Streszczenie

Siarkowodór (H2S) jest powszechnie znanym toksycznym gazem o nieprzyjemnym zapachu. Jednak w organizmie człowieka jest zaliczany do gazowych przekaźników wewnątrzkomórko­wych i uczestniczy zarówno w procesach fizjologicznych, jak i patologicznych. Opublikowane w ostatnich latach badania wykazały, iż H2S _w zależności od stężenia ma działanie wzmacniające długoterminowe pobudzenie synaptyczne w centralnym systemie nerwowym, a także może wykazywać zarówno działanie prozapalne, jak i przeciwzapalne w obrębie śródbłonka naczyń krwionośnych. Ponadto H2S _działa wazodylatacyjnie w obrębie układu naczyniowego, podobnie jak inne gazowe mediatory, np. tlenek węgla czy tlenek azotu. Obecnie podkreśla się potencjal­ną rolę H2S _w fizjologii układu pokarmowego, a konkretnie w utrzymaniu integralności błony śluzowej żołądka i w mechanizmach gastroprotekcji, a także być może w protekcji pozostałych części górnego i dolnego odcinka przewodu pokarmowego. Prowadzone w ostatnich latach badania przedkliniczne potwierdziły znaczenie H2S _w mechanizmach obronnych wzmacniają­cych barierę śluzówkową żołądka. Prekursor H2S, jakim jest L-cysteina oraz bezpośredni donor tego gazu – wodorosiarczek sodu (NaHS) w znacznym stopniu zmniejszają uszkodzenia błony śluzowej szczurzego żołądka wywołane etanolem. Korzystne działanie H2S _wykazano również w dwunastnicy, gdzie związek ten zwiększa sekrecję ochronnych jonów wodorowęglanowych (HCO3-) zabezpieczających jelita przed uszkodzeniem spowodowanym nadmiarem kwaśnej treści żołądkowej. Mimo pojawiających się nowych danych świadczących o korzystnej roli jaką pełni H2S _w układzie pokarmowym, jego przydatność i możliwości terapeutyczne w klinice pozostają nadal niewystarczająco udokumentowane i badania nad wykorzystaniem tego gazu w leczeniu zaburzeń, zwłaszcza górnego odcinka pokarmowego, podobnie jak w przypadku lepiej poznanych gazów, takich jak tlenek azotu i tlenek węgla, powinny być przedmiotem dalszych badań.

Słowa kluczowe:siarkowodór • L-cysteina • wodorosiarczek sodu • układ pokarmowy • błona śluzowa żołądka • gastroprotekcja

Summary

Słowa Hydrogen sulfide (H2S) is commonly known as a toxic gas with an unpleasant odor. However, in the human body it plays a role as a gaseous transmitter involved in the control of physiological processes. Studies published so far have shown that H2S _increased synaptic long-term potentiation in the central nervous system and exerted the inflammatory and anti-inflammatory effects on vascular endothelium. These effects clearly depend on the concentration of this gaseous molecule. H2S _exerts vasodilatory effect in the cardiovascular system similar to those exhibited by carbon monoxide or nitric oxide. It is believed that H2S _may play a potential role in the physiology of the gastrointestinal tract including the mechanism of gastroprotection of gastric mucosa and possibly exerts a protective effect in other parts of the digestive system. The administration of L-cysteine, the precursor of H2S _or NaHS, the exogenous donor of this gaseous molecule, significantly re­duced gastric damage induced by ethanol, an agent that is known to induce acute gastric damage and hemorrhagic necrosis to the gastric mucosa. The administration of H2S _results in increased secretion of protective bicarbonate and mucus secretions and these effects could, in part, explain the H2S-_induced protection of duodenal mucosa against the damage induced by gastric acid. Despite these promising results, little is known about the therapeutic efficacy of H2S _in relation to two other important gases, nitric oxide and carbon monoxide, and future studies are definitely needed to assess its usefulness in the treatment of upper and lower gastrointestinal tract disorders.

Key words:hydrogen sulfide • L-cysteine • NaHS • gastrointestinal tract • gastric mucosa • gastroprotection

Wykaz skrótów:

ATP – adenozynotrifosforan, cAMP – cykliczny adenozynomonofosforan, CBS – β-syntaza cystationiny, cGMP – cykliczny guanozynomonofosforan, CO – tlenek węgla (II), CSE – γ-liaza cystationiny, GERD – choroba refluksowa przełyku (gastroesophageal reflux disease), GSH – glutation, H₂S – siarkowodór, NaHS – wodorosiarczek sodu, IBS – zespół jelita drażliwego (irritable bowel syndrome), IL-10 – interleukina 10, JNK – kinazy aktywowane stresem (c-Jun N­-terminal kinases), LTP – długotrwałe wzmocnienie synaptyczne (long term potentiation), MAP – kinaza aktywowana mitogenem (mitogen-activated protein kinases) , MDA – malonylodialdehyd, mRNA – matrycowy kwas rybonukleinowy, NaHS – wodorosiarczek sodu, NMDA – kwas N-me­tylo-D-asparaginowy, NO – tlenek azotu (II), PAG – D,L-propalgylglicyna, PGE₂ – prostaglandyna E₂, RGM1 – komórki epitelialne śluzówki żołądka szczura (rat gastric mucosal cell first), TGF-β – transformujący czynnik wzrostu (transforming growth factor beta), WRS – stres wynikający z unieruchomienia i oziębienia w wodzie (water immersion and restraint stress).

Wstęp

Siarkowodór (H₂S) jest nieorganicznym gazem o zapachu zgniłych jaj, w większych stężeniach działającym toksycznie na organizm ludzki. Ostatnie badania naukowe wykazały jednak zupełnie przeciwstawną rolę tej gazowej molekuły w fizjologii człowieka. Oprócz tlenku azotu (II) oraz tlenku węgla (II) wykazujących działanie wazodylatacyjne, neuro­modulujące oraz będących czynnikami przeciwzapalnymi, siarkowodór jest również zaliczany do endogennych gazo­wych mediatorów wewnątrzkomórkowych wykazujących podobne działanie jak wspomniane molekuły [1,36,39].

Wiadomo, że H₂S jest syntetyzowany w organizmie ssaków z L-cysteiny przez dwa enzymy zależne od fos­foranu pirydoksalu (witamina B₆): γ-liazę cystationi­ny (CSE) oraz β-syntazę cystationiny (CBS) [29,30]. W niektórych tkankach konieczna jest obecność oby­dwu enzymów, często jednak jeden z nich wystarcza do syntezy mediatora [36]. H₂S powstaje dodatkowo wsku­tek aktywności sulftransferazy 3-merkaptopirogronia­nu w połączeniu z aminotransferazą cysteiny [26,27]. W badaniach eksperymentalnych powszechnie używa się trzech inhibitorów syntezy H₂S: D,L-propalgylglicynę (PAG) hamującą działanie CSE oraz hydroksylaminę i kwas aminooctowy w przypadku hamowania aktyw­ności enzymu CBS [31]. Stosowany jest również inny inhibitor CSE, związek β-cyjanoalanina [32].

Fizjologiczne stężenie H₂S we krwi ssaków mieści się w przedziale 30-100 µM. W mózgu górna granica to 160 µM; wartości powyżej 200 µM mogą wykazywać działanie toksyczne [1,5,36].

Znaczenie H₂S w organizmie

Jedne z pionierskich badań dotyczących fizjologicznej roli H₂S w organizmie przeprowadzone przez Abe oraz Kimu­rę [1], opublikowane w 1996 r. wykazały, że gaz ten pełni istotną rolę w przewodnictwie neuronalnym, wzroście dłu­goterminowego wzbudzenia synaptycznego oraz w proce­sach uczenia się. Mechanizmy te, na podstawie wyników badań, były zależne od hormonów (m.in. od testosteronu). Wspomniani badacze wykazali również, że w centralnym systemie nerwowym głównym enzymem biorącym udział w syntezie siarkowodoru jest CBS.

Podobnie jak NO, gazomediator H₂S jest inhibitorem ad­herencji leukocytów do śródbłonka naczyń, gdyż podanie β-cyjanoalaniny, inhibitora CSE, radykalnie zwiększa ad­herencję tych komórek do śródbłonka naczyń krezkowych szczurów [39]. Donory H₂S wykazują supresyjne działanie względem adherencji leukocytów w modelach zwierzę­cych indukowanych przez podanie do naczyń krezkowych związków o charakterze prozapalnym. Działanie hamujące adherencję neutrofilów zostaje zniesione po zastosowaniu glibenklamidu, inhibitora kanałów potasowych, co suge­ruje powiązanie mechanizmu tej adherencji leukocytów do śródbłonka naczyń, z aktywnością kanałów potasowych zależnych od ATP [9,39].

Interesującym jest to, że nie we wszystkich stanach choro­bowych można mówić o ochronnym mechanizmie, który byłby udziałem zwiększonego poziomu H₂S. Na przykład, we wstrząsie krwotocznym H₂S działa szkodliwie i jest to związane z rozwojem stanu zapalnego ponieważ stwier­dzono, że wzrost biosyntezy i zwiększenia endogennego poziomu tej molekuły, nasila infiltrację neutrofilów tkanki wątrobowej i płucnej. Natomiast zahamowanie biosyntezy H₂S przez podawanie PAG hamuje uszkadzający wpływ H₂S, co zmniejsza uszkodzenie tych narządów [19].

Na podstawie przytoczonych badań, można wywniosko­wać, że działanie przeciwzapalne H₂S jest zależne od jego stężenia w tkance. W relatywnie wysokim stężeniu siarko­wodór występuje w mózgu, co może być wyznacznikiem jego fizjologicznej funkcji w przekazywaniu informacji w centralnym systemie nerwowym. W przeprowadzonych badaniach wykazano dużą ekspresję CBS w hipokampie i móżdżku [1]. W tym samym eksperymencie badacze wy­kazali, że w wysokich stężeniach H₂S hamuje odpowiedź synaptyczną, natomiast stężenie mieszczące się w granicach zbliżonych do poziomu fizjologicznego, zwiększa długo­trwałe wzmocnienie synaptyczne (LTP) i jest to związane z aktywnością receptorów NMDA w hipokampie [1]. Jak wykazano w innych badaniach H₂S zwiększa wytwarzanie cAMP w komórkach i w ten sposób zwiększa aktywność receptorów NMDA. Zjawisko to dotyczyło zarówno ko­mórek nerwowych, jak i komórek gleju [12].

W obrazie klinicznym pacjentów z ostrym udarem zaob­serwowano zwiększone stężenie cysteiny w osoczu [24]. Podwyższone stężenie cysteiny odnotowano również u gerbili mongolskich w modelu ischemicznego uszko­dzenia mózgu wywołanym podwiązaniem tętnicy szyj­nej [28]. W szczurzym modelu udaru podaż prekursorów oraz donorów siarkowodoru: L-cysteiny i NaHS zwięk­szało rozmiar uszkodzeń w korze móżdżku u tych zwie­rząt. Zmniejszenie obszaru uszkodzeń zależne od dawki wykazano przez zastosowanie w określonych grupach in­hibitorów CBS i CSE. Obserwacje te sugerują, że H₂S jako produkt przemian cysteiny, jest istotnym czynnikiem patogennym, być może bezpośrednio odpowiedzialnym za patologię udaru niedokrwiennego [24].

W zwierzęcym modelu zespołu metabolicznego wywoła­nym zahamowaniem syntezy glutationu wykazano działa­nie protekcyjne nowych postaci aspiryny (ACS14) i kwasu salicylowego uwalniających H₂S w patologii sercowo-na­czyniowej [25,33]. Badane substancje w znacznym stop­niu obniżały stan zapalny oraz nadciśnienie poprzez me­chanizm zmniejszający dysfunkcję śródbłonka w aorcie. W mechanizmie uszkodzeń wywołanych przez ischemię wraz z reperfuzją (I/R), zaobserwowano zmniejszenie uszkodzenia mięśnia sercowego pod wpływem H₂S i jego donorów. Dodatkowo odnotowano spadek insuliny, któ­rej wzrost towarzyszy rozwojowi zespołu metabolicznego u ludzi [25].

Badania nad mechanizmem działania naczyniorozszerza­jącego H₂S wykazały, że zależy on od aktywacji kanałów potasowych i jest powiązany z hiperpolaryzacją potencjału błonowego komórek mięśni gładkich naczyń krwiono­śnych. Działanie hipotensyjne CO i NO w odróżnieniu od H₂S jest oparte na aktywacji cyklazy guanylowej i cGMP. Istotne znaczenie w regulacji ciśnienia i napięcia naczyń krwionośnych może mieć stymulujące działanie NO, za­równo na ekspresję, jak i też aktywność CSE [40].

Istnieją obecnie przekonywające dowody na to, że H₂S uczestniczy w modulacji czucia bólu trzewnego. Podanie do jelita grubego szczurów NaHS spowodowało trzewną hi­peralgezję przez mechanizm angażujący kanały wapniowe typu T, bez aktywnego udziału kanałów typu L, co wskazuje na zwiększoną nadwrażliwość na ból pod wpływem H₂S jako gazomediatora, uwalnianego ze związku będącego jego donorem. Dodatkowo potwierdzono obecność kana­łów wrażliwych na działanie NaHS w hodowli komórek grzbietowej części rdzenia kręgowego in vitro. Badania te wykazały również, że układ H₂S/NaHS może uczestniczyć w nadwrażliwości na ból trzewny przez bezpośrednie draż­nienie czuciowych włókien aferentnych w podobnym stę­żeniu jak kapsaicyna [18]. W innych badaniach wykazano hamujące działanie H₂S w nadwrażliwości bólu trzewnego, co utrudnia na obecnym etapie podjęcie jednoznacznych wniosków o udziale i roli tego mediatora w tym procesie. Wykazano bowiem, że donory H₂S zahamowały odpo­wiedź na rozdęcie jelita w modelach zwierzęcych naśla­dujących zespół jelita drażliwego (IBS) w mechanizmie aktywującym ATP-zależne kanały potasowe i NO [6,7]. Dlatego też Distrutti i wsp. [7] zaproponowali pochod­ną mesalaminy – związku stosowanego w leczeniu IBS – w połączeniu z H₂S, która byłaby bardziej skuteczna w leczeniu schorzeń jelitowych od samej mesalaminy w ła­godzeniu bólu trzewnego. W odróżnieniu od tych badań, Xu i wsp. [37] wykazali na zwierzęcym modelu IBS, że przewlekła hiperalgezja trzewna jest powiązana z akty­wacją ekspresji CBS w nerwowych zwojach grzbietowych. Zastosowanie inhibitora tego enzymu, związku hydroksy­loaminy, hamowało nadwrażliwość jelitową. Ponadto H₂S zwiększył też pobudliwość neuronów czuciowych okrężnicy wyrażoną zwiększoną liczbą potencjałów czynnościowych w neuronach zwojów grzbietowych [37]. Powyższe dane, głównie doświadczalne, wskazują na istotną rolę gazome­diatora H₂S w modulacji trzewnej hiperalgezji, stanowiąc podstawę do dalszych badań w kierunku ludzkiej patofi­zjologii schorzeń jelitowych.

W patologii wątroby, Morsy i wsp. [20] wykazali, że donory H₂S zapobiegają hepatotoksycznemu działaniu paraceta­molu. W przeprowadzonych badaniach zaobserwowano spadek aminotransferazy alaninowej we krwi oraz reduk­cję uszkodzeń w obrazie histopatologicznym wątroby [21]. Działanie antyoksydacyjne H₂S polegało na podwyższaniu zawartości glutationu (GSH) przy jednoczesnym spadku malonylodialdehydu (MDA), którego poziom był wymier­nym wskaźnikiem peroksydacji lipidów błon komórkowych w badanych próbkach wątroby [21].

Istotnym, praktycznym uzupełnieniem wiedzy o funkcjono­waniu H₂S, są najnowsze doniesienia traktujące o przeciw­nowotworowym działaniu H₂S [23]. Wykazano m.in., że gazomediator działa antynowotworowo hamując transloka­cję czynnika transkrypcyjnego NF-κB odpowiedzialnego za uaktywnienie kaskady procesu zapalnego przy tym uczest­nicząc w naprawie uszkodzonego DNA, czego wymiernym dowodem był wzrost poziomu GSH i tioredoksyny [8,16,23]. Należy zaznaczyć, że prooksydacyjne działanie H₂S odgrywa niezwykle istotną rolę w mechanizmie zapobiegania procesom nowotworowym przez tworzenie sulfonianów, które hamują proliferację komórek raka prowadząc do szybkiej śmierci ko­mórek rakowych w wyniku apoptozy [3,22].

Rola H₂S w układzie pokarmowym

Obecnie brak jest zadowalającej liczby badań pozwalają­cych na jednoznaczne określenie roli H₂S w układzie po­karmowym, mimo coraz większych, stwierdzanych głównie doświadczalnie, potencjalnych możliwości terapeutycznych związanych z działaniem tej gazowej molekuły w tej części organizmu człowieka.

Wallace i wsp. [32] jako pierwsi stwierdzili, że H₂S wykazuje działanie gastroprotekcyjne i chroni błonę śluzową żołądka szczura przed uszkodzeniami poprzez mechanizm związany ze wzrostem naczyniowego przepływu krwi w żołądku. Po­nadto H₂S efektywnie hamując proces adherencji leukocytów, wykazuje przy tym działanie przeciwzapalne i przeciwobrzę­kowe. Przeprowadzone ostatnio przez ten zespół naukowców z Kanady badania związane m.in. z próbą połączenia donorów H₂S z klasycznymi niesteroidowymi lekami przeciwzapalnymi (NLPZ), takimi jak aspiryna, aby zredukować skutki gastropa­tii rozwijanej w wyniku przyjmowania inhibitorów cyklook­sygenaz (COX), dały korzystne rezultaty [32,34]. Wykazano, że zsyntetyzowane w ten sposób NLPZ uwalniające H₂S, w znacznie mniejszym stopniu powodowały powstawanie uszkodzeń polekowych w błonie śluzowej żołądka u szczurów, w porównaniu do zwierząt, które traktowano tymi samymi lekami, ale bez hybrydowego połączenia z H₂S [32,33]. Co więcej, donory H₂S przyspieszały proces gojenia się przewle­kłych wrzodów żołądka [34] stanowiąc istotną informację dla praktycznej gastroenterologii oraz perspektywę nowych możliwości leczenia choroby wrzodowej u ludzi.

Badania przeprowadzone w Japonii wykazały, że NaHS w zależności od dawki zwiększa sekrecję jonów w jeli­cie cienkim szczurów [11]. Jony HCO₃^– wraz z sekrecją ochronnego śluzu tworzą tzw. wydzielinę alkaliczną sta­nowiącą naturalną barierę ochronną błony śluzowej jelita działając neutralizująco na zakwaszony pokarm w prawi­dłowych warunkach fizjologicznych przedostający się z żo­łądka do dwunastnicy. W tym badaniu naśladowano natu­ralny pasaż, stosując perfuzję kwasu solnego HCl o stężeniu 10 mmol/l i w tych warunkach NaHS zwiększał wydziela­nie wodorowęglanów [11]. Wykazano również, że jedno­czesne zastosowanie glibenklamidu – blokera kanałów K⁺ nie niweluje wzrostu sekrecji jonów wodorowęglanowych HCO₃^–, indukowanej przez stosowanie NaHS. Wyniki te nie korespondują z wcześniejszymi badaniami, które pro­wadzono w innych układach biologicznych i raczej skłania­ją do konkluzji, że mechanizm działania H₂S nie zależy od aktywacji kanałów potasowych. Podobne efekty odnotowa­no w przypadku zdolności błony śluzowej do generowania PGE₂, która jest zwiększona pod wpływem H₂S, a podanie glibenklamidu nie zmieniało znacząco poziomu tej sekrecji. Proces ten był jednak zahamowany po zastosowaniu kla­sycznego NLPZ, indometacyny, która jest nieselektywnym inhibitorem COX-1 i COX-2. Inhibitor CSE – związek PAG wykazał działanie zmniejszające sekrecję ochronnych jonów HCO₃^– w porównaniu do grupy poddanej działaniu kwasu bez zastosowania wspomnianego inhibitora [11].

W zapaleniu jelita indukowanym siarczanem dekstranu sodu (DSS) u myszy wykazano, że w porównaniu do grupy kontrolnej PAG znacznie zwiększał indeks progresji cho­roby, na który składała się m.in. utrata masy ciała, zmiana konsystencji stolca, czy też krwawienia jelitowe. Wspo­mniany inhibitor CSE spowodował również wzrost aktyw­ności mieloperoksydazy (MPO), jednego z powszechnie znanych markerów stanu zapalnego, świadczącego o zwięk­szonej aktywności neutrofilów. Przeciwstawne wyniki zaob­serwowano w grupie traktowanej donorem siarkowodoru, którym w tym przypadku był siarczek sodu – Na₂S [10].

Bakterie jelitowe są źródłem egzogennego H₂S, który może wpływać na funkcjonowanie śluzówki przewodu pokarmo­wego. W prawidłowych warunkach fizjologicznych komórki epitelialne (nabłonka powierzchni) stanowią naturalną barie­rę metaboliczną chroniącą przed dyfuzją gazu do śluzówki jelita, mimo że H₂S stanowi paliwo energetyczne dla ente­rocytów. Większa część gazu wnikającego przez barierę ślu­zówkową jelita (tzn. kolonocyty i enterocyty) jest gwałtownie przekształcana przez enzymy oksydacyjne do tiosiarczanów pełniących funkcje detoksykacyjne. W warunkach uszkodze­nia bariery istnieje duże ryzyko, że dyfundujący H₂S może działać na różne komórki warstwy podnabłonkowej, w tym także na neurony enteryczne, śródbłonek naczyń, kurczli­wość mięśniówki gładkiej, modulując w ten sposób funkcje sekrecyjne, motoryczne lub sensoryczne nabłonka, czy też wpływając na proces infiltracji błony śluzowej jelita przez leukocyty. Istotną obserwacją jest to, że uszkodzenie błony śluzowej w wyniku zapalenia jelit lub we wrzodziejącym za­paleniu jelita (łac. colitis ulcerosa) prowadzi do zwiększenia poziomu H₂S generowanego przez błonę śluzową jelita, ale nie syntetyzowanego przez bakterie jelitowe. Niemniej jed­nak, niektóre bakterie jelitowe, w tym probiotyki (np. z ga­tunku Bifidobacteria) modulują powstawanie H₂S w jelicie przez wzmożone wytwarzanie maślanu, który nasila geno­wą ekspresję enzymów szlaku syntezy tej molekuły, tj. CBS i CSE [35]. Warto jednak zaznaczyć, że zaobserwowano ge­notoksyczne działanie H₂S wytwarzanego przez komensalne bakterie jelita grubego [20]. Kumulacja mutacji w obrębie DNA prowadzi do powstania gruczolakowatej polipowa­tości jelita oraz nowotworów dolnego odcinka przewodu pokarmowego. Badania w tym kierunku przeprowadzono na liniach komórkowych ludzkich kolonocytów. Wykaza­no, że wraz ze wzrostem dawki donoru H₂S, związku Na₂S, dochodziło do zwiększenia się liczby uszkodzeń w materiale genetycznym [2]. –

W badaniach in vitro H₂S wykazał dawkozależne działanie protekcyjne względem prawidłowych komórek epitelialnych nabłonka powierzchni RGM1 (rat gastric mucosal cells) błony śluzowej żołądka uszkadzanych w wyniku ich inku­bacji z nadtlenkiem wodoru (H₂O₂) [38]. W badaniu tym wykazano korelację między działaniem protekcyjnym H₂S, a aktywnością kinaz aktywowanych mitogenami (MAP). Gdy stan wzbudzenia kinaz aktywowanych stresem oksyda­cyjnym – JNK (c-Jun N-terminal kinases) i zaangażowanych m.in. w apoptozę komórek RGM1, blokowano inhibitorami kinaz, dochodziło do eliminacji efektu protekcyjnego wyka­zywanego przez NaHS. Można zatem wysunąć wniosek, że ścieżka sygnału komórkowego zależna od kinaz JNK pośred­niczy wybiórczo w protekcji obserwowanej pod wpływem NaHS, ponieważ podobnego działania nie zaobserwowano jednak przy zahamowaniu poszczególnych izoform białka p38, które pełni podobne funkcje do kinaz rodziny JNK. Ważnym stwierdzeniem w innych badaniach in vivo [39] było wykazanie, że doustne podawanie NaHS działa protek­cyjnie na komórki śluzówki żołądka uszkadzane w wyniku ischemii i następowej reperfuzji. Na podstawie przytoczo­nych badań można wysnuć wniosek, że H₂S działa ochronnie na komórki nabłonka powierzchni błony śluzowej żołądka eksponowane na stres oksydacyjny, a mechanizm ten polega na aktywacji niektórych kinaz MAP, w tym głównie kinaz zaliczanych do rodziny JNK.

W modelu stresu indukowanego przez zanurzenie zwie­rząt w wodzie i ich unieruchomienie w niskiej temperatu­rze (water immersion and restraint stress), zespół badaczy z Chin wykazał, że H₂S redukuje liczbę uszkodzeń błony śluzowej żołądka oraz znamiennie statystycznie zmniejsza stężenie produktów peroksydacji lipidów w porównaniu do grupy kontrolnej poddanej jedynie działaniu stresu z zim­na i unieruchomienia [15]. Interesujących informacji do­starczyły prace na izolowanych z przewodu pokarmowego naczyniach krwionośnych, w których NaHS w wysokich stężeniach działał relaksacyjne, częściowo hamowane przez dodawanie glibenklamidu do inkubatu. Przeciwnie niskie stężenia donora H₂S działały naczynioskurczająco i było to skorelowane z hamowaniem syntazy tlenku azotu (NOS) oraz aktywnością śródbłonkowego czynnika hiperpola­ryzującego. W innych badaniach dożylne podanie NaHS początkowo spowodowało wzrost żołądkowego przepływu krwi, po którym nastąpił jego znaczny spadek [14]. Można przyjąć, że NaHS rozszerza naczynia w zależności od za­stosowanej dawki, chociaż może powodować też obkurcze­nie naczyń krwionośnych układu pokarmowego. W ­dzia­łania te są zaangażowane, przynajmniej częściowo, kanały wapniowe aktywowane poziomem ATP. Mechanizm tego działania H₂S nie do końca jeszcze poznano, chociaż przyj­muje się, że gaz ten jest zaangażowany w kontrolę mecha­nizmów regulujących napięcie ścian naczyń krwionośnych, a tym samym w wielkość przepływu krwi przez łożysko naczyniowe układu pokarmowego i zapewne odpowiada za zjawisko przekrwienia reaktywnego w błonie śluzowej żołądka i jelit [14].

W modelu wywołania uszkodzeń alkoholowych błony śluzowej żołądka, stężenie endogennego H₂S w błonie śluzowej żołądka osiągnęło wyższe wartości u zwierząt eksponowanych na ten czynnik niż w grupie kontrolnej, która otrzymała jako placebo sól fizjologiczną. Aplikacja związku PAG w grupie zwierząt traktowanej alkoholem, spowodowała obniżenie poziomu H₂S w stosunku do grupy nietraktowanej tym inhibitorem CSE, lecz wartości te były nadal wyższe niż w grupie kontrolnej u zwierząt zdrowych [4]. PAG wykazała protekcyjne działanie w uszkodzeniach śluzówki indukowanych przez etanol, który spowodował podwyższone wytwarzanie gazomediatora w błonie śluzo­wej. Zahamowanie enzymu CSE przez PAG mogło więc obniżyć poziom H₂S do wartości podstawowych, czego skutkiem była zaobserwowana gastroprotekcja. Ciekawe, że indometacyna – nieselektywny inhibitor syntezy prosta­glandyn pod wpływem COX-1 i COX-2, spowodowała za­hamowanie działania ochronnego PAG. Otrzymane wyniki wskazują, że w gastroprotekcji indukowanej przez PAG mogą pośredniczyć endogenne prostaglandyny, których poziom progowy może zależeć od aktualnego stężenia H₂S w błonie śluzowej żołądka [4]. Ochronne działanie H₂S nie tylko dotyczy uszkodzeń poalkoholowych, ale również innych powstałych w wyniku załamania bariery śluzówko­wej, takich jak uszkodzenia wywołane przez zastosowanie ischemii z następową reperfuzją. W zwierzęcym modelu ischemii z reperfuzją wykazano, że prekursor siarkowodo­ru – L-cysteina oraz jego donor – NaHS, działają gastro­protekcyjnie w obrębie błony śluzowej żołądka poprzez mechanizm związany ze spadkiem ekspresji mRNA dla cytokin prozapalnych (IL-10 i TGF-b) wraz z zahamo­waniem aktywności, związanej z ich uwalnianiem do krwi po podaniu wymienionych substancji [17]. Podobne wyniki uzyskano w grupie otrzymującej PAG [17].

Wyniki te potwierdzają hipotezę, że H₂S w zależności od stężenia jest ważnym czynnikiem biorącym udział w pro­cesach obronnych i integracyjnych błony śluzowej żołądka chroniących błonę przed powstawaniem uszkodzeń (ryc. 1). Ciągle jeszcze liczba dostępnych wyników związanych z określeniem zawartości endogennego siarkowodoru w błonie śluzowej układu pokarmowego jest niezadowa­lająca i konieczne są dalsze badania umożliwiające bezpo­średni pomiar stężenia H₂S w uszkodzonej i chronionej w wyniku podawania donorów H₂S, w tkance żołądkowej. Ten gaz wraz z innymi gazami o działaniu gastroprotek­cyjnym, w tym NO i CO, stanowi jeden z istotnych kom­ponentów bariery śluzówkowej zabezpieczających błonę śluzową żołądka przed uszkodzeniem przez czynniki pa­tologiczne różnego pochodzenia.

Ryc. 1. Plejotropowy wpływ siarkowodoru na czynności organizmu ze szczególnym uwzględnieniem działania gazowej molekuły w przewodzie pokarmowym

Podsumowanie

Badania ostatnich lat wykazały, że H₂S i jego fizjologiczne działanie w przewodzie pokarmowym to ważne wyzwanie dla postępu nauk medycznych. Reasumując, H₂S działa protekcyjnie w obrębie błony śluzowej żołądka, chroniąc przed wystąpieniem uszkodzeń przez wzmaganie mecha­nizmów ochronnych zwiększających odporność tej błony przed uszkodzeniami (ryc. 1). Mechanizm gastroprotekcji pod wpływem H₂S wydaje się bardzo złożonym, niemniej gaz ten jest potencjalnym czynnikiem ochronnym, oprócz znanych i dowiedzionych związków zapewniających in­tegralność błony śluzowej żołądka, w tym m.in. prosta­glandyn, NO, czynników regulujących apetyt, takich jak grelina, leptyny, gastryna, oreksyna i wiele innych [13,41]. Rozszerzenie zakresu badań oraz podjęcie prac związanych z poznaniem roli tego gazomediatora w poszczególnych częściach przewodu pokarmowego, w tym również w prze­łyku i w jelitach pozwoli zarysować profil fizjologicznego działania tej molekuły i możliwości jej udziału w profilak­tyce i leczeniu schorzeń układu pokarmowego. Z przed­stawionych danych niedwuznacznie wynika, że ten gazo­wy mediator uczestniczy w potencjalnych mechanizmach związanych z prewencją i leczeniem wielu chorób. Nie jest wykluczonym, że H₂S może odgrywać ważna rolę w lecze­niu schorzeń przewlekłych, takich jak choroba refluksowa przełyku (GERD), przełyk Barretta, czy też nieswoiste zapalenia jelit. Sądzimy, że zbadanie udziału H₂S w tych mechanizmach oraz określenia istotności udziału H₂S w mechanizmie ochronnym bądź uszkadzającym w połą­czeniu z innymi czynnikami o udowodnionym działaniu ochronnym lub uszkadzającym błonę śluzową przewodu pokarmowego, będzie stanowić w najbliższych latach jeden z ważnych celów dalszych badań w dziedzinie gastroente­rologii klinicznej i doświadczalnej.

PIŚMIENNICTWO

[1] Abe K., Kimura H.: The possible role of hydrogen sulfide as an endogenous neuromodulator. J. Neurosci., 1996; 16: 1066-1071
[PubMed]  [Full Text PDF]  

[2] Attene-Ramos M.S., Wagner E.D., Plewa M.J., Gaskins H.R.: Evidence that hydrogen sulfide is a genotoxic agent. Mol. Cancer Res., 2006; 4; 9-14
[PubMed]  [Full Text HTML]  [Full Text PDF]  

[3] Ballatori N., Krance S.M., Notenboom S., Shi S., Tieu K., Hammond C.L.: Glutathione dysregulation and the etiology and progression of human diseases. Biol. Chem., 2009; 390: 191-214
[PubMed]  [Full Text PDF]  

[4] Chávez-Pina A.E., Tapia-Alvarez G.R., Navarrete A.: Inhibition of endogenous hydrogen sulfide synthesis by PAG protects against ethanol-induced gastric damage in the rat. Eur. J. Pharmacol., 2010; 630: 131-136
[PubMed]  

[5] Dello Russo C., Tringali G., Ragazzoni E., Maggiano N., Menini E., Vairano M., Preziosi P., Navarra P.: Evidence that hydrogen sulphide can modulate hypothalamo-pituitary-adrenal axis function: in vitro and in vivo studies in the rat. J. Neuroendocrinol., 2000; 12: 225-233
[PubMed]  

[6] Distrutti E., Sediari L., Mencarelli A., Renga B., Orlandi S., Antonelli E., Roviezzo F., Morelli A., Cirino G., Wallace J.L., Fiorucci S.: Evidence that hydrogen sulfide exerts antinociceptive effects in the gastrointestinal tract by activating KATP channels. J. Pharmacol. Exp. Ther., 2006; 316: 325-335
[PubMed]  [Full Text HTML]  [Full Text PDF]  

[7] Distrutti E., Sediari L., Mencarelli A., Renga B., Orlandi S., Russo G., Caliendo G., Santagada V., Cirino G., Wallace J.L., Fiorucci S.: 5-Amino-2-hydroxybenzoic acid 4-(5-thioxo-5H-[1,2]dithiol-3yl)-phenyl ester (ATB-429), a hydrogen sulfide-releasing derivative of mesalamine, exerts antinociceptive effects in a model of postinflammatory hypersensitivity. J. Pharmacol. Exp. Ther., 2006; 319: 447-458
[PubMed]  [Full Text HTML]  [Full Text PDF]  

[8] Dröge W., Kinscherf R.: Aberrant insulin receptor signaling and amino acid homeostasis as a major cause of oxidative stress in aging. Antioxid. Redox Signal., 2008; 10: 661-678
[PubMed]  [Full Text PDF]  

[9] Fiorucci S., Antonelli E., Distrutti E., Rizzo G., Mencarelli A., Orlandi S., Zanardo R., Renga B., Di Sante M., Morelli A., Cirino G., Wallace J.L.: Inhibition of hydrogen sulfide generation contributes to gastric injury caused by anti-inflammatory nonsteroidal drugs. Gastroenterology, 2005; 129: 1210-1224
[PubMed]  [Full Text HTML]  [Full Text PDF]  

[10] Hirata I., Naito Y., Takagi T., Mizushima K., Suzuki T., Omatsu T., Handa O., Ichikawa H., Ueda H., Yoshikawa T.: Endogenous hydrogen sulfide is an anti-inflammatory molecule in dextran sodium sulfate-induced colitis in mice. Dig. Dis. Sci., 2011; 56: 1379-1386
[PubMed]  

[11] Ise F., Takasuka H., Hayashi S., Takahashi K., Koyama M., Aihara E., Takeuchi K.: Stimulation of duodenal HCO₃^– secretion by hydrogen sulphide in rats: relation to prostaglandins, nitric oxide and sensory neurones. Acta Physiol., 2011; 201: 117-126
[PubMed]  

[12] Kimura H.: Hydrogen sulfide induces cyclic AMP and modulates the NMDA receptor. Biochem. Biophys. Res. Commun., 2000; 267: 129-133
[PubMed]  

[13] Konturek P.C., Brzozowski T., Walter B., Burnat G., Hess T., Hahn E.G., Konturek S.J.: Ghrelin-induced gastroprotection against ischemia-reperfusion injury involves an activation of sensory afferent nerves and hyperemia mediated by nitric oxide. Eur. J. Pharmacol., 2006; 536: 171-181
[PubMed]  

[14] Kubo S., Kajiwara M., Kawabata A.: Dual modulation of the tension of isolated gastric artery and gastric mucosal circulation by hydrogen sulfide in rats. Inflammopharmacology, 2007; 15: 288-292
[PubMed]  

[15] Lou L.X., Geng B., Du J.B., Tang C.S.: Hydrogen sulphide-induced hypothermia attenuates stress-related ulceration in rats. Clin. Exp. Pharmacol. Physiol., 2008; 35: 223-228
[PubMed]  

[16] Mantovani G., Madeddu C., Maccio A., Gramignano G., Lusso M.R., Massa E., Astara G., Serpe R.: Cancer-related anorexia/cachexia syndrome and oxidative stress: an innovative approach beyond current treatment. Cancer Epidemiol. Biomarkers Prev., 2004; 13: 1651-1659
[PubMed]  [Full Text HTML]  [Full Text PDF]  

[17] Mard S.A., Neisi N., Solgi G., Hassanpour M., Darbor M., Maleki M.: Gastroprotective effect of NaHS against mucosal lesions induced by ischemia – reperfusion injury in rat. Dig. Dis. Sci., 2012; 57: 1496-1503
[PubMed]  

[18] Matsunami M., Tarui T., Mitani K., Nagasawa K., Fukushima O., Okubo K., Yoshida S., Takemura M., Kawabata A.: Luminal hydrogen sulfide plays a pronociceptive role in mouse colon. Gut, 2009; 58: 751-761
[PubMed]  

[19] Mok Y.Y., Moore P.K.: Hydrogen sulphide is pro-inflammatory in haemorrhagic shock. Inflamm. Res., 2008; 57: 512-518
[PubMed]  

[20] Moore D., Kotake Y., Huycke M.: Enterococcus faecalis produces thiyl radicals while colonizing the colon. Free Radic. Biol. Med., 2003; 35 (Suppl. 1): S174-S175
[Abstract]  

[21] Morsy M.A., Ibrahim S.A., Abdelwahab S.A., Zedan M.Z., Elbitar H.I.: Curative effects of hydrogen sulfide against acetaminophen-induced hepatotoxicity in mice. Life Sci., 2010; 87: 692-698
[PubMed]  

[22] Nimni M.E., Han B., Cordoba F.: Are we getting enough sulfur in our diet? Nutr. Metab., 2007; 4: 24
[PubMed]  [Full Text HTML]  [Full Text PDF]  

[23] Predmore B.L., Lefer D.J., Gojon G.: Hydrogen sulfide in biochemistry and medicine. Antioxid. Redox Signal., 2012; 17: 119-140
[PubMed]  [Full Text HTML]  [Full Text PDF]  

[24] Qu K., Chen C.P., Halliwell B., Moore P.K., Wong P.T.: Hydrogen sulfide is a mediator of cerebral ischemic damage. Stroke, 2006; 37: 889-893
[PubMed]  [Full Text HTML]  [Full Text PDF]  

[25] Rossoni G., Manfredi B., Tazzari V., Sparatore A., Trivulzio S., Del Soldato P., Berti F.: Activity of a new hydrogen sulfide-releasing aspirin (ACS14) on pathological cardiovascular alterations induced by glutathione depletion in rats. Eur. J. Pharmacol., 2010; 648: 139-145
[PubMed]  

[26] Shibuya N., Mikami Y., Kimura Y., Nagahara N., Kimura H.: Vascular endothelium expresses 3-mercaptopyruvate sulfurtransferase and produces hydrogen sulfide. J. Biochem., 2009; 146: 623-626
[PubMed]  

[27] Shibuya N., Tanaka M., Yoshida M., Ogasawara Y., Togawa T., Ishii K., Kimura H.: 3-Mercaptopyruvate sulfurtransferase produces hydrogen sulfide and bound sulfane sulfur in the brain. Antioxid. Redox Signal., 2009; 11: 703-714
[PubMed]  

[28] Slivka A., Cohen G.: Brain ischemia markedly elevates levels of the neurotoxic amino acid, cysteine. Brain Res., 1993; 608: 33-37
[PubMed]  

[29] Stipanuk M.H., Beck P.W.: Characterization of the enzymic capacity for cysteine desulphhydration in liver and kidney of the rat. Biochem. J., 1982; 206: 267-277
[PubMed]  [Full Text PDF]  

[30] Swaroop M., Bradley K., Ohura T., Tahara T., Roper M.D., Rosenberg L.E., Kraus J.P.: Rat cystathionine β-synthase. Gene organization and alternative splicing. J. Biol. Chem., 1992; 267: 11455-11461
[PubMed]  [Full Text PDF]  

[31] Szabó C.: Hydrogen sulfide and its therapeutic potential. Nat. Rev. Drug Discov., 2007; 6: 917-935
[PubMed]  

[32] Wallace J.L.: Hydrogen sulfide-releasing anti-inflammatory drugs. Trends Pharmacol. Sci., 2007; 28: 501-505
[PubMed]  

[33] Wallace J.L.: Physiological and pathophysiological roles of hydrogen sulfide in the gastrointestinal tract. Antioxid. Redox Signal., 2010; 12: 1125-1133
[PubMed]  [Full Text HTML]  [Full Text PDF]  

[34] Wallace J.L., Dicay M., McKnight W., Martin G.R.: Hydrogen sulfide enhances ulcer healing in rats. FASEB J., 2007; 21: 4070-4076
[PubMed]  [Full Text HTML]  [Full Text PDF]  

[35] Wallace J.L., Ferraz J.G., Muscara M.N.: Hydrogen sulfide: an endogenous mediator of resolution of inflammation and injury. Antioxid. Redox Signal., 2012; 17: 58-67
[PubMed]  [Full Text HTML]  [Full Text PDF]  

[36] Wang R.: Two’s company, three’s a crowd: can H₂S be the third endogenous gaseous transmitter? FASEB J., 2002; 16: 1792-1798
[PubMed]  [Full Text HTML]  [Full Text PDF]  

[37] Xu G.Y., Winston J.H., Shenoy M., Zhou S., Chen J.D., Pasricha P.J.: The endogenous hydrogen sulfide producing enzyme cystathionine-β synthase contributes to visceral hypersensitivity in a rat model of irritable bowel syndrome. Mol. Pain, 2009; 5: 44
[PubMed]  [Full Text HTML]  [Full Text PDF]  

[38] Yonezawa D., Sekiguchi F., Miyamoto M., Taniguchi E., Honjo M., Masuko T., Nishikawa H., Kawabata A.: A protective role of hydrogen sulfide against oxidative stress in rat gastric mucosal epithelium. Toxicology, 2007; 241: 11-18
[PubMed]  

[39] Zanardo R.C., Brancaleone V., Distrutti E., Fiorucci S., Cirino G., Wallace J.L.: Hydrogen sulfide is an endogenous modulator of leukocyte-mediated inflammation. FASEB J., 2006; 20: 2118-2120
[PubMed]  [Full Text HTML]  [Full Text PDF]  

[40] Zhao W., Zhang J., Lu Y., Wang R.: The vasorelaxant effect of H₂S as a novel endogenous gaseous K_ATP channel opener. EMBO J., 2001; 20: 6008-6016
[PubMed]  [Full Text HTML]  [Full Text PDF]  

[41] Zhu A., Kaunitz J.: Gastroduodenal mucosal defense. Curr. Gastroenterol. Rep., 2008; 10: 548-554
[PubMed]  

Autorzy deklarują brak potencjalnych konfliktów interesów.

Full text