[作者简介]谢淼(1990-09~)，男，湖北恩施人，硕士研究生，研究方向：普外科疾病。E-mail:xiemiao@bjmu.edu
[通讯作者]王鹏远(1976-09~)，男，云南昆明人，主任医师，博士，硕士生导师，研究方向：消化疾病的外科，胃肠道肿瘤的
综合。E-mail:pengyuan_wang@bjmu.edu
·前沿与进展·Front and Advacne
·
体内内源性硫化氢的产生主要受三种酶的调控:CBS (胱硫醚-β-合成酶),CSE (胱硫醚-β-裂解酶),MST (巯基丙酮酸硫转移酶)。近年来，内源性硫化氢在胃癌和结直肠癌中的表达规律和作用机制得到了广泛研究。基于硫化氢及其合成酶在肿瘤中的过表达，以其为靶点的抗肿瘤药物得到了广泛研究，本文试从内源性硫化氢可通过改善肿瘤细胞供能、抗氧化应激、促进肿瘤细胞损伤后的恢复、维持肿瘤细胞干细胞
多能性、促进胃肠道肿瘤化疗耐药、促进肿瘤微环境血管生成等机制促进胃肠道肿瘤细胞的增值和侵袭几个方面，对其在胃肠道肿瘤微环境中的促进肿瘤增殖、转移的作用机制以及相关抗肿瘤药物的研究进行综述。1内源性硫化氢促进肿瘤细胞增殖和侵袭的作用机制
1.1
硫化氢通过琥珀酸-Q 氧化还原酶(succinate-Q oxidoreductase ,SQR )改善肿瘤细胞功能
硫化氢
是亲脂性气体分子，其扩散不需要转运体。硫化氢
在体内有两种存在形式:1/3以H 2S 形式存在,2/3
以NaHS 形式存在，两者形成动态平衡，使体内H 2S 维持在一个生理水平，保证机体内环境的稳定[1]。H 2S 可以通过向复合物II 中的SQR 提供电子，将辅
酶10还原为泛素，从而直接刺激细胞的生物能，还可以通过ATP 合酶、复合物V 间接促进ATP 的生成
[2-4]
，
增加ATP 循环。此外,H 2S 可能通过激活
GAPDH 来增加肿瘤细胞的糖酵解活性。Ches ’Nique 等[5]研究发现,NCM356细胞模型研究表明癌前细
胞中CBS 的上调足以诱导侵袭性癌症的代谢重编程和细胞表型特征。转基因小鼠的基因剂量研究证实了CBS 在结肠隐窝转化中的作用。低浓度(0.3mM )的GYY4137(缓释H 2S 供体)增强了HCT116细胞的线粒体功能(耗氧量和ATP 生成)和糖酵解，内源性硫化氢在胃肠道肿瘤微环境中的
作用和机制研究进展
谢淼
陈善稳
王鹏远
北京大学第一医院
普通外科（北京
100034）
可显著提高HCT116细胞的增殖率[6]。
1.2H2S的抗氧化应激作用癌细胞通常含有部分未偶联的线粒体电子传递并产生高水平的线粒体ROS(Reactive oxygen species，活性氧)。5-FU及奥沙利铂、伊立替康等胃癌、肠癌常用的抗肿瘤药物可通过引起肿瘤细胞内过度的氧化应激反应杀伤肿瘤细胞。
内源性H2S可作为还原剂直接清除ROS。Kimu 等[7]和Tang等[8]发现缺血再灌注，细胞外谷氨酸浓度较高，就会竞争性抑制谷胱甘肽(GSH)的前体一胱氨酸进入细胞内，导致胞内GSH的含量降低，而GSH在细胞内起着重要的抗氧化作用,H2S可以增强Y-谷氨酰半胱氨酸合成酶(Y-GCS)的活性，促进细胞内谷胱甘肽的合成，从而抗氧化应激。Tang等发现，补充NaHS则使GSH含量及γ谷氨酰半胱氨酸合酶、GSH
合酶、超氧化物歧化酶活性升高[9]，表明H2S能通过促进内源性抗氧化物生成，间接清除ROS。CBS沉默导致细胞ROS水平升高，与H2S作为内源性线粒体抗氧化剂的作用一致。
H2S可以抑制过氧化氢(H2O2)导致的氧化应激，杨丝丝等[10]研究发现H2S剂量依赖性降低H2O2对细胞的生长抑制率，证实了H2S能够对抗H2O2诱导的氧化应激损伤而保护神经元。同时明显抑制H2O2引起细胞的线粒体膜电位降低及ROS增多而线粒体膜电位降低和ROS增多和线粒体损伤直接相关，提示H2S的抗氧化效应与其抑制H2O2的作用有关，过氧亚硝基阴离子(ONOO-)由一氧化氮和氧自由基结合生成的，具有强氧化性和硝化性，会引起大量DNA的损伤,Whitema等[11]研究了H2S对0NOO-所致的生物分子细胞损伤的影响发现,H2S抑制ON00-介导的酪氨酸的硝化并呈剂量依赖性，实验表明H2S与GSH都能够明显抑制细胞内ONOO-诱导的细胞毒性。
1.3硫化氢对肿瘤细胞损伤后恢复和干性维持的作用肿瘤干细胞在胃癌和结肠癌的发生发展和侵袭转移及放化疗耐药的全过程均起到重要作用[12]。肿瘤细胞可以从各种损伤中恢复，包括x射线照射、氧化应激和缺氧。硫化氢通过连接半胱氨酸与谷胱甘肽调节细胞内氧化还原稳态，谷胱甘肽参与细胞修复机制[13]，在细胞存活中发挥重要作用。
癌细胞从氧化应激、缺氧或葡萄糖剥夺所导致的潜在致命损伤中恢复过程中，经历了去分化，其特征是干细胞基因表达的重新激活和向另一种细胞表型转化。肿瘤细胞表型是动态的，干细胞可能通过损伤后
的去分化获得。从损伤中恢复后，不同谱系的癌细胞被刺激去分化，细胞去分化有助于细胞增殖。这种现象取决于H2S的产生和Nampt(烟酰胺磷酸核糖转移酶)的上调。H2S是Nampt的诱导剂,Nampt可以调节NADH，从而增加细胞内NADH 的可用性，由于氧是NADH传递的还原当量的最终受体，低氧张力导致NADH含量升高。还原性NADH的增加也表明细胞内氧化还原状态向更还原的环境转变。从缺氧或氧化应激引起的损伤中恢复的肿瘤细胞，以及表达干细胞标记物的肿瘤细胞，也具有转分化成新谱系的潜力。而Nampt控制CSE (H2S限速酶)的表达水平，从而调节细胞内H2S的水平。癌细胞获得基因表达的能力和内源性H2S的量成正比。H2S的细胞保护作用及其促进去分化的能力取决于细胞微环境条件。干细胞所处的生态位具有还原氧化还原状态的特征[14]，这对维持干细胞的干性至关重要，氧化还原状态促进了干细胞的分化[15]。因为H2S具有清除氧化物质和增加还原型谷胱甘肽库的能力，可以改善缺氧和氧化应激诱导的损伤。在酸性条件下存活的肿瘤细胞对损伤的耐受性增强，并依赖于低pH值以延长生存期[16]。H2S是一种弱酸，在水溶液中很容易电离。与此一致的是, PAG(CSE抑制剂)可以显著降低细胞的去分化能力,Nampt的特异性抑制剂FK866可以消除与未分化状态相关的基因的表达。Nampt蛋白在多种肿瘤中过表达，促进肿瘤生长。研究表明,Nampt抑制剂可以阻止肿瘤球状体的形成，这表明单个原发肿瘤细胞具有肿瘤的扩增和再增殖能力。
2内源性H2S促进胃肠道肿瘤化疗耐药
耐药是肿瘤化疗的主要障碍，从潜在的致命损伤中恢复的癌细胞显示出其线粒体重组和耐药性增加[
17]。半胱氨酸(cysteine,Cys)的氧化产物包括多种氧化修饰形式(-S-S-;-S-OH;-SO3;-SSG 等)，通常以二硫化物为主，体内大量存在硫氧还原蛋白等还原性物质，二硫键易被还原成巯基，这一过程称为巯基化。H2S可通过巯基化对靶蛋白上的半胱氨酸残基进行修饰，形成二硫键或SSH基团对蛋白进行修缮从而影响蛋白功能[18]。H2S介导的过硫化氢也被证明可以增加甘油醛-3-磷酸脱氢酶(GAPDH)的活性，增加糖酵解通量，增强肌动蛋白聚合抑制细胞凋亡的活性，从而促进化疗耐药。
3内源性H2S促进胃肠道肿瘤血管新生
研究发现,H2S可参与调节血管张力、血管生成。就其血管效应而言，已经确定了一些通路，包括钾依赖ATP(KATP)通道的激活(开放)，以及通过抑制磷酸二酯酶激活循环GMP依赖的信号通路。H2S
870
促血管生成主要通过上调血管内皮生长因子(VEGF)实现,VEGF/VEGFR2所介导的信号级联通路可以调控血管内皮细胞的增殖、迁移、存活，引起血管通透性的改变，控制血管的新生。在肿瘤的生长过程中需要新生血管来供应营养物质和排泄代谢物。H2S参与血管生成信号对VEGF的应答。介导H2S诱导血管生成的信号通路包括丝裂原活化蛋白激酶、磷酸肌苷-3激酶、一氧化氮和ATP敏感的钾通道。内源性产生的H2也被证明可以促进体内典型模型系统的新生血管形成，并有助于伤口愈合、心脏和其他组织的缺血后血管生成，以及肿瘤血管生成。VEGF与VEGFR2的结合可能通过钙依赖性的方式激活CSE，从
而促进H2S的生成。内源性硫化氢可驱动血管内皮细胞迁移，促进血管生成,PAG 减少内源性硫化氢的产生可减少肿瘤血管内皮细胞迁移[19]。H2S促进cGMP(环鸟苷单磷酸)的产生[通过激活eNOS(内皮一氧化氮合酶)，使sGC处于低无响应状态]，又通过抑制PDE(磷酸二酯酶)防止cGMP分解。这使得cGMP达到触发PKG血管生成信号所需的阈值水平。
4硫化氢合成酶(CBS)作为抗胃肠道肿瘤药物靶点的研究进展
胃肠道肿瘤细胞可以通过提高CBS的表达量提高自身硫化氢的合成[20]，抑制CBS表达可以抑制胃肠道肿瘤细胞增殖,CBS和CBS产生的H2S是一种新的、内源性的肿瘤进展调节剂[21]。CBS的抑制剂之一氨基氧乙酸可以提高肿瘤细胞对奥沙利铂和顺铂的化疗敏感性，并可在动物模型上降低结肠癌肝转移的发生[22]，但氨基氧乙酸的作用的特异性不高,CBS在一些非肿瘤组织(如肝脏、肾脏和神经系统)中的生理表达,YD0171可造成肝肾损伤，还具有对血管上皮细胞中CSE的抑制作用，从而导致血流动力学方面的副作用[23]，值得注意的是，氨基氧乙酸的前药YD0171，该药可在小剂量给药剂量下显著抑制结直肠肿瘤的增值以及侵袭能力, YD0171所导致的肝肾损伤的组织学以及血液指标表现相对较小，该药对胃肠道肿瘤的提供了新的思路[24]。Scabo又做了苄丝肼抑制CBS活性促进5-FU抑制肿瘤的研究[25]。
以上研究提示,AOAA与现有的抗肿瘤药物联用具备提高化疗效果及逆转耐药的潜力，尽管还需要进一步的工作来确定最有效的组合和最佳给药顺序。需要进一步开发CBS的药物抑制剂，包括改进目前已知的
CBS抑制剂的效力和选择性。即使使用最具选择性和最有效的抑制剂，我们预测一些基于机制的副作用仍将不可避免，因为CBS在一些非肿瘤组织(如肝脏、肾脏和神经系统)中的生理表达, CBS的主要生理作用是代谢同型半胱氨酸。因此，我们预测使用任何药理学CBS抑制剂的将与血浆同型半胱氨酸的积累有关，同型半胱氨酸是一种已知的细胞毒性分子和心血管危险因子。因此，敲除CBS的动物寿命有限，这是严重高同型半胱氨酸血症的结果。完全缺乏CBS的患者表现出严重的病理生理改变，包括血栓形成、骨质疏松和智力低下。然而，虽然高水平的循环同型半胱氨酸是危险的，但同型半胱氨酸可能存在阈值效应。中度同型半胱氨酸血症在动物模型中耐受良好。
5结语
内源性H2S在胃肠道肿瘤细胞中的作用及其抑制剂在胃肠道肿瘤中作为新的药物靶点具备巨大潜力。CBS的上调导致癌细胞中H2S的生成增强，进而刺激其线粒体功能，激活增殖和促炎信号。此外, H2S还可作为癌细胞的线粒体抗氧化剂,H2S以旁分泌的方式从癌细胞扩散到肿瘤微环境中，刺激血管生成和局部血管扩张，进而为肿瘤提供营养和氧气。CBS和CBS产生的H2S是一种新的、内源性的肿瘤进展调节剂。提高H2S合成酶抑制剂的肿瘤特异性及生物安全性，以及尝试将抑制硫化氢合成与传统化疗药物联用将是未来的研究热点，并可能对改善胃癌和结直肠癌的临床诊治提供巨大价值。
参考文献
[1]Hosoki R,Matsuki N,Kimura H.The possible role of hydrogen sul⁃fide as an endogenous smooth muscle relaxant in synergy with nitric oxide[J].Biochem Biophys Res Com mun,1997,237(3):527-531.
[2]Lagoutte E,Mimoun S,Andriamihaja M,et al.Oxidation of hydrogen sulfide remains a priority in mammalian cells and causes reverse electron transfer in colonocytes[J].Biochim Biophys Acta,2010, 1797(8):1500-1511.
[3]Modis K,Bos EM,Calzia E,et al.Regulation of mitochondrial bioen⁃ergetic function by hydrogen sulfide.Part II.Pathophysiological and therapeutic aspects[J].Br J Pharmacol,2014,171:2123-2146. [4]Modis K,Ju Y,Ahmad A,et al.SSulfhydration of ATP synthase by hydrogen sulfide stimulates mitochondrial bioenergetics[J].Pharma⁃col Res,2016,113:116-124.
[5]Ches’Nique M.Phillips,John R.Zatarain upregulation of cystathio⁃nine-β-synthase in colonic epithelia reprograms metabolism and promotes carcinogenesis[J].Cancer Res,2017,22(21):5741-5754.
[6]Untereiner AA,Oláh G,Módis K,et al.H2S-induced S-sulfhydra⁃tion of lactate dehydrogenase a(LDHA)stimulates cellular bioener⁃getics in HCT116colon cancer cells[J].Biochem Pharmacol,2017, (15)136:86-98.
[7]Kimura Y,Kimura H.Hydrogen sulfidee protects neurons from ox⁃idativestress[J].Faseb J,2004,18(10):1165-1167
[8]Tang XQ,Shen XT,Huang YE,et al.Hydrogen sulfide antagonizes
（上接第868页）
homocysteine-induced neurotoxicity in PC 12cells [J].Neurosci Res,2010,68(3):241-249.
[9]Calvert JW,Jha S,Gundewar S,et al.Hydrogen sulfide mediates cardio protection through Nrf2signaling [J].CircRes,2009,105:365-374.[10]杨丝丝，姜志胜，唐小卿.硫化氢对H202损伤PCI2细胞的保护作用[J].南华大学学报(医学版),2007,35(4):491-494.
[11]Whiteman M,Armstrong JS,Chu SH,et al.The novel neuromodu ⁃lator hydrogen sulfide:an endogenous peroxynitrite scavenger [J].
Neuro Chem,2004,90:765-768.
[12]Wang YJ,Yang H,Zheng GJ,et al.Expression of mutant p53pro ⁃
teins implicates a lineage relationship between neural stem cells
and malignant astrocytic glioma in a murine model [J].Cancer Cell,2009,(15):514-526.
reactive oxygen species是什么意思[13]Midander J,Deschavanne PJ,Debieu D,et al.Reduced repair of
potentially lethal radiation damage in glutathione synthetase-defi ⁃cient human fibroblasts after Xirradiation,Int.J.Radiat.Biol.Relat.Stud.Phys [J].Chem Med,1986,49(3):403-413.
[14]Pervaiz S,Taneja R,Ghaffari S.Oxidative stress regulation of stem and progenitor cells [J].Antioxid Redox Signal,2009,(11):2777-2789.
[15]Shi X,Zhang Y,Zheng J,et al.Reactive oxygen species in cancer stem cells [J].Antioxid Redox Signal,2012,(16):1215-1228.[16]Jones DP.Redefining oxidative stress,Antioxid [J].Redox Signal,2006,8:1865-1879.
[17]Akakura S,Ostrakhovitch E,Sanokawa-Akakura R,et al.Cancer
cells recovering from damage exhibit mitochondrial restructuring and increased aerobic glycolysis [J].Biochem Biophys Res Commun,
2014,488:461-466.[18]Klomsiri C,Karplus PA,Poole LB.Cysteine-based redox switches in enzymes [J].
Antioxid Redox Signal,2011,14(6):1065-1077.[19]Papapetropoulos A,Pyriochou A,Altaany Z,et al.Hydrogensulfide is an endogenous stimulator of angiogenesis [J].Proc Natl Acad,Sci
USA,2009,106:21972-21977.
[20]Szabo C,Ransy C,M ódis K,et al.Regulation of mitochondrial bioen ⁃
ergetic function by hydrogen sulfide.Part I.Biochemical and physio ⁃logical mechanisms [J].Br J Pharmacol,2014,171(8):2099-2122.[21]Thorson MK,Majtan T,Kraus JP,et al.Identification of cystathio ⁃
nine β-synthase inhibitors using a hydrogen sulfide selective probe [J].Angew Chem Int Ed Engl,2013,52(17):4641-4644.
[22]Roweton WE,Carr C.P19Cysthionine-β-synthetase inhibition in combination with standard-chemotherapy decreases colorectal can ⁃cer metastasis to the liver [J].Nitric Oxide,2014,39(1):S21-S22.[23]Asimakopoulou A,Panopoulos P,Chasapis CT,et al.Selectivity of
commonly used pharmacological inhibitors for cystathionine βsyn ⁃thase(CBS)and cystathionine γlyase(CSE)[J].Br J Pharmacol,2013,169(4):922-932.
[24]Chao C,Zatarain JR,Ding Y,et al.Cystathionine-betasynthase in ⁃hibition for colon cancer:Enhancement of the efficacy of aminooxy ⁃acetic acid via the prodrug approach[J].Mol Med,2016,In press.[25]Untereiner AA,Pavlidou A,Druzhyna N,et al.Hellmich MR,Sz ⁃
abo C.Drug resistance induces the upregulation of H 2S -producing enzymes in HCT116colon cancer cells [J].Biochem Pharmacol,
2018,149:174-185.
(收稿日期:2019-03-26)
(本文编辑：张堉；技术编辑：张珂)
Ki-67表达于除G 0期以外的细胞周期各期，且半衰
期较短，可在脱离细胞周期后迅速消失，因此在临床检验中具有较强的可靠性，有利于准确反映肿瘤细胞的增殖活性，且随着其表达水平的不断提高，反映了肿瘤细胞增殖活性越强，分化越差，恶性程度越高。
对ER 、PR 、HER-2、Ki-67表达水平进行联合检测，有助于临床准确评估乳腺浸润性导管癌合并导管原位癌患者的病情，进一步为临床方案的制定提供指导作用。
参
考
文
献
[1]李爽，郎冠天，余科达，等.乳腺导管原位癌和乳腺导管原位癌伴微浸润的分子分型差异性研究[J].中国癌症杂志,2018,28(5):383-388.
[2]韦晓霞，姜瑞瑞，雷婷，等.RT-qPCR 法定量检测乳腺癌FFPE 样本ER 、PR 、HER2、Ki-67表达的初步分析[J].临床与实验病理学杂
志,2018,34(9):968-971.
[3]Hosokawa Y,Masaki N,Takei S,et al.Recurrent triple-negative?breast cancer?(TNBC)tissues contain a higher amount of phosphatidyl ⁃choline(32:1)than non-recurrent TNBC tissues [J].PLoS One,2017,
12(8):183724-183725.
[4]王一澎，郭文青，张丽华，等.从原位癌到微小浸润：乳腺肿瘤的临床病理分析及对外科的影响[J].癌症进展,2016,14(5):423-428.[5]许振，李响.老年女性乳腺癌组织中ER 、PR 、HER-2和Ki-67的表达及其临床意义[J].中国老年学杂志,2016,36(18):4508-4509.[6]曾玉梅，曹晓珊，杜娟，等.乳腺浸润性筛状癌与筛状结构导管原位癌的临床病理及免疫组化对比分析[J].分子诊断与杂志,
2017,9(4):261-266.
[7]毛艳，陈小松，梁跃，等.21基因复发分数对雌激素受体阳性人表皮生长因子受体2阴性腋窝淋巴结阴性早期乳腺癌化疗决策的影
响[J].中华肿瘤杂志,2017,39(7):502-508.
[8]王俊男，徐拯，林健，等.乳腺癌肝转移患者的临床病理特征及预后因素分析：基于SEER 数据库的回顾性研究[J].中华乳腺病杂志
(电子版),2018,12(4):202-208.
[9]何永鹏，李丽仙，易琳，等.乳腺癌患者血清HER-2胞外域水平与癌组织HER-2表达的相关性及其临床意义[J].中华乳腺病杂志(电子版),2016,10(1):14-19.
[10]闫宇，任予，范金虎，等.65岁以上中国老年女性原发性乳腺癌临
床病理特征及分析：多中心10年回顾性研究[J].中国肿瘤,2017,26(7):561-566.
[11]Gao W,Wu J,Chen X,et al.Clinical validation of Ki67by quantitative
reverse transcription-polymerase chain reaction (RT-PCR)in HR+/HER2-early breast cancer [J].J Cancer,2019,10(5):1110-1116.
(收稿日期:2019-04-02)
(本文编辑：张堉；技术编辑：张珂)
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