外源性硫化氫對糖尿病心肌病保護作用機制的研究進展

易登良，曾奇虎，范忠才

(西南醫科大學附屬醫院，四川瀘州646000)

關鍵字：糖尿病心肌病；硫化氫；氧化應激；自噬；炎癥反應

糖尿病是以慢性高血糖為特征的代謝性疾病，長期的高血糖可引起心肌廣泛代謝障礙，主要表現為心肌的肥厚及纖維化，繼而出現心臟舒縮功能障礙，稱之為糖尿病心肌病(DCM)，是糖尿病常見且嚴重的并發癥之一，給患者家庭及社會帶來了巨大挑戰。硫化氫(H2S)是一種無色、有臭雞蛋味的內源性氣體信號分子，在心肌細胞可通過胱硫醚-γ-裂解酶(CSE)作用于L-半胱氨酸產生。研究發現，在DCM大鼠模型血液中H2S水平顯著降低[1]，CSE蛋白活性及表達水平明顯下降，而激活CSE蛋白可減輕DCM的心肌損傷[2]。此外，大量研究表明外源性H2S可顯著改善DCM心肌間質纖維化，改善心臟舒縮功能，對DCM有一定的保護作用[3]。本文就近年來H2S對DCM心肌保護作用機制的研究進展進行綜述。

1 氧化應激通路

氧化應激是指機體細胞在受到各種內外環境刺激后，致使細胞內活性氧類(ROS)生成過多，超過機體內抗氧化的代償能力，從而導致氧化與抗氧化系統之間的失衡，引起體內氧自由基的蓄積，造成機體組織及細胞損傷的過程。其中DCM發病的中心環節即是高糖環境使線粒體呼吸鏈的氧自由基生成過多，導致細胞中氧化應激加劇、內皮細胞功能紊亂、血管收縮和心肌微循環功能下降。通過對DCM患者血清的檢測，發現8-羥基脫氧鳥苷水平顯著增高，且隨著心功能不全的嚴重程度而升高[4]；同樣地，DCM動物模型中其心肌細胞內ROS水平亦明顯增高，氧化應激反應增強[5]，均提示氧化應激在DCM進程中發揮了重要作用。

楊銳等[6]研究發現，DCM大鼠心肌組織中脂質過氧化物丙二醛含量增加，抗氧化酶超氧化物歧化酶(SOD)和谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)的活性明顯降低，且使用外源性H2S干預后丙二醛含量下降，而SOD及GSH-Px的活性顯著升高，心肌超微結構損傷得到明顯改善，推測H2S對DCM大鼠的保護作用機制可能為提高心肌細胞中抗氧化酶活性，抑制ROS和脂質過氧化物酶生成，減輕氧化應激損傷。研究表明，外源性H2S可以抑制高糖所致的原代心肌細胞和H9c2心肌細胞株中p38絲裂原活化蛋白激酶和ERK1/2信號通路，下調線粒體NADPH氧化酶4(NOX4)，從而阻止線粒體細胞色素c釋放，保護線粒體功能，減少ROS的生成，改善高糖導致的氧化應激對心肌細胞損傷作用[7，8]。Zheng等[9]研究發現，在DCM大鼠模型中使用H2S或其供體GYY4137同樣可以激活ERK1/2信號通路，下調線粒體NOX4的表達，保護糖尿病心肌損傷。以上均表明，外源性H2S可能通過影響氧化應激機制而保護DCM的心臟功能。

2 細胞自噬通路

細胞自噬是機體吞噬自身細胞器或細胞質蛋白并使其包被入囊泡，與溶酶體結合形成自噬溶酶體，降解所包裹的內容物的過程，以胞質中出現雙層膜結構的自噬體為主要特征，其對清除受損或不需要的細胞器、蛋白質和脂質聚集至關重要。通常所說的自噬即指巨自噬，主要包括雷帕霉素靶蛋白(mTOR)信號通路及Ⅲ型磷酸磷脂酰肌醇激酶(ClassⅢ PI3K)-Beclin1信號通路，其中哺乳動物細胞自噬泡的形成過程還與Atg12結合和LC3修飾這兩條泛素樣修飾過程息息相關。研究發現，自噬小體的積累參與了各種因素造成的心肌受損的病理過程，如慢性心衰、心肌肥大和擴張性心肌病、缺血再灌注損傷等，而自噬的下調在用鏈脲霉素誘導的1型糖尿病小鼠模型中被報道，其在DCM中的病理作用也逐漸受到關注[10]。

徐群[11]通過對AC16人心肌細胞干預發現，糖尿病心肌病組較正常對照組相比Bax蛋白、P62蛋白顯著上調，而LC3-Ⅱ/Ⅰ和Beclin-1水平降低，表明糖尿病心肌損傷與心肌細胞自噬水平的降低和凋亡的增加密切相關，而使用外源性H2S可激活心肌細胞自噬，以改善高糖引起的心肌損傷，此外進一步加用自噬抑制劑Bafilomycin A1則發現，其可以抵消外源性H2S介導的心肌保護作用。同樣發現在DCM大鼠中，早期心肌內自噬水平被顯著抑制，同時伴有心室重構及舒張功能障礙，而使用外源性H2S干預后可上調自噬相關因子Agt5和LC3-Ⅱ/Ⅰ的蛋白表達水平，明顯改善心功能，由此認為外源性H2S保護DCM心功能與上調心肌自噬、抑制凋亡相關。

AMP依賴的蛋白激酶(AMPK)是mTOR上游區域的活化區，激活AMPK可抑制mTOR，從而上調自噬。現已發現外源性H2S可以上調AMPK磷酸化水平抑制mTOR，激活自噬，對抗高糖所致心肌損傷，且其作用與直接使用AMPK激活劑ARCAR效應類似；而外源性H2S聯用AMPK抑制劑Ara-A則會抵消H2S的心肌保護作用，證實了外源性H2S可以通過AMPK/mTOR信號通路激活自噬改善高糖所致心肌損傷[12]。同樣地，Yang等[13]研究發現，外源性H2S在DCM動物模型中也能通過AMPK/mTOR信號通路激活自噬對抗DCM所致心肌損傷。

此外，泛素化與自噬緊密相關。研究表明，Kelch樣環氧氯丙烷相關蛋白1(Keap-1)在泛素調節的蛋白降解中發揮了重要作用。Wu等[14]研究發現，H2S可以通過上調Keap-1的表達調節泛素化，以激活自噬，減輕糖尿病的心肌損害。

3 炎癥反應通路

炎癥反應是指在各種因素的刺激下導致體內IL-1β、NF-κB等相關炎癥因子的釋放，引起組織細胞損傷的過程。多項研究表明，炎癥反應在DCM發生發展中發揮重要作用；已發現STZ誘導的高糖血癥大鼠，其血清及心臟中存在多種炎癥細胞因子表達上調[15]。研究發現，DCM心肌細胞核內p-NF-κB p65的累積顯著增加[16]，NF-κB活化時間顯著延長，而NF-κB活化可促進動物發展為DCM。p38分裂原激活的蛋白激酶(MAPK)是MAPK家族中調控炎癥反應最關鍵的因素，宋冰等[17]實驗顯示糖尿病組與正常對照組相比p38 MAPK、NF-κB p65 mRNA表達明顯增加，心肌間質明顯纖維化；而使用H2S干預組心肌纖維化明顯改善，p38 MAPK及NF-κB p65 mRNA表達水平顯著減少，由此可推測外源性H2S可能通過調節p38 MAPK和NF-κB p65介導的炎癥反應改善糖尿病小鼠心肌纖維化。同樣，Xu等[18]研究也發現，外源性H2S改善DCM心功能可能通過抑制NF-κB和IL-1β炎癥因子的激活實現。

炎癥小體對炎癥因子的成熟、分泌起到了重要作用。目前， NOD樣受體家族3(NLRP3)炎癥小體的研究最為深入，多種外源性和內源性刺激物均可激活NLRP3炎癥小體。高糖可導致H9c2心肌細胞內NLRP3炎癥小體激活，使下游炎癥因子IL-1β和IL-18升高，而H2S可通過減少NLRP3、pro-Caspase-1、Caspase-1以及IL-1β等的表達，改善心肌炎癥狀態、細胞凋亡，從而改善心肌纖維化和保護心臟功能[15]。

4 其他相關通路

4.1 Janus激酶/信號轉導與轉錄激活子(JAK/STAT)信號通路 JAK/STAT信號通路是機體重要信號轉導通路之一，而JAK2/STAT3通路在進化上高度保守，對炎癥反應具有重要的調控作用。炎性因子IL-1β、IL-6和TNF-α與JAK2/STAT3通路存在一種惡性循環的環路調節機制，研究發現H2S干預組與對照組相比心肌組織中Ⅰ型、Ⅲ型膠原蛋白、p-STAT3、p-JAK2和炎性因子IL-1β、IL-6、TNF-α的表達顯著降低；因此，推測H2S可能通過下調JAK2/STAT3通路和相關炎性因子的表達，來減輕DCM心肌間質纖維化[3]。

4.2 基質金屬蛋白酶家族(MMPs)通路 心肌組織中高表達的MMP-2隸屬于MMPs的一種亞型，能有效降解心肌細胞外基質，是心肌抗纖維化的重要組成部分；而基質金屬蛋白酶抑制劑(TIMPs)可以通過功能區中的半胱氨酸殘基與MMPs活性中心的鋅離子結合，使得具有活性的MMPs失活。而外源性H2S干預組存在MMP-2表達上調，TIMP-2表達下調，MMP-2/TIMP-2比值顯著升高。因此，H2S可能通過上調MMP-2、下調TIMP-2的表達來改善糖尿病大鼠的心肌纖維化程度[19]。

4.3 Nampt-SirT3-CPT/LCAD通路 孫宇等[20]研究發現，H2S可通過調控Nampt-SirT3-CPT/LCAD乙酰化水平，減輕由STZ誘導的糖尿病大鼠心肌纖維化，改善心臟結構與功能。此外也有研究發現，H2S可以通過抑制心肌組織內的內質網應激標記物C/EBP同源蛋白、內質網應激伴侶蛋白葡萄糖調節蛋白78等的表達，調控Caspase-12下傳的凋亡信號，對抗心肌細胞凋亡。

綜上所述，H2S對DCM心臟功能的改善發揮了重要的作用，已研究的相關機制氧化應激、細胞自噬、炎癥反應等在其發生發展中起了重要作用，但其相互交錯，相互影響，具體作用機制仍不明確；因此H2S對DCM心臟的影響仍然需要進一步研究。