硫化氫在肝癌中的作用及機制研究進展

代 鑫，謝 川，舒 鵬，陳思平，王 強，程 龍，駱助林，汪 濤

肝癌（HCC）是全球第六大常見的癌癥，也是與癌癥相關死亡的第二大主要原因[1]。肝癌一直是癌癥研究中研究最多的疾病之一，并已發(fā)現了許多潛在的治療靶點。然而，建立和發(fā)展最有效、最高效且安全的聯合療法，對抗極端耐藥的肝癌仍然是一個巨大挑戰(zhàn)。近十年來，隨著人類生活水平的提高以及飲食結構的改變，如肥胖病、酒精性肝硬化、非酒精性脂肪性肝硬化等病因導致的肝癌病例正呈現逐年上升的趨勢，面對肝癌病例的巨大增加，迫切需要為該病尋找新的、安全、有效的治療方式。

硫化氫（H2S）是繼一氧化碳(CO)和一氧化氮(NO)之后第三種與病理生理過程調節(jié)相關的氣體信號轉導分子[2]。在體內，H2S主要由L-半胱氨酸和L-同型半胱氨酸通過胱硫醚β-合成酶(Cystathionine-β-synthase,CBS)、3-巰基丙酮酸硫基轉移酶（3-MST）)以及胱硫醚γ-裂解酶(CTH/CSE)合成的[2-3]。近幾年來，越來越多的研究表明[4-6]，H2S在肝癌的發(fā)生和發(fā)展中起著至關重要的作用。但是，H2S在肝癌的發(fā)生、發(fā)展中的作用機制尚不清楚。有文獻報道，在肝癌中，H2S既參與了疾病的抑制[7]，也參與了疾病的進展[8]。基于H2S在肝癌發(fā)生、發(fā)展中的“雙重作用”可能為當前肝癌的治療提供巨大潛力。本綜述將從H2S在肝臟的生物合成與代謝、介導的腫瘤調控機制以及參與HCC發(fā)生、發(fā)展的路徑來進一步闡明H2S在肝癌中的作用，為H2S在未來肝癌的治療策略中提供新的思路。

1 硫化氫在肝臟的合成與代謝

H2S是一種伴有臭雞蛋氣味的無色水溶性氣體[9-10]。在生理pH下，將近三分之二的H2S以H+和硫氫化物陰離子的形式存在，然后分解為H+和硫化物離子[11]。在哺乳動物中，H2S主要是由胱硫醚γ-裂合酶(CSE)和胱硫醚β-合酶(CBS)從L-半胱氨酸和L-高半胱氨酸產生[12]，而3-巰基丙酮酸硫轉移酶(3-MST)與半胱氨酸氨基轉移酶(CAT)結合，在α-酮戊二酸(α-KG)存在的情況下由L-半胱氨酸生產H2S[3-10]。

H2S作為第三種氣體信號分子，在多種病理生理過程中起著重要的調節(jié)作用，如血管生成[13]、血管舒張[14]、神經元活性[15]以及炎癥[16]。而肝臟則是產生及清除H2S的重要器官[10,17]。在肝臟組織中，已檢測到CSE，CBS及3-MST的表達，并且它們在不同程度上促進肝臟產生H2S[10]。

2 硫化氫介導的腫瘤調控機制

H2S除了調節(jié)體內的許多生理過程，在腫瘤的進展中也起著至關重要的作用。H2S涉及腫瘤調節(jié)的機制之一則是通過與細胞轉運蛋白[18]或離子通道[19]的相互作用實現的。已有研究發(fā)現[20]，抑制T型通道可通過抗增殖、誘導細胞凋亡途徑以及提高腫瘤細胞對抗癌藥物的敏感性來增強抗腫瘤活性。然而，Cranados等[21]研究發(fā)現，用1μM/L-1mM/L NaHS處理HEK293細胞可通過促進鋅離子的細胞結合來抑制電壓門控的T型特異性Ca2+通道。由此可見，H2S可能通過抑制Ca2+通道來增強其抗腫瘤活性。研究表明[22]，H2S亦可通過促進過氧化物酶體增殖物激活受體的核易位而觸發(fā)谷氨酸轉運蛋白-1（GLT-1）的激活，而GLT-1的激活對于腫瘤細胞可能具有抑制作用。綜上可知，H2S可能通過與細胞轉運蛋白或者離子通道之間的相互作用參與對腫瘤的調控。

H2S參與調節(jié)腫瘤的另一個關鍵機制是與其他氣體分子之間的功能互連。H2S、CO和NO之間的這種潛在聯系是H2S在調節(jié)腫瘤活動中發(fā)揮其作用的關鍵機制。研究發(fā)現，外源性給予H2S、CO和NO 3種氣體分子中的任何1種處理人乳腺癌細胞，可促進腫瘤細胞中的抗增殖能力、活性氧(ROS)的耐受性以及促凋亡反應來抑制腫瘤的發(fā)展[23]。同樣地，另一項研究也發(fā)現，使用H2S、CO或NO供體（依次為GYY4137、一氧化碳釋放分子-3和S-亞硝基-N-乙酰基-D，L-青霉胺）處理HCT116結腸癌細胞，通過調節(jié)AKT、環(huán)磷酸鳥苷(cGMP)/血管舒張因子刺激的磷酸蛋白(VASP)以及P44/42絲裂原蛋白激酶（MAPK）途徑可顯著抑制腫瘤細胞增殖、遷移以發(fā)揮其抗癌活性[24]。根據上述實驗數據可知，H2S與細胞轉運蛋白和離子通道之間的相互作用以及與NO、CO之間的這種潛在聯系在調節(jié)腫瘤生物學活動中起著重要作用。

3 硫化氫對肝癌的“雙重作用”

關于硫化氫在腫瘤領域的相關性研究結果一直存在一個看似爭議的結果。即硫化氫在腫瘤的進展中既可起到促進作用亦可抑制其發(fā)生發(fā)展。隨著硫化氫與腫瘤相關性研究的不斷深入，直到最近幾年，關于硫化氫“鐘型”或者說低濃度與高濃度的“雙重作用”學說的提出才使得其在腫瘤中的這一矛盾結果得到解釋。此部分也將根據H2S的這一特性，對低濃度和高濃度范圍硫化氫在肝癌發(fā)生、發(fā)展中的作用及機制進行綜述。

3.1 高濃度硫化氫抑制肝癌發(fā)生發(fā)展 多項研究表明，H2S及其合成酶與腫瘤的發(fā)生發(fā)展密切相關[25]。據報道，H2S可以通過調節(jié)氧化應激與自由基的相互作用來激活致癌信號通路從而參與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展[26]。Chen等[27]研究發(fā)現，在HepG2和SMMC-7721細胞中CBS表達上調，并且抑制內源性CBS/H2S會降低SMMC-7721細胞的活力與增殖能力。 研究發(fā)現，H2S對人正常肝細胞的增殖和活力沒有明顯影響，但是當給予高濃度(600～1000μM)NaHS則會成劑量依賴性地抑制SMMC-7721和Huh-7細胞的生長[6]。

金屬基質蛋白酶9(MMP-9)作為MMPs家族中的重要成員之一，參與了腫瘤的遷移和侵襲，并通過ERK1/2信號通路來調節(jié)。有文獻報道，肝癌組織中高表達的MMP-9與腫瘤的侵襲和轉移密切相關[28]。Oláh等[29]在研究中發(fā)現，在給予高濃度NaHS處理的HCC細胞中，MMP-9蛋白表達下調，提示H2S可能通過下調MMP-9來抑制肝癌的遷移。此外，在Wu等[6]進行的體外試驗中觀察到，給予高濃度(800～1000μM)NaHS處理的HCC裸鼠組的腫瘤較對照組明顯減小，表現出顯著的抗HCC作用。最近的一項研究發(fā)現[5]，給予10-3M NaHS處理可通過PI3K/AKT/mTOR信號通路誘導細胞自噬來抑制HCC細胞的遷移、增殖與分裂。由此可見，H2S可通過抑制增殖、誘導凋亡、抑制遷移與侵襲等多種途徑發(fā)揮其抑癌作用。

3.2 低濃度硫化氫促進肝癌發(fā)生、發(fā)展 大量研究表明，NF-κB可通過調節(jié)凋亡、侵襲以及細胞周期等相關因子的轉錄來參與腫瘤的發(fā)展與轉移，并且已經逐漸成為多種惡性腫瘤的治療靶點[30]。而NF-κB的激活與肝癌的發(fā)生與發(fā)展同樣密切相關[31]。Zhen等[8]研究發(fā)現，在給予低濃度（500μmmol/L）NaHS處理的PLC/PRF/5肝癌細胞中，H2S可通過放大NF-kB的激活效應，對腫瘤細胞表現出促增殖、抗凋亡、促侵襲和遷移的作用。在另一項研究中，當給予10～100μM NaHS時，H2S可通過激活EGFR/ERK/MMP-2信號通路促進人HCC細胞的生長與遷移。此外，Kajimura等[32]也研究發(fā)現，用低濃度的外源性NaHS（5 mmol/L～10-4mmol/L）處理HepG2細胞，H2S可能通過激活蛋白酶活化細胞的增殖周期，從而誘導細胞增殖[6]。

綜上可知，內源性H2S或相對較低水平的外源性H2S可以促進HCC細胞的生長，而用較高濃度的外源性H2S進行治療則可能表現出顯著的抗癌作用。由此筆者推測，H2S誘導的促癌和抑癌作用之間可能存在一種微妙的平衡關系，當這種平衡關系被打破時，H2S則會在腫瘤的發(fā)生與發(fā)展中發(fā)揮其重要作用。因此，癌細胞中產生H2S的酶的敲除以及釋放H2S的載體/藥物的開發(fā)可能為肝癌治療提供新的途徑。

4 展望

長期以來，H2S一直被認為是一種有毒有害的氣體。近幾年，隨著對硫化氫在體內生理和病理功能研究的深入，人們發(fā)現H2S除了在肝臟缺血-再灌注損傷、肝硬化、NAFLD/NASH等非癌性疾病的病理生理活動中起著重要作用，在腫瘤的病理生理活動中的作用及機制也在逐漸被揭示，并掀起了一股H2S在腫瘤領域的研究熱潮。而H2S在肝癌方面的作用，現有的試驗數據已經明確了在相對較低的濃度范圍內H2S可以促進HCC進展而在高濃度范圍內則可抑制HCC進展的雙重作用模式。基于此特點，硫化氫合成酶抑制劑、硫化氫載體（如Na2S、NaHS、GYY4137）以及硫化氫釋放基團與非甾體類抗炎藥物的嵌合體可能作為抗肝癌的新型藥物。并且隨著硫化氫在肝癌中的作用及確切機制的深入研究，硫化氫可能成為肝癌治療的一個極具潛在價值的治療靶點，并且為目前抗腫瘤新藥的研發(fā)以及肝癌的藥物治療提供新的思路，從而產生巨大的潛在臨床價值。