Вазоактивные эффекты H2S при метаболическом синдроме, индуцированном использованием высококалорийной диеты

Метаболический синдром (МС), являющийся глобальной проблемой XXI в., со стороны сердечно-сосудистой системы характеризуется гипертензией, которая обусловлена преобладанием вазоконстрикции над процессами вазодилатации. Сероводород (H2S) является признанной эндогенной газовой сигнальной молекулой, вызывающей разнообразные биологические эффекты, включая изменение тонуса сосудистой стенки. Целью данной работы было изучение изменений сократительной деятельности изолированной аорты крысы в ответ на действие донора H2S гидросульфида натрия (NaHS) и эндогенного H2S при метаболических нарушениях, индуцированных использованием высококалорийной («западной») диеты. Исследование выполнено на половозрелых самцах крыс Wistar. Использование диеты приводило к развитию у животных метаболических нарушений, которые характеризуют МС. Результаты миографического исследования сегментов грудной части аорты свидетельствовали о том, что как в контрольной, так и в опытной группах введение NaHS в зависимости от концентрации приводило к бимодальным эффектам, вызывая вазоконстрикцию при низких и значительно более выраженную вазодилатацию при высоких концентрациях. Влияние эндогенного H2S зависит от состояния периваскулярной жировой ткани и снижается при МС. Таким образом, усиление H2S-индуцированной вазодилатации при МС, вероятно, является проявлением компенсаторной реакции на уменьшение выработки эндогенного H2S. Ведущая роль в реализации релаксационных ответов аортальных гладких мышц на действие H2S принадлежит АТФ-чувствительным калиевым каналам. Однако при МС их вклад в развитие вазодилатации менее выражен, что является следствием изменения вовлеченности других механизмов. Одним из них может быть снижение H2S повышенной вазоконстрикции при МС, обусловленной увеличением продукции супероксид-аниона. Взаимодействие различных путей реализации H2S-индуцированной вазорелаксации при метаболических нарушениях представляет собой важное направление дальнейших исследований для предотвращения развития сосудистых заболеваний, в том числе путем регулирования тонуса сосудов. 

1. Sebastian S.A., Padda I., Johal G. Cardiovascular-Kidney-Metabolic (CKM) syndrome: A state-of-the-art review. Curr. Probl. Cardiol. 2024;49(2):102344.

2. Ambroselli D., Masciulli F., Romano E., et al. New advances in metabolic syndrome, from prevention to treatment: the role of diet and food. Nutrients. 2023;15(3):640.

3. Song Y., Xu Z., Zhong Q., Zhang R., Sun X., Chen G. Sulfur signaling pathway in cardiovascular disease. Front. Pharmacol. 2023;14:1303465.

4. Kolluru G.K., Shackelford R.E., Shen X., Dominic P., Kevil C.G. Sulfide regulation of cardiovascular function in health and disease. Nat. Rev. Cardiol. 2023;20(2):109–125.

5. de la Garza A.L., Martínez-Tamez A.M., Mellado-Negrete A., Arjonilla-Becerra S., Peña-Vázquez G.I., Marín-Obispo L.M., Hernández-Brenes C. Characterization of the cafeteria diet as simulation of the human western diet and its impact on the lipidomic profile and gut microbiota in obese rats. Nutrients. 2022;15(1):86.

6. Панькова М.Н. Ожирение и антисократительные эффекты жировой ткани в регуляции тонуса аорты. Тимирязевский биологический журнал. 2024;2(2):80–85.

7. Lalanza J.F., Snoeren E.M.S. The cafeteria diet: A standardized protocol and its effects on behavior. Neurosc. Biobehav. Rev. 2021;122:92–119.

8. Powell-Wiley T.M., Poirier P., Burke L.E., Després J.P., Gordon-Larsen P., Lavie C.J., Lear S.A., Ndumele C.E., Neeland I.J., Sanders P., St-Onge M.P.; American Heart Association Council on Lifestyle and Cardiometabolic Health; Council on Cardiovascular and Stroke Nursing; Council on Clinical Cardiology; Council on Epidemiology and Prevention; and Stroke Council. Obesity and cardiovascular disease: A scientific statement from the American heart association. Circulation. 2021;143(21):e984-e1010.

9. Rogers P., Webb G.P. Estimation of body fat in normal and obese mice. Br. J. Nutr. 1980;43(1):83–86.

10. Corvino A., Frecentese F., Magli E., Perissutti E., Santagada V., Scognamiglio A., Caliendo G., Fiorino F,. Severino B. Trends in H2S-donors chemistry and their effects in cardiovascular diseases. Antioxidants. 2021;10(3):429.

11. Aydemir B.G., Berenyiova A., Cebova M., Henderson J.D., Barta A., Cacanyiova S. A slow hydrogen sulfide donor GYY-4137 partially improves vascular function in spontaneously hypertensive rats fed a high-fat diet. Pathophysiology. 2025;32(2):27.

12. Orlov S.N., Gusakova S.V., Smaglii L.V., Koltsova S.V., Sidorenko S.V. Vasoconstriction triggered by hydrogen sulfide: Evidence for Na+, K+, 2Clcotransport and L-type Ca2+ channel-mediated pathway. Biochem. Biophys. Rep. 2017;12:220–227.

13. Koenitzer J.R., Isbell T.S., Patel H.D., Benavides G.A., Dickinson D.A., Patel R.P., Darley-Usmar V.M., Lancaster J.R.Jr, Doeller J.E., Kraus D.W. Hydrogen sulfide mediates vasoactivity in an O2-dependent manner. Am. J. Physiol. Heart. Circ. Physiol. 2007;292(4):H1953–1960.

14. Dongó E., Beliczai-Marosi G., Dybvig A.S., Kiss L. The mechanism of action and role of hydrogen sulfide in the control of vascular tone. Nitric Oxide. 2018;81:75–87.

15. Pozsgai G., Bátai I.Z., Pintér E. Effects of sulfide and polysulfides transmitted by direct or signal transduction-mediated activation of TRPA1 channels. Br. J. Pharmacol. 2019; 176(4):628–645.

16. Hart J.L. Vasorelaxation elicited by endogenous and exogenous hydrogen sulfide in mouse mesenteric arteries. Naunyn Schmiedebergs Arch. Pharmacol. 2020;393(4):551–564.

17. Бирулина Ю.Г., Иванов В.В., Буйко Е.Е., Габитова И.О., Ковалев И.В., Носарев А.В., Смаглий Л.В., Гусакова С.В. Роль H2S в регуляции сосудистого тонуса при метаболических нарушениях. Бюлл. эксп. биол. мед. 2021;171(4):436–440.

18. Denizalti M., Bozkurt T.E., Akpulat U., Sahin-Erdemli I., Abacıoğlu N. The vasorelaxant effect of hydrogen sulfide is enhanced in streptozotocin-induced diabetic rats. Naunyn Schmiedebergs Arch. Pharmacol. 2011;383(5):509–517.

19. Cacanyiova S., Golas S., Zemancikova A., Majzunova M., Cebova M., Malinska H., Hüttl M., Markova I., Berenyiova A. The vasoactive role of perivascular adipose tissue and the sulfide signaling pathway in a nonobese model of metabolic syndrome. Biomolecules. 2021;11(1):108.

20. Wang R. Signaling pathways for the vascular effects of hydrogen sulfide. Curr. Opin. Nephrol. Hypertens. 2011;20(2):107–112.

21. Смаглий Л.В., Бирулина Ю.Г., Гусакова С.В., Ковалев И.В., Орлов С.Н. Роль калиевой проводимости мембраны в механизмах действия сероводорода на сосудистые гладкие мышцы, предсокращенные активацией α1-адренорецепторов. Вестник науки Сибири. 2015;(15):385–389.

22. Kimura Y., Kimura H. Hydrogen sulfide protects neurons from oxidative stress. FASEB J. 2004;18(10):1165–1167.

23. Bełtowski J. Hydrogen sulfide in pharmacology and medicine – An update. Pharmacol. Rep. 2015;67(3):647–658.

24. Zarenkiewicz J., Perez-Ternero C., Kojasoy V., McGinity C., Khodade V.S., Lin J., Tantillo D.J., Toscano J.P., Hobbs A.J., Fukuto J.M. The reaction of hydropersulfides (RSSH) with S-nitrosothiols (RS-NO) and the biological/physiological implications. Free Rad. Biol. Med. 2022;188:459–467.

25. Ali M.Y., Ping C.Y., Mok Y.Y., Ling L., Whiteman M., Bhatia M., Moore P.K. Regulation of vascular nitric oxide in vitro and in vivo; a new role for endogenous hydrogen sulphide? Br. J. Pharmacol. 2006;149(6):625–634.

26. Stubbert D., Prysyazhna O., Rudyk O., Scotcher J., Burgoyne J.R., Eaton P. Protein kinase G Iα oxidation paradoxically underlies blood pressure lowering by the reductant hydrogen sulfide. Hypertension. 2014;64(6):1344–1351.

27. Łowicka E., Bełtowski J. Hydrogen sulfide (H2S) – the third gas of interest for pharmacologists. Pharmacol. Rep. 2007;59(1):4–24.

28. Jackson-Weaver O., Osmond J.M., Naik J.S., Gonzalez Bosc L.V., Walker B.R, Kanagy N.L. Intermittent hypoxia in rats reduces activation of Ca2+ sparks in mesenteric arteries. Am. J. Physiol. 2015;309(11):H1915–H1922.

29. Naik J.S., Osmond J.M., Walker B.R., Kanagy N.L. Hydrogen sulfide-induced vasodilation mediated by endothelial TRPV4 channels. Am. J. Physiol. 2016;311(6):H1437–H1444.

30. Bibli S.I., Yang G., Zhou Z., Wang R., Topouzis S., Papapetropoulos A. Role of cGMP in hydrogen sulfide signaling. Nitric Oxide. 2015;46:7–13.

31. Kiss L., Deitch E.A., Szabó C. Hydrogen sulfide decreases adenosine triphosphate levels in aortic rings and leads to vasorelaxation via metabolic inhibition. Life Sci. 2008;83(17–18):589–594.

32. Szasz T., Webb R.C. Perivascular adipose tissue: More than just structural support. Clin. Sci. 2012;122(1):1–12.

33. Smimmo M., Casale V., Casillo G.M., Mitidieri E., d’Emmanuele di Villa Bianca R., Bello I., Schettino A., Montanaro R., Brancaleone V., Indolfi C., Cirino G., Di Lorenzo A., Bucci M., Panza E., Vellecco V. Hydrogen sulfide dysfunction in metabolic syndrome-associated vascular complications involves cGMP regulation through soluble guanylyl cyclase persulfidation. Biomed. Pharmacother. 2024;174:116466.

34. Liu N., Li M., Liu S., Kang J., Chen L., Huang J., Wang Y., Chen H., Zhang W. Exogenous H2S attenuates hypertension by regulating renin exocytosis under hyperglycaemic and hyperlipidaemic conditions. Int. J. Mol. Sci. 2023;24(2):1690.

35. Fang L., Zhao J., Chen Y., Ma T., Xu G., Tang C., Liu X., Geng B. Hydrogen sulfide derived from periadventitial adipose tissue is a vasodilator. J. Hypertension. 2009;27(11):2174–2185.

36. Панькова М., Лобов Г. Периваскулярная жировая ткань: роль в регуляции сосудистого тонуса в норме и при ожирении. Усп. физиол. наук. 2025;56(3):24–42.

37. Бирулина Ю.Г., Иванов В.В., Буйко Е.Е., Воронкова О.В., Чернышов Н.А., Гусакова С.В. Роль эндогенного H2S при экспериментальном метаболическом синдроме. Вестник РУДН: Медицина. 2024;28(3):331–339.

38. Yang G., Wu L., Jiang B., Yang W., Qi J., Cao K., Meng Q., Mustafa A. K., Mu W., Zhang S., Snyder S.H., Wang R. H2S as a physiologic vasorelaxant: hypertension in mice with deletion of cystathionine gamma-lyase. Science. 2008;322(5901):587–590.

39. Pankova M.N. Endothelium independent anti-contractile effect of rat aorta perivascular adipose tissue at control and metabolic disorders induced by the cafe diet. J. Evol. Biochem. Physiol. 2023;596(6):2315–2325.