硫化氢是一种无色带有臭鸡蛋气味的气体，能够被氧化生成单质硫、二氧化硫、硫酸盐等。硫化氢溶于水，存在以下电离平衡：HS?H+HS、HS?H+S。在生理条件下（pH=7.4），70%硫化氢以HS形式存在，剩余为游离的硫化氢。硫化氢在有机溶液中具有更高溶解度，约为水中的5倍，这使得硫化氢能够透过细胞膜。


某些细菌和古细菌以硫化氢作为能源物质生存，而在哺乳动物细胞中也发现了硫化氢的存在。研究发现大鼠血清中硫化氢浓度为0.2～40.0μmol/L，脑组织中硫化氢浓度为50～160μmol/L，红细胞也能代谢生成硫化氢。硫化氢的生成主要依赖于3种以半胱氨酸为底物的硫化氢合成酶：胱硫醚-β-合成酶（cystathionine-beta-synthase，CBS）、胱硫醚-γ-裂解酶（cystathionine-gamma-lyase，CGL，又称CSE）和巯基丙酮酸转移酶（3-mercapto-pyruvate sulfurtransferase，3-MST/MPST）。3种硫化氢合成酶的表达具有组织特异性。CBS主要表达于神经系统，在肝脏、肾脏、肠道、子宫和胰岛中都有表达；CSE主要表达于心血管系统，包括肺组织；而MPST主要表达于线粒体中。此外机体还能通过非酶促反应生成硫化氢，通过葡萄糖氧化产生的还原当量还原单质硫产生硫化氢。机体内硫化氢通过线粒体中的氧化反应和细胞质中的甲基化进行代谢，还可以通过高铁血红蛋白和含有金属元素或二硫化合物的分子清除。硫化氢作为气体小分子，具有溶于水且能够透过细胞膜等理化特点，并且其广泛表达于机体组织，决定了其参与肺癌的发生以及自然病程的可能性。


硫化氢与肺癌临床特征的关系


硫化氢在包括呼吸系统在内的多种系统中都发挥了重要作用，参与了呼吸系统的多个生理过程，包括胎儿的肺血管和肺泡发育、呼吸节奏调节、肺循环、细胞增殖凋亡、纤维化、氧化应激和炎症等，其代谢异常与哮喘和慢性阻塞性肺疾病等急慢性肺病以及肺癌相关。

硫化氢对肿瘤的影响在不同部位肿瘤中存在差异，作用机制复杂。硫化氢在肺癌的发生与发展中起着重要的作用，研究发现肺癌组织中硫化氢合成酶和硫化氢产物表达量更高，且其表达情况与肺癌肿瘤大小、分化程度、临床分期和淋巴结转移有关。Wang等在临床研究中发现肺癌组织中硫化氢含量为（213.8±88.4）nmol/L，癌旁组织中硫化氢含量为（73.6±37.7）nmol/L，肺腺癌组织中硫化氢合成酶CBS、CSE、MPSTmRNA表达水平更高，Western blot和免疫组织化学结果显示，肺腺癌组织中CBS、CSE和MPST的蛋白表达水平也更高，并且CBS和CSE的表达水平与肺腺癌肿瘤大小、临床分期和淋巴结转移有一定相关性，而MPST的表达与肿瘤大小相关，在其后续对人肺腺癌A549、95D、NCI-H1395细胞和人正常肺上皮BEAS-2B细胞的研究中也发现了类似结果。


Szczesny等在对肺腺癌的研究中发现，与癌旁组织相比，肿瘤组织CBS、CSE和MPST表达量更高，硫化氢含量更高，肺腺癌细胞系（A549、H522和H1944）与正常肺上皮细胞系（BEAS-2B）相比，硫化氢合成酶表达量及硫化氢含量也更高。尹辉对125例肺癌标本进行分析发现，99例肺癌标本CSE表达阳性，20例癌旁组织标本CSE表达阳性，CSE阳性部位主要集中在细胞质中并呈棕黄色表达，且其表达情况与临床分期和淋巴结转移有关，CSE高表达患者5年生存率明显低于CSE低表达患者。


鲍文华等对40例肺癌组织标本进行分析发现，30例肺癌组织CSE阳性，10例正常肺组织CSE阳性，其表达与肿瘤大小及分化程度相关。上述研究表明硫化氢含量及硫化氢合成酶表达量与肺癌的部分临床特征具有相关性，但仍需扩大研究的样本量，与肺癌临床诊断指标进行对比，或者结合已有指标构建诊断模型，从而为肺癌的治疗与诊断提供研究资料。


Unisense微呼吸系统测量肺癌细胞中硫化氢浓度变化


使用与Unisense PA 2000放大器耦合的小型化H2S微呼吸电极。确定肺癌细胞组织中H2S产生的实时动力学。将肺组织匀浆，然后将匀浆在4°C下以5,000 rpm离心5分钟以去除任何剩余的组织块。将37°C的1毫升分析缓冲液（PBS中的1mM L-半胱氨酸和2mM吡哆醛-5‘-磷酸盐）加入到接地良好的法拉第笼内的温控微呼吸瓶中（Unisense）。避免自发的H2S氧化，氮气用于对呼吸室中的分析缓冲液进行脱氧。硫化氢传感器信号稳定后，将50μl肺蛋白溶液（10-20mg）注入腔室，实时记录H2S的产生过程。H2S生成速率在每个迹线的初始最陡坡处确定。


小结


硫化氢微电极在肺癌的发生与发展过程中扮演着重要角色，但仍存在诸多争议，硫化氢在低浓度或者生理浓度下能够促进肺癌细胞的增殖、分化和转移，高浓度下却能抑制肺癌细胞活性，这种效应可以用“钟型模型”进行解释，在其他关于硫化氢对肿瘤影响的文献中也有类似现象。在肺癌发展过程中硫化氢浓度变化及肺癌发展与硫化氢的关系仍然有待研究。硫化氢可以影响肺癌细胞的线粒体能量代谢及线粒体DNA的修复功能，还可与HIF-1α形成正反馈作用，调节血管的生成和PD-L1的表达。硫化氢还能增加肺癌细胞对已有抗肿瘤药物的敏感性。


硫化氢在肿瘤预防、检测和治疗方面极具应用前景，但仍存在诸多问题。首先，很多研究使用的硫化氢供体（如NaHS）会在短时间内释放大量硫化氢，并不能保证长时间地提高硫化氢浓度，因此使用缓释的供体进行研究是有必要的。其次，硫化氢能够自由扩散进入细胞膜，其作用方式复杂很可能是通过多途径进行调控，仍然需要大量实验研究硫化氢是如何影响肺癌细胞，进一步揭示硫化氢在肺癌中的作用机制，以期发现新的治疗靶点。硫化氢抑制剂和添加了硫化氢释放结构的多种药物都展现了出色的抗癌效果，都可进一步开发成为临床抗癌药物，但其安全性及有效性仍需要进一步评估和深入研究。


相关文章

微呼吸系统应用：肺组织中硫化氢产生的实时动力学