肝臟疾病不僅影響患者的生活質量，還可能導致嚴重的健康問題甚至死亡，讓全球公共衛生面臨重大挑戰[1-2]。硫化氫（hydrogen sulfide，H2S）被認為是繼一氧化氮（nitric oxide，NO）和一氧化碳（carbon monoxide，CO）之后的第3個氣體信號分子[3]，在氧化應激、物質代謝、調節血管、炎癥、細胞增殖、死亡等病理生理過程中發揮著重要作用[4-6]。研究[7]發現，生成H2S的胱硫醚β-合酶（cystathionine β-synthase，CBS）、胱硫醚γ-裂解酶（cystathionine γ-lyase，CSE）和3-巰基丙酮酸轉硫酶（3-mercaptopyruvate sulfurtransferase，MPST）均在肝臟中有表達，這意味著H2S在肝臟疾病的發生和發展中起著重要作用，但其相關機制尚未完全明了。筆者現就國內外H2S在肝臟疾病中的作用研究進展進行綜述，以期尋找其作用機制，同時希望能為肝臟疾病的預防、診斷和治療提供新的視角和策略。
1 肝臟內H2S的產生和代謝
肝臟內的H2S可通過3種途徑產生[8-9]，即內源性（酶催化途徑）、外源性（非酶催化途徑）以及腸道細菌來源。① 酶催化途徑依靠3種關鍵酶，在體內以半胱氨酸和同型半胱氨酸為底物，在CBS催化下產生胱硫醚，再經CSE、MPST催化而產生H2S，其中CBS和CSE位于細胞質中，而MPST在細胞質和線粒體中均有分布[10]，這使MPST對線粒體H2S的產生至關重要。產生H2S的酶在肝臟外的其他組織器官也有表達，但存在一定的組織特異性。比如CBS主要在中樞神經系統中表達，而CSE和MPST則主要在外周組織中表達[8]。CSE可能是肝臟產生H2S的關鍵酶。有研究[11]發現，小鼠肝臟中CSE蛋白含量顯著高于CBS蛋白含量（近60倍），估計CBS僅占肝臟中酶催化途徑產生H2S的3%；同時該研究也發現，在高底物濃度（半胱氨酸和同型半胱氨酸各20 mmol/L）下，肝臟CBS和CSE產生H2S的能力大致相等。這可能是肝臟復雜的調節機制保證了底物濃度變化下H2S的整體水平穩定。② 非酶催化途徑則需要各種形式的硫烷，如硫代硫酸鹽、硫代半胱氨酸等來釋放H2S[12]，這些反應通常在細胞質中進行，并且產生的H2S量較小。③ H2S還可來自腸道細菌的代謝產物，代謝產物經腸道吸收后從門靜脈進入肝臟，進而在肝臟中發揮相應作用[13]。
肝臟不僅是H2S的產生場所，同時也是其代謝和清除的重要器官。H2S可以通過氧化、甲基化或與正鐵血紅蛋白結合來清除，可形成含有硫代硫酸鹽、亞硫酸鹽和硫酸鹽的尿液排出體外或通過肺呼出少量H2S氣體[14]。
H2S參與調節肝臟多種生理過程，包括脂質代謝、糖代謝、緩解氧化應激、炎癥、纖維化等。肝臟產生的H2S和外源性H2S的生理功能似乎并不一致，這可能與機體內源性H2S含量低，而干預因素產生H2S的速度與量不易把控有關。當前研究的熱點主要集中在探索H2S在不同肝臟疾病中的作用機制，發掘H2S供體在肝臟疾病治療中的潛力以及如何通過調節H2S的產生來治療或預防肝臟疾病。
2 H2S在肝臟疾病中的作用
2.1 肝臟缺血-再灌注損傷（ischemia-reperfusion injury，IRI）
IRI是指恢復缺血組織器官的血供后，其損傷在原缺血性損傷的基礎上進一步加重的現象[15]。肝臟由肝動脈和門靜脈雙重供血，肝臟IRI常見于阻斷肝臟血流的肝切除術、肝移植、肝臟外傷以及休克[16]，特別是與正常肝臟相比，脂肪肝臟的IRI會更嚴重[17]，這可能會增加手術后并發癥發生率。肝細胞缺血缺氧會導致線粒體氧化磷酸化功能障礙、電子傳遞鏈受損、抗氧化酶類活性下降、ATP生成減少，以致再灌注階段進入細胞內的氧經單電子還原而形成的活性氧增多、炎癥反應過度激活，進而引起細胞結構損傷、功能障礙，表現為肝功能受損、肝酶升高，以及鏡下線粒體腫脹、內質網擴張，嚴重者可導致肝細胞壞死及凋亡[18]。
氧化物質增多而抗氧化防御機制之間的不平衡導致的損傷，也被稱為氧化應激[19]。H2S本身可作為肝臟抗氧化庫的一部分，在肝臟IRI期間補充和保護內源性抗氧化劑庫，從而保護肝細胞線粒體的完整性，減輕組織損傷。研究[20]發現，與野生型小鼠相比，CSE基因敲除小鼠再灌注1 h后肝細胞脂質過氧化增加、谷胱甘肽水平降低程度以及結構和功能損傷跡象均更為明顯，針對此種現象可以在添加H2S供體后得到改善。研究[21]證實，核轉錄因子紅系2相關因子2/血紅素加氧酶-1（nuclear factor erythroid- 2- related factor 2/heme oxygenase 1，Nrf2/HO-1）通路可以通過抗炎、抗氧化等作用抵抗氧化應激損傷；生理狀態下，Nrf2與Kelch樣環氧氯丙烷相關蛋白1（Kelch like ECH-associated protein-1，Keap1）以復合體形式存在于細胞質中并處于惰性狀態；H2S能通過修飾Keap1的151位半胱氨酸位點促使Keap1與Nrf2解離并激活Nrf2信號通路，進而促進下游HO-1等抗氧化應激蛋白的表達，改善肝臟氧化應激。炎癥反應也是肝臟IRI的關鍵因素。在發生肝臟IRI時，受損肝細胞會釋放內源性損傷相關模式分子，這些分子可通過Toll樣受體激活Kupffer細胞，釋放腫瘤壞死因子-α、白細胞介素（interleukin，IL）-6、趨化因子等炎癥介質，從而促進炎癥反應。Kupffer細胞釋放的炎癥因子還能進一步促進中性粒細胞的聚集、加重肝臟的炎癥反應來加劇肝臟IRI，而H2S處理能降低肝臟IRI過程中的腫瘤壞死因子-α和IL-6的表達水平，極大地減低壞死、細胞凋亡和炎癥[22]。
氧化應激和炎癥反應導致的損傷最終可促使肝細胞死亡的發生，包括自噬。自噬是一種細胞內部的降解和利用過程，細胞通過形成自噬泡來包裹并消化自身內部的損傷或老化的細胞器及蛋白質。研究[15]顯示，自噬在肝臟IRI中起到雙刃劍的作用，適當的自噬可以及時消除肝臟IRI損傷的線粒體，防止過量活性氧產生，但是過度的自噬也可能導致正常蛋白和細胞器的過度降解，從而加重細胞損傷。調節自噬水平可能成為治療肝臟IRI的新策略。研究[23]發現，H2S可以通過介導大鼠A類清道夫受體（scavenger receptors class A，SRA，一種導致巨噬細胞介導的炎癥受體）通路誘導自噬來保護肝功能，并通過減少氧化應激和炎癥來防止肝臟IRI。而在另一項研究[24]中，H2S預處理降低了自噬過程標志物LC3-II和關鍵蛋白Beclin-1的水平，以此抑制自噬減輕肝臟IRI程度。此外，H2S可以直接或間接地通過磷脂酰肌醇3-激酶（phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K）/蛋白激酶B（protein kinase B，PKB，又稱AKT）/哺乳動物雷帕霉素靶標（mammalian target of rapamycin，mTOR）以及單磷酸腺苷蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）/mTOR等多種信號通路調節細胞自噬[25]。需要更多的研究闡明H2S如何調節自噬的程度來緩解肝臟IRI。
總之，H2S能通過多種信號通路在肝臟IRI中起抗氧化應激、抗炎癥反應的作用，從而減輕肝細胞損傷，在治療和預防肝臟IRI方面展現出巨大的潛力。
2.2 非酒精性脂肪性肝臟疾病（nonalcoholic fatty liver disease，NAFLD）
NAFLD的特征是肝臟甘油三酯沉積，不涉及大量飲酒，它是全球慢性肝臟疾病的主要類型。為更能反映疾病的本質特征，2023年6月，全球肝臟疾病協會將NAFLD更名為代謝功能障礙相關的脂肪性肝臟疾病（metabolic dysfunction-associated steatotic liver disease，MASLD）[26]。目前，38%的成人和7%～14%的兒童和青少年患MASLD。預計到2040年，成人MASLD患病率將增加到55%以上[2]。為銜接既往研究、方便敘述，本節內容仍采用NAFLD這一術語。
NAFLD作為一種代謝性疾病，已有大量相關研究表明其病理過程與脂質代謝、自噬、內質網應激、氧化應激、炎癥等密切相關，而H2S可以通過調節這些病理過程來緩解NAFLD[14]。氧化應激、炎癥在肝臟IRI中已詳述，此處對其他機制進行探討。研究[27]發現，與非NAFLD患者相比，NAFLD患者肝臟中CSE的表達被顯著下調（約33%），同時高脂飲食喂養的小鼠肝臟CSE/H2S通路被下調，H2S顯著低于對照組。甾醇調節元件結合蛋白-1是調節肝臟脂質代謝的關鍵轉錄因子，其異常激活與NAFLD的發展密切相關。法尼酯X受體是核受體超家族的成員，參與調節脂質、膽汁酸的動態平衡。研究[28]發現，H2S可促使法尼酯X受體的激活進而抑制甾醇調節元件結合蛋白-1的表達，從而改善肝臟脂質積累并改善NAFLD。Li等[29]發現，高脂飲食喂養的小鼠和NAFLD患者的肝臟MPST表達顯著增加，但肝臟H2S合成反而受損；同時肝臟MPST的敲低顯著增加H2S合成，并在體內和體外顯著改善肝細胞脂肪變性，而 MPST的過表達則誘導相反的效果。MPST與H2S變化的不一致，再次證明肝臟對H2S有著復雜的調節機制。Sun等[30]研究顯示，H2S供體可以顯著降低小鼠高甘油三酯模型的血清甘油三酯、肝臟質量和肝臟游離脂肪酸水平，且這能被氯喹（一種自噬抑制劑）所抵消。進一步研究[31]發現，外源性H2S通過激活AMPK/mTOR通路促進自噬，從而降低血清甘油三酯水平以改善NAFLD。與此類似，H2S還可通PI3K/AKT/mTOR通路抑制細胞凋亡和促進自噬來緩解高脂飲食誘導的NAFLD。此外，內質網應激也是NAFLD發生和發展的主要原因之一。內質網應激是錯誤折疊的蛋白/未折疊蛋白積累激活未折疊蛋白反應以調節細胞穩態的一種自我調節性反應。持續的內質網應激可能導致細胞功能障礙和凋亡。酶枯草桿菌蛋白酶/kexin 9型（proprotein convertase subtilisin/kexin type 9，PCSK9是前蛋白轉化酶家族的一種絲氨酸蛋白酶），主要由肝臟合成和分泌，是脂質代謝的關鍵調節因子之一[32]。Cui等[33]發現，H2S通過沉默信息調節因子1介導的脫乙酰化加強 FoxO1與PCSK9 啟動子基因的結合，從而抑制 PCSK9 表達以緩解肝臟內質網應激，進而節調節NAFLD。
以上這些研究加深了對NAFLD病理過程的認識，同時為H2S治療NAFLD提供了有力的證據。
2.3 肝硬化
肝纖維化是肝臟對慢性損傷的一種修復反應，其形成的關鍵環節是靜止狀態的肝星狀細胞（hepatic stellate cells，HSC）被激活，轉化為肌成纖維細胞，進而分泌大量細胞外基質。肝硬化是肝纖維化進一步發展的結果。研究[34]發現，在CSE基因敲除的小鼠中，內源性H2S水平顯著降低，并通過觸發炎癥反應加劇四氯化碳誘導的急性肝炎和肝纖維化，而H2S預處理能有效地改善包括腫瘤壞死因子α在內的炎性細胞因子的升高。表明H2S可抑制氧化應激誘導的HSC活化，進而抑制肝纖維化進程[35]。有研究[36]卻得到了與此相反的結論，該研究發現在HSC活化過程中，CSE的mRNA和蛋白質表達增加，同時外源性H2S促進HSC增殖，而H2S的抑制減少了HSC的增殖和纖維化，故認為H2S促進HSC活化。
門靜脈高壓是肝硬化最常見的并發癥，可導致患者出現胃食管靜脈曲張、腹水和脾腫大，嚴重者可危機生命。研究[37]發現，肝硬化門靜脈高壓患者的血漿H2S水平明顯低于健康對照組，且隨著肝功能受損程度的增加，H2S水平逐漸降低。這可能是肝硬化肝功能受損、H2S合成酶活性下降、氧化應激反應消耗所致，導致它不能有效發揮調節血管舒張、促進血管內皮增生作用，進而加速門靜脈高壓的形成。Desulfovibrio是一類在人體腸道中常見的硫酸鹽還原菌，它們通過還原硫酸鹽產生的H2S可經腸道吸收后從門靜脈進入肝臟，進而在肝臟發揮相應作用。有研究[38]發現，從肝硬化患者中分離的Desulfovibrio通常比從健康自愿者中分離的相同物種具有更高的H2S產生能力、胃腸道耐受性和抗生素耐藥水平。這提示調節腸道菌群來調節體內H2S濃度可能是肝硬化、門靜脈高壓的一個治療靶點。
H2S在肝纖維化進展為肝硬化以及在并發門靜脈高壓的過程中扮演著復雜的角色，未來的研究需要進一步明確H2S在這些病理過程中的具體作用，以便更好地開發相應的治療策略。
2.4 肝細胞癌（hepatocellular carcinoma，HCC）
原發性肝癌是一種高發病率、高病死率的惡性腫瘤，是全球第6大常見惡性腫瘤及第3大腫瘤致死病因，我國約80%病理學類型為HCC[39]。近年來，H2S被發現在HCC中具有抗癌和促癌的雙重作用，可能為HCC提供新的治療方法。血管生成是腫瘤發展和進展的關鍵特征之一，而H2S被發現具有促進血管生成作用[40]，理論上可以促進HCC的發生及發展。但研究[41]發現，H2S供體GYY4137在體內可通過下調作為信號轉導和轉錄激活因子3（signal transducer and activator of transcription 3，STAT3）下游蛋白的血管內皮生長因子和缺氧誘導因子-1α的水平，抑制 HCC 細胞的活力和劑量依賴性，并抑制其血管生成。
CSE作為生理條件下肝臟合成H2S的關鍵酶，被發現在HCC中高表達，有助于肝細胞瘤細胞增殖，抑制內源性H2S/CSE通路，大大降低了癌細胞的增殖，還增強了氧化應激的產生、線粒體破壞，發生明顯的DNA損傷和增加細胞凋亡[42]。另外兩種酶CBS和MPST的表達則與此相反。Zhou等[43]在HCC小鼠中觀察到CBS低表達預示著HCC的預后不良，CBS過表達在體外顯著促進細胞凋亡，在體內抑制腫瘤生長；而CBS缺陷促進了調節性T細胞介導的免疫逃避并促進了CBS雜合敲除小鼠的腫瘤生長，其作用機制是CBS不僅促進了腫瘤細胞中Caspase-3（一種在凋亡中起著核心作用的酶）的表達，還通過抑制IL-6/STAT3通路而在HCC中具有抗腫瘤功能；同樣地，Li等[44]觀察到HCC樣本中MPST的mRNA和蛋白表達顯著下調，MPST在HCC細胞中過表達抑制細胞增殖并誘導細胞凋亡，還抑制裸鼠腫瘤異種移植物的生長，而通過腫瘤內遞送小干擾RNA沉默MPST則促進腫瘤生長。此外，H2S還通過抑制PI3K/AKT/mTOR信號通路調節自噬，影響 HCC細胞的多種生物學功能[45]。在Wu等[46]的研究中，低劑量（10～100 μmol/L）NaHS增強了HCC細胞的增殖和活力，而較高濃度（600～1 000 μmol/L）則抑制了它們的增殖。
以上這些研究表明，H2S在HCC中具有抗癌和促癌的雙重作用，這可能與癌細胞類型和H2S合成酶的反應機制、以及H2S供體的釋放速度、濃度有關。未來需要更多的研究來闡明H2S在HCC中雙重作用的機制。此外，腫瘤相關巨噬細胞作為免疫微環境的主要成分，在HCC中極化為M2型以促進HCC的發展[47]，而既往研究發現H2S可調控巨噬細胞的極化而參與疾病過程[48]，H2S是否能通過這一機制參與HCC的調節，有待進一步的研究驗證。
2.5 肝移植
肝移植是終末期肝臟疾病的唯一有效治療方法，供體較長的冷缺血時間和大泡脂肪變性（≥20%）被確定為早期同種異體移植物功能障礙的獨立危險因素[49]。將機械灌注與肝移植進行有機結合的“無缺血肝移植”技術可減少甚至是避免移植過程中的IRI，這對于改善邊緣性供體的預后及增加其利用率具有重要意義[50-51]。然而此技術成本高，現階段難以推廣。最近的一項研究[52]發現，在使用UW液靜態冷保存的豬肝臟中加入AP39（一種線粒體靶向緩慢釋放的H2S供體）后，供體肝臟細胞損傷、凋亡均減少。在大鼠腎臟移植模型中，在移植物UW液中加入硫代硫酸鈉后的受體存活率更高（P<0.05），組織病理學檢查顯示，移植物中急性腎小管壞死、細胞凋亡、炎癥反應均顯著降低（P<0.05）[53]；而在另一種器官保存液HTK液中加入硫化鈉，可明顯改善心臟死亡大鼠肝臟的微循環、形態和活力參數[54]。此外，還可考慮在器官獲取前對器官捐獻者進行H2S治療，結合器官保存液，可最大限度地減少冷IRI、限制移植后并發癥并改善移植結果[55]。這為提高邊緣供肝的質量，增加供肝的來源提供了一個有前景的研究方向。
3 臨床應用H2S治療肝臟疾病的挑戰
3.1 H2S在部分肝臟疾病中的作用機制存在爭議
H2S在部分肝臟疾病中的作用機制研究存在爭議主要是因為H2S的作用具有雙向性，即在不同濃度、不同疾病階段和不同肝細胞類型中可能表現出促進或抑制的效應。因此，需要更多的研究來解決現有的爭議，為其臨床應用提供合理的解釋和指導。此外，目前H2S治療心血管疾病已進入臨床試驗階段[56]，而它在肝臟疾病中作用的研究多以大、小鼠為模型，接下來應多開展以大動物甚至是靈長類動物為研究對象，為H2S臨床試驗研究提供理論依據。
3.2 H2S的常用供體
在相關肝臟疾病研究中常用H2S供體主要有硫化物鹽（NaHS、Na2S）、硫代硫酸鈉、GYY4137、AP39。總結常用H2S供體在相關肝臟疾病研究中的優缺點以及的給藥方式和劑量，以供其他研究者參考。① 硫化物鹽（NaHS、Na2S）是常用的H2S供體，NaHS的研究較多，動物有大鼠[23]和小鼠[28, 30-31]，劑量有30[23]、50[28]、56[30]及100[31] μmol/kg，采用的給藥方式均是腹腔注射；Na2S的研究[54]動物是大鼠，給藥方式是加入HTK液中，采用的濃度是10 μmol/L。這兩種H2S供體均具有價格便宜、容易獲取等優點，但產生的H2S是瞬時短暫的，缺乏靶向能力，只能用于全身給藥，且無法持續給藥[57]，無法進行持續性研究。② 硫代硫酸鈉在小鼠中以45.6 mg/kg濃度靜脈注射，另外以4.56、45.6、456 mg/kg濃度在小鼠中以離體肝臟灌注方式給藥，結果均發現，毒性低，釋放速度較NaHS慢，相對可控[20]。③ GYY4137的研究動物均采用小鼠，有3項研究[21, 28, 33]均采用的腹腔注射，但不同研究中采用濃度不同（50、100 μmol/kg[33]，133 μmol/kg[21]，46 mg/kg[28]），另有一項研究是將藥物分別以10、20及50 mg/kg混合在0.5%羧甲基纖維素中灌胃[41]，結果均發現，GYY4137能慢持續釋放H2S，但生產效率較低，需在高濃度或高劑量下使用。④ AP39的研究動物采用大鼠，是以200 nmol/L的濃度加入UW液中給藥，能線粒體靶向發揮作用，但不能靶向肝臟[52]。GYY4137、AP39等雖可緩慢持續釋放H2S，但仍缺乏靶向能力。⑤ 其他。大蒜和洋蔥被認為是天然H2S供體的主要來源，以此經過胃腸道緩慢吸收H2S似乎符合生理。如何實現疾病部位的靶向遞送、原位生成以及可控釋放，以避免H2S氣體中毒的風險并提高療效，是未來亟待解決的問題。基于生物材料的H2S氣體發生源和輸送系統可實現按需和可控釋放，是精確氣體治療的有前途的方法[58]。
3.3 H2S的檢測技術
H2S和一氧化氮、一氧化碳三種氣體遞質之間存在著廣泛的相互作用，包括相互合成的調節、下游信號傳導和直接化學反應，通過調節彼此的活動來產生許多影響[40]。一氧化氮和H2S雙重供體納米系統在高協同氣體放療中被用于肝細胞癌的治療的研究[59]。Liu等[60]報道了一種同時標記N-乙酰轉移酶2和H2S的雙探針技術來實現對這兩種物質的同時檢測。開發出選擇性更強、示蹤效果顯著的檢測技術，可以更清晰地看到H2S體內“軌跡”，進一步闡明H2S的作用機制，加快其應用于臨床的步伐。
4 總結與展望
總之，H2S可通過抗氧化應激、抗炎、調節自噬、內質網應激、血管生成、細胞死亡等機制在肝臟疾病的發生和發展中起著重要作用，這意味著可以通過補充外源性H2S、調整腸道微生物群或者抑制H2S合成的關鍵酶來調節體內H2S濃度，進而治療肝臟疾病。但目前相關機制尚存爭議，如H2S是抑制還是促進HSC的活化、是抗HCC還是促進其發生發展等問題尚無定論，未來的研究需要深入探討H2S在不同肝臟疾病中的具體作用，以及如何精確控制其在體內的水平并實現靶向給藥。這些問題有賴于動物試驗向臨床試驗過度解決，以驗證H2S治療策略的安全性和有效性。此外，MPST是產生H2S的三種關鍵酶中唯一存在于線粒體的酶，然而目前有關MPST在肝臟疾病的研究較少，未來的研究需要進一步探索MPST在肝臟疾病中的具體作用機制。總之，隨著對H2S生物學功能認識的不斷深入，有望為肝臟疾病的治療提供更為有效的策略。
重要聲明
利益沖突聲明：本文全體作者閱讀并理解了《中國普外基礎與臨床雜志》的政策聲明，我們沒有相互競爭的利益。
作者貢獻聲明：宋書賢負責論文初稿撰寫；張鈺清、李云冬和李寬負責文獻檢索和補充；帕成周對選題和論文修改給予指導；高紅強負責論文的審閱與修訂。
肝臟疾病不僅影響患者的生活質量，還可能導致嚴重的健康問題甚至死亡，讓全球公共衛生面臨重大挑戰[1-2]。硫化氫（hydrogen sulfide，H2S）被認為是繼一氧化氮（nitric oxide，NO）和一氧化碳（carbon monoxide，CO）之后的第3個氣體信號分子[3]，在氧化應激、物質代謝、調節血管、炎癥、細胞增殖、死亡等病理生理過程中發揮著重要作用[4-6]。研究[7]發現，生成H2S的胱硫醚β-合酶（cystathionine β-synthase，CBS）、胱硫醚γ-裂解酶（cystathionine γ-lyase，CSE）和3-巰基丙酮酸轉硫酶（3-mercaptopyruvate sulfurtransferase，MPST）均在肝臟中有表達，這意味著H2S在肝臟疾病的發生和發展中起著重要作用，但其相關機制尚未完全明了。筆者現就國內外H2S在肝臟疾病中的作用研究進展進行綜述，以期尋找其作用機制，同時希望能為肝臟疾病的預防、診斷和治療提供新的視角和策略。
1 肝臟內H2S的產生和代謝
肝臟內的H2S可通過3種途徑產生[8-9]，即內源性（酶催化途徑）、外源性（非酶催化途徑）以及腸道細菌來源。① 酶催化途徑依靠3種關鍵酶，在體內以半胱氨酸和同型半胱氨酸為底物，在CBS催化下產生胱硫醚，再經CSE、MPST催化而產生H2S，其中CBS和CSE位于細胞質中，而MPST在細胞質和線粒體中均有分布[10]，這使MPST對線粒體H2S的產生至關重要。產生H2S的酶在肝臟外的其他組織器官也有表達，但存在一定的組織特異性。比如CBS主要在中樞神經系統中表達，而CSE和MPST則主要在外周組織中表達[8]。CSE可能是肝臟產生H2S的關鍵酶。有研究[11]發現，小鼠肝臟中CSE蛋白含量顯著高于CBS蛋白含量（近60倍），估計CBS僅占肝臟中酶催化途徑產生H2S的3%；同時該研究也發現，在高底物濃度（半胱氨酸和同型半胱氨酸各20 mmol/L）下，肝臟CBS和CSE產生H2S的能力大致相等。這可能是肝臟復雜的調節機制保證了底物濃度變化下H2S的整體水平穩定。② 非酶催化途徑則需要各種形式的硫烷，如硫代硫酸鹽、硫代半胱氨酸等來釋放H2S[12]，這些反應通常在細胞質中進行，并且產生的H2S量較小。③ H2S還可來自腸道細菌的代謝產物，代謝產物經腸道吸收后從門靜脈進入肝臟，進而在肝臟中發揮相應作用[13]。
肝臟不僅是H2S的產生場所，同時也是其代謝和清除的重要器官。H2S可以通過氧化、甲基化或與正鐵血紅蛋白結合來清除，可形成含有硫代硫酸鹽、亞硫酸鹽和硫酸鹽的尿液排出體外或通過肺呼出少量H2S氣體[14]。
H2S參與調節肝臟多種生理過程，包括脂質代謝、糖代謝、緩解氧化應激、炎癥、纖維化等。肝臟產生的H2S和外源性H2S的生理功能似乎并不一致，這可能與機體內源性H2S含量低，而干預因素產生H2S的速度與量不易把控有關。當前研究的熱點主要集中在探索H2S在不同肝臟疾病中的作用機制，發掘H2S供體在肝臟疾病治療中的潛力以及如何通過調節H2S的產生來治療或預防肝臟疾病。
2 H2S在肝臟疾病中的作用
2.1 肝臟缺血-再灌注損傷（ischemia-reperfusion injury，IRI）
IRI是指恢復缺血組織器官的血供后，其損傷在原缺血性損傷的基礎上進一步加重的現象[15]。肝臟由肝動脈和門靜脈雙重供血，肝臟IRI常見于阻斷肝臟血流的肝切除術、肝移植、肝臟外傷以及休克[16]，特別是與正常肝臟相比，脂肪肝臟的IRI會更嚴重[17]，這可能會增加手術后并發癥發生率。肝細胞缺血缺氧會導致線粒體氧化磷酸化功能障礙、電子傳遞鏈受損、抗氧化酶類活性下降、ATP生成減少，以致再灌注階段進入細胞內的氧經單電子還原而形成的活性氧增多、炎癥反應過度激活，進而引起細胞結構損傷、功能障礙，表現為肝功能受損、肝酶升高，以及鏡下線粒體腫脹、內質網擴張，嚴重者可導致肝細胞壞死及凋亡[18]。
氧化物質增多而抗氧化防御機制之間的不平衡導致的損傷，也被稱為氧化應激[19]。H2S本身可作為肝臟抗氧化庫的一部分，在肝臟IRI期間補充和保護內源性抗氧化劑庫，從而保護肝細胞線粒體的完整性，減輕組織損傷。研究[20]發現，與野生型小鼠相比，CSE基因敲除小鼠再灌注1 h后肝細胞脂質過氧化增加、谷胱甘肽水平降低程度以及結構和功能損傷跡象均更為明顯，針對此種現象可以在添加H2S供體后得到改善。研究[21]證實，核轉錄因子紅系2相關因子2/血紅素加氧酶-1（nuclear factor erythroid- 2- related factor 2/heme oxygenase 1，Nrf2/HO-1）通路可以通過抗炎、抗氧化等作用抵抗氧化應激損傷；生理狀態下，Nrf2與Kelch樣環氧氯丙烷相關蛋白1（Kelch like ECH-associated protein-1，Keap1）以復合體形式存在于細胞質中并處于惰性狀態；H2S能通過修飾Keap1的151位半胱氨酸位點促使Keap1與Nrf2解離并激活Nrf2信號通路，進而促進下游HO-1等抗氧化應激蛋白的表達，改善肝臟氧化應激。炎癥反應也是肝臟IRI的關鍵因素。在發生肝臟IRI時，受損肝細胞會釋放內源性損傷相關模式分子，這些分子可通過Toll樣受體激活Kupffer細胞，釋放腫瘤壞死因子-α、白細胞介素（interleukin，IL）-6、趨化因子等炎癥介質，從而促進炎癥反應。Kupffer細胞釋放的炎癥因子還能進一步促進中性粒細胞的聚集、加重肝臟的炎癥反應來加劇肝臟IRI，而H2S處理能降低肝臟IRI過程中的腫瘤壞死因子-α和IL-6的表達水平，極大地減低壞死、細胞凋亡和炎癥[22]。
氧化應激和炎癥反應導致的損傷最終可促使肝細胞死亡的發生，包括自噬。自噬是一種細胞內部的降解和利用過程，細胞通過形成自噬泡來包裹并消化自身內部的損傷或老化的細胞器及蛋白質。研究[15]顯示，自噬在肝臟IRI中起到雙刃劍的作用，適當的自噬可以及時消除肝臟IRI損傷的線粒體，防止過量活性氧產生，但是過度的自噬也可能導致正常蛋白和細胞器的過度降解，從而加重細胞損傷。調節自噬水平可能成為治療肝臟IRI的新策略。研究[23]發現，H2S可以通過介導大鼠A類清道夫受體（scavenger receptors class A，SRA，一種導致巨噬細胞介導的炎癥受體）通路誘導自噬來保護肝功能，并通過減少氧化應激和炎癥來防止肝臟IRI。而在另一項研究[24]中，H2S預處理降低了自噬過程標志物LC3-II和關鍵蛋白Beclin-1的水平，以此抑制自噬減輕肝臟IRI程度。此外，H2S可以直接或間接地通過磷脂酰肌醇3-激酶（phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K）/蛋白激酶B（protein kinase B，PKB，又稱AKT）/哺乳動物雷帕霉素靶標（mammalian target of rapamycin，mTOR）以及單磷酸腺苷蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）/mTOR等多種信號通路調節細胞自噬[25]。需要更多的研究闡明H2S如何調節自噬的程度來緩解肝臟IRI。
總之，H2S能通過多種信號通路在肝臟IRI中起抗氧化應激、抗炎癥反應的作用，從而減輕肝細胞損傷，在治療和預防肝臟IRI方面展現出巨大的潛力。
2.2 非酒精性脂肪性肝臟疾病（nonalcoholic fatty liver disease，NAFLD）
NAFLD的特征是肝臟甘油三酯沉積，不涉及大量飲酒，它是全球慢性肝臟疾病的主要類型。為更能反映疾病的本質特征，2023年6月，全球肝臟疾病協會將NAFLD更名為代謝功能障礙相關的脂肪性肝臟疾病（metabolic dysfunction-associated steatotic liver disease，MASLD）[26]。目前，38%的成人和7%～14%的兒童和青少年患MASLD。預計到2040年，成人MASLD患病率將增加到55%以上[2]。為銜接既往研究、方便敘述，本節內容仍采用NAFLD這一術語。
NAFLD作為一種代謝性疾病，已有大量相關研究表明其病理過程與脂質代謝、自噬、內質網應激、氧化應激、炎癥等密切相關，而H2S可以通過調節這些病理過程來緩解NAFLD[14]。氧化應激、炎癥在肝臟IRI中已詳述，此處對其他機制進行探討。研究[27]發現，與非NAFLD患者相比，NAFLD患者肝臟中CSE的表達被顯著下調（約33%），同時高脂飲食喂養的小鼠肝臟CSE/H2S通路被下調，H2S顯著低于對照組。甾醇調節元件結合蛋白-1是調節肝臟脂質代謝的關鍵轉錄因子，其異常激活與NAFLD的發展密切相關。法尼酯X受體是核受體超家族的成員，參與調節脂質、膽汁酸的動態平衡。研究[28]發現，H2S可促使法尼酯X受體的激活進而抑制甾醇調節元件結合蛋白-1的表達，從而改善肝臟脂質積累并改善NAFLD。Li等[29]發現，高脂飲食喂養的小鼠和NAFLD患者的肝臟MPST表達顯著增加，但肝臟H2S合成反而受損；同時肝臟MPST的敲低顯著增加H2S合成，并在體內和體外顯著改善肝細胞脂肪變性，而 MPST的過表達則誘導相反的效果。MPST與H2S變化的不一致，再次證明肝臟對H2S有著復雜的調節機制。Sun等[30]研究顯示，H2S供體可以顯著降低小鼠高甘油三酯模型的血清甘油三酯、肝臟質量和肝臟游離脂肪酸水平，且這能被氯喹（一種自噬抑制劑）所抵消。進一步研究[31]發現，外源性H2S通過激活AMPK/mTOR通路促進自噬，從而降低血清甘油三酯水平以改善NAFLD。與此類似，H2S還可通PI3K/AKT/mTOR通路抑制細胞凋亡和促進自噬來緩解高脂飲食誘導的NAFLD。此外，內質網應激也是NAFLD發生和發展的主要原因之一。內質網應激是錯誤折疊的蛋白/未折疊蛋白積累激活未折疊蛋白反應以調節細胞穩態的一種自我調節性反應。持續的內質網應激可能導致細胞功能障礙和凋亡。酶枯草桿菌蛋白酶/kexin 9型（proprotein convertase subtilisin/kexin type 9，PCSK9是前蛋白轉化酶家族的一種絲氨酸蛋白酶），主要由肝臟合成和分泌，是脂質代謝的關鍵調節因子之一[32]。Cui等[33]發現，H2S通過沉默信息調節因子1介導的脫乙酰化加強 FoxO1與PCSK9 啟動子基因的結合，從而抑制 PCSK9 表達以緩解肝臟內質網應激，進而節調節NAFLD。
以上這些研究加深了對NAFLD病理過程的認識，同時為H2S治療NAFLD提供了有力的證據。
2.3 肝硬化
肝纖維化是肝臟對慢性損傷的一種修復反應，其形成的關鍵環節是靜止狀態的肝星狀細胞（hepatic stellate cells，HSC）被激活，轉化為肌成纖維細胞，進而分泌大量細胞外基質。肝硬化是肝纖維化進一步發展的結果。研究[34]發現，在CSE基因敲除的小鼠中，內源性H2S水平顯著降低，并通過觸發炎癥反應加劇四氯化碳誘導的急性肝炎和肝纖維化，而H2S預處理能有效地改善包括腫瘤壞死因子α在內的炎性細胞因子的升高。表明H2S可抑制氧化應激誘導的HSC活化，進而抑制肝纖維化進程[35]。有研究[36]卻得到了與此相反的結論，該研究發現在HSC活化過程中，CSE的mRNA和蛋白質表達增加，同時外源性H2S促進HSC增殖，而H2S的抑制減少了HSC的增殖和纖維化，故認為H2S促進HSC活化。
門靜脈高壓是肝硬化最常見的并發癥，可導致患者出現胃食管靜脈曲張、腹水和脾腫大，嚴重者可危機生命。研究[37]發現，肝硬化門靜脈高壓患者的血漿H2S水平明顯低于健康對照組，且隨著肝功能受損程度的增加，H2S水平逐漸降低。這可能是肝硬化肝功能受損、H2S合成酶活性下降、氧化應激反應消耗所致，導致它不能有效發揮調節血管舒張、促進血管內皮增生作用，進而加速門靜脈高壓的形成。Desulfovibrio是一類在人體腸道中常見的硫酸鹽還原菌，它們通過還原硫酸鹽產生的H2S可經腸道吸收后從門靜脈進入肝臟，進而在肝臟發揮相應作用。有研究[38]發現，從肝硬化患者中分離的Desulfovibrio通常比從健康自愿者中分離的相同物種具有更高的H2S產生能力、胃腸道耐受性和抗生素耐藥水平。這提示調節腸道菌群來調節體內H2S濃度可能是肝硬化、門靜脈高壓的一個治療靶點。
H2S在肝纖維化進展為肝硬化以及在并發門靜脈高壓的過程中扮演著復雜的角色，未來的研究需要進一步明確H2S在這些病理過程中的具體作用，以便更好地開發相應的治療策略。
2.4 肝細胞癌（hepatocellular carcinoma，HCC）
原發性肝癌是一種高發病率、高病死率的惡性腫瘤，是全球第6大常見惡性腫瘤及第3大腫瘤致死病因，我國約80%病理學類型為HCC[39]。近年來，H2S被發現在HCC中具有抗癌和促癌的雙重作用，可能為HCC提供新的治療方法。血管生成是腫瘤發展和進展的關鍵特征之一，而H2S被發現具有促進血管生成作用[40]，理論上可以促進HCC的發生及發展。但研究[41]發現，H2S供體GYY4137在體內可通過下調作為信號轉導和轉錄激活因子3（signal transducer and activator of transcription 3，STAT3）下游蛋白的血管內皮生長因子和缺氧誘導因子-1α的水平，抑制 HCC 細胞的活力和劑量依賴性，并抑制其血管生成。
CSE作為生理條件下肝臟合成H2S的關鍵酶，被發現在HCC中高表達，有助于肝細胞瘤細胞增殖，抑制內源性H2S/CSE通路，大大降低了癌細胞的增殖，還增強了氧化應激的產生、線粒體破壞，發生明顯的DNA損傷和增加細胞凋亡[42]。另外兩種酶CBS和MPST的表達則與此相反。Zhou等[43]在HCC小鼠中觀察到CBS低表達預示著HCC的預后不良，CBS過表達在體外顯著促進細胞凋亡，在體內抑制腫瘤生長；而CBS缺陷促進了調節性T細胞介導的免疫逃避并促進了CBS雜合敲除小鼠的腫瘤生長，其作用機制是CBS不僅促進了腫瘤細胞中Caspase-3（一種在凋亡中起著核心作用的酶）的表達，還通過抑制IL-6/STAT3通路而在HCC中具有抗腫瘤功能；同樣地，Li等[44]觀察到HCC樣本中MPST的mRNA和蛋白表達顯著下調，MPST在HCC細胞中過表達抑制細胞增殖并誘導細胞凋亡，還抑制裸鼠腫瘤異種移植物的生長，而通過腫瘤內遞送小干擾RNA沉默MPST則促進腫瘤生長。此外，H2S還通過抑制PI3K/AKT/mTOR信號通路調節自噬，影響 HCC細胞的多種生物學功能[45]。在Wu等[46]的研究中，低劑量（10～100 μmol/L）NaHS增強了HCC細胞的增殖和活力，而較高濃度（600～1 000 μmol/L）則抑制了它們的增殖。
以上這些研究表明，H2S在HCC中具有抗癌和促癌的雙重作用，這可能與癌細胞類型和H2S合成酶的反應機制、以及H2S供體的釋放速度、濃度有關。未來需要更多的研究來闡明H2S在HCC中雙重作用的機制。此外，腫瘤相關巨噬細胞作為免疫微環境的主要成分，在HCC中極化為M2型以促進HCC的發展[47]，而既往研究發現H2S可調控巨噬細胞的極化而參與疾病過程[48]，H2S是否能通過這一機制參與HCC的調節，有待進一步的研究驗證。
2.5 肝移植
肝移植是終末期肝臟疾病的唯一有效治療方法，供體較長的冷缺血時間和大泡脂肪變性（≥20%）被確定為早期同種異體移植物功能障礙的獨立危險因素[49]。將機械灌注與肝移植進行有機結合的“無缺血肝移植”技術可減少甚至是避免移植過程中的IRI，這對于改善邊緣性供體的預后及增加其利用率具有重要意義[50-51]。然而此技術成本高，現階段難以推廣。最近的一項研究[52]發現，在使用UW液靜態冷保存的豬肝臟中加入AP39（一種線粒體靶向緩慢釋放的H2S供體）后，供體肝臟細胞損傷、凋亡均減少。在大鼠腎臟移植模型中，在移植物UW液中加入硫代硫酸鈉后的受體存活率更高（P<0.05），組織病理學檢查顯示，移植物中急性腎小管壞死、細胞凋亡、炎癥反應均顯著降低（P<0.05）[53]；而在另一種器官保存液HTK液中加入硫化鈉，可明顯改善心臟死亡大鼠肝臟的微循環、形態和活力參數[54]。此外，還可考慮在器官獲取前對器官捐獻者進行H2S治療，結合器官保存液，可最大限度地減少冷IRI、限制移植后并發癥并改善移植結果[55]。這為提高邊緣供肝的質量，增加供肝的來源提供了一個有前景的研究方向。
3 臨床應用H2S治療肝臟疾病的挑戰
3.1 H2S在部分肝臟疾病中的作用機制存在爭議
H2S在部分肝臟疾病中的作用機制研究存在爭議主要是因為H2S的作用具有雙向性，即在不同濃度、不同疾病階段和不同肝細胞類型中可能表現出促進或抑制的效應。因此，需要更多的研究來解決現有的爭議，為其臨床應用提供合理的解釋和指導。此外，目前H2S治療心血管疾病已進入臨床試驗階段[56]，而它在肝臟疾病中作用的研究多以大、小鼠為模型，接下來應多開展以大動物甚至是靈長類動物為研究對象，為H2S臨床試驗研究提供理論依據。
3.2 H2S的常用供體
在相關肝臟疾病研究中常用H2S供體主要有硫化物鹽（NaHS、Na2S）、硫代硫酸鈉、GYY4137、AP39。總結常用H2S供體在相關肝臟疾病研究中的優缺點以及的給藥方式和劑量，以供其他研究者參考。① 硫化物鹽（NaHS、Na2S）是常用的H2S供體，NaHS的研究較多，動物有大鼠[23]和小鼠[28, 30-31]，劑量有30[23]、50[28]、56[30]及100[31] μmol/kg，采用的給藥方式均是腹腔注射；Na2S的研究[54]動物是大鼠，給藥方式是加入HTK液中，采用的濃度是10 μmol/L。這兩種H2S供體均具有價格便宜、容易獲取等優點，但產生的H2S是瞬時短暫的，缺乏靶向能力，只能用于全身給藥，且無法持續給藥[57]，無法進行持續性研究。② 硫代硫酸鈉在小鼠中以45.6 mg/kg濃度靜脈注射，另外以4.56、45.6、456 mg/kg濃度在小鼠中以離體肝臟灌注方式給藥，結果均發現，毒性低，釋放速度較NaHS慢，相對可控[20]。③ GYY4137的研究動物均采用小鼠，有3項研究[21, 28, 33]均采用的腹腔注射，但不同研究中采用濃度不同（50、100 μmol/kg[33]，133 μmol/kg[21]，46 mg/kg[28]），另有一項研究是將藥物分別以10、20及50 mg/kg混合在0.5%羧甲基纖維素中灌胃[41]，結果均發現，GYY4137能慢持續釋放H2S，但生產效率較低，需在高濃度或高劑量下使用。④ AP39的研究動物采用大鼠，是以200 nmol/L的濃度加入UW液中給藥，能線粒體靶向發揮作用，但不能靶向肝臟[52]。GYY4137、AP39等雖可緩慢持續釋放H2S，但仍缺乏靶向能力。⑤ 其他。大蒜和洋蔥被認為是天然H2S供體的主要來源，以此經過胃腸道緩慢吸收H2S似乎符合生理。如何實現疾病部位的靶向遞送、原位生成以及可控釋放，以避免H2S氣體中毒的風險并提高療效，是未來亟待解決的問題。基于生物材料的H2S氣體發生源和輸送系統可實現按需和可控釋放，是精確氣體治療的有前途的方法[58]。
3.3 H2S的檢測技術
H2S和一氧化氮、一氧化碳三種氣體遞質之間存在著廣泛的相互作用，包括相互合成的調節、下游信號傳導和直接化學反應，通過調節彼此的活動來產生許多影響[40]。一氧化氮和H2S雙重供體納米系統在高協同氣體放療中被用于肝細胞癌的治療的研究[59]。Liu等[60]報道了一種同時標記N-乙酰轉移酶2和H2S的雙探針技術來實現對這兩種物質的同時檢測。開發出選擇性更強、示蹤效果顯著的檢測技術，可以更清晰地看到H2S體內“軌跡”，進一步闡明H2S的作用機制，加快其應用于臨床的步伐。
4 總結與展望
總之，H2S可通過抗氧化應激、抗炎、調節自噬、內質網應激、血管生成、細胞死亡等機制在肝臟疾病的發生和發展中起著重要作用，這意味著可以通過補充外源性H2S、調整腸道微生物群或者抑制H2S合成的關鍵酶來調節體內H2S濃度，進而治療肝臟疾病。但目前相關機制尚存爭議，如H2S是抑制還是促進HSC的活化、是抗HCC還是促進其發生發展等問題尚無定論，未來的研究需要深入探討H2S在不同肝臟疾病中的具體作用，以及如何精確控制其在體內的水平并實現靶向給藥。這些問題有賴于動物試驗向臨床試驗過度解決，以驗證H2S治療策略的安全性和有效性。此外，MPST是產生H2S的三種關鍵酶中唯一存在于線粒體的酶，然而目前有關MPST在肝臟疾病的研究較少，未來的研究需要進一步探索MPST在肝臟疾病中的具體作用機制。總之，隨著對H2S生物學功能認識的不斷深入，有望為肝臟疾病的治療提供更為有效的策略。
重要聲明
利益沖突聲明：本文全體作者閱讀并理解了《中國普外基礎與臨床雜志》的政策聲明，我們沒有相互競爭的利益。
作者貢獻聲明：宋書賢負責論文初稿撰寫；張鈺清、李云冬和李寬負責文獻檢索和補充；帕成周對選題和論文修改給予指導；高紅強負責論文的審閱與修訂。