硫化氫是一種具有臭雞蛋氣味的致命毒氣，但研究證實，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

● 人體僅會產(chǎn)生微量的毒氣硫化氫。

● 很多證據(jù)表明，這種氣體對心血管系統(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，當你走進醫(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，撲鼻而來的卻是一陣臭雞蛋味。聽起來，這種視覺和嗅覺上的不協(xié)調(diào)可能會讓我們感到不舒服，但在將來，具有臭雞蛋氣味的有毒氣體硫化氫（hydrogen sulfide，H2S）很可能會成為醫(yī)療機構(gòu)的常用藥物。過去10 年間，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，在人體的很多生理過程中，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，以免他們在接受輸血或手術(shù)前死去。

2.5 億年前的浩劫

2.5 億年前的一場浩劫決定了人類的生存離不開硫化氫，盡管這是一種致命毒氣。

        早在幾個世紀以前，科學(xué)家就已經(jīng)清楚硫化氫會對人體造成哪些危害。如今，對于油田和氣田井口、輸送管道沿線、石油加工廠和煉油廠的工作人員來說，這種氣體已成為引發(fā)職業(yè)病的首要因素。人的鼻子能覺察到濃度為0.0047ppm（1ppm 為百萬分之一）的硫化氫。當濃度升至500 ppm 時，我們的呼吸會受到抑制。如果濃度達到800 ppm，人在5 分鐘內(nèi)就會死亡。但矛盾的是，人類的生存離不開硫化氫。

        人體為何會依賴于這種惡臭氣體？讓我們回到2.5 億年前去尋找答案。當時，二疊紀（Permian era）行將結(jié)束，一場有史以來規(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為，這場劫難由西伯利亞火山大規(guī)模噴發(fā)導(dǎo)致，此過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的水平，使地球生命逐步滑入死亡深淵。

         對于需氧海洋生物而言，海水化學(xué)組成發(fā)生上述改變無疑是個壞消息，但在這種環(huán)境下，綠色硫細菌（green sulfur bacteria）之類的厭氧生物卻迅速繁盛起來。厭氧生物占據(jù)優(yōu)勢后會釋放大量的硫化氫，進一步改變海洋環(huán)境，更加不利于剩余的絕大多數(shù)需氧生物的生存。上述滅絕理論認為，這種致命氣體從海洋擴散到空氣中，也威脅到陸地上的植物和動物的生存。二疊紀結(jié)束時，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程中的重要作用可能就是從2.5 億年前延續(xù)下來的，因為只有能忍受、甚至在某些情況下能利用硫化氫的物種，才可能在這場浩劫中幸存下來。人類則部分繼承了早期生命對硫化氫的“親和性”。

硫化氫謎團

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

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

        通過對一氧化碳和一氧化氮的研究，我確信人體可能還會和使用其他氣體作為信號分子。直到1998 年，我還在思考到底哪些氣體會扮演這一角色，在這年夏天，我有了一個想法。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中繪制的復(fù)活節(jié)彩蛋。我發(fā)現(xiàn)一個彩蛋破了，難聞的氣味正是這個已經(jīng)變質(zhì)的破蛋發(fā)出的。

        從那時起，我就開始懷疑，人體器官和組織是否也能帶有臭雞蛋氣味的硫化氫。我對一氧化氮和一氧化碳的研究集中在它們對心血管系統(tǒng)的影響，因此我決定，對硫化氫的研究也從這里開始。事實證明，我的決定非常正確：一系列實驗表明，硫化氫具有重要的生物活性。

        在初期實驗中，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。因為嚙齒類動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這種氣體。初戰(zhàn)告捷讓我們感到興奮，但要確定硫化氫對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遠不夠，我們必須做更多的研究。

        接下來，我們要弄清楚人體如何硫化氫。我們選定的研究對象是胱硫醚γ- 裂解酶（cystathionine-gamma-lyase，CSE），它是細菌用于合成硫化氫的主要“工具”。以前的研究已經(jīng)證實，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，但沒人知曉血管中是否有這種酶。結(jié)果，我們在血管中找到了胱硫醚γ- 裂解酶，在這里，它會與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源之后，我們開始思考，這種“毒氣”會有哪些功能？既然一氧化氮能使血管舒張，硫化氫是否會有類似作用？隨后的實驗證實了我們的推測：當我們將剝離的大鼠血管浸泡在硫化氫溶液中時，血管擴張了。初步看來，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制。在研究提取自動物血管的單個細胞時，我們找到了一些線索。這項研究的結(jié)果發(fā)表于2001年——當時，這個結(jié)果讓我們非常意外。一氧化氮通過激活血管平滑肌細胞中的鳥苷酸環(huán)化酶（guanylyl cyclase）來舒張血管，但硫化氫的作用機制*不一樣。具體來講，硫化氫會激活控制鉀離子流出平滑肌細胞的鉀－ ATP 通道。這種鉀離子流會產(chǎn)生一個電位，阻止鈣離子大量流入細胞，從而舒張血管平滑肌，使血管擴張。為了在活體動物中驗證細胞實驗的結(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，這是硫化氫使動脈血管擴張，血液更易流動的緣故。至此，我們掌握的大量證據(jù)都表明，硫化氫能通過舒張血管來控制機體血壓，但還無法肯定的是，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，使它們的血管無法合成硫化氫。隨后，我們與美國約翰斯·霍普金斯大學(xué)所羅門·斯奈德（Solomon Snyder）及加拿大薩斯喀徹溫大學(xué)的吳凌云帶領(lǐng)的團隊合作，花了5 年時間研究這些基因敲除小鼠。付出得到了回報。2008 年，我們在《科學(xué)》雜志上詳細闡述了我們的研究結(jié)果。隨著年齡增長，這些缺失了CSE 酶的小鼠的血管收縮程度越來越高，血壓明顯高于正常水平（利用安置在小鼠尾部的血壓套測量血壓），但如果我們向小鼠注射硫化氫，它們的血壓就會降低。

        通過對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。這也解開了一個存在已久的謎團。三位美國藥理學(xué)家因一氧化氮相關(guān)研究獲得諾貝爾獎的幾年后，科學(xué)家就發(fā)現(xiàn)血管擴張并非都由一氧化氮引起：盡管經(jīng)過基因改造，實驗動物的血管內(nèi)皮細胞已不能產(chǎn)生一氧化氮，但外周血管（不與心臟直接相連的血管）仍可以擴張。在沒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，平滑肌細胞中存在能硫化氫的CSE 酶，而隨后針對小鼠、牛及人類內(nèi)皮細胞的研究也顯示，這些細胞同樣會合成這種酶，合成量甚至多于平滑肌細胞。在擴張血管方面，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。