硫化氫（H?S）是一種有毒氣體，用作化學(xué)試劑。它是一種廣譜毒物，影響體內(nèi)大多數(shù)器官系統(tǒng)。H?S暴露的早期癥狀包括喉嚨痛、頭暈、惡心以及歸因于氣道刺激的呼吸效應(yīng)。急性H?S暴露表現(xiàn)出極陡的劑量-反應(yīng)關(guān)系，大鼠的LD50為15 mg/kg，尤其是對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)和呼吸抑制的影響，這是急性H?S中毒死亡的主要原因（Warenycia et al.,1989）。H?S中毒的主要死因被歸咎于呼吸麻痹（Beauchamp et al.,1984）。此外，肺水腫一直是被H?S中毒致死個(gè)體尸檢中最顯著的單一病變（Burnett et al.,1977）。目前，盡管這些毒性作用的機(jī)制尚不明確，但普遍認(rèn)為H?S在低微摩爾濃度下通過(guò)可逆性抑制細(xì)胞色素c氧化酶靶向線粒體（Reiffenstein et al.,1992）。

長(zhǎng)期以來(lái)，人們認(rèn)為H?S在動(dòng)物組織中因毒性而以極低濃度存在，盡管它可由內(nèi)源性產(chǎn)生。然而，近期研究表明，H?S在哺乳動(dòng)物組織中的水平遠(yuǎn)高于最初預(yù)期，在大鼠、人和牛腦組織中測(cè)量值高達(dá)50-160μmol/L（Goodwin et al.,1989;Warenycia et al.,1989）。Abe和Kimura（1996）發(fā)現(xiàn)，硫化鈉（NaHS，一種H?S供體）在接近H?S生理濃度（10-130μM）下選擇性增強(qiáng)N-甲基-D-天冬氨酸（NMDA）受體介導(dǎo)的反應(yīng)，并促進(jìn)海馬長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng)（LTP）的誘導(dǎo)。本綜述概述了當(dāng)前證據(jù)，表明H?S在腦功能中發(fā)揮重要作用，可能作為神經(jīng)調(diào)質(zhì)和/或細(xì)胞內(nèi)信使（Moore et al.,2003）。

硫化氫（H?S）的物理性質(zhì)

H?S是水的硫類(lèi)似物，分子量為34.08。但與水不同，它具有弱分子間作用力，因此在室溫和常壓下以氣態(tài)形式存在。H?S是一種無(wú)色氣體，以其令人不快的臭味（被描述為臭雞蛋味）為特征。它可被多種氧化劑氧化形成二氧化硫和硫酸。在哺乳動(dòng)物體內(nèi)，生理pH 7.4條件下，約三分之一的H?S以未解離形式存在，三分之二以硫氫根陰離子（HS?）形式存在（Reiffenstein et al.,1992）。由于其脂溶性，未解離形式可輕易穿透細(xì)胞質(zhì)膜。

硫化氫（H?S）生成的生化途徑

在哺乳動(dòng)物組織中，兩種依賴(lài)磷酸吡哆醛（PLP）的酶——胱硫醚-β-合成酶（CBS,EC 4.2.1.22）和胱硫醚-γ-裂解酶（γ-胱硫醚酶CSE,EC 4.4.1.1）——負(fù)責(zé)大部分從L-半胱氨酸（Cys）生物合成H?S的過(guò)程。如圖1所示，H?S通過(guò)Cys的脫硫作用釋放（Stipanuk and Beck,1982）。首先，Cys可被CBS水解產(chǎn)生H?S和副產(chǎn)物L(fēng)-絲氨酸（Ser），或被CSE水解產(chǎn)生H?S、丙酮酸和氨（NH?）。其次，胱氨酸（本質(zhì)上是兩個(gè)通過(guò)二硫鍵連接的Cys分子）可被CSE轉(zhuǎn)化為硫代半胱氨酸、丙酮酸和NH?。硫代半胱氨酸隨后被CSE作用形成Cys和H?S，或與另一種硫醇化合物（RSH，如谷胱甘肽GSH或Cys）作為第二底物反應(yīng)生成H?S和CysSR。硫代半胱氨酸轉(zhuǎn)化為Cys和H?S也可能以非酶促方式發(fā)生（Cavallini et al.,1962）。這兩種關(guān)鍵酶也參與同型半胱氨酸（Hcy）代謝的轉(zhuǎn)硫途徑：CBS催化Hcy和Ser縮合形成胱硫醚（不可逆反應(yīng)），胱硫醚隨后被CSE水解形成Cys，副產(chǎn)物為α-酮丁酸和NH?（圖1）。

除上述途徑外，還有幾種其他途徑被描述：首先，Cys可與酮酸（如α-酮戊二酸）在胱氨酸轉(zhuǎn)氨酶（CAT,EC 2.6.1.3）催化下反應(yīng)形成3-巰基丙酮酸和一種氨基酸（如L-谷氨酸Glu）。3-巰基丙酮酸隨后可被3-巰基丙酮酸硫轉(zhuǎn)移酶（MPST,EC 2.8.1.2）脫硫形成H?S和丙酮酸（Julian et al.,2002）。其次，CSE可將Cys和亞硫酸鹽轉(zhuǎn)化為L(zhǎng)-半胱亞磺酸和H?S（Cavallini et al.,1962）。第三，Chen等（2004）報(bào)道CBS可催化Cys和Hcy縮合形成胱硫醚和H?S。動(dòng)力學(xué)研究表明，該反應(yīng)生成H?S的效率高于CBS水解Cys。

總體而言，當(dāng)前證據(jù)表明H?S在哺乳動(dòng)物組織中主要通過(guò)CBS或CSE對(duì)Cys的酶促作用合成。所有涉及其他酶和底物的途徑可能在H?S生物合成中僅起次要作用。然而，CBS和CSE具有不同的組織分布。在心血管系統(tǒng)中，CSE的表達(dá)高于CBS（Hosoki et al.,1997），表明CSE在生理?xiàng)l件下生成H?S起主要作用。在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，兩種酶活性均在六個(gè)不同腦區(qū)檢測(cè)到，其中CBS活性約為CSE的30倍（Awata et al.,1995）。通過(guò)Northern印跡分析證實(shí)大鼠腦（海馬、小腦、大腦皮層和腦干）中CBS（而非CSE）的轉(zhuǎn)錄表達(dá)（Abe and Kimura,1996）。此外，高親和力CSE抑制劑（如D,L-炔丙基甘氨酸PAG和β-氰基-L-丙氨酸β-CNA）不抑制腦內(nèi)H?S生成（Abe and Kimura,1996），盡管它們有效抑制肝臟和腎臟的H?S生成（Stipanuk and Beck,1982）。最近還顯示，PAG和β-CNA僅在高濃度下抑制大鼠腦勻漿中的H?S生成，可能是作為低親和力CBS抑制劑發(fā)揮作用（Qu et al.,2006）。此外，低水平CSE表達(dá)可能定位于膠質(zhì)細(xì)胞，因?yàn)樵谠∧z質(zhì)細(xì)胞培養(yǎng)物中僅檢測(cè)到CSE（而非CBS）表達(dá)（Lee et al.,2006）。