2. 济宁医学院附属医院, 济宁 272029
2. Affiliated Hospital of Jining Medical University, Jining 272029, China
动脉钙化是一种导致动脉血管硬化和功能障碍的疾病。慢性肾脏病、糖尿病、高血压等疾病常伴有动脉钙化，严重的动脉钙化可以导致心力衰竭、动脉粥样硬化斑块破裂、心肌梗死等疾病[1]。动脉血管壁中的血管平滑肌细胞(vascular smooth muscle cells，VSMCs)在各种因素刺激下，会从正常的收缩表型转变为具有分泌功能的成骨样表型[2]，这一过程是动脉钙化的关键。根据动脉血管壁钙化的部位，可以大致的将动脉钙化分为两种不同的形式：中层钙化，类似VSMCs内层羟基磷灰石矿化导致的血管内膜的骨化过程；内膜钙化，一种以粥样斑或斑块为特征的血管内膜内进行性炎症综合征[3]。硫化氢(hydrogen sulfide，H2S)是一种水溶性气体信号分子，是许多生理过程的重要介质，比如抗氧化、抗炎、抗凋亡、细胞保护、促血管生成的作用[4]。因此，深入探索H2S在动脉钙化的发生发展中的作用，有望为动脉钙化患者的防治提供新的方向。
1 H2SH2S是一种带有典型臭鸡蛋味的水溶性气体，可导致人突然短暂的意识丧失[4]。H2S是生理性血管舒张和血压调节剂。心血管系统的H2S是由胱硫醚-Y-裂解酶生理产生的，小鼠缺乏胱硫醚-Y-裂解酶时会表现出明显的高血压，并且呈内皮依赖性血管舒张减弱[5]。H2S的产生主要受三种吡哆醛5'-磷酸依赖酶(胱硫醚-β-合酶、胱硫醚-Y-裂解酶和3-巯基丙酮酸硫转移酶)的调控[6]。H2S通过调节Ca2+通道的Ca2+流入来控制基质细胞的功能，从而使胱硫醚-β-合酶缺陷小鼠表现出一种骨减少表型，用H2S供体吗啉-4-4甲氧基苯基(吗啉代)次膦酸二硫代酯补充血液H2S水平可预防或逆转骨质的流失[7]。
2 H2S与动脉钙化 2.1 H2S与磷酸盐转运蛋白对动脉钙化的影响通过Ⅲ型钠依赖性磷酸盐共转运蛋白(sodium-dependent phosphate, Pit-1)吸收磷酸盐对VSMCs钙化和磷酸盐升高导致的VSMCs表型调节至关重要[8]。抑制胱硫醚-Y-裂解酶活性减少内源性H2S的生成可导致VSMCs成骨样分化和矿化增加，而内源性或外源性H2S都通过抑制Pit-1减轻高磷诱导的人主动脉平滑肌细胞钙化[9]。
2.2 H2S与细胞内应激反应对动脉钙化的影响 2.2.1 H2S与氧化应激对动脉钙化的影响氧化应激是指体内氧化与抗氧化作用失衡的一种状态，氧化物引起组织的分子氧化，造成组织损伤。机体内存在两类抗氧化的系统：1)酶抗氧化系统，包括超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、谷胱甘肽过氧化物酶等。2)非酶抗氧化系统，包括维生素C、维生素E、谷胱甘肽、褪黑素等。核因子kB(nuclear factor kappa-B, NF-kB)蛋白家族可以与B细胞上的k-轻链增强子结合调控细胞对外界各种刺激因子的反应。VSMCs在外界不利因素刺激下发生氧化应激以及NF-kB对刺激因子的反应与动脉钙化有关[10]。H2S可以通过对抗氧化应激减轻高磷、高糖诱导的VSMCs钙化。具体机制可能是直接清除氧化物，或者促进抗氧化物超氧化物歧化酶等的生成[11]。
2.2.2 H2S与内质网应激对动脉钙化的影响内质网是真核细胞中最大的细胞器之一，大量的遗传和环境损伤阻碍了细胞正确折叠和翻译后修饰内质网中分泌和跨膜蛋白的能力，导致错误折叠的蛋白质在细胞器中积聚，这种情况称为内质网应激。内质网应激与多种心血管疾病以及动脉钙化的发生和发展有关[12]。内质网应激引起的VSMCs凋亡会促进动脉钙化的发生，并促进VSMCs的表型转化[13]。H2S可通过抑制内质网应激来改善大鼠动脉钙化，这可能是通过上调Akt(一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，可抑制细胞凋亡)和磷酸化Akt的蛋白质水平，激活Akt信号通路改善内质网应激，从而减轻动脉钙化[14]。
2.3 H2S与成骨样转化因子对动脉钙化的影响碱性磷酸酶(alkaline phosphatase，ALP)是成骨细胞的一种细胞外酶，可促进骨的形成，在动脉钙化成骨样分化中发挥重要作用[15]。核心结合因子α-1(core-binding factor alpha-1，Cbfa1)是成骨细胞分化，骨基质基因表达以及骨矿化所需的成骨细胞特异性转录因子[16]。骨形态发生蛋白(bone morphogenetic protein，BMP)信号传导在VSMCs的成骨样分化中具有重要作用，是动脉钙化的关键，其可以通过诱导氧化应激和内质网应激促进VSMCs钙化[17]。H2S可以通过减少细胞内外钙沉积并抑制VSMCs成骨样转化的基因的表达而减轻动脉钙化[18]。H2S也可以通过抑制血浆ALP活性升高，从而发挥抗动脉钙化作用[19]。内源性或外源性H2S都能通过抑制成骨细胞特异性基因(如ALP，BMP和Cbfa1)的上调来减轻动脉钙化[20]。
2.4 H2S与动脉钙化相关的信号通路间的联系 2.4.1 H2S与Stat3/CAS信号通路信号转导和转录激活因子(Signal Transducer and Activator of Transcription，Stat)蛋白是一个细胞质转录因子家族，共有7个成员，其中Stat3与动脉钙化显著相关[21]。组织蛋白酶S是一种半胱氨酸蛋白酶，可刺激炎症以及巨噬细胞趋化性并促进钙化[22]。弹性蛋白是血管壁细胞外基质主要结构成分之一，内皮细胞和成纤维细胞等可以合成并分泌弹性蛋白，当弹性蛋白降解时动脉钙化明显增加[23]。以高糖条件诱导人主动脉VSMCs钙化，予以胱硫醚-Y-裂解酶抑制剂会加剧人主动脉VSMCs钙化，刺激Stat3活化，增加组织蛋白酶S活性，降低弹性蛋白表达，而胱硫醚-Y-裂解酶过表达时结果相反。由此证明H2S可能通过抑制Stat3/CAS信号来增加弹性蛋白水平，从而减轻动脉钙化[24]。H2S可以降低Stat3、组织蛋白酶S活性，改善主动脉弹性蛋白的表达。外源性NaHS处理可恢复糖尿病大鼠的胱硫醚-Y-裂解酶活性，抑制主动脉成骨样转化[25]。
2.4.2 H2S与MAPK信号通路丝裂原激活蛋白激酶(mitrogen-activated protein kinase，MAPK)是细胞内的一类丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶。MAPK信号转导通路存在于大多数细胞内，参与分化细胞的减数分裂，有丝分裂和有丝分裂后功能的调控[26]。H2S可以通过MAPK途径抑制VSMCs的增殖减轻动脉钙化，并且这种效果在一定范围内与H2S的剂量呈正比[27]。
2.4.3 H2S与Keap1/Nrf2/NQO1信号通路核因子红系2相关因子2 (nuclear factor erythroid-2 related factor 2，Nrf2)是一种抗氧化应激的氧化还原敏感的转录因子，而Kelch样ECH相关蛋白1 (Kelch-like ECH-associated protein 1, Keap1)通过靶向蛋白酶体降解来负调节Nrf2活性，Nrf2-Keap1是一种旨在保持细胞内环境稳定的防御系统[28]。NAD(P)H：醌氧化还原酶1(NAD(P)H: quinone oxidoreductase 1, NQO1)是一种双电子还原酶，由Nrf2调控，对体内抗氧化物质起着重要的保护作用[29]。NQO1受Keap1/Nrf2途径的转录控制，而HS-会导致Nrf2易位到细胞核中，随后诱导NQO1。当NQO1或上游转录因子Nrf2沉默时，H2S的钙化抑制作用丧失，并且损害Nrf2的活性会加剧动脉钙化程度，这证明H2S可以通过激活Keap1/Nrf2/NQO1减轻VSMCs钙化[30]。
3 小结与展望综上所述，H2S可通过抑制血管平滑肌细胞膜上的Pit-1，从而抑制磷酸盐吸收；通过直接清除氧化物，或者促进抗氧化物超氧化物歧化酶等的生成对抗氧化应激发挥抗动脉钙化作用；通过Akt信号通路改善内质网应激、抑制成骨细胞特异性基因的上调、抑制Stat3/CAS信号来增加弹性蛋白水平、通过MAPK途径抑制VSMCs的增殖、通过激活Keap1/Nrf2/NQO1信号通路保护抗氧化物质，进而减轻动脉钙化。
虽然近年来，H2S抑制动脉钙化的分子机制已逐渐被认识，但目前研究仍较少，并且大部分研究集中在体外研究，对体内研究较少，同时由于H2S的毒性作用，如何控制其药理和毒理作用需进一步研究。未来可以扩展H2S抑制动脉钙化的体内研究，为临床试验提供可靠依据。总之H2S能够抑制动脉钙化的现象为临床预防及治疗动脉钙化提供了新思路。随着研究的不断深入，H2S有望成为临床治疗动脉钙化、预防心血管疾病的可行方法。
利益冲突：所有作者均申明不存在利益冲突。
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