Role of reactive oxygen species and sulfide-quinone oxoreductase in hydrogen sulfide-induced contraction of rat pulmonary arteries

活性氧和硫化物-醌氧化還原酶在硫化氫誘導(dǎo)的大鼠肺動脈收縮中的作用

來源: American Journal of Physiology-Lung Cellular and Molecular Physiology, Volume: 314, Year: 2018, Pages: L670-L685

《美國生理學(xué)雜志-肺細(xì)胞和分子生理學(xué)》，卷號：314，年份：2018年，頁碼：L670-L685

 

摘要

摘要部分闡述了硫化氫（H2S）在大鼠肺動脈中誘導(dǎo)復(fù)雜的收縮反應(yīng)，包括一個小的短暫收縮（階段1）和隨后的松弛，然后是一個更大、更持續(xù)的收縮（階段2）。研究使用等長肌動描記法探討了其機制，發(fā)現(xiàn)階段2收縮被線粒體復(fù)合體III阻斷劑myxothiazol、NADPH氧化酶阻斷劑VAS2870和抗氧化劑TEMPOL減弱。硫化物引起NAD(P)H自熒光短暫增加和線粒體膜電位變化，階段2收縮的發(fā)生與硫化物濃度下降至約50μM相關(guān)。在培養(yǎng)的肺動脈平滑肌細(xì)胞中，硫化物增加活性氧（ROS）產(chǎn)生，這一效應(yīng)在硫化物-醌氧化還原酶（SQR）被小干擾RNA敲低后消失。研究提出階段2收縮主要由SQR介導(dǎo)的硫化物代謝引起，通過向泛醌提供電子，增加復(fù)合體III的電子產(chǎn)生，從而增加ROS產(chǎn)生。

 

研究目的

研究目的是闡明硫化氫誘導(dǎo)大鼠肺動脈收縮的分子機制，特別是探索活性氧和硫化物-醌氧化還原酶在其中的作用，以理解硫化氫在血管調(diào)節(jié)中的復(fù)雜效應(yīng)，并為肺動脈高壓等病理條件提供見解。

 

研究思路

研究思路基于使用大鼠二級肺動脈進行等長肌動描記法實驗，以硫化鈉作為硫化物供體。測量硫化物誘導(dǎo)的收縮反應(yīng)，并應(yīng)用各種抑制劑（如PKC抑制劑G6983、ryanodine、線粒體復(fù)合體阻斷劑等）來干擾潛在通路。同時，使用安培傳感器監(jiān)測浴槽硫化物濃度，記錄NAD(P)H自熒光和線粒體膜電位變化，并在培養(yǎng)的肺動脈平滑肌細(xì)胞中通過ROS檢測和SQR敲低實驗驗證機制。數(shù)據(jù)分析采用統(tǒng)計學(xué)方法比較組間差異。

 

測量的數(shù)據(jù)及研究意義

1 收縮張力數(shù)據(jù)：測量硫化物誘導(dǎo)的肺動脈收縮幅度和時程，包括階段1和階段2收縮。數(shù)據(jù)來自Fig.1和Fig.2。研究意義是揭示硫化氫引起雙相收縮的特征，階段2收縮更持久，類似于缺氧性肺動脈收縮，提示可能共享機制。

 

 

2 硫化物濃度數(shù)據(jù)：使用Unisense安培傳感器實時監(jiān)測浴槽硫化物濃度變化。數(shù)據(jù)來自Fig.8。研究意義是顯示硫化物濃度下降至約50μM時階段2收縮達到峰值，表明收縮與特定濃度閾值相關(guān)，突出了濃度依賴性效應(yīng)。

 

3 NAD(P)H自熒光數(shù)據(jù)：記錄硫化物引起的NAD(P)H/NADP比率變化。數(shù)據(jù)來自Fig.3。研究意義是反映線粒體電子傳遞鏈抑制狀態(tài)，階段2收縮與自熒光信號下降同步，表明線粒體功能恢復(fù)參與收縮。

 

4 線粒體膜電位數(shù)據(jù)：使用TMRE染料測量線粒體膜電位變化。數(shù)據(jù)來自Fig.4和Fig.5。研究意義是顯示硫化物引起線粒體超極化或去極化，階段2收縮與超極化相關(guān)，提示線粒體活性增強驅(qū)動收縮。

 

 

5 ROS產(chǎn)生數(shù)據(jù)：在培養(yǎng)細(xì)胞中使用L012探針測量硫化物誘導(dǎo)的ROS產(chǎn)生。數(shù)據(jù)來自Fig.13。研究意義是證實硫化物通過SQR代謝增加ROS，SQR敲低消除該效應(yīng)，直接證明SQR-ROS通路的關(guān)鍵作用。

 

6 分子表達數(shù)據(jù)：通過Western blot和PCR分析SQR表達。數(shù)據(jù)來自Fig.13。研究意義是驗證SQR在肺動脈中的存在，支持其在硫化物代謝中的功能。

 

結(jié)論

1 硫化氫誘導(dǎo)的肺動脈階段2收縮主要由SQR介導(dǎo)的硫化物代謝引起，通過增加線粒體電子流和復(fù)合體III的ROS產(chǎn)生驅(qū)動。

2 階段2收縮依賴于線粒體復(fù)合體III和NADPH氧化酶，涉及PKC和Rho激酶通路，但獨立于電壓門控鈣通道。

3 低濃度硫化物引起單相收縮，與線粒體刺激相關(guān)，而高濃度引起雙相反應(yīng)，與濃度下降后線粒體功能恢復(fù)相關(guān)。

4 研究不支持硫化氫作為缺氧性肺動脈收縮的主要介質(zhì)，因抑制劑效應(yīng)存在差異。

 

使用丹麥Unisense電極測量數(shù)據(jù)的研究意義

使用丹麥Unisense電極（安培傳感器）測量硫化物濃度數(shù)據(jù)的研究意義在于提供了高精度、實時的硫化物濃度監(jiān)測，使研究人員能直接關(guān)聯(lián)濃度動態(tài)與生理響應(yīng)。在該研究中，電極數(shù)據(jù)顯示硫化物濃度在應(yīng)用后迅速下降，階段2收縮在濃度降至約50μM時達到峰值，這揭示了收縮反應(yīng)的濃度依賴性閾值。這種精確測量避免了間接推定的局限性，增強了實驗的可重復(fù)性和可靠性。Unisense電極的高靈敏度允許檢測快速濃度變化，如混合效應(yīng)和非線性響應(yīng)，從而支持了硫化物濃度下降觸發(fā)線粒體功能恢復(fù)和ROS產(chǎn)生的假設(shè)。此外，電極數(shù)據(jù)與張力記錄的同步分析（如Fig.8）強化了因果推斷，突出了Unisense技術(shù)在研究氣體信號分子動力學(xué)中的關(guān)鍵價值，為理解硫化氫的血管效應(yīng)提供了直接證據(jù)。