內皮源性硫化氫在雌激素抗動脈粥樣硬化中的作用及機制*

吳 強， 林 靜， 彭 俊， 李 杰， 付曉東， 曹銘輝△

(中山大學孫逸仙紀念醫院1麻醉科，2手術室，廣東 廣州510120;3中山大學中山醫學院生理學教研室，廣東 廣州510080)

雌激素具有延緩動脈粥樣硬化進程的作用［1］， 其心血管效應主要是通過作用于血管內皮來實現的［2］，但確切的內皮性機制尚不完全明了。近年來發現硫化氫(hydrogen sulfide，H2S)在心血管系統中具有非常重要的生物學功能，具有舒張血管、降低血壓、減少動脈粥樣硬化斑塊面積等作用［3-5］，這些作用都與血管內皮功能密切相關。因此我們推測H2S可能參與到雌激素抗動脈粥樣硬化的過程中。本研究探討在17β-雌二醇(17β-estradiol，E2)的抗動脈粥樣硬化過程中H2S 的作用以及可能的機制。

材 料 和 方 法

1 材料

E2和內源性H2S 生成酶抑制劑炔丙基甘氨酸(DL-propargylglycine，PPG)購自Sigma，胱硫醚γ-裂解酶(cystathionine γ-lyase，CSE)兔抗人抗體購自Proteintech，雌激素受體(estrogen receptor，ER)激動劑丙基吡唑三醇(propylpyrazole triol，PPT;α 亞型激動劑)和二芳基丙腈(diarylpropionitrile，DPN;β 亞型激動劑)和雌激素受體拮抗劑ICI 182780(ICI)購自Tocris Cookson，DMEM、胎牛血清購自Invitrogen，其它試劑為國產分析純。

2 方法

2.1 細胞實驗

2.1.1 細胞培養 人臍靜脈內皮細胞(human umbilical vein endothelial cells，HUVECs)根據文獻方法培養［6］。使用含10%胎牛血、1 ×105U/L 青霉素和100 mg/L 鏈霉素的DMEM 培養液培養HUVECs，置于37 ℃、5% CO2細胞培養箱中培養。分組后，分別按每孔2 mL、1 ×108cells/L 細胞濃度接種于6 孔板上。在處理前，先將HUVECs 在含有去除類固醇的胎牛血清的DMEM 中培養24 h。

2.1.2 實驗步驟 (1)將培養好的HUVECs 分為6組:0、5、10、15、30 和60 min 組，使用10 nmol/L 的E2作用相對應的時間后，測定培養液中H2S 的濃度，用Western blotting 測定細胞中CSE 的蛋白表達水平。(2)將培養好的HUVECs 分為5 組:0、1、10、100 和1 000 nmol/L組，分別用對應的E2濃度作用5 min后，測定培養液中H2S 的濃度。(3)將培養好的HUVECs 分為7 組:control、E2、PPT、DPN、E2+ICI、PPT+ICI 和DPN +ICI 組，分別用E2(10 nmol/L)、PPT(10 nmol/L)、DPN(10 nmol/L)、E2(10 nmol/L)+ICI(100 nmol/L)、PPT(10 nmol/L)+ICI(100 nmol/L)和DPN(10 nmol/L)+ICI(100 nmol/L)處理5 min后，測定培養液中H2S 的濃度。

2.1.3 H2S 的測定 參照文獻［7］，采用敏感硫電極法實時測量血漿或組織的H2S 濃度。血清測H2S 濃度測定原理:血清中的H2S 通常有氣體(1/3)和NaHS (2/3)2 種形式存在，加入抗氧化液后，H2S 和NaHS 與NaOH 反應生成S2-，通過敏感硫電極測定血清中的S2-，從而間接反映H2S 的濃度。在每次實驗前用新鮮準備的Na2S·9H2O 溶液定標(終濃度分別為0、2、4、8 和10 μmol/L)并制作標準曲線。將H2S 傳感器的探頭浸在組織或血漿溶液10 ～15 min，記錄平臺期的電流輸出。然后根據標準曲線的回歸分析計算出H2S 的濃度。

2.1.4 Western blotting 檢測 用冰冷的PBS 洗細胞3 次，加入適量細胞裂解液，4 ℃靜置30 min，12 000 r/min 離心30 min，取上清，BCA 法測定樣品的蛋白含量。總蛋白用SDS-PAGE 分離后，轉移到PVDF 膜上。5%的脫脂奶粉溶液封閉1 h，加入CSE 抗體(1∶2 000)4 ℃孵育過夜，TBST 緩沖液沖洗3 次，加入相應Ⅱ抗，室溫孵育1 h，TBST 緩沖液沖洗3 次。經ECL 顯色后，用ImageJ 1.35 軟件分析蛋白的相對表達。

2.2 動物實驗

2.2.1 實驗步驟 6 周齡具有C57BL/6 背景的同源ApoE–/–雌性小鼠購自美國Jackson Laboratory，飼養于中山大學動物中心。高脂飲食喂養到8 周齡時，小鼠在麻醉下行雙側卵巢切除術(ovariectomy，OVX)，術后恢復1 周。實驗分為3 組，每組動物5 ～7 只:OVX、OVX + E2和OVX + E2+ PPG ，后2 組實驗大鼠皮下埋植E2緩釋劑0.25 mg，PPG(37.5 mg·kg-1·d-1)用生理鹽水溶解后腹腔內注射。E2和PPG 的用量參照文獻中使用的劑量［8-9］。繼續高脂飲食喂養8 周后，收集眶周靜脈叢的血液行H2S測定。

2.2.2 主動脈粥樣硬化的評估 主動脈粥樣硬化的評估方法參照文獻［8-9］。處理8 周后，小鼠放血處死。分離心臟、動脈和子宮。心臟和動脈用PBS 處理后用4%甲醛固定12 h，OCT(optimal cutting temperature)包埋后行連續冰凍切片(6 μm)。為了衡量動脈粥樣硬化的程度，取三尖瓣區切片10 ～12 張行油紅O 復合蘇木素染色。圖像用Leica Qwin 軟件處理分析。

3 統計學處理

計量資料以均數±標準差(mean ±SD)表示，多組均數間比較采用ANOVA 方差分析，組間進一步兩兩比較采用LSD 法，使用SPSS 16.0 軟件進行分析。以P ＜0.05 為差異有統計學意義。

結 果

1 E2 促進內皮源性H2S 釋放的時間效應和濃度效應

用10 nmol/L E2處理HUVECs 可以導致H2S 釋放快速增加，5 ～10 min 達到最高峰，30 min 后回到基線水平(圖1A)，顯示E2促進H2S 釋放的效應具有時間依賴性;在此期間CSE 總表達沒有變化(圖1B)。同時，E2促進H2S 釋放具有濃度效應，但濃度達到10 nmol/L E2后即達峰值，以后再增加濃度，其促進H2S 釋放的效應不再增強，見圖2。

Figure 1. Effects of 10 nmol/L E2 treatment for different time on H2S release (A)and CSE expression (B)of HUVECs. Mean±SD. n=3. * P ＜0.05，＊＊P ＜0.01 vs 0 min.圖1 E2 促進內皮源性H2S 釋放的時間效應

Figure 2. Effects of different concentrations of E2 for 5 min on H2S release of HUVECs. Mean ± SD. n =3. ＊＊P ＜0.01 vs 0 nmol/L.圖2 E2 促進內皮源性H2S 釋放的濃度效應

2 雌激素受體在E2 促進內皮釋放H2S 過程中的作用

E2可以促進內皮釋放H2S，使用ERα 激動劑PPT 可誘導出類似的作用，但ERβ 激動劑DPN 則無此作用，顯示ERβ 沒有參與內皮源性H2S 的調節。同時，給予ER 拮抗劑ICI 后，E2和PPT 促進內皮釋放H2S 的作用消失，證實它們促進內皮釋放H2S 的效應是通過ER 特別是ERα 來實現的，見圖3。

Figure 3. Effects of E2 and estrogen receptor agonists/antagonist on H2S release of HUVECs.HUVECs were exposed to E2(10 nmol/L)，PPT (10 nmol/L)or DPN (10 nmol/L)for 5 min，in the presence or absence of ER antagonist ICI 182780 (100 nmol/L). Mean ±SD. n=3. ＊＊P ＜0.01 vs control;#P ＜0.05 vs E2 or PPT.圖3 雌激素受體在E2 促進內皮釋放H2S 過程中的作用

3 各組小鼠血漿H2S 濃度的變化

同OVX 組相比，OVX+E2組H2S 的血漿濃度明顯上升，而OVX+E2+PPG 組H2S 濃度明顯下降，見圖4。

Figure 4. The plasma H2S level in mice of each group.Mean±SD.n=5. * P ＜0.05 vs OVX;##P ＜0.01 vs OVX+E2.圖4 各組小鼠血漿H2S 濃度

4 動脈粥樣硬化的量化分析

油紅O 染色結果顯示，OVX 組動脈粥樣硬化程度較嚴重，加入E2替代治療后，動脈粥樣硬化斑塊的面積明顯降低;但加入PPG 后，這種改善效應被大部分逆轉，見圖5。

Figure 5. Aortic root lesion in mice of each group. The image of oil-red O-stained aortic root lesion in ovariectomized(OVX)ApoE - / - mice treated with E2 pellet (0. 25 mg，60-day release)or E2 pellet plus PPG (CSE inhibitor;37. 5 mg·kg -1·d -1). Mice without E2 treatment were received control pellet implantation.Mean±SD. n=5. * P ＜0.01 vs OVX;#P ＜0.05 vs OVX + E2.圖5 各組小鼠動脈粥樣硬化的量化分析

討 論

在人和動物模型上均發現E2可以預防動脈粥樣硬化的進展，內皮功能障礙是動脈粥樣硬化的第一步［1，10-11］。絕經后婦女血管內皮開始出現功能失調，主要表現為內皮依賴性血管舒張減弱，雌激素替代療法可改善上述的失調征象，但其分子機制尚不明確。盡管內皮一氧化氮(nitric oxide，NO)或前列環素(prostacyclin I2，PGI2)在血管舒張中發揮重要作用［12-13］，但有研究提示，在內皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase，eNOS;介導NO 生成)、環氧合酶-1(介導PGI2生成)雙基因敲除雌性小鼠，內皮依賴性血管舒張功能并未受到明顯削弱［14］。此外，采用eNOS 基因敲除小鼠模型，排除內皮NO 的作用后，雌激素仍可有效抑制動脈粥樣斑塊的形成［15］。這些資料表明，雌激素可能通過調控其它信號分子，改善內皮依賴性舒張功能，進而發揮其抗動脈粥樣硬化效應。

最新的研究表明，內源性H2S 為新型的抗動脈粥樣硬化信號分子［16］。作為繼NO 和一氧化碳之后的第3 種新型氣體信號分子，H2S 存在于多種組織器官，廣泛參與機體心血管、神經、呼吸、消化等系統的多種病理生理過程［17］。H2S 在血管組織是以L-半胱氨酸為底物經CSE 分解代謝而生成。心血管系統中CSE/H2S 的作用，尤其是在血管內皮細胞中的作用，近年來逐漸被認識。在ApoE-/-小鼠動脈粥樣硬化模型中，補充H2S 供體NaHS 可顯著抑制主動脈根部粥樣斑塊面積，與此相反，以CSE 抑制劑抑制H2S生成后，可顯著增加斑塊面積［2］。Papapetropoulos等［4］報道，H2S 可促進血管內皮細胞的增殖、遷移和新生血管形成，這對于內皮的損傷修復具有重要意義。此外，H2S 尚具有抑制球囊損傷后動脈新生內膜形成、抑制血管平滑肌細胞增殖、抑制心肌重構等多種心血管效應［18］。在這些資料背景下，我們假設:雌激素有可能通過調控CSE 表達和H2S 產生，從而發揮其改善內皮功能和抗動脈粥樣硬化的效應。

在本實驗中，我們在體外培養的HUVECs 觀察到E2可以促進H2S 的快速釋放，且具有明顯的時間效應和濃度效應。CSE 蛋白表達增加或CSE 激活均可導致H2S 釋放增加，這涉及到心血管疾病多個病理生理過程，例如動脈粥樣硬化、心肌缺血、高血壓等［19］。在本研究中，在E2處理的時效過程中CSE蛋白表達沒有改變，提示H2S 水平的升高可能是由CSE 的激活而非CSE 表達增加所致。在動物模型中，E2可以明顯增加去勢小鼠血液H2S 的濃度，減少其動脈粥樣硬化斑塊的面積;而加入內源性H2S生成酶抑制劑后，E2的上述2 種效應明顯減弱，證明在E2抗動脈粥樣硬化過程中H2S 起著重要作用。

雌激素通過細胞內受體(ERs，包括ERα 和ERβ)或膜雌激素受體(mERs)發揮生物效應，E2誘導H2S 釋放的快時效效應提示其可能通過核外途徑即mERs 介導。本研究發現ERα 選擇性激動劑PPT(而非ERβ 激動劑DPN)可以模擬雌激素的效應，提示是存在細胞膜的ERα 與E2調節H2S 釋放相關，而不是ERβ。

綜上所述，本研究結果顯示內皮源性H2S 是雌激素的靶點，在雌激素抗動脈粥樣硬化的過程中起著重要作用。雌激素是通過細胞膜上的ERα 促進內皮源性H2S 的快速釋放。我們的研究提示H2S 水平下降可能與絕經期婦女心血管疾病的病理生理過程相關。

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