背景介绍:内源性气体信号分子H2S主要由l-半胱氨酸通过酶的活性产生，包括在广谱组织中的胱硫醚-γ-裂解酶(CSE)和胱硫醚-β-合酶(CBS)。内源性H2S参与许多生理和病理生理过程，例如血管、葡萄糖稳态、神经活动、血管张力，以及脑、肝、肺、肾和心脏的缺血再灌注(I/R)损伤。H2S供体化合物通过抑制炎症反应显着减轻I/R和LPS诱导的急性肺损伤(ALI)。H2S还抑制高氧诱导的ALI(HALI)肺组织中活性氧的产生。然而，迄今为止，H2S在肺中的生理功能在很大程度上仍然未知。尽管已经有研究证明H2S在小鼠肺血管发育和肺泡形成中起关键作用。但是成年小鼠缺乏H2S是否会导致肺功能障碍还没有进行完全的研究。研究人员研究了Cse-/-基因敲除小鼠的动脉血氧饱和度(SaO2)。研究发现SaO2在这些小鼠中减少，这通过给予H2S供体化合物GYY4137逆转。发现降低的SaO2与肺部炎症和氧化应激水平升高有关。此外证明了GYY4137改善了野生型(WT)小鼠中由10%缺氧引起的SaO2降低，并抑制了肺组织中的炎症反应和氧化应激。


Unisense微呼吸系统的应用


使用与Unisense PA 2000放大器耦合的小型化H2S微呼吸电极。确定肺组织中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。


实验结果


研究表明，CSE缺乏会导致许多器官的SaO2水平降低和组织缺氧，而H2S补充可逆转SaO2水平并改善组织缺氧。SaO2水平降低与肺损伤有关，但与CSE缺乏小鼠肺部的气道阻力和血液灌注无关。内源性H2S参与肺组织中促氧化剂和抗氧化剂之间的生理平衡，从而保护肺免受氧化应激和炎症反应。该研究阐明了H2S作为缺氧治疗剂的作用。

图1、降低的H2S水平有助于降低Cse-/-小鼠的SaO2和组织缺氧。WT和Cse-/-小鼠用盐水或GYY4137(50mg/kg)给药。注射后二十四小时，将小鼠麻醉并测量SaO2水平。（A），血氧饱和2水平在WT和Cse的-/-小鼠用盐水或GYY4137治疗。(B)，WT和Cse-/-小鼠心脏、肺和肾脏中Hypoxyprobe信号的代表性图像，使用盐水或GYY4137给药。

图2、H2S缺乏不影响肺气道阻力。WT和Cse-/-小鼠用盐水或GYY4137(50mg/kg)给药。24小时后，将小鼠麻醉，然后使用AniRes2005肺功能分析仪分析肺吸气阻力（Ri）（A）、呼气阻力(Re)（B）、和动态合规系统（C）、和采用AniRes2005肺功能分析系统进行分析。

图3、肺血流量增加不影响SaO2和肾脏和心脏组织缺氧。(A)，肺血流的代表性LDI分析。(B)，小鼠肺血流量的累积数据。(C)，用盐水或匹那地尔处理的WT和Cse-/-小鼠中的SaO2水平。(D)，WT和Cse-/-小鼠心脏和肾脏中Hypoxyprobe信号的代表性图像，用盐水或匹那地尔处理。

图4、WT和Cse-/-小鼠肺组织中的CSE表达定位和H2S产生。(A)，通过免疫细胞化学分析WT和Cse-/-小鼠肺组织中的CSE表达。WT和Cse-/-小鼠肺组织中CSE表达的代表性图像。箭头表示CSE阳性染色。(B)，WT和Cse-/-小鼠肺组织中H2S的产生率。黑色痕迹，WT小鼠肺组织匀浆中H2S产生的代表性痕迹。红色痕迹，代表痕迹Cse-/-小鼠肺组织匀浆中的H2S产量。

图5、GYY4137治疗可改善Cse-/-小鼠肺组织的病理改变并抑制炎症。WT和Cse-/-小鼠用盐水、GYY4137(50mg/kg)或吡那地尔(2.8μmol/kg)给药。注射后24小时处死小鼠，然后收集肺组织进行形态学分析和促炎细胞因子的测定。(A)WT和Cse-/-小鼠肺组织H&E染色的代表性图像，用盐水或GYY4137处理。(B)、WT和Cse肺损伤评分的累积数据-/-用生理盐水或GYY4137处理的小鼠。(C)、用盐水或GYY4137处理的WT和Cse-/-小鼠肺组织中的IL-8、IL-1β和TNF-α水平。(D)WT和Cse-/-小鼠肺组织中的IL-8、IL-1β和TNF-α水平，生理盐水或匹那地尔处理。


结论与展望


气体递质H2S参与各种生理和病理生理过程。有研究证据表明H2S在炎症反应、氧化应激、内质网和线粒体生物中起着关键作用等。气体递质H2S参与各种生理和病理生理过程。本论文研究了H2S在肺中的生理功能。通过使用Unisense PA 2000放大器耦合的小型化H2S微呼吸传感器，确定了肺组织中H 2 S产生的实时动力学。H2S供体GYY4137处理增加SaO2并改善心脏和肾脏组织的缺氧状态。在Cse-/-小鼠中发现了肺损伤在H2S天然合成酶胱硫醚-γ-裂解酶(CSE)遗传缺陷的小鼠模型中，研究发现与野生型小鼠相比，动脉血氧饱和度(SaO2)降低。研究表明，内源性H2S是维持正常SaO2的重要因素。通过预防肺部氧化应激和炎症。