:臭鸡蛋味的毒气,有臭鸡蛋气味的气体怎么去除
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。
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。