H2S-induced gastric fundus smooth muscle tension potentiation is mediated by the phosphoinositide 3-kinase/Akt/endothelial nitric oxide synthase pathway

H2S誘導的胃底平滑肌張力增強是由磷酸肌醇3-激酶/Akt/內皮一氧化氮合酶通路介導的

來源：Experimental Physiology, Volume 102, Issue 7, 2017, pp 779-790

《實驗生理學》，第102卷第7期，2017年，第779-790頁

 

摘要

這篇論文的摘要討論了氫硫化氫（H2S）作為一種新的氣體遞質，與一氧化氮（NO）和一氧化碳（CO）類似，在調節胃腸道平滑肌張力中起重要作用。研究使用Western blotting、生理學和電化學技術，探討了H2S和NO在胃底平滑肌張力調節中的相互作用。發現NaHS（H2S供體）增強胃底平滑肌張力，而SNP（NO供體）降低張力。H2S誘導的張力增強被L-NAME（NO合酶抑制劑）抑制，表明H2S通過抑制NO生成發揮作用。實時檢測顯示胃平滑肌組織能內生生成H2S和NO。H2S通過抑制PI3K/Akt通路減少eNOS磷酸化，從而抑制NO生成。結論是H2S誘導的胃底張力增強是通過PI3K/Akt通路抑制NO生成介導的，這些結果對探索生理適應和適應障礙機制非常重要。

 

研究目的

本研究旨在闡明H2S和NO在調節胃底平滑肌張力中的關系，特別是調查H2S是否通過影響NO通路來增強張力，并確定其分子機制，包括PI3K/Akt/eNOS通路的作用。

 

研究思路

研究思路結合體外實驗和分子生物學技術。使用小鼠胃底平滑肌組織，通過等長張力測量評估H2S和NO供體對張力的影響。應用電化學技術（如丹麥Unisense電極）實時檢測H2S和NO生成速率。使用藥理學抑制劑（如L-NAME用于NO合酶、LY294002用于PI3K）和基因敲低（如CBS siRNA）來干擾特定通路。通過Western blotting分析eNOS和Akt的磷酸化狀態，以驗證通路機制。研究還比較了內源性和外源性H2S的作用，以全面了解H2S和NO的crosstalk。

 

測量的數據及研究意義

1 實時H2S和NO生成速率數據：使用電化學電極測量胃平滑肌組織中H2S和NO的生成速率，H2S生成速率為0.018±0.015 nmol s?1 (mg protein)?1，NO生成速率為0.012±0.0035 nmol s?1 (mg protein)?1。數據來自圖1。研究意義在于直接證實胃底平滑肌能內生生成H2S和NO，為它們參與張力調節提供實證基礎，表明這些氣體遞質在局部微環境中的動態平衡。

 

2 H2S和NO對張力的影響數據：NaHS（50-200 μM）劑量依賴性地增強胃底平滑肌張力（從0 mN增至2.06±1.29 mN），而SNP（0.001-0.1 μM）劑量依賴性地降低張力（從0 mN降至-1.40±0.44 mN）。數據來自圖2。研究意義在于顯示H2S和NO對張力有相反作用，突顯它們在維持平滑肌收縮-舒張平衡中的拮抗關系。

 

3 L-NAME對H2S誘導張力的影響數據：L-NAME（100 μM）預處理顯著抑制NaHS（100和200 μM）誘導的張力增強，相對張力值從1降至0.52±0.097和0.22±0.19。數據來自圖3。研究意義表明H2S的張力增強作用依賴于NO通路，因為抑制NO合酶后H2S效應減弱，提示H2S通過調節NO釋放間接起作用。

 

4 AOAA對NO生成的影響數據：AOAA（CBS抑制劑，1 mM）顯著增加NO生成，從119±70 nM升至221±84 nM。數據來自圖4。研究意義在于證明內源性H2S抑制NO生成，因為抑制H2S合成后NO水平上升，揭示了H2S對NO的負調控作用。

 

5 eNOS和Akt磷酸化數據：NaHS（50-200 μM）處理降低eNOS Ser1177磷酸化（從1降至0.65±0.14）和Akt Ser308/Thr473磷酸化，LY294002（PI3K抑制劑）阻斷此效應。數據來自圖5。研究意義表明H2S通過抑制PI3K/Akt通路減少eNOS活性，從而抑制NO生成，闡明了分子機制。

 

6 siRNA敲低CBS的影響數據：CBS siRNA降低CBS表達，增加eNOS Ser1177磷酸化（從1.05±0.14升至1.38±0.36）和Akt磷酸化，總eNOS表達也增加。數據來自圖7和8。研究意義確認內源性H2S通過相同通路調節NO，基因敲低模擬了H2S抑制效應，強化了通路特異性。

 

 

 

結論

1 H2S和NO在胃底平滑肌張力調節中發揮相反作用，H2S增強張力，NO降低張力，兩者共同維持生理張力平衡。

2 H2S誘導的張力增強是通過抑制PI3K/Akt/eNOS通路實現，具體表現為H2S減少eNOS磷酸化，從而降低NO生成，這一機制在內外源性H2S中均成立。

3 內源性H2S通過負調控NO合成參與張力調節，抑制H2S合成（如用AOAA或siRNA）會導致NO水平上升和張力變化，突顯了H2S-NO crosstalk在胃腸道生理中的重要性。

 

使用丹麥Unisense電極測量數據的研究意義

使用丹麥Unisense電極測量的H2S和NO實時生成數據具有關鍵研究意義，因為它提供了高靈敏度、實時的氣體遞質定量檢測，使研究人員能夠直接監測組織水平的動態變化。Unisense電極通過電化學傳感器生成與氣體濃度成正比的電流，允許在毫秒級時間分辨率下測量生成速率（如圖1所示）。研究意義包括：首先，電極的高精度（可檢測皮摩爾級變化）證實了胃底平滑肌內生生成H2S和NO的能力，排除了外部干擾，為氣體遞質的自分泌/旁分泌作用提供可靠證據。其次，實時數據揭示了H2S對NO的抑制性調控，如AOAA增加NO生成（圖4），直接證明了H2S負反饋機制的存在。這些測量增強了實驗的客觀性，使分子機制（如磷酸化變化）與功能輸出（張力變化）得以直接關聯，為理解氣體遞質crosstalk提供了實證基礎。Unisense電極的應用確保了數據可重復性，推動了胃腸道神經胃腸病學領域的研究。