文章插图
硫化氢是一种具有臭鸡蛋气味的致命毒气 ， 但研究证实，它在人体内具有重要的生理功能，这一发现将催生治疗心脏病等多种疾病的新方法 。
硫化氢
● 人体仅会产生微量的毒气硫化氢 。
● 很多证据表明，这种气体对心血管系统和人体其他组织的健康很有好处 。
● 基于这些发现，科学家正在开发基于硫化氢的疗法，用于治疗从心血管疾病到肠易激综合征的一系列疾病 。
想象一下，当你走进医院急诊室，映入眼帘的是挂着消毒洗手液、表面擦得一尘不染的墙壁 ， 扑鼻而来的却是一阵臭鸡蛋味 。听起来，这种视觉和嗅觉上的不协调可能会让我们感到不舒服，但在将来 ， 具有臭鸡蛋气味的有毒气体硫化氢（hydrogen sulfide，H2S）很可能会成为医疗机构的常用药物 。过去10 年间，科学家发现，在人体的很多生理过程中，硫化氢都起着不可或缺的作用，比如调节血压和新陈代谢 。我们的研究表明 ， 如果合理利用，硫化氢有助于治疗心肌梗塞，还能维系创伤患者的生命，以免他们在接受输血或手术前死去 。
2.5 亿年前的浩劫
2.5 亿年前的一场浩劫决定了人类的生存离不开硫化氢 ， 尽管这是一种致命毒气 。
早在几个世纪以前，科学家就已经清楚硫化氢会对人体造成哪些危害 。如今，对于油田和气田井口、输送管道沿线、石油加工厂和炼油厂的工作人员来说，这种气体已成为引发职业病的首要因素 。人的鼻子能觉察到浓度为0.0047ppm（1ppm 为百万分之一）的硫化氢 。当浓度升至500 ppm 时，我们的呼吸会受到抑制 。如果浓度达到800 ppm，人在5 分钟内就会死亡 。但矛盾的是，人类的生存离不开硫化氢 。
人体为何会依赖于这种恶臭气体？让我们回到2.5 亿年前去寻找答案 。当时，二叠纪（Permian era）行将结束 ， 一场有史以来规模最大的物种灭绝正在上演，地球生命前景堪忧 。一种主流灭绝理论认为 ， 这场劫难由西伯利亚火山大规模喷发导致，此过程释放的二氧化碳引起一系列环境改变 ， 海洋中的氧含量降至非常危险的水平，使地球生命逐步滑入死亡深渊（参见《环球科学》2006年第11 期《温室效应，生物大灭绝真凶？》一文） 。
对于需氧海洋生物而言，海水化学组成发生上述改变无疑是个坏消息，但在这种环境下，绿色硫细菌（green sulfur bacteria）之类的厌氧生物却迅速繁盛起来 。厌氧生物占据优势后会释放大量的硫化氢 ， 进一步改变海洋环境，更加不利于剩余的绝大多数需氧生物的生存 。上述灭绝理论认为，这种致命气体从海洋扩散到空气中，也威胁到陆地上的植物和动物的生存 。二叠纪结束时 ， 95% 的海洋生物和70% 的陆地生物都已灭绝 。
硫化氢在人类生理过程中的重要作用可能就是从2.5 亿年前延续下来的，因为只有能忍受、甚至在某些情况下能利用硫化氢的物种，才可能在这场浩劫中幸存下来 。人类则部分继承了早期生命对硫化氢的“亲和性” 。
硫化氢谜团
研究证实，人体与大鼠的血管都会产生硫化氢 ， 它有哪些功能呢？
实际上，硫化氢并非已知唯一会在人体内发挥作用的“毒气” 。20 世纪80 年代，科学家找到一些证据表明，人体会产生低浓度的一氧化氮（NO），作为信号分子影响细胞行为 。美国药理学家罗伯特·F·菲希戈特（Robert F. Furchgott）、路易斯·J·伊格纳罗（Louis J.Ignarro）和费里德·穆拉德（Ferid Murad）曾在研究中发现，一氧化氮具有扩张血管、调节免疫系统、传递神经信号等功能，他们因为这项研究获得了1998 年的诺贝尔生理学或医学奖 。另一种无色无味、被称为“沉默杀手”的一氧化碳（CO）也具有类似的生理效应 。
通过对一氧化碳和一氧化氮的研究，我确信人体可能还会制造和使用其他气体作为信号分子 。直到1998 年，我还在思考到底哪些气体会扮演这一角色 ， 在这年夏天，我有了一个想法 。一天，忙完工作回到家里 ， 我闻到房间里弥漫着阵阵臭味 。这股臭味把我带到家里的玻璃橱窗前——里面摆放着家人珍藏的物品，包括大女儿在校园活动中绘制的复活节彩蛋 。我发现一个彩蛋破了，难闻的气味正是这个已经变质的破蛋发出的 。
从那时起 ， 我就开始怀疑，人体器官和组织是否也能制造带有臭鸡蛋气味的硫化氢 。我对一氧化氮和一氧化碳的研究集中在它们对心血管系统的影响，因此我决定，对硫化氢的研究也从这里开始 。事实证明 ， 我的决定非常正确：一系列实验表明，硫化氢具有重要的生物活性 。
在初期实验中，我和同事很快就发现，大鼠血管壁中存在少量硫化氢气体 。因为啮齿类动物的生理状况与人非常相似，这一发现意味着人类血管必然也会制造这种气体 。初战告捷让我们感到兴奋，但要确定硫化氢对人体生理功能的重要性，仅仅发现血管中存在这种气体还远远不够，我们必须做更多的研究 。
【臭鸡蛋味的毒气，有臭鸡蛋气味的气体怎么去除】接下来，我们要弄清楚人体如何制造硫化氢 。我们选定的研究对象是胱硫醚γ- 裂解酶（cystathionine-gamma-lyase，CSE） ， 它是细菌用于合成硫化氢的主要“工具” 。以前的研究已经证实，人类肝脏中也有胱硫醚γ- 裂解酶，作用是调节含硫氨基酸的组装，但没人知晓血管中是否有这种酶 。结果 ， 我们在血管中找到了胱硫醚γ- 裂解酶，在这里，它会与L ——半胱氨酸（L-cysteine ， 一种氨基酸）结合，制造硫化氢和另外两种化合物—— 铵（ammonium） 和丙酮酸（pyruvate） 。
确定了血管中硫化氢的来源之后，我们开始思考，这种“毒气”会有哪些功能？既然一氧化氮能使血管舒张，硫化氢是否会有类似作用？随后的实验证实了我们的推测：当我们将剥离的大鼠血管浸泡在硫化氢溶液中时，血管扩张了 。初步看来 ， 硫化氢就像一氧化氮一样，是一种血压调控因子，但我们不清楚的是 ， 这一现象背后有着怎样的分子机制 。在研究提取自动物血管的单个细胞时，我们找到了一些线索 。这项研究的结果发表于2001年——当时，这个结果让我们非常意外 。一氧化氮通过激活血管平滑肌细胞中的鸟苷酸环化酶（guanylyl cyclase）来舒张血管，但硫化氢的作用机制完全不一样 。具体来讲 ， 硫化氢会激活控制钾离子流出平滑肌细胞的钾—— ATP 通道 。这种钾离子流会产生一个电位，阻止钙离子大量流入细胞，从而舒张血管平滑肌 ， 使血管扩张 。为了在活体动物中验证细胞实验的结果，我们向大鼠注射了硫化氢溶液，结果发现它们的血压降低了 。我们推测，这是硫化氢使动脉血管扩张 ， 血液更易流动的缘故 。至此，我们掌握的大量证据都表明，硫化氢能通过舒张血管来控制机体血压 ， 但还无法肯定的是，我们注射外源性硫化氢引起的血管变化，是否真实反映了血管本身制造的硫化氢的生理功能 。
2003 年，为了更好地研究硫化氢的生理效应，我和同事利用基因敲除技术，培育了一种天生缺失CSE 酶的小鼠 ， 使它们的血管无法合成硫化氢 。随后，我们与美国约翰斯·霍普金斯大学所罗门·斯奈德（Solomon Snyder）及加拿大萨斯喀彻温大学的吴凌云带领的团队合作，花了5 年时间研究这些基因敲除小鼠 。付出得到了回报 。2008 年，我们在《科学》杂志上详细阐述了我们的研究结果 。随着年龄增长，这些缺失了CSE 酶的小鼠的血管收缩程度越来越高，血压明显高于正常水平（利用安置在小鼠尾部的血压套测量血压），但如果我们向小鼠注射硫化氢，它们的血压就会降低 。
通过对基因敲除小鼠的研究，我们可以肯定硫化氢在心血管系统中发挥着重要作用 。这也解开了一个存在已久的谜团 。三位美国药理学家因一氧化氮相关研究获得诺贝尔奖的几年后，科学家就发现血管扩张并非都由一氧化氮引起：尽管经过基因改造，实验动物的血管内皮细胞已不能产生一氧化氮，但外周血管（不与心脏直接相连的血管）仍可以扩张 。在没有一氧化氮的条件下 ， 到底是什么因素使血管舒张呢？
我们的研究表明 ， 这一神秘因素可能是硫化氢 。初步研究已证实，平滑肌细胞中存在能制造硫化氢的CSE 酶，而随后针对小鼠、牛及人类内皮细胞的研究也显示，这些细胞同样会合成这种酶，合成量甚至多于平滑肌细胞 。在扩张血管方面，虽然一氧化氮与硫化氢的具体“分工”尚不清楚，但有证据显示，一氧化氮主要作用于大血管 ， 而硫化氢调控小血管 。
本文作者
王睿，加拿大安大略省湖首大学副校长和生物学教授、加拿大生理学会主席、气体信号分子代谢和生理功能研究项目的负责人 。他研究的气体信使分子包括一氧化氮、一氧化碳和硫化氢 。2008 年 ， 王睿曾获加拿大药理和治疗学会颁发的辉瑞资深科学家奖，在业余时间，他是一个狂热的NBA 篮球迷，喜欢看科幻电影 。
本文译者
刘江海，加拿大萨斯喀彻温大学药理系博士，师从吴凌云教授 ， 主要研究心血管系统中，硫化氢与甲基乙二醛（methylglyoxal，也称丙酮醛 ， 葡萄糖、脂肪酸和蛋白质的代谢产物之一）的相互作用 。他所在的研究团队与本文作者王睿有过长时间合作 。
推荐阅读
- 崖柏什么味道
- 蝉蛹和鸡蛋能一起吃吗 鸡蛋和蝉蛹能一起吃吗
- 怎么判断新鲜鸡蛋还能吃 如何断新鲜鸡蛋还能吃
- 牛肉可以和鸡蛋一起吃吗
- 保温杯长期不用有霉味怎么洗 保温杯长期不用有霉味怎么洗掉
- 怎么判断螺丝新鲜 如何判断螺丝新鲜
- 用了有霉味的保温杯有什么危害 保温杯霉菌味
- 家里有臭虫怎么办，家里有温带臭虫怎么办？
- 鸡蛋蒸熟了有什么功效 蒸鸡蛋有营养吗
- 桂圆鸡蛋蒸熟有什么功效 桂圆蒸鸡蛋的功效与作用