硫化氢（H₂S）是一种有毒气体，用作化学试剂。它是一种广谱毒物，影响体内大多数器官系统。H₂S暴露的早期症状包括喉咙痛、头晕、恶心以及归因于气道刺激的呼吸效应。急性H₂S暴露表现出极陡的剂量-反应关系，大鼠的LD50为15 mg/kg，尤其是对中枢神经系统和呼吸抑制的影响，这是急性H₂S中毒死亡的主要原因（Warenycia et al.,1989）。H₂S中毒的主要死因被归咎于呼吸麻痹（Beauchamp et al.,1984）。此外，肺水肿一直是被H₂S中毒致死个体尸检中最显著的单一病变（Burnett et al.,1977）。目前，尽管这些毒性作用的机制尚不明确，但普遍认为H₂S在低微摩尔浓度下通过可逆性抑制细胞色素c氧化酶靶向线粒体（Reiffenstein et al.,1992）。

长期以来，人们认为H₂S在动物组织中因毒性而以极低浓度存在，尽管它可由内源性产生。然而，近期研究表明，H₂S在哺乳动物组织中的水平远高于最初预期，在大鼠、人和牛脑组织中测量值高达50-160μmol/L（Goodwin et al.,1989;Warenycia et al.,1989）。Abe和Kimura（1996）发现，硫化钠（NaHS，一种H₂S供体）在接近H₂S生理浓度（10-130μM）下选择性增强N-甲基-D-天冬氨酸（NMDA）受体介导的反应，并促进海马长时程增强（LTP）的诱导。本综述概述了当前证据，表明H₂S在脑功能中发挥重要作用，可能作为神经调质和/或细胞内信使（Moore et al.,2003）。

硫化氢（H₂S）的物理性质

H₂S是水的硫类似物，分子量为34.08。但与水不同，它具有弱分子间作用力，因此在室温和常压下以气态形式存在。H₂S是一种无色气体，以其令人不快的臭味（被描述为臭鸡蛋味）为特征。它可被多种氧化剂氧化形成二氧化硫和硫酸。在哺乳动物体内，生理pH 7.4条件下，约三分之一的H₂S以未解离形式存在，三分之二以硫氢根阴离子（HS⁻）形式存在（Reiffenstein et al.,1992）。由于其脂溶性，未解离形式可轻易穿透细胞质膜。

硫化氢（H₂S）生成的生化途径

在哺乳动物组织中，两种依赖磷酸吡哆醛（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）——负责大部分从L-半胱氨酸（Cys）生物合成H₂S的过程。如图1所示，H₂S通过Cys的脱硫作用释放（Stipanuk and Beck,1982）。首先，Cys可被CBS水解产生H₂S和副产物L-丝氨酸（Ser），或被CSE水解产生H₂S、丙酮酸和氨（NH₃）。其次，胱氨酸（本质上是两个通过二硫键连接的Cys分子）可被CSE转化为硫代半胱氨酸、丙酮酸和NH₃。硫代半胱氨酸随后被CSE作用形成Cys和H₂S，或与另一种硫醇化合物（RSH，如谷胱甘肽GSH或Cys）作为第二底物反应生成H₂S和CysSR。硫代半胱氨酸转化为Cys和H₂S也可能以非酶促方式发生（Cavallini et al.,1962）。这两种关键酶也参与同型半胱氨酸（Hcy）代谢的转硫途径：CBS催化Hcy和Ser缩合形成胱硫醚（不可逆反应），胱硫醚随后被CSE水解形成Cys，副产物为α-酮丁酸和NH₃（图1）。

除上述途径外，还有几种其他途径被描述：首先，Cys可与酮酸（如α-酮戊二酸）在胱氨酸转氨酶（CAT,EC 2.6.1.3）催化下反应形成3-巯基丙酮酸和一种氨基酸（如L-谷氨酸Glu）。3-巯基丙酮酸随后可被3-巯基丙酮酸硫转移酶（MPST,EC 2.8.1.2）脱硫形成H₂S和丙酮酸（Julian et al.,2002）。其次，CSE可将Cys和亚硫酸盐转化为L-半胱亚磺酸和H₂S（Cavallini et al.,1962）。第三，Chen等（2004）报道CBS可催化Cys和Hcy缩合形成胱硫醚和H₂S。动力学研究表明，该反应生成H₂S的效率高于CBS水解Cys。

总体而言，当前证据表明H₂S在哺乳动物组织中主要通过CBS或CSE对Cys的酶促作用合成。所有涉及其他酶和底物的途径可能在H₂S生物合成中仅起次要作用。然而，CBS和CSE具有不同的组织分布。在心血管系统中，CSE的表达高于CBS（Hosoki et al.,1997），表明CSE在生理条件下生成H₂S起主要作用。在中枢神经系统中，两种酶活性均在六个不同脑区检测到，其中CBS活性约为CSE的30倍（Awata et al.,1995）。通过Northern印迹分析证实大鼠脑（海马、小脑、大脑皮层和脑干）中CBS（而非CSE）的转录表达（Abe and Kimura,1996）。此外，高亲和力CSE抑制剂（如D,L-炔丙基甘氨酸PAG和β-氰基-L-丙氨酸β-CNA）不抑制脑内H₂S生成（Abe and Kimura,1996），尽管它们有效抑制肝脏和肾脏的H₂S生成（Stipanuk and Beck,1982）。最近还显示，PAG和β-CNA仅在高浓度下抑制大鼠脑匀浆中的H₂S生成，可能是作为低亲和力CBS抑制剂发挥作用（Qu et al.,2006）。此外，低水平CSE表达可能定位于胶质细胞，因为在原代小胶质细胞培养物中仅检测到CSE（而非CBS）表达（Lee et al.,2006）。