI/RI,并通过维持线粒体复合物活性，激活mTOR信号通路并且抑制NF-κB信号通路缓解胃黏膜炎症以及氧化损伤。

3.2 H2S防治肠缺血再灌注(intestinal ischemia-reperfusion, II/R)损伤

II/R是一种复杂的病理过程[20]。WANG等[21]研究发现，I/R大鼠肠组织平均损伤评分为(3.98±0.25)分，而用白藜芦醇/聚乙二醇-聚苯丙氨酸处理可以明显改善I/R诱导的肠组织损伤，平均损伤评分降低为(2.78±0.33)分。白藜芦醇/聚乙二醇-聚苯丙氨酸组与I/R大鼠相比，MDA表达由(9.98±0.67) nmol·mg-1降至(6.29±0.82) nmol·mg-1,上调GSH表达[由(10.13±0.64) mg·g-1升至(23.78±1.43) mg·g-1]并增加SOD活性[由(11.84±1.02) U升至(45.16±1.95) U]。用CSE抑制药PAG逆转白藜芦醇/聚乙二醇-聚苯丙氨酸的治疗作用。此外，白藜芦醇组、白藜芦醇/聚乙二醇-聚苯丙氨酸治疗组与I/R组相比，上调H2S、CSE水平。上述研究结果表明，白藜芦醇/聚乙二醇-聚苯丙氨酸可以保护大鼠肠缺血/再灌注损伤(intestinal ischemia-reperfusion injury, II/RI)并通过CSE/H2S介导减轻了大鼠的Ⅱ/RI。

氧化应激会影响II/RI[22]。LIU等[23]研究发现，I/R组大鼠肠道损伤严重，经7 μmol·kg-1和14 μmol·kg-1NaHS治疗可以减轻肠I/R损伤程度(平均损伤评分由3.8±0.7降至2.6±0.4和2.3±0.3)。另外，7 μmol·kg-1NaHS治疗组与I/R组相比，血清和肠道MDA水平均下调[分别由(14.9±2.8)、(17.8±1.6)nmol·mL-1降至(9.8±2.0)、(15.4±1.9)nmol·mL-1],并且提高血清和肠道SOD和GSH-Px活性[分别由(54±15)U·mL-1和(245±15)U·mL-1、(612±88)U和(687±100)U升至(86±10)U·mL-1和(290±15)U·mL-1、(612±88)U和(902±123)U]。这提示H2S通过提高抗氧化酶活性保护肠道免受I/R损伤。心搏骤停和心肺复苏也可导致II/RI。PAN等[24]研究通过雄性大鼠心搏骤停6 min后复苏建立I/R模型，研究发现，NaHS能明显减轻心搏骤停引起的肠黏膜损伤，NaHS处理组的肠组织损伤评分较I/R组降低1.33分。此外，NaHS处理组与I/R组相比，心肺复苏后肠细胞的凋亡减少[由(36.05±4.77)%降至(24.67±6.05)%]。进一步研究发现，心肺复苏后小肠缺氧诱导因子-1α(hypoxia inducible factor-1α,HIF-1α)表达上调，NaHS处理后HIF-1α表达更高(P<0.01)。上述研究结果表明，H2S可以防治I/R诱导的肠黏膜损伤，可能通过抑制氧化应激，上调HIF-1α表达以及减少肠细胞凋亡。

此外，炎症也会对II/RI造成影响[25]。JENSEN等[26]通过雄性C57BL/6J小鼠肠系膜上动脉暂时闭塞诱导肠缺血，注射50 mg·kg-1GYY4137改善肠黏膜损伤(肠黏膜损伤评分由3.4±0.4降至2±0.3)并下调炎症因子IL-6、干扰素诱导蛋白-10(interferon gamma-induced protein 10,IP-10)和 MIP-2表达(均P<0.05)。提示H2S通过减少炎症因子表达缓解II/RI。JENSEN等[27]诱导小鼠肠道缺血再灌注损伤，结果发现，2 nmol·kg-1和2 μmol·kg-1NaHS预处理可以改善缺血后灌注水平[由(26.4±5.3)%升至(78.3±7.3)%,(63.4±7.2)%],而NaHS预处理敲除内皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase,eNOS)的I/R小鼠未能改善肠黏膜损伤。NaHS治疗可下调IL-9、IL-10、血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)和成纤维细胞生长因子2(fibroblast growth factor 2,FGF-2)表达(均P<0.05)。该研究结果表明，H2S通过激活内皮NO减少肠道炎症改善II/RI。ZUIDEMA等[28]研究发现，I/R诱导白细胞滚动和黏附数量增加至(1 527±81)cell·mm-2·min-1,NaHS预处理减少白细胞滚动数量约79.56%。使用选择性BK通道激活药NS-1619与NaHS效果相同。这提示H2S通过激活BK通路抑制白细胞迁移和黏附进而改善II/RI。LIU等[29]研究发现，在肠细胞和线粒体中检测出大电导钙激活的钾通道(large-conductance Ca2+-activated K+channel, BKCa)通道α-亚基表达。进一步通过肠系膜上动脉闭塞45 min后再灌注60 min建立I/R模型，结果发现，NaHS预处理上调线粒体膜电位变化并显著下调细胞色素C(P<0.05),而使用BKCa通道抑制药蕈青霉素后逆转了H2S对线粒体的这一作用。此外，NaHS预处理减少I/R诱导的中性粒细胞黏附和迁移。该研究结果表明，H2S通过激活BKCa通道减少中性粒细胞黏附并改善线粒体功能障碍进而减少II/RI。

4、讨论

本文总结了H2S防治胃肠道I/R损伤的最新研究现状，并系统地阐述了H2S缓解胃肠道的I/R损伤的分子机制，如H2S通过调控炎症反应、氧化应激、线粒体功能障碍、细胞凋亡缓解I/R诱导的胃肠道损伤。具体的机制是：首先，H2S能通过抑制炎症因子表达，减少白细胞和中性粒细胞黏附缓解炎症反应；其次，H2S还能通过Keap1巯基化激活Nrf2,上调HIF-1α、SOD-2表达并下调XDH和8-OHG表达抑制氧化应激；最后，H2S可以通过激活mTOR、BKCa信号通路，抑制NF-κB信号通路缓解线粒体功能障碍。目前，H2S在缓解胃肠道I/R损伤的分子机制的研究已取得一定进展，可以为临床中探索H2S防治胃肠道I/R损伤的作用提供理论依据。

多种新型H2S供体已被设计开发。这些H2S供体已在体内、体外被证明对胃肠道I/R损伤有良好的防治效果。新的药物靶向载体系统可以有效地将H2S供体运输到目标器官或组织。如线粒体靶向的H2S供体AP39广泛应用于治疗胃I/R损伤。吲哚美辛的H2S衍生物ATB-344可以防治I/R引起的胃损伤。然而，还需要更长期的研究来确定H2S改善I/R后胃肠道损伤能否应用于临床。

H2S和胃肠道I/R损伤的研究正迅速发展成为该领域的一个热点，为今后防治胃肠道I/R损伤提供了新的思路。H2S供体及相关药物对胃肠道I/R损伤具有潜在治疗价值，并且H2S临床转化及其供体在治疗胃肠道I/R损伤中的临床意义值得跨学科研究。

基金资助:黑龙江省自然优秀青年基金资助项目(YQ2022H020);黑龙江省博士后基金资助项目(LBH-Z21080);

文章来源:吴思雨,孙许涛,曹硕,等.硫化氢防治胃肠道缺血再灌注损伤的研究现状[J].中国临床药理学杂志,2024,40(21):3171-3175.