缺血性脑卒中率、病死率高，发生机制十分复杂，包括细胞能量代谢障碍、兴奋毒性、氧化应激反应、炎症反应、神经细胞凋亡以及血脑屏障受损等。当前，治疗缺血性脑卒中最有效的方法是人类重组纤溶蛋白酶激活剂，但是这种方式的治疗时间窗太窄（3~4.5h，I/RI）。研究表明，硫化氢（H2S）具有抗氧化应激、抗炎症反应、抗神经细胞凋亡、血脑屏障等效应；低剂量生理浓度范围内H2S对各种器官和组织I/RI有作用。因此，阐明H2S在脑组织的生成及作用机制，或许可通过H2S的干预对脑缺血后I/RI进行防治。本文就H2S在脑缺血后I/RI中的作用及机制进行综述。
过去认为H2S是一种无色、臭鸡蛋味、剧毒性气体，但现今被是除一氧化氮和一氧化碳外的第三类气体信号。其在37℃和pH7.4生理盐水中，约有五分之一的H2S以未解离的形式存在，而其余五分之四则以HS-和S2-的形式存在。然而，有研究认为由氯离子通道或其他阴离子通道转运的HS-可能不会发挥生理作用。在人体内，大部分H2S可氧化生成二氧化硫，溶于水后可生成亚硫酸盐，再经过进一步氧化可形成硫酸盐，之后经各种代谢器官排出体外；H2S也可经甲基化代谢生成二甲硫醚，最后经肝脏或肠道排出体外。
内源性的H2S在哺乳动物体内的生成主要有3种途径：胱硫醚-β-合酶（cystathionine-β-synthase，CBS）、胱硫醚-γ-裂解酶（cystathionine-γ-lyase，CSE）和3-巯基丙酮酸转硫酶（3-mercaptopyruvatsulfurtransferase，3-MST）途径。早期认为，CBS途径是脑组织中产生H2S最主要途径。然而事实上，CBS虽然优先地表达在小脑胶质细胞和整个大脑组织，但是其在大脑中的活性只有其在肝脏中活性的1%，而CSE则主要表达在心血管系统。研究表明，脑组织90%的H2S都是通过3-MST途径由L型-半胱氨酸和a-酮戊二酸通过半胱氨酸氨基转移酶（cysteineaminotransferase，CAT）生成。除此之外，由于D型-氨基酸氧化酶在脑胶质细胞和神经元广泛表达，可由D型-半胱氨酸通过3-MST途径产生H2S，因此有学者提出D-型半胱氨酸作为生成H2S的一种新途径，具有潜在的治疗意义。
氧化应激条件下，过量活性氧簇（reactiveoxygenspecies，ROS）会导致动脉粥样硬化、神经元变性及炎症反应等。在I/RI时，氧化应激是导致脑损伤的一个关键机制。NADPH氧化酶（NADPHoxidase，NOX）家族是唯一专门形成ROS的蛋白酶家族，包括五个亚型NOX1~5。NOX3主要表达在内耳组织，在血管和脑组织中并没有表达，因此其最不可能与脑I/RI相关。而NOX1、NOX2和NOX4在生理条件下表达于中枢神经系统，包括颅内血管和神经组织。Wany等，在局灶性I/RI模型中，脑组织NOX4mRNA表达上调，而NOX2mRNA并没有上调，H2S干预后，NOX4mRNA表达被明显；同时，H2S干预后缺血半球NOX1mRNA表达虽然也受到，但是其在对照组的同侧半球表达量却低于假手术组，而认为其表达并不会加重I/RI。因此，我们推测，NOX1表达上调可能与脑缺血导致的相关损伤有关。
与此不同的是，Yin等报道，在全脑缺血模型中，H2S干预可以显著I/RI后p22phox和gp91phox（NOX2）表达上调。在脑I/RI导致的相关氧化反应中，丙二醛（malondialdehyde，MDA）和超氧化物歧化酶（superoxidedismutase，SOD）发挥重要作用。MDA是膜脂过氧化最重要的产物之一，能加剧质膜损伤，对线粒体呼吸链及α-酮戊二酸脱氢酶、丙酮酸脱氢酶等存在不同程度的损伤。而SOD是体内对抗氧代谢毒性效应的最重要的防御因素之一，I/RI后脑组织内MDA的含量显著上升而SOD的活性明显下降，H2S干预后，MDA水平明显降低，但SOD的活性却显著上调，减轻了脑I/RI。
相关促炎因子的上调是脑I/RI的关键因素之一，也是导致血脑屏障的重要原因。虽然基质金属蛋白酶（matrixmetalloproteinase，MMP）-9在脑中的表达和活性很低，但是脑缺血后表达上调。即使在恢复阶段，MMP-9可能发挥着有益作用，但在急性期高表达和活化的MMP-9是一个明显的毒性介质，是炎症促进血脑屏障损伤的重要因素。而肿瘤坏死因子（tumornecrosisfactor，TNF）-α在脑I/RI的发病过程中发挥多种作用，血管内皮细胞的粘附大量产生，促进白细胞浸润，放大炎症反应，增加ROS的生成，促进细胞凋亡。单核细胞趋化蛋白（monocytechemotacticprotein，MCP）-1是中枢神经系统最常见趋化因子，参与局部缺血的炎症反应并调节粘附及细胞因子的表达。在脑缺血模型中，H2S干预可显著I/RI后MMP-9、TNF-α及MCP-1的表达，从而减轻炎症反应及一系列级联反应。
白细胞介素（interleukin，IL）-1β和IL-10是脑I/RI发病机制中两种关键物质，分别参与促炎和抗炎反应。在脑I/RI模型中，IL-1β表达上调，H2S干预后其表达显著被，同时促使IL-10表达上调。此外，核因子-κB（neuclearfactorκB，NF-κB）也是脑I/RI时值得注意的关键因子之一。NF-κB的活化可以触发众多炎性因子的上调以及NOX4基因的表达，H2S可NF-κB核易位，从而减少局部炎症反应和NOX4衍生出的ROS产物。虽然H2SNF-κB核易位的具体机制仍不清楚，但是最近发现，H2S的供体包含体内代谢的ADP，可以通过钙/钙调蛋白依赖性蛋白激酶2的活化转导信号。这可能是H2SNF-κB核易位的一种机制。
脑I/RI可导致神经元大量凋亡，而H2S明显细胞凋亡，提高神经元存活率。研究发现，H2S不仅降低脑I/RI后ROS水平，而且还ROS介导caspase-3通激活，从而减少神经元凋亡。也有文献报道，在I/RI动物和细胞模型中，NaHS上调抗凋亡蛋白Bcl-2表达，降低促凋亡蛋白Bax表达，从而增加神经细胞的存活率。
I/RI时，会血管内皮细胞产生内源性H2S，并且通过激活血管平滑肌细胞ATP的钾离子通道，导致平滑肌细胞超极化和血管舒张反应。有研究报道，外源性给予大鼠NaHS作为H2S供体，可通过L-型电压的Ca2+通道，使大鼠大脑中动脉舒张。Han等通过大鼠I/R模型研究发现，由NaHS处理的大鼠脑血管组织内内皮依懒性超极化因子上调，从而大鼠脑动脉舒张。脑损伤后伴随而来的是组织的修复再生过程，如血管的生成和血管重塑。在血管生成中，其关键作用的是血管内皮生长因子，调节内皮细胞的生长和分化，并且可以联合血管生成素-1促进血管结构的形成。Jang等研究发现，H2S可通过Akt和ERK磷酸化Ang-1、Ang-2表达，并且通过PI3K-Akt信号途径介导内皮细胞生长因子基因的表达，共同参与脑I/RI后血管再生。
大脑海马区神经元对缺血十分，容易受损，严重影响学习和记忆功能。H2S可通过PI3K/Akt信号途径，增加Akt磷酸化，从而改善I/RI后海马神经元存活，进而减轻学习和认知功能障碍。也有报道指出，缺血后海马NOX2表达增加，具体作用及机制不详。
综上所述，脑I/RI的各种机制并不是单独发挥作用，而是联系相互促进，互为使动因素。虽然H2S脑I/RI的机制仍不明确，但H2S作为一种新的神经活性物质，广泛地参与生理及病理过程，具有抗氧化、抗炎、抗凋亡等效应。对正确认识和理解脑I/RI的发生、发展的机制具有重要意义，为神经系统相关疾病的临床诊断和治疗开辟了新思。
最新评论