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臭鸡蛋味的硫化氢其实也具有众多有益功能

来源:本站原创 2017-08-26 10:39

2017年8月26日/生物谷BIOON/---硫化氢(hydrogen sulfide)是一种具有“臭鸡蛋样”气味的、刺激性和窒息性无色气体。它是强烈的神经毒素,对粘膜有强烈刺激作用。硫化氢的水溶液叫氢硫酸,是一种弱酸,当它受热时,硫化氢又从水里逸出。硫化氢是一种急性剧毒,吸入少量高浓度硫化氢可于短时间内致命。

硫化氢在自然界存在于原油、天然气、火山气体和温泉之中,它也可以在细菌分解有机物的过程中产生。硫化氢很少用于工业生产中,一般作为某些化学反应和蛋白质自然分解过程的产物以及某些天然物的成分和杂质。

提起一氧化碳(CO)我们往往会想起气体泄漏引发的悲惨的中毒事件,类似地,硫化氢(H2S)和一氧化氮也被认为对人类健康有着负面的影响。过去的研究证实这种气体具有神经毒性作用,低浓度接触会对呼吸道和眼产生局部刺激,高浓度是可导致中枢神经系统症状和窒息状态,损害心脏等多个器官,被视作是仅低于一氧化碳中毒,威胁劳动者生命健康的潜在危险因素之一。

近年来,医学界逐渐认识到,由人体内一种特殊的酶催化后自身产生的硫化氢,是一种有益气体,如被适量产生和“激活”,可有效调节心血管活动、促进缺血区血管新生、保护缺血心肌、调控心肌离子通道,对有效预防心脏病和老年性痴呆、抗炎等有重要作用。基于此,小编针对此进行一番梳理,以飨读者。

1.EMBO Mol Med:首次证实生理水平的硫化氢对细胞是有益的
doi:10.15252/emmm.201606345

在一项新的研究中,来自西班牙、德国和埃及的研究人员首次证实硫化氢在生理水平上是有益的,这是因为它有助细胞产生能量。相关研究结果近期发表在EMBO Molecular Medicine期刊上,论文标题为“CoQ deficiency causes disruption of mitochondrial sulfide oxidation, a new pathomechanism associated with this syndrome”。

研究人员证实在小鼠和人类体内,细胞产生的硫化氢是由一种被称作硫醌氧化还原酶(sulfide:quinone oxidoreductase, SQR)的线粒体酶所使用的,其中SQR参与每个组织中的细胞的能量产生。

论文通信作者Luis Carlos López García解释道,硫化氢是一种毒性气体,在高浓度时能够导致死亡。“在近几年,已有一些研究表明在生理浓度时,硫化氢是一种发挥着重要生理功能的细胞标志物。在高浓度时,这种气体抑制细胞水平上的能量产生,但在低浓度时,它促进能量产生。”

酶SQR也在它的反应中使用辅酶Q10,因此当辅酶Q10缺乏时,这种酶的水平显著下降,因而限制它的活性。这种缺陷导致与辅酶Q10缺乏相关联的生物能量缺乏,但是它也导致胞内硫化氢水平增加,而这种增加会导致谷胱甘肽和某些脑神经递质水平、血压和一些蛋白修饰发生变化。

2.“毒性气体”或可作为新型药物开发的潜在靶点
新闻来源:‘Toxic gases’ as targets for new medicines


提起一氧化碳(CO)我们往往会想起气体泄漏引发的悲惨的中毒事件,类似地,硫化氢(H2S)和一氧化氮也被认为对人类健康有着负面的影响。来自雅典大学的药理学教授Andreas Papapetropoulos表示,这些气体过多或过少都会引发很多疾病,而理解其在机体中所扮演的角色对于临床引用非常关键。

研究者Papapetropoulos一直在努力寻找具有新型生物活性的气体信号因子,同时他也希望将已有的知识转化成为开发气体信号因子相关的药物,最终就可以帮助医生们恢复这些气体的平衡状态;目前来自23个国家的250多名生物学家和化学家通过研究开发了一种测定细胞中气体信号因子水平的方法,同时研究者也对NO、CO和H2S三种气体的作用机制进行了研究,他们开发并且评估了调节机体中气体信号因子水平的化合物的功能。

研究者指出,我们所发现的研究领域或许对于治疗心血管疾病有着潜在的帮助作用,H2S气体可以保护心脏抵御个体心脏病发作期间心脏出现的局部缺血,而NO也可以帮助降低血压,从而降低个体中风的风险。刺激机体在心脏中释放较多的保护性气体可以帮助挽救个体的生命,然而在消化系统中过多的H2S则和结肠癌发病直接相关。

如今研究者在越来越多的癌症患者中都发现了能够产生H2S的酶类,同时研究者利用H2S抑制剂来抑制结肠癌和乳腺癌的生长,而这正是未来研究者临床前和临床研究的一个主要课题;目前有超过40多项联合研究论文都阐明了气信号体因子网络和多个研究对象机体中所共享的技能、知识等因素直接相关,下一步研究人员将会深入剖析上述三种气体与另外一种气体相互作用的机制,他们希望后期可以开发出更多新型药物来帮助治疗多种人类疾病。

3.英科学家称臭屁味对健康有益 或能抵御癌症
doi:10.1039/C3MD00323J

据食品世界新闻网11月9日报道,英国学者研究发现,放屁虽然会释放出令人尴尬的气体,却同时能够有效地预防癌症。

英国埃克赛特大学的学者研究发现,在消化过程当中,人类肠胃中的细菌能够生成硫化氢,而硫化氢有助于预防癌症、中风、心脏疾病乃至痴呆等多种疾病。

该校医学院的马特·怀特曼教授说:“当细胞感受到疾病压力的时候,他们会吸引催化剂,产生少量的硫化氢。”这一现象有助于帮助人的线粒体正常运转,从而保证细胞存活;否则,细胞将难以生存,人体就会发炎。

以这一现象为基础,研究人员开发出了一种名为AP39的化合物。AP39能够缓慢地为线粒体提供硫化氢,能够保护、甚至修补线粒体所受到的损害;可以有效地预防中风、心脏衰竭、糖尿病哮喘、痴呆和衰老等。怀特曼说:“我们的结果显示,用AP39治疗受压细胞,就能保护线粒体,细胞就能存活。”

有关研究目前还处于早期阶段,尚未在人类身上进行实验。不过,现有的成果已经表明,在AP39的帮助下,遭受严重损坏而仍能存活的线粒体的数量最多将增加80%。这一研究成果已经在学术杂志《医药化学通讯》上发表。

4.PNAS:科学家发现治疗心脏病新的药物靶点
doi:10.1073/pnas.1321871111


路易斯安那大学David Lefer博士领导的研究团队首次证明了在心脏病发病过程中,两条保护性信号通路存在交互作用。该研究为治疗心脏病和器官移植提供了理论基础,该信号通路分子有望成为治疗心脏病的药物靶点。相关报道发表在近期的PNAS杂志上。

之前的研究发现硫化氢能够保护细胞免受多种疾病的影响,如心血管疾病等;另一种气体一氧化氮同样也有保护作用。尽管硫化氢和一氧化氮都有保护作用,但是之前的研究认为这两者作用机制是不同的。而科学家在本次研究中发现,这两个保护机制在心脏病发病中能够相互沟通,共同保护细胞。

Lefer博士称,我们发现硫化氢能够调控机体产生一氧化氮,进一步保护心肌细胞免受损伤。

科学家采用小鼠模型发现者两个分子之间是相互依赖的的。当产生硫化氢的酶缺失时,机体产生一氧化氮的量明显减少,导致氧化应激,对心脏和肝脏产生严重影响。Lefer博士总结道,该研究有助于开发新的治疗心血管疾病的药物。

5.MCB:硫化氢或成为新一代的抗癌抗老化制剂
doi:10.1128/​MCB.01215-12


刊登在国际杂志Molecular and Cellular Biology上的一篇研究报告中,来自中国南华大学的研究者表示,硫化氢(H2S)或许可以延缓机体衰老,在这篇综述文章中,研究者探讨了硫化氢潜在的抗衰老的途径。

近年来,由于硫化氢作为内源性的信号分子,对于机体心血管和神经系统具有明显的正向作用而越来越受到研究者的关注,研究者指出,硫化氢可以通过抑制自由基反应来延缓衰老,主要是通过激活一种调节寿命的调节子SIRT1来延缓衰老,硫化氢主要可以和一种抗衰老基因klotho来反应,从而表现出潜在的抗衰老活性。

硫化氢在机体内部都可以产生,而且其具有多种生理作用,比如其可以松弛血管内皮以及平滑肌细胞,这对于维持动脉的活力非常重要。硫化氢可以作为一种抗氧化剂来抑制前炎性因子的表达。缺失产硫化氢基因CSE的小鼠通常表现出过早的动脉硬化。

6.PNAS:硫化氢是结肠癌代谢的关键因子
doi:10.1073/pnas.1306241110


近日来自德克萨斯大学医学部的研究人员发现,这种“臭气”是结肠癌代谢中的一个关键因子,并为治疗这一疾病提供了一个潜在的靶点。在发表于《美国科学院院刊》(PNAS)杂志上的这篇论文中,科学家们称他们的细胞培养物及小鼠实验证实,结肠癌细胞生成了大量的硫化氢,并依赖于这一化合物生存及生长。

论文作者、德克萨斯大学医学部Csaba Szabo教授说:“结肠癌细胞喜欢它,并且需要它。癌细胞依赖于这一物质旺盛生长。我们数据表明,它们利用了硫化氢来生成能量,进行分化、生长以及侵袭宿主。”

研究人员发现,大部分的结肠癌硫化氢生成都与一种叫做CBS(胱硫醚-β-合成酶,cystathionine-β-synthase)的蛋白有关。相比于非癌性组织,结肠癌细胞中CBS蛋白的水平要高得多。实验表明,但采用化学方法阻断CBS活性时,结肠癌细胞的生长会受到遏制,而正常细胞生长则不受影响。

7.Antioxid & Red Signal:复旦大学揭示人体内硫化氢“保护机制”
doi:10.1089/ars.2012.4565

从复旦大学上海医学院获悉:该学院教授朱依纯带领科研团队,跨学科联合复旦大学基础医学院、药学院和生物医学研究院等单位,经8年科研攻关,终于发现硫化氢“受体”及其分子开关,揭开了体内硫化氢“保护作用”形成的新机制。业内专家表示,该研究对我国研制治疗心血管疾病和代谢综合征的自主知识产权新药具有重要意义。相关成果近日在线发表于《抗氧化剂与氧化还原信号》(Antioxidants & Redox Signaling )。

朱依纯率领博士后陶蓓蓓、博士蔡文杰等研究人员,通过筛选体内大量在硫化氢作用下发生变化的信号分子,终于找到了硫化氢的一个“受体”,即蛋白质VEGFR2,进而发现该受体中有一个叫“Cys1024-Cys1045二硫键”的新分子结构,它是人体内专起抑制作用的“活跃分子结构”,硫化氢利用它的“活跃”与它分子开关的“外层电子轨道”的相互作用,完成了自己的“使命”。

朱依纯课题组还注意到:人体内胰岛素受体与VEGFR2受体细胞内部结构相同,进而运用相同方法实验证明——硫化氢也能激活胰岛素受体,即“逼迫”胰岛素产生增敏作用。这一发现有望提高糖尿病患者体内胰岛素的工作效率。

8.ACS Med. Chem. Lett.:开发一种有望抗多种癌症的阿司匹林杂合物
doi:10.1021/ml300002m

研究人员将两种阿司匹林衍生物结合在一起形成一种新的杂合物,在实验室测试中,它似乎比其中任何一种衍生物更加有效地控制几种类型癌症的生长。他们在ACS Medicinal Chemistry Letters期刊上报道了这种新的杂合物NOSH-阿司匹林(NOSH-aspirin),如此命名是因为它释放一氧化氮(NO)和硫化氢(H2S)。

研究人员Khosrow Kashfi、Ravinder Kodela和Mitali Chattopadhyay指出NO和H2S是该杂合物产生的两种信号传导物质,能够松弛血管,减轻炎症和产生多种其他效应。科学家之前为了减轻阿司匹林潜在性地导致胃肠道出血的副作用而开发出一种能够释放NO的阿司匹林衍生物(NO-aspirin)。科学家之前也开发出另一种能够释放H2S的阿司匹林衍生物(H2S-aspirin),它有抗炎症性质而且似乎不对胃部带来伤害。

因为NO和H2S是有着生理重要意义的气体,而且Kashfi领导的研究小组之前证实NO-aspirin和H2S-aspirin确实有良好效果,所以他们推测将这两种化合物整合在一起的新杂合物可能比它们当中的任何一种都要更加强有力和有效。经实验证实他们的假设确实是对的。

他们在实验室测试中发现这种新的杂合物抑制乳腺癌、结肠癌、胰腺癌、肺癌、前列腺癌和一些白血病癌细胞生长。经测试,一些NOSH-aspirin要比阿司匹林单独抵抗癌细胞生长的能力强10万多倍。更有希望的是,研究小组报道他们开发的杂合物并不伤害正常细胞。

9.J. Breath Res.:首次利用臭鸡蛋气体将人牙髓干细胞转化为肝细胞
doi:10.1088/1752-7155/6/1/017103


日本科学家发现造成口臭(halitosis)的气味难闻的化合物非常适合用于收集从人牙髓(dental pulp)中提取的干细胞。2012年2月27日,这些研究结果发表在Journal of Breath Research期刊上。

在这项研究中,研究人员证实硫化氢(hydrogen sulphide, H2S)能够增加成体干细胞分化为肝细胞的能力,从而提高成体干细胞作为未来肝细胞治疗的一种可靠来源的名声。这是第一次发现肝细胞能够产自人牙髓,而且更让人印象深刻的是,它们能够大量生产同时保持高纯度。

在这项研究中,Ken Yaegaki博士和来自日本齿科大学的同事们利用来自牙髓---牙齿的中央部分,由结缔组织和细胞组成---的干细胞进行研究,其中这些干细胞是从正在接受常规拔牙的牙科患者的牙齿中获得的。

一旦干细胞被制备得足够多,它们就被分成两个批次(测试组和对照组)并且测试组细胞在H2S培养箱中孵育。在3天、6天和9天之后,它们分别被收集下来进行分析以便观察这些细胞是否成功地转化为肝细胞。

为了测试这些干细胞在H2S影响下是否能够成功地分化为肝细胞,研究人员进行一系列测试来研究干细胞分化产生的细胞是否拥有肝细胞的典型特征。除了在显微镜下的物理观察之外,研究人员研究了它们储存糖原的能力,并记录了细胞中尿素含量。

Yaegaki博士继续说道,“直到现在,没有人发明出再生大量肝细胞用于人类移植的实验方法。相比于利用胎牛血清生产肝细胞的传统方法,我们的方法产率高,而且更为重要的是,它也更安全。”

10.JBC:硫化氢减少葡萄糖诱导的肾细胞的损伤
doi:10.1074/jbc.M111.278325


2012年1月3日,据《每日科学》报道,硫化氢,一种臭名昭著的臭鸡蛋气味的气体,可能最终能挽回它的名誉。它可以减少肾细胞中由高糖诱导产生的蛋白质疤痕,得克萨斯大学健康科学中心圣安东尼奥的研究人员在《生物化学杂志》(Journal of Biological Chemistry)发表了他们的最新研究成果。

"气体作为生物事件的调解员,这非常的有意思,"B.S. Kasinath说,医学博士、医学教授、圣安东尼奥医学院肾病学家。"我们发现,当我们添加硫氢化钠到暴露于高糖的肾细胞(一种物质,可以释放硫化氢)中时,它减少了能致肾脏瘢痕的基质蛋白的产生。"与该结论相一致的是,在1型或2型糖尿病小鼠内,肾脏中促进硫化氢产生的酶减少了, Kasinath博士和他的团队报道称。

肾脏中的瘢痕,称之为肾纤维化,是导致终末期肾病的核心缺陷。在美国近一半终末期肾脏病与糖尿病有关,糖尿病是血糖调节能力较弱为标志的一种疾病。

"我们已经找到一种方法能够减少基质蛋白的合成,这是糖尿病中一个很重要的问题,"Kasinath博士说。"因为这些研究仅局限于细胞,研究结果不宜被扩展外推到人类糖尿病肾病的治疗,他强调道。

这一发现为研究老鼠或其他动物模型铺平了道路。硫化氢的安全性和有效性都应该在肾脏疾病动物模型中进行测试,之后才能考虑人体试验。这种防范措施是必要的,因为硫化氢在较高浓度时,是一种有毒物质。

11.Science:硫化氢可帮助调节血压
doi:10.1126/science.1162667


研究人员说,硫化氢这种与造成臭鸡蛋气味的气体相同的物质在小鼠中也能够调节血压和血管的功能。这一发现提出了这样的可能性,即用药理的方法来使硫化氢增加的话可能成为治疗人类高血压的一种替代方法。Guangdong Yang及其同僚显示,一种特别的酶CSE可以产生硫化氢,而阻断这种酶可以造成小鼠的高血压及其血管反应的损害。

研究人员制造出了一种编码CSE的基因被靶向剔除的小鼠。研究人员观察到,这些小鼠的血清、心脏、主动脉和其它组织中的硫化氢水平急剧地减少。这些缺乏CSE的突变的小鼠在大约7周大的时候开始出现显著的高血压,它们对促进血管松弛的治疗反应也受到损害。

研究人员的结果表明,硫化氢和一氧化氮一样是一种能够调节血压的气体。这为人们治疗血管性疾病开辟了一条新的途径。

12.Anesthesiology:硫化氢休眠老鼠无副作用
doi:10.1097/ALN.0b013e318167af0d

很不幸的是之前使人体进入休眠状态的科学方法十分困难,实验者至少要在头部塞满防冻剂和液态氮延缓人体的新陈代谢,此外,还有更为极端的一种方法——将人体的血液排干,然后进行冷冻。由此看来人们如果要想进入休眠状态,在未来的时空中苏醒是不可能的。目前,美国科学家为人体休眠实验带来了新的希望,马萨诸塞州中心医院的研究人员将这项研究发表在《麻醉学》(Anesthesiology)期刊上。他们使用一种臭鸡蛋气味的硫化氢气体能够完全中断老鼠的新陈代谢,几分钟之后当老鼠苏醒时没有表现出任何副作用。

早期研究显示硫化氢气体具有减缓新陈代谢的功能,但是科学家们并不能确定究竟是采用硫化氢气体还是降低体温能够实现生命体新陈代谢停止。为了鉴别两种方法的有效性,马萨诸塞州中心医院的研究人员分别对两组实验老鼠进行了测试,第一组老鼠先降低体温再放在室温条件下逐渐加热;第二组老鼠进行硫化氢气体吸入。两组实验同样达到了新陈代谢延缓的效果,但硫化氢气体方法却更为有效可行。

13.Cell:饮食限制健康益处的分子机制
doi:10.1016/j.cell.2014.11.048

一项新的研究识别饮食限制或减少食物摄入量(但并没有营养不良)健康益处背后的关键分子机制。限制饮食也被称为限制热量摄入,最出名的是它能够减慢实验动物衰老。

结果表明,限制两个氨基酸,蛋氨酸和半胱氨酸,会导致硫化氢(H2S)的生成升高,保护防止缺血再灌注损伤。饮食限制增加H2S生成也与延长蠕虫、果蝇和酵母寿命有关。虽然H2S气体大量时会剧毒,但低水平也存在于天然硫磺泉水中,并早已与健康好处有关。哺乳动物细胞也产生低水平硫化氢,但是这是第一次有研究证实这种分子直接与饮食限制对健康益处有关联。

这一发现表明,H2S是哺乳动物和低等生物饮食限制所带来好处的关键分子之一。虽然更多的实验都需要了解H2S如何发挥其有益的作用,但是在研究这些分子在打击人类疾病和衰老中它给了我们一个全新的视角。这项研究发表在Cell杂志上。

14.PNAS:硫化氢或对生命起源有重要作用
doi:10.1073/pnas.1019191108


1958年的一项未发表的研究的发现表明,闪电、火山活动和有关的气体可能相互反应从而产生了地球的首批生命基本组成单元。

Eric T. Parker及其同事分析了由著名化学家Stanley Miller进行的一项此前未报告的实验得到的样品,Miller通过让硫化氢、水、甲烷、二氧化碳和氨气的混合物接触热和类似于闪电的放电从而模拟的原始地球环境。现代化学分析技术的灵敏度是20世纪50年代研究方法的1000多倍,它在Miller的原始实验残余物中探测到了含硫的氨基酸、蛋白质和非蛋白质氨基酸,以及其他化合物。只存在少量污染。这个有53年历史的研究标志着最早的用放电试验合成含硫氨基酸,它尝试重建地球的原始环境。一旦在古老年代的自然环境下形成复杂化合物,雨水可能把它们分布到潮汐环境中,在那里它们可能发生进一步的变化。

这组作者还研究了两个碳质陨石,这两个陨石都含有与Miller合成实验类似的氨基酸浓度。这组作者说,这些发现提示,特别是硫化氢在化学反应中起到了重要作用,它是地球——很可能还包括早期太阳系的其他地方——生命起源的先驱。(生物谷 Bioon.com)

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