硫化氫在阿片依賴中的作用

魏 英綜述，陳遠壽審校

（遵義醫學院生理學教研室，貴州遵義563000）

硫化氫在阿片依賴中的作用

魏 英綜述，陳遠壽審校

（遵義醫學院生理學教研室，貴州遵義563000）

硫化氫；阿片依賴；中樞神經系統；細胞凋亡；氧化應激；綜述

阿片依賴是一種慢性復發性腦疾病，長期使用阿片類藥物會影響中樞神經系統細胞內信號正常轉導，激發異常氧化應激反應，加快腦細胞凋亡，并嚴重損害阿片依賴患者的認知、學習、記憶等功能。其治療則是以減輕阿片依賴所導致的嚴重戒斷癥狀為主。1989年Goodwin等[1]和Warenycia等[2]第1次在大鼠及人的大腦中檢測出硫化氫（hydrogen sulfide，H2S），1995年Awata等[3]進一步證實了內源性H2S產生的酶學機制。H2S作為一種新型內源性神經調節因子，不僅具有抗炎、抗氧化、抗細胞凋亡作用，還在腺苷酸環化酶/環磷酸腺苷/ cAMP反應元件結合蛋白（AC/cAMP/CREB）信號通路中發揮重要調節作用，從而改善神經系統病變所致的認知、學習、記憶等功能的異常。研究已證實，H2S可通過減少阿片類藥物介導的腦細胞凋亡，減輕阿片刺激的腦細胞異常氧化應激反應及抑制AC/cAMP/CREB信號通路，一定程度抑制對阿片依賴。本文就H2S減輕阿片依賴的作用機制作一綜述。

1 內源性H2S的合成與代謝

H2S是一種無色、易燃、水溶性較好，并具有特征性臭雞蛋味的有毒氣體，其毒性是CO的5倍以上，當空氣中的H2S濃度達到0.000 1%時便可引起頭痛等不適。在溶液中，H2S可以離解成H+、HS-、S2-等離子。H2S經酶促反應合成，其合成所依賴的酶包括胱硫醚-β-合成酶（cystathionine-β-synthase，CBS）、胱硫醚-γ-裂解酶（cystathionine-γ-lyase，CSE）、半胱氨酸轉移酶（cysteine arminotransferase，CAT）和丙酮酸硫基轉移酶（mertaptopyruvate sulfurtransferase，3-MST），其中CSE是人體心血管系統轉硫途徑中最關鍵的酶[4]，CBS是大腦和神經系統中主要的H2S合成酶[5]，而CAT和3-MST在大腦和血管內皮中均能合成H2S[6]。此外，極少數H2S可通過由單質硫到H2S的非酶促反應產生。H2S經氧化后的產物大部分經由腎臟排出，其氧化主要在肝臟中進行[7]，小部分經線粒體甲基化代謝生成低毒性的甲硫醇和甲硫醚，另有小部分H2S從呼吸系統排出[8]。

2 H2S減輕阿片依賴所致腦損傷

據2013年聯合國毒品和犯罪問題辦公室的統計報告[9]，世界藥物成癮趨勢總體平穩，自 2009年以來，阿片成癮人數在亞洲和非洲部分地區仍有輕度升高。藥物成癮被WHO定義為慢性復發性腦疾病[10]。阿片類藥物的長期使用會通過激發神經元胞內氧化應激反應，抑制神經元發育，導致神經元凋亡和腦損傷。H2S作為神經調節因子，在中樞神經系統能發揮抗凋亡、抗氧化應激等作用，從而起到減輕阿片依賴所致的腦損傷。

2.1 外源性H2S抗阿片依賴所致的氧化應激作用 氧化應激是機體在遭受有害刺激后，體內氧化系統和抗氧化系統失衡，大量活性氧（reactive oxygen species，ROS）產生，ROS主要包括超氧化物陰離子、自由基和組織過氧化物。年齡相關自由基理論認為，ROS作用靶點是隨機的、任意的，并可以積累，能隨機發揮氧化作用。已有證據表明，ROS在生理及病理生理狀態下作為特殊的信號分子發揮作用，能引起疾病和衰老[11]。正常情況下，機體內過量的ROS可被抗氧化劑（硫辛酸、胡蘿卜素等）和酶類[超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）、過氧化物酶（POD）等]清除，從而維持細胞穩態。然而，阿片類藥物作為一種強烈的有害刺激，在中樞神經系統中會刺激神經元發生氧化應激產生大量ROS，且超過機體自身的調節能力，進而會使細胞脂質過氧化，損傷DNA分子并使蛋白及酶失活而損傷神經細胞。研究表明，海洛因會導致血清內總抗氧化能力下降，降低SOD、谷胱甘肽過氧化物酶等的活性[12]。在中樞神經系統中，氧化應激反應的失衡則會引起腦損傷[13]。H2S作為一種神經調節因子，其通過調節細胞內各種酶的活性來調控細胞內生物化學反應以維持細胞穩態。Jiang等[14]通過實驗證實，外源性H2S可減輕由海洛因導致的大鼠海馬組織異常激活的氧化應激反應。

2.2 外源性H2S減少阿片依賴所致神經元凋亡 細胞凋亡是細胞自主有序的死亡過程，是機體新陳代謝中一個重要組成部分，起著維持生物體穩態的作用。研究已證實神經元凋亡的基本機制同其他類型細胞的凋亡機制[15]。凋亡的發生受到多基因的嚴格控制，如Bcl-2家族、caspase家族、癌基因C-myc、抑癌基因p53等，其中分為促凋亡基因與抑制凋亡基因。阿片成癮會對機體造成極為嚴重的損害，其中一個重要的方面是阿片成癮會加速神經元凋亡。作為永久性細胞，神經元的凋亡不可代償，進而會導致機體腦神經功能逐漸下降，并最終影響人的正常生活，甚至導致嚴重的神經疾病。劉立偉等[16]應用脫氧核苷酸末端轉移酶介導的生物素化dUTP缺口末端標記技術TUNEL檢測嗎啡成癮后SD大鼠大腦海馬組織細胞凋亡情況，結果證明長期使用嗎啡會誘發大鼠腦細胞異常凋亡。而Jiang等[14]通過蛋白質印跡法檢測大鼠海馬組織胱硫醚-β-合酶、細胞裂解凋亡蛋白酶3及凋亡相關基因Bcl-2和Bax的含量變化，結果提示用硫氫化鈉治療海洛因成癮組大鼠，細胞裂解蛋白酶-3和Bax基因水平下降，而Bcl-2基因水平上升，單獨使用海洛因組則相反，從而證明H2S可以部分抑制由海洛因成癮所致大鼠海馬神經元的異常凋亡。

H2S作為神經調節因子在神經細胞中通過抗細胞凋亡、抗氧化應激等機制在病理狀態下減少外源性刺激所致的腦損傷。細胞凋亡是在細胞受損達到一定程度后啟動的，長期使用阿片類藥物，會通過激發細胞內氧化應激過度導致細胞損傷進而誘發細胞凋亡的啟動。外源性H2S可能通過減輕氧化應激反應，減輕細胞損傷程度從而減少啟動凋亡的細胞數目；此外，H2S作為氣體小分子，其可通過改變細胞內外微環境進而影響細胞內信號轉導及生物代謝，最終調節細胞凋亡。

3 外源性H2S可以減輕阿片依賴所致戒斷反應

阿片依賴作為一種嚴重的慢性復發性腦疾病，表現為身體依賴（表現為停藥后的戒斷癥狀）和精神依賴（表現為滿足感和重新用藥的渴求）。減輕身體依賴是解毒治療的基礎。嗎啡戒斷機制復雜，多個腦區被證實參與嗎啡戒斷的形成，如伏核、中縫大核、藍斑、下丘腦、中腦導水管周圍灰質、中縫5-羥色胺能神經元等[17-18]。其治療包括替代藥物、心理治療及從新步入社會的輔導。迄今藥物治療所達到的效果尚不理想，戒斷治療后絕大部分患者仍會復吸。根據2013年世界毒品報告，全球毒品使用人數居高不下，部分地區使用人數還有所增加[9]。阿片依賴形成確切機制尚未明確，但其所導致的損傷主要位于中樞神經系統。新近發現，H2S作為一種神經調節因子，能有效緩解神經系統疾病的發生發展，并能減輕相應臨床癥狀，在阿片成癮中也能發揮減輕阿片成癮后所致的戒斷癥狀及相關腦損傷。

有研究表明，單獨使用海洛因會明顯降低腦內H2S、CBS水平及CBS活性，而外源性給予H2S可部分提高由海洛因所致的H2S及CBS水平的下降，并能提高CBS的活性[14]。外源性H2S可提高大鼠伏隔核H2S水平，而海洛因會降低大鼠伏隔核H2S水平[19]。作為一種新型氣體信號分子，H2S在中樞神經系統作為神經調節因子發揮作用，其對多種神經系統疾?。ㄅ两鹕?、阿爾茨海默病、周期性熱驚厥、缺血性腦梗死等）的發展已經證實有抑制作用，同時其還能有效地減輕阿片依賴所致的藥物戒斷癥狀，并通過抗氧化應激減輕腦損傷，從而減輕阿片依賴。已有研究發現，外源性H2S能明顯減輕嗎啡成癮小鼠戒斷癥狀[20]。此外，使用硫氫化鈉的海洛因成癮大鼠戒斷癥狀明顯低于單獨使用海洛因組大鼠，差異有統計學意義（P＜0.05）[19]。H2S作為神經調節因子，參與神經元內多種信號轉導及生物代謝反應，其濃度下降必然影響細胞內多種信號的正確轉導及生物代謝的有序進行。研究證實，阿片依賴所致戒斷反應與中樞神經系統關系密切，神經元作為神經系統的基本功能單位，神經元內信號轉導及生物代謝的正常進行是機體神經系統正常發揮功能的保障。阿片成癮后致H2S下降，進而破壞神經元的穩態，可能會促進阿片依賴所致戒斷反應的形成。

4 H2S調節阿片成癮的腦認知功能

長期以來，阿片成癮的研究主要集中在阿片受體及中腦獎賞環路，體內阿片受體作為藥物濫用和自然獎賞的應答部位，體內的阿片類物質及阿片受體在成癮形成過程中被逐漸調節[21]，而阿片成癮后復吸率居高不下的重要原因即是成癮患者的精神依賴不能得到有效地控制。近年來研究發現，長期或一次性大量使用阿片類藥物會導致機體學習記憶相關信號通路中涉及的蛋白質分子水平及相關酶活性的改變，這種改變可能與阿片成癮后的精神依賴有關。海洛因依賴大鼠中腦腹側被蓋區（ventral tegmental area，VTA）多巴胺能神經元的興奮性受到抑制[22]。AC/cAMP/PKA/CREB信號通路是大腦學習記憶形成的重要信號通路。2000年Kimura[23]證實，生理濃度的內源性H2S可以選擇性的增強N-甲基-D-天門冬氨酸受體（NMDA受體）活性從而誘導海馬長時程增強（long-termpotentiation，LTP），并且提高培養的神經元、膠質細胞及卵母細胞內cAMP含量。2001年Partlo等[24]利用八臂迷宮檢測發現暴露于H2S氣體的大鼠學習記憶能力較對照組下降，但其作用靶點尚未發現。而另有研究證實外源性H2S減輕海洛因所致大鼠學習記憶功能的損害[25]。此外，已有研究發現，外源性H2S可減少嗎啡依賴大鼠海馬區腦細胞內NMDA受體NR1亞基蛋白表達，并改善嗎啡依賴大鼠空間學習記憶能力[26]。這說明以各種形式存在的H2S在機體內能作用于學習記憶神經系統中某一個甚至多個靶點，進而影響學習記憶的形成。H2S與NO同作為氣體信號分子，H2S能影響中樞神經系統及血漿內NO水平。羅孝美等[27]研究發現，H2S可抑制大鼠體內由海洛因依賴刺激的NO水平及腦型一氧化氮合酶（neural nitric oxide synthase，nNOS）mRNA表達的異常升高。H2S作為氣體小分子，其不僅可直接作用于某靶點，還能通過影響其他信號分子進而參與中樞神經系統中多種細胞活動及神經功能的調節。

阿片依賴是一種慢性復發性腦疾病，其成癮機制主要位于中樞神經系統，而H2S作為神經調節因子，其在中樞神經系統疾病的發生發展過程中發揮相應的作用。研究已證實，外源性H2S可以激活大鼠腦伏隔核區腦細胞內AC/cAMP/PKA/CREB信號通路，也可以抑制由海洛因成癮后所介導的AC/cAMP/PKA/CREB信號通路的異常激活；并且外源性H2S可明顯減輕海洛因戒斷后的相應戒斷癥狀[19]。此外，研究發現，外源性H2S可抑制嗎啡成癮小鼠紋狀體細胞內及預先用μ型阿片受體激動劑DAMGO誘導升高AC、cAMP、CREB磷酸化水平及ERK1/2活性的人神經母細胞瘤細胞內AC、cAMP表達的上調及CREB的磷酸化水平，同樣外源性H2S可減輕嗎啡依賴后形成的戒斷癥狀[20]。羅孝美等[28]發現海洛因依賴導致大鼠海馬神經元損傷，抑制海馬CA1區LTP的產生，從而降低正常學習記憶能力；而外源性H2S可減輕海洛因依賴對大鼠海馬神經元的損傷，易化海馬CA1區LTP的產生，改善海洛因依賴導致的正常學習記憶能力的降低。

外源性H2S作為一種神經調節因子，目前其作用靶點尚未明確，但其能調節AC/cAMP/PKA/CREB信號通路的激活與抑制，進一步影響學習記憶的形成，并可減輕阿片依賴?？梢?，H2S維持中樞神經系統細胞內穩態以保證生理功能正常進行，并在神經系統病理狀態下調節改善神經生物代謝反應，減輕外界刺激所致的細胞損傷。

5 小結與展望

H2S作為神經調節因子，其能調節細胞內信號通路的傳導，離子通道的開閉及氨基酸類神經遞質的轉運。阿片依賴是一種慢性復發性腦疾病，長期或一次性大量使用阿片類藥物會誘發腦細胞內生物代謝反應的異常激活及細胞損傷，表現為學習記憶能下降，機體免疫力下降，還會導致嚴重的身體依賴和精神依賴。目前研究證實，H2S在阿片依賴中發揮調節細胞內信號轉導，抑制腦細胞內異常激活的氧化應激反應，減少腦細胞異常凋亡，減輕阿片依賴所致的戒斷反應，以及改善阿片依賴所致動物學習記憶能力下降的作用。H2S作為一種氣體小分子，在細胞內作用位點廣泛，可多方面調節細胞內生物化學反應以維持細胞內穩態。因此，H2S對阿片依賴的影響亦是多方面調節后的綜合作用。隨著研究的深入，H2S對阿片依賴抑制作用的機制將會進一步揭曉，這將為今后治療阿片依賴提供新的診療思路與途徑。

[1]Goodwin LR，Francom D，Dieken FP，et al．Determination of sulfide in brain tissue by the gas dialysision chromatography：postmortem stuies and two case reports[J]．Anal Toxicol，1989，13（2）：105-109．

[2]Warenycia MW，Goodwin LR，Benishin CG，et al．Acute hydrogen sulfide poisoning：demonstration，of selective uptake of sulfide by the brainstem by measurement of brain sulfide levels[J]．Biochen Pharmacol，1989，38（6）：973-981．

[3]Awata S，Nakayama K，Suzuki I，et al．Changes in cystathionine gammatyase in various regions of rat brain during development[J]．Biochem Mol Bio Int，1995，35（6）：1331-1338．

[4]Singh S，Banerjee R．PLP-dependent H（2）S biogenesis[J]．Biochim Biophys Acta，2011，1814（11）：1518-1527．

[5]Abe K，Kimura H．The possible role of hydrogen sulfide as an endougenous neuromodulator[J]．Neurosic，1996，16（3）：1066-1071．

[6]Sbibuya N，Mikami Y，Kimura Y，et al．Vascular endouthelium expresses 3-mercaptopyruvate sulfurtransferase and produces hydrogen sulfide[J]．Biochem，2009，146（5）：623-626．

[7]Fume J，Saeed A，Levitt MD．Whole tissue hydrogen sulfide concentrations are orders of magnitude lower than presently accepted values[J]．Physiol Regul Integr Comp Physiol，2008，295（5）：R1479-1485．

[8]Whitfield NL，Kreimier EL，Verdial FC，et al．Reappraisal of H2S/sulfide concentration in vertebrate blood and its potential significance in ischemic preconditioningandvascularsignaling[J].PhysiolRegulIntegrCompPhysiol，2008，294（6）：R1930-1937．

[9]United Nations Office on Drugs and Crime.Word drug report 2013[J].Drug Alcohol Rev，2014，33（2）：216.

[10]Cami J，Farre M．Drug addiction[J]．N Engl Med，2003，349（10）：975-986．

[11]Finkel T，Holbrook NJ．Oxidants，oxidative stress and the biology of ageing[J]．Natutre，2000，408（6809）：239-247．

[12]Pan J，Zhang Q，Zhang Y，et al．Oxidative stress in heroin administered mice and natural antioxidants protection[J]．Life Sci，2005，77（2）：183-193．

[13]Xu B，Wang Z，Li G，et al．Heroin-administered mice involved in oxidative stress and exogenous antioxidant-alleviated withdrawal syndrome[J]．Basic Clin Pharmacol Toxicol，2006，99（2）：153-161．

[14]Jiang LH，Luo X，He Wa，et al．Effects of exogenous hydrogen sulfide on apoptosis proteins and oxidative stress in the hippocampus of rats undergoing heroin withdrawal[J]．Arch Pharm Res，2011，l34（12）：2155-2162．

[15]Yuan J，Yankner BA.Apoptosis in the nervous system[J]．Nature，2000，407（6805）：802-809．

[16]劉立偉，王新華，傅強．嗎啡成癮時腦細胞凋亡數目增加[J]．上海醫學，2012，35（10）：878-880．

[17]Kreek MJ，Zhou Y，Butelman ER，et al．Opiate and cocaine addiction：from bench to clinic and back to the bench[J]．Curr Opin Pharmacol，2009，9（1）：74-80．

[18]Bodnar RJ.Endogenous opiates and behavior：2007[J]．Peptides，2008，29（12）：2292-2375．

[19]Jiang LH，Wang J，Wei XL，et al.Exogenous sodium hydrosulfide can attenuate naloxone-precipitated withdrawal syndromes and affect cAMP signaling pathway in heroin-dependent rat′s nucleus accumbens[J].Eur Rev Med Pharmacol Sci，2012，16（14）：1974-1982.

[20]Yang HY，Wu ZY，Wood M，et al.Hydrogen sulfide attenuates opioid dependence by suppression of adenylate cyclase/cAMP pathway[J].Antioxid Redox Signal，2014，20（1）：31-41.

[21]Merrer J，Becker JA，Befort K.Reward processing by the opioid system in the brain[J].Physiol Rev，2009，89（4）：1379-1412.

[22]王宇晶，牛晨，陳遠壽．海洛因依賴大鼠VTA區NMDA受體介導的多巴胺神經元膜電流的變化[J]．神經解剖學雜志，2012，28（4）：385-391．

[23]Kimura H.Hydrogen sulfide induces cyclic AMP and modulates the NMDA receptor[J].Biochem Biophys Res Commun，2000，267（1）：129-133.

[24]Partlo LA，Sainsbury RS，Roth SH.Effects of repeated hydrogen sulphide（H2S）exposure on learning and memory in the adult rat[J].Neurotoxicology，2001，22（2）：177-189.

[25]羅孝美，潘貴書，陳遠壽.外源性硫化氫對海洛因成癮大鼠學習記憶能力的影響[J].遵義醫學院學報，2009，32（2）：108-110.

[26]秦偉，金寰，羅孝美，等.硫化氫對嗎啡依賴大鼠空間學習記憶及海馬NMDA受體表達的影響[J].遵義醫學院學報，2011，34（5）：453-456.

[27]羅孝美，陳遠壽，彭昌.硫化氫對海洛因依賴大鼠一氧化氮/一氧化氮合酶體系的影響[J].遵義醫學院學報，2011，34（6）：572-575.

[28]羅孝美，陳遠壽，彭昌.外源性硫化氫對海洛因依賴大鼠海馬長時程增強的影響[J].神經解剖學雜志，2013，29（3）：316-320.

10.3969/j.issn.1009-5519.2015.16.020

A

1009-5519（2015）16-2465-04

2015-03-09）

魏英（1990-），女，重慶合川人，在讀碩士研究生，主要從事神經疾病生理學方向的研究；E-mail：18786800943@163.com。

陳遠壽（E-mail：jcbshengli@163.com）。