背景介紹:內(nèi)源性氣體信號(hào)分子H2S主要由l-半胱氨酸通過酶的活性產(chǎn)生，包括在廣譜組織中的胱硫醚-γ-裂解酶(CSE)和胱硫醚-β-合酶(CBS)。內(nèi)源性H2S參與許多生理和病理生理過程，例如血管、葡萄糖穩(wěn)態(tài)、神經(jīng)活動(dòng)、血管張力，以及腦、肝、肺、腎和心臟的缺血再灌注(I/R)損傷。H2S供體化合物通過抑制炎癥反應(yīng)顯著減輕I/R和LPS誘導(dǎo)的急性肺損傷(ALI)。H2S還抑制高氧誘導(dǎo)的ALI(HALI)肺組織中活性氧的產(chǎn)生。然而，迄今為止，H2S在肺中的生理功能在很大程度上仍然未知。盡管已經(jīng)有研究證明H2S在小鼠肺血管發(fā)育和肺泡形成中起關(guān)鍵作用。但是成年小鼠缺乏H2S是否會(huì)導(dǎo)致肺功能障礙還沒有進(jìn)行完全的研究。研究人員研究了Cse-/-基因敲除小鼠的動(dòng)脈血氧飽和度(SaO2)。研究發(fā)現(xiàn)SaO2在這些小鼠中減少，這通過給予H2S供體化合物GYY4137逆轉(zhuǎn)。發(fā)現(xiàn)降低的SaO2與肺部炎癥和氧化應(yīng)激水平升高有關(guān)。此外證明了GYY4137改善了野生型(WT)小鼠中由10%缺氧引起的SaO2降低，并抑制了肺組織中的炎癥反應(yīng)和氧化應(yīng)激。

Unisense微呼吸系統(tǒng)的應(yīng)用

使用與Unisense PA 2000放大器耦合的小型化H2S微呼吸電極。確定肺組織中H2S產(chǎn)生的實(shí)時(shí)動(dòng)力學(xué)。將肺組織勻漿，然后將勻漿在4°C下以5,000 rpm離心5分鐘以去除任何剩余的組織塊。將37°C的1毫升分析緩沖液（PBS中的1mM L-半胱氨酸和2mM吡哆醛-5‘-磷酸鹽）加入到接地良好的法拉第籠內(nèi)的溫控微呼吸瓶中（Unisense）。避免自發(fā)的H2S氧化，氮?dú)庥糜趯?duì)呼吸室中的分析緩沖液進(jìn)行脫氧。硫化氫傳感器信號(hào)穩(wěn)定后，將50μl肺蛋白溶液（10-20mg）注入腔室，實(shí)時(shí)記錄H2S的產(chǎn)生過程。H2S生成速率在每個(gè)跡線的初始最陡坡處確定。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

研究表明，CSE缺乏會(huì)導(dǎo)致許多器官的SaO2水平降低和組織缺氧，而H2S補(bǔ)充可逆轉(zhuǎn)SaO2水平并改善組織缺氧。SaO2水平降低與肺損傷有關(guān)，但與CSE缺乏小鼠肺部的氣道阻力和血液灌注無關(guān)。內(nèi)源性H2S參與肺組織中促氧化劑和抗氧化劑之間的生理平衡，從而保護(hù)肺免受氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)。該研究闡明了H2S作為缺氧治療劑的作用。

圖1、降低的H2S水平有助于降低Cse-/-小鼠的SaO2和組織缺氧。WT和Cse-/-小鼠用鹽水或GYY4137(50mg/kg)給藥。注射后二十四小時(shí)，將小鼠麻醉并測量SaO2水平。（A），血氧飽和2水平在WT和Cse的-/-小鼠用鹽水或GYY4137治療。(B)，WT和Cse-/-小鼠心臟、肺和腎臟中Hypoxyprobe信號(hào)的代表性圖像，使用鹽水或GYY4137給藥。

圖2、H2S缺乏不影響肺氣道阻力。WT和Cse-/-小鼠用鹽水或GYY4137(50mg/kg)給藥。24小時(shí)后，將小鼠麻醉，然后使用AniRes2005肺功能分析儀分析肺吸氣阻力（Ri）（A）、呼氣阻力(Re)（B）、和動(dòng)態(tài)合規(guī)系統(tǒng)（C）、和采用AniRes2005肺功能分析系統(tǒng)進(jìn)行分析。

圖3、肺血流量增加不影響SaO2和腎臟和心臟組織缺氧。(A)，肺血流的代表性LDI分析。(B)，小鼠肺血流量的累積數(shù)據(jù)。(C)，用鹽水或匹那地爾處理的WT和Cse-/-小鼠中的SaO2水平。(D)，WT和Cse-/-小鼠心臟和腎臟中Hypoxyprobe信號(hào)的代表性圖像，用鹽水或匹那地爾處理。

圖4、WT和Cse-/-小鼠肺組織中的CSE表達(dá)定位和H2S產(chǎn)生。(A)，通過免疫細(xì)胞化學(xué)分析WT和Cse-/-小鼠肺組織中的CSE表達(dá)。WT和Cse-/-小鼠肺組織中CSE表達(dá)的代表性圖像。箭頭表示CSE陽性染色。(B)，WT和Cse-/-小鼠肺組織中H2S的產(chǎn)生率。黑色痕跡，WT小鼠肺組織勻漿中H2S產(chǎn)生的代表性痕跡。紅色痕跡，代表痕跡Cse-/-小鼠肺組織勻漿中的H2S產(chǎn)量。

圖5、GYY4137治療可改善Cse-/-小鼠肺組織的病理改變并抑制炎癥。WT和Cse-/-小鼠用鹽水、GYY4137(50mg/kg)或吡那地爾(2.8μmol/kg)給藥。注射后24小時(shí)處死小鼠，然后收集肺組織進(jìn)行形態(tài)學(xué)分析和促炎細(xì)胞因子的測定。(A)WT和Cse-/-小鼠肺組織H&E染色的代表性圖像，用鹽水或GYY4137處理。(B)、WT和Cse肺損傷評(píng)分的累積數(shù)據(jù)-/-用生理鹽水或GYY4137處理的小鼠。(C)、用鹽水或GYY4137處理的WT和Cse-/-小鼠肺組織中的IL-8、IL-1β和TNF-α水平。(D)WT和Cse-/-小鼠肺組織中的IL-8、IL-1β和TNF-α水平，生理鹽水或匹那地爾處理。

結(jié)論與展望

氣體遞質(zhì)H2S參與各種生理和病理生理過程。有研究證據(jù)表明H2S在炎癥反應(yīng)、氧化應(yīng)激、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和線粒體生物中起著關(guān)鍵作用等。氣體遞質(zhì)H2S參與各種生理和病理生理過程。本論文研究了H2S在肺中的生理功能。通過使用Unisense PA 2000放大器耦合的小型化H2S微呼吸傳感器，確定了肺組織中H 2 S產(chǎn)生的實(shí)時(shí)動(dòng)力學(xué)。H2S供體GYY4137處理增加SaO2并改善心臟和腎臟組織的缺氧狀態(tài)。在Cse-/-小鼠中發(fā)現(xiàn)了肺損傷在H2S天然合成酶胱硫醚-γ-裂解酶(CSE)遺傳缺陷的小鼠模型中，研究發(fā)現(xiàn)與野生型小鼠相比，動(dòng)脈血氧飽和度(SaO2)降低。研究表明，內(nèi)源性H2S是維持正常SaO2的重要因素。通過預(yù)防肺部氧化應(yīng)激和炎癥。