硫化氫是一種具有臭雞蛋氣味的致命毒氣，但研究證實(shí)，它在人體內(nèi)具有重要的生理功能，這一發(fā)現(xiàn)將催生治療心臟病等多種疾病的新方法。

硫化氫

● 人體僅會(huì)產(chǎn)生微量的毒氣硫化氫。

● 很多證據(jù)表明，這種氣體對(duì)心血管系統(tǒng)和人體其他組織的健康很有好處。

● 基于這些發(fā)現(xiàn)，科學(xué)家正在開(kāi)發(fā)基于硫化氫的療法，用于治療從心血管疾病到腸易激綜合征的一系列疾病。

        想象一下，當(dāng)你走進(jìn)醫(yī)院急診室，映入眼簾的是掛著消毒洗手液、表面擦得一塵不染的墻壁，撲鼻而來(lái)的卻是一陣臭雞蛋味。聽(tīng)起來(lái)，這種視覺(jué)和嗅覺(jué)上的不協(xié)調(diào)可能會(huì)讓我們感到不舒服，但在將來(lái)，具有臭雞蛋氣味的有毒氣體硫化氫（hydrogen sulfide，H2S）很可能會(huì)成為醫(yī)療機(jī)構(gòu)的常用藥物。過(guò)去10 年間，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，在人體的很多生理過(guò)程中，硫化氫都起著*的作用，比如調(diào)節(jié)血壓和新陳代謝。我們的研究表明，如果合理利用，硫化氫有助于治療心肌梗塞，還能維系創(chuàng)傷患者的生命，以免他們?cè)诮邮茌斞蚴中g(shù)前死去。

2.5 億年前的浩劫

2.5 億年前的一場(chǎng)浩劫?zèng)Q定了人類的生存離不開(kāi)硫化氫，盡管這是一種致命毒氣。

        早在幾個(gè)世紀(jì)以前，科學(xué)家就已經(jīng)清楚硫化氫會(huì)對(duì)人體造成哪些危害。如今，對(duì)于油田和氣田井口、輸送管道沿線、石油加工廠和煉油廠的工作人員來(lái)說(shuō)，這種氣體已成為引發(fā)職業(yè)病的首要因素。人的鼻子能覺(jué)察到濃度為0.0047ppm（1ppm 為百萬(wàn)分之一）的硫化氫。當(dāng)濃度升至500 ppm 時(shí)，我們的呼吸會(huì)受到抑制。如果濃度達(dá)到800 ppm，人在5 分鐘內(nèi)就會(huì)死亡。但矛盾的是，人類的生存離不開(kāi)硫化氫。

        人體為何會(huì)依賴于這種惡臭氣體？讓我們回到2.5 億年前去尋找答案。當(dāng)時(shí)，二疊紀(jì)（Permian era）行將結(jié)束，一場(chǎng)有史以來(lái)規(guī)模zui大的物種滅絕正在上演，地球生命前景堪憂。一種主流滅絕理論認(rèn)為，這場(chǎng)劫難由西伯利亞火山大規(guī)模噴發(fā)導(dǎo)致，此過(guò)程釋放的二氧化碳引起一系列環(huán)境改變，海洋中的氧含量降至非常危險(xiǎn)的水平，使地球生命逐步滑入死亡深淵。

         對(duì)于需氧海洋生物而言，海水化學(xué)組成發(fā)生上述改變無(wú)疑是個(gè)壞消息，但在這種環(huán)境下，綠色硫細(xì)菌（green sulfur bacteria）之類的厭氧生物卻迅速繁盛起來(lái)。厭氧生物占據(jù)優(yōu)勢(shì)后會(huì)釋放大量的硫化氫，進(jìn)一步改變海洋環(huán)境，更加不利于剩余的絕大多數(shù)需氧生物的生存。上述滅絕理論認(rèn)為，這種致命氣體從海洋擴(kuò)散到空氣中，也威脅到陸地上的植物和動(dòng)物的生存。二疊紀(jì)結(jié)束時(shí)，95% 的海洋生物和70% 的陸地生物都已滅絕。

        硫化氫在人類生理過(guò)程中的重要作用可能就是從2.5 億年前延續(xù)下來(lái)的，因?yàn)橹挥心苋淌?、甚至在某些情況下能利用硫化氫的物種，才可能在這場(chǎng)浩劫中幸存下來(lái)。人類則部分繼承了早期生命對(duì)硫化氫的“親和性”。

硫化氫謎團(tuán)

         研究證實(shí)，人體與大鼠的血管都會(huì)產(chǎn)生硫化氫，它有哪些功能呢？

        實(shí)際上，硫化氫并非已知*會(huì)在人體內(nèi)發(fā)揮作用的“毒氣”。20 世紀(jì)80 年代，科學(xué)家找到一些證據(jù)表明，人體會(huì)產(chǎn)生低濃度的一氧化氮（NO），作為信號(hào)分子影響細(xì)胞行為。美國(guó)藥理學(xué)家羅伯特·F·菲希戈特（Robert F. Furchgott）、路易斯·J·伊格納羅（Louis J.Ignarro）和費(fèi)里德·穆拉德（Ferid Murad）曾在研究中發(fā)現(xiàn)，一氧化氮具有擴(kuò)張血管、調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)、傳遞神經(jīng)信號(hào)等功能，他們因?yàn)檫@項(xiàng)研究獲得了1998 年的諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。另一種無(wú)色無(wú)味、被稱為“沉默殺手”的一氧化碳（CO）也具有類似的生理效應(yīng)。

        通過(guò)對(duì)一氧化碳和一氧化氮的研究，我確信人體可能還會(huì)和使用其他氣體作為信號(hào)分子。直到1998 年，我還在思考到底哪些氣體會(huì)扮演這一角色，在這年夏天，我有了一個(gè)想法。一天，忙完工作回到家里，我聞到房間里彌漫著陣陣臭味。這股臭味把我?guī)У郊依锏牟Ａ淮扒?mdash;—里面擺放著家人珍藏的物品，包括大女兒在校園活動(dòng)中繪制的復(fù)活節(jié)彩蛋。我發(fā)現(xiàn)一個(gè)彩蛋破了，難聞的氣味正是這個(gè)已經(jīng)變質(zhì)的破蛋發(fā)出的。

        從那時(shí)起，我就開(kāi)始懷疑，人體器官和組織是否也能帶有臭雞蛋氣味的硫化氫。我對(duì)一氧化氮和一氧化碳的研究集中在它們對(duì)心血管系統(tǒng)的影響，因此我決定，對(duì)硫化氫的研究也從這里開(kāi)始。事實(shí)證明，我的決定非常正確：一系列實(shí)驗(yàn)表明，硫化氫具有重要的生物活性。

        在初期實(shí)驗(yàn)中，我和同事很快就發(fā)現(xiàn)，大鼠血管壁中存在少量硫化氫氣體。因?yàn)閲X類動(dòng)物的生理狀況與人非常相似，這一發(fā)現(xiàn)意味著人類血管必然也會(huì)這種氣體。初戰(zhàn)告捷讓我們感到興奮，但要確定硫化氫對(duì)人體生理功能的重要性，僅僅發(fā)現(xiàn)血管中存在這種氣體還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，我們必須做更多的研究。

        接下來(lái)，我們要弄清楚人體如何硫化氫。我們選定的研究對(duì)象是胱硫醚γ- 裂解酶（cystathionine-gamma-lyase，CSE），它是細(xì)菌用于合成硫化氫的主要“工具”。以前的研究已經(jīng)證實(shí)，人類肝臟中也有胱硫醚γ- 裂解酶，作用是調(diào)節(jié)含硫氨基酸的組裝，但沒(méi)人知曉血管中是否有這種酶。結(jié)果，我們?cè)谘苤姓业搅穗琢蛎?gamma;- 裂解酶，在這里，它會(huì)與L －半胱氨酸（L-cysteine，一種氨基酸）結(jié)合，硫化氫和另外兩種化合物—— 銨（ammonium） 和丙酮酸（pyruvate）。

        確定了血管中硫化氫的來(lái)源之后，我們開(kāi)始思考，這種“毒氣”會(huì)有哪些功能？既然一氧化氮能使血管舒張，硫化氫是否會(huì)有類似作用？隨后的實(shí)驗(yàn)證實(shí)了我們的推測(cè)：當(dāng)我們將剝離的大鼠血管浸泡在硫化氫溶液中時(shí)，血管擴(kuò)張了。初步看來(lái)，硫化氫就像一氧化氮一樣，是一種血壓調(diào)控因子，但我們不清楚的是，這一現(xiàn)象背后有著怎樣的分子機(jī)制。在研究提取自動(dòng)物血管的單個(gè)細(xì)胞時(shí)，我們找到了一些線索。這項(xiàng)研究的結(jié)果發(fā)表于2001年——當(dāng)時(shí)，這個(gè)結(jié)果讓我們非常意外。一氧化氮通過(guò)激活血管平滑肌細(xì)胞中的鳥(niǎo)苷酸環(huán)化酶（guanylyl cyclase）來(lái)舒張血管，但硫化氫的作用機(jī)制*不一樣。具體來(lái)講，硫化氫會(huì)激活控制鉀離子流出平滑肌細(xì)胞的鉀－ ATP 通道。這種鉀離子流會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電位，阻止鈣離子大量流入細(xì)胞，從而舒張血管平滑肌，使血管擴(kuò)張。為了在活體動(dòng)物中驗(yàn)證細(xì)胞實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，我們向大鼠注射了硫化氫溶液，結(jié)果發(fā)現(xiàn)它們的血壓降低了。我們推測(cè)，這是硫化氫使動(dòng)脈血管擴(kuò)張，血液更易流動(dòng)的緣故。至此，我們掌握的大量證據(jù)都表明，硫化氫能通過(guò)舒張血管來(lái)控制機(jī)體血壓，但還無(wú)法肯定的是，我們注射外源性硫化氫引起的血管變化，是否真實(shí)反映了血管本身的硫化氫的生理功能。

        2003 年，為了更好地研究硫化氫的生理效應(yīng)，我和同事利用基因敲除技術(shù)，培育了一種天生缺失CSE 酶的小鼠，使它們的血管無(wú)法合成硫化氫。隨后，我們與美國(guó)約翰斯·霍普金斯大學(xué)所羅門(mén)·斯奈德（Solomon Snyder）及加拿大薩斯喀徹溫大學(xué)的吳凌云帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)合作，花了5 年時(shí)間研究這些基因敲除小鼠。付出得到了回報(bào)。2008 年，我們?cè)凇犊茖W(xué)》雜志上詳細(xì)闡述了我們的研究結(jié)果。隨著年齡增長(zhǎng)，這些缺失了CSE 酶的小鼠的血管收縮程度越來(lái)越高，血壓明顯高于正常水平（利用安置在小鼠尾部的血壓套測(cè)量血壓），但如果我們向小鼠注射硫化氫，它們的血壓就會(huì)降低。

        通過(guò)對(duì)基因敲除小鼠的研究，我們可以肯定硫化氫在心血管系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用。這也解開(kāi)了一個(gè)存在已久的謎團(tuán)。三位美國(guó)藥理學(xué)家因一氧化氮相關(guān)研究獲得諾貝爾獎(jiǎng)的幾年后，科學(xué)家就發(fā)現(xiàn)血管擴(kuò)張并非都由一氧化氮引起：盡管經(jīng)過(guò)基因改造，實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的血管內(nèi)皮細(xì)胞已不能產(chǎn)生一氧化氮，但外周血管（不與心臟直接相連的血管）仍可以擴(kuò)張。在沒(méi)有一氧化氮的條件下，到底是什么因素使血管舒張呢？

        我們的研究表明，這一神秘因素可能是硫化氫。初步研究已證實(shí)，平滑肌細(xì)胞中存在能硫化氫的CSE 酶，而隨后針對(duì)小鼠、牛及人類內(nèi)皮細(xì)胞的研究也顯示，這些細(xì)胞同樣會(huì)合成這種酶，合成量甚至多于平滑肌細(xì)胞。在擴(kuò)張血管方面，雖然一氧化氮與硫化氫的具體“分工”尚不清楚，但有證據(jù)顯示，一氧化氮主要作用于大血管，而硫化氫調(diào)控小血管。