硫化氫（硫化氫）在多種哺乳動物組織中自然合成。硫化氫是否參與調控紅細胞功能仍不清楚。通過使用硫化氫自然合成酶胱硫醚-γ-裂解酶（CSE）基因缺陷的小鼠和高通量代謝組學分析，我們發現，在常氧條件下，CSE敲除（Cse-/-）小鼠的紅細胞中2,3-雙磷酸甘油酸（2,3-BPG）水平升高，這是一種紅系特異性代謝物，可負向調節血紅蛋白（Hb）與氧（O2）的結合親和力。一致地，Cse-/-小鼠紅細胞的50%氧飽和度（P50）值升高。這些效應可通過硫化氫供體GYY4137處理逆轉。在培養的小鼠和人類紅細胞模型中，我們發現硫化氫直接作用于紅細胞，減少2,3-BPG的生成，從而增強Hb-O2結合親和力。小鼠遺傳學研究表明，外周組織產生的硫化氫對2,3-BPG生成具有持續抑制作用，從而維持紅細胞中Hb-O2結合親和力。我們進一步發現，硫化氫促進Hb從膜釋放到細胞質，并增強雙磷酸甘油酸變位酶（BPGM）與膜的錨定。這些過程可能與Hb的S-硫水合有關。此外，低氧可降低小鼠循環中的硫化氫水平并增加紅細胞2,3-BPG含量，而GYY4137處理可逆轉這一現象。總體而言，我們的研究揭示了一種調節紅細胞攜氧能力的新型信號通路，并突顯了硫化氫在紅細胞2,3-BPG生成中一個先前未被認識的作用。

1.引言

紅細胞（RBCs）作為血液中最豐富的血細胞類型，約占人體總細胞數的75%。紅細胞的主要功能是作為攜氧者，在呼吸系統與代謝組織之間運輸氧氣，因為紅細胞具有高濃度的血紅蛋白作為攜氧物質。在肺部，氧氣從吸入的空氣中穿過肺泡屏障擴散進入血液，其中大部分與血紅蛋白（Hb）結合形成氧合血紅蛋白（oxy-Hb）。在外周組織中，氧合血紅蛋白釋放氧氣（脫氧）并擴散進入細胞。

傳統上，血紅蛋白結合和釋放氧氣的能力取決于局部氧分壓。血紅蛋白與氧的親和力與氧分壓之間的關系可描述為血紅蛋白-氧解離曲線。紅細胞通過內源性變構調節因子（包括H+、二氧化碳、2,3-二磷酸甘油酸（2,3-BPG）、Cl-和乳酸離子）對血紅蛋白-氧親和力進行復雜調控，從而功能性地調節O2攝取、運輸和遞送。這些因子在紅細胞中的濃度會因細胞代謝和細胞外環境變化而波動，導致血紅蛋白-氧親和力的調整，這種調整可能有助于優化組織供氧。

硫化氫（H?S）被稱為“第三種內源性氣體信號傳遞物”，因為它是在一氧化氮（NO）和一氧化碳（CO）之后被發現的。L-半胱氨酸合成的H?S在哺乳動物組織中廣泛存在，主要通過胱硫醚-γ-裂解酶（CSE）、胱硫醚-β-合成酶（CBS）和3-巰基丙酮酸硫轉移酶（3-MST）等酶的活性實現。H?S參與多種生理和病理過程，如血管舒張、血管生成和炎癥。此外，H?S在多種損傷刺激下（如缺氧和缺血再灌注）作為各種組織的重要保護因子發揮作用。多項研究表明，紅細胞能夠產生H?S，因為在紅細胞中檢測到了H?S生成酶的活性。有趣的是，D‘Alessandro等人最近報告稱，暴露于高海拔缺氧環境的健康志愿者紅細胞中H?S的產生減少。因此，我們假設H?S在紅細胞中具有功能作用。為驗證這一假設，我們進行了代謝組學分析、小鼠遺傳學和骨髓移植實驗，結合體外人和小鼠紅細胞培養以及體內缺氧挑戰小鼠研究。我們首次證明，H?S通過調控2,3-BPG的生成，是紅細胞Hb-O?親和力的重要調節因子。此外，我們闡明硫化氫促進血紅蛋白從膜釋放到細胞質，并因此增強雙磷酸甘油酸變位酶（BPGM）錨定于膜，從而減少2,3-BPG的生成。此外，我們還發現硫化氫增強血紅蛋白從膜釋放的過程可能與Hb的S-硫水合有關。綜上所述，本研究通過揭示一條調控氧氣運輸的新信號通路，并揭示硫化氫在紅細胞2,3-BPG生成中先前未被認識的作用，為紅細胞生理學提供了新的見解。

2.材料與方法

2.1動物實驗流程

成年C57BL/6J野生型（WT）小鼠購自上海實驗動物公司（中國上海）。C57BL/6J背景的CSE缺陷型（Cse-/-）小鼠由上海生物模型生物有限公司提供，實驗小鼠以3-5只為一組飼養于籠舍中，保持12小時晝夜節律，環境溫度控制在22±2℃，濕度50±10%，提供標準飼料和自由飲水。實驗共分三組進行：第一組實驗中，8-10周齡的成年雄性WT和Cse-/-小鼠隨機分為兩組，分別腹腔注射GYY4137（133μmol/kg）或等量生理鹽水作為對照。處理24小時后處死動物并采集血液及組織樣本；第二組實驗中，WT和Cse-/-小鼠同樣隨機分組，分別腹腔注射匹那西地（2.8μmol/kg）或等量生理鹽水作為對照，處理24小時后處死并采集樣本；第三組實驗中，WT小鼠隨機分為五組，其中兩組分別在常壓缺氧條件下持續24小時和72小時，另一組作為對照組置于常氧環境中。兩組小鼠分別接受常壓缺氧條件處理1天，分別使用溶劑和GYY4137（133μmol/kg）進行治療。在缺氧處理組中，小鼠被置于缺氧箱（10%O2和90%N2）內，標準飲食和水自由攝取。GYY4137和pinacidil購自Sigma-Aldrich，并溶解于生理鹽水中。GYY4137和pinacidil的劑量選擇基于文獻和我們的初步研究。所有涉及動物實驗的方案均經第二軍醫大學動物護理與使用委員會審查批準。

2.2.輻照與骨髓移植（BMT）

本研究中進行了野生型（WT）與Cse-/-小鼠之間的相互骨髓移植。在輻照前，4至6周齡的受體小鼠用100μg/ml新霉素和10μg/ml多粘菌素B硫酸鹽處理酸化飲用水（pH 2.7）1周，如先前文獻所述并稍作修改。隨后，使用鈷源伽馬輻照儀（第二軍醫大學輻照中心）以70 cGy/min的速率對小鼠進行9.0 Gy致死性輻照。從供體小鼠股骨中分離骨髓細胞（BMCs），并通過尾靜脈注射（每只小鼠1×10?BMCs）轉移至輻照受體小鼠體內。骨髓移植后，小鼠繼續飲用含100μg/ml新霉素和10μg/ml多粘菌素B硫酸鹽的飲用水2周。小鼠飼養至少8周后，通過檢測受體小鼠白細胞中的CSE mRNA水平作為嵌合體指標。

2.3人類受試者

健康志愿者的血液樣本采集已獲得第二軍醫大學（SMMU）生物醫學研究倫理專業委員會批準。在向志愿者詳細說明研究方案后，獲得其書面知情同意。受試者年齡在28-32歲之間，均為男性，無吸煙史，且無心血管、呼吸系統、腎臟及肝臟疾病。