硫化氫在糖尿病發病機制中的探討

硫化氫（hydrogen sulfide，H2S）是繼NO、CO之后被發現的第三個氣體信號分子。生理水平的硫化氫具有多種生理功能，尤其在心血管系統生理病理方面具有調節作用，與心血管系統疾病密切相關。近年來，開始有研究關注硫化氫在糖尿病及其并發癥中的作用。過往的研究表明，硫化氫對胰島β細胞的生理及病理具有明顯的作用，尤其在糖尿病時其水平改變對胰島β細胞產生多種作用，可能參與了糖尿病的發生和發展，但現已公開發表的結果之間尚存矛盾之處。而關于糖尿病時循環中硫化氫水平變化的研究結果基本趨于一致，即糖尿病時循環中硫化氫水平降低。而更令人感興趣的是，通過藥理學等方法補充糖尿病模型動物體內硫化氫水平可以緩解糖尿病及其并發癥的發生發展，如緩解血管內皮功能障礙，保護心臟缺血再灌注損傷以及促進糖尿病傷口愈合。因此，雖然有關于硫化氫與糖尿病及其并發癥病理機制關系的研究才剛剛起步，但關注此領域的研究越來越多，現將相關研究進展綜述如下。

1糖尿病時硫化氫合成及其胰島β細胞的作用

生理條件下，多種胰島β細胞系通過胱硫醚β合成酶（cystathionine-β-synthase， CBS）和胱硫醚-γ- 裂解酶（cystathionine-γ-lyase， CSE）將底物L-半胱氨酸合成硫化氫[1-3]。雖然硫化氫對胰島β細胞的確切的作用尚需進一步研究，但是已明確胰島內硫化氫對β細胞分泌胰島素具有生理性的抑制作用[1-3]。這種抑制作用是通過多種不同機制實現的，例如，ATP敏感性鉀通道（ATP-sensitive potassium channel，KATP）的開放，細胞內ATP水平下降以及調節細胞內鈣離子濃度[2，4]。

多種胰島細胞系經高濃度葡萄糖刺激后，誘導CSE而非CBS表達明顯升高，導致硫化氫合成增多[5]。但是，也有研究報道INS-1E在葡萄糖刺激后硫化氫生成活性下降[3]。提示這種葡萄糖對硫化氫生成效應的差異可能與種屬特異性有關。在動物模型方面，Moore等人應用β細胞毒素--鏈脲佐菌素處理的動物發現胰腺硫化氫生成酶CBS（而非CSE）表達升高[6]。另外，在Zucker糖尿病肥胖大鼠模型中，胰島中發現CSE表達上調[7]?？傊@些發現提示：在不同的糖尿病模型中，胰腺或胰島內硫化氫生成均增加。

1.1硫化氫在糖尿病狀態下對胰島β細胞的破壞作用 最近，Wang和他的同事應用鏈脲佐菌素糖尿病小鼠模型研究顯示，胰島內硫化氫的合成部分是對鏈脲佐菌素作用于胰島細胞K-ATP 通道的直接反應，誘導生成的硫化氫導致了β細胞的死亡，而應用CSE抑制劑治療鏈脲佐菌素糖尿病大鼠模型可緩解其高血糖和高胰島素血癥程度。應用CSE敲除小鼠給予鏈脲佐菌素可使其糖尿病狀態發生延遲。組織病理學觀察揭示：CSE缺陷動物能維持大量的具有功能的β細胞同時能維持較高的胰島內胰島素水平[8]。Yang等研究發現，給予硫化氫或過表達CSE可導致胰島素瘤INS-1E細胞內質網應激相關分子的表達和細胞凋亡，并且證明了這些效應是由p38 MAP（Mitogen-activated protein，MAP）激酶激活所介導的。這種鏈脲佐菌素誘導的胰島素瘤細胞死亡可通過藥理學方法抑制CSE而被阻止，表明在該模型中內源性硫化氫具有促進細胞凋亡作用，其機制為硫化氫引起了內質網應激和激活了MAP激酶[3]。

1.2硫化氫在糖尿病狀態下對胰島β細胞的保護作用 與上述研究結果相反，另一些研究結果顯示，硫化氫對暴露于高糖、脂肪酸或多種具有細胞毒性細胞因子混合物條件下的小鼠胰島和MIN6細胞具有細胞保護作用[5，9]。這些細胞保護性效應包括：維持細胞存活以及防止β細胞在高糖條件時胰島素分泌功能的惡化[9]。研究報道，硫氫化鈉和L-半胱氨酸增加了谷胱甘肽的含量并且減少了氧自由基的生成[5，9]。除了這些抗氧化作用，硫氫化鈉作用于MIN6細胞可激活Akt磷酸化，促進β細胞存活[10]。硫化氫對鈣離子波動的抑制也是保護機制之一，因為持續的鈣離子升高可導致β細胞死亡[11]。另外，高糖誘導β細胞的CSE表達增加了硫化氫的合成，而硫化氫增加抑制了胰島素的釋放，從而保護了β細胞自身。

目前，關于硫化氫的對β細胞起到的是細胞保護作用和/或細胞毒性作用尚存爭議。關于整個爭議，一個濃度為基礎的解釋能部分地說明該問題。該觀點認為，硫化氫對細胞具有雙向作用，即較低濃度趨向細胞保護作用，而較高濃度則產生細胞毒性作用。

2糖尿病患者循環中硫化氫水平的變化

關于糖尿病時硫化氫水平，在大多數動物模型中是一致的，即循環中硫化氫水平降低。除了一項在Zucker糖尿病大鼠模型（2型糖尿?。┑难芯拷Y果顯示循環中硫化氫水平升高[12]。在臨床方面，最近兩個獨立研究均證實糖尿病患者血液中硫化氫濃度減低，并且其中一項研究顯示硫化氫可抑制高糖處理的單核細胞系U937分泌IL-8和單核細胞趨化蛋白-1（monocyte chemotactic protein 1，MCP-1）[13]，而另一項研究提示血脂是糖尿病時循環中硫化氫水平降低的一個獨立的因素[14]。

3硫化氫在糖尿病及其并發癥病理機制中的作用

3.1硫化氫在胰島素抵抗發展中的作用 除了對胰島β細胞的作用外，硫化氫在胰島素抵抗發生、發展也具有重要作用。雖然數個研究結果顯示，硫化氫在組織糖攝取的調節、胰島素抵抗中具有作用，但是公開發表的結論尚存爭議。在一個體外實驗研究發現硫化氫能抑制脂肪細胞對糖的攝取。進一步，在胰島素抵抗大鼠模型中，脂肪組織的糖攝取與其生產的硫化氫呈負相關[15]。這些數據支持硫化氫在胰島素抵抗的發病機制中的潛在作用，并且提示藥理學硫化氫抑制劑可能成為一種胰島素抵抗的治療方式。然而，這種觀點卻沒有得到Patel等實驗結果的支持。他們研究結果顯示糖尿病大鼠胰島素抵抗發展與硫化氫無關[16]。這些尚存爭議的結果提示該領域需更多的實驗以明確清晰的結論。

3.2硫化氫與糖尿病內皮功能障礙 內皮功能障礙是糖尿病及前驅糖尿患者群的主要并發癥，也是糖尿病并發癥發病的中心過程。因為內皮功能障礙直接與糖尿病并發癥發病相關，包括血管功能障礙、神經病變、腎病、視網膜病變和心衰，而氧和氮來源的超氧化產物自由基是這個過程的中心效應物[17，18]。

組織硫化氫生成不變或增加與循環中硫化氫降低的悖論提示高血糖內皮細胞由于活性氧（reactive oxygen species， ROS）生成導致硫化氫消耗的增加。Kraus和他的同事的原始研究提示組織中硫化氫的生成和消耗是一個動態的過程[19]。最近研究發現內皮細胞在糖升高的條件下較正常水平細胞外糖的情況下消耗內源性與外源性硫化氫。這種增加的硫化氫消耗可以通過給予ROS清除劑或線粒體解偶聯藥物降低，提示線粒體來源的ROS在該過程中的重要作用[20]。

Szabo等的研究顯示抑制硫化氫生成（通過CSE siRNA沉默技術）導致高血糖時內皮細胞ROS的生成增加，而通過藥理學方法或腺病毒轉染過表達CSE的方式增加硫化氫能減少高血糖時線粒體ROS的生成，保護內皮細胞功能，阻止高血糖內皮功能障礙的發生[21]。

3.3硫化氫調節血管新生 越來越多的研究結果證實硫化氫具有調節血管新生的作用。硫化氫能促進內皮細胞增殖、遷移和管腔形成，相反，抑制硫化氫生成可削弱這些過程[22，23]。

另外，血管內皮生成因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）促進血管新生的作用是通過內源性硫化氫生成介導的。藥理學方法抑制或siRNA敲除CSE減弱了VEGF誘導的血管新生作用。傷口可在硫化氫補充后加速愈合，而CSE缺陷小鼠愈合過程較野生型小鼠延遲[23]。由以上研究結果可以推測，補充硫化氫可促進糖尿病患者傷口愈合。

4硫化氫應用于糖尿病治療的展望

β細胞耗竭是2型糖尿病發病的重要過程，防止或緩解β細胞耗竭可以成為治療糖尿病的新的治療策略。一些硫化氫在糖尿病發病機制中作用的研究所提出的硫化氫的細胞保護作用尤其令人感興趣，提示調節硫化氫的生成可以成為糖尿病新的治療策略。這種可能性引導我們研究硫化氫相關物質應用于治療糖尿病。

Benavides和他的同事報道大蒜中的某種聚硫化物分子當與組織谷胱甘肽反應時能釋放具有生物活性的硫化氫[24]。后續研究證實這些聚硫化物在體內釋放硫化氫，并且它們所具有心臟保護的潛在的治療作用亦是通過釋放硫化氫而實現的[25-27]?，F已有數篇文章報道大蒜提取物在不同的糖尿病并發癥及傷口愈合模型中的有益作用[28-31]。然而，在這些研究中，硫化氫作為這些治療作用的媒介的特定作用尚有待研究。

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