干細胞是當今生物醫(yī)學領(lǐng)域紅的發(fā)紫的研究領(lǐng)域，關(guān)鍵是許多急性和慢性幾乎不可能治愈的疾病如糖尿病、帕金森的治愈，都依賴于干細胞的發(fā)展和成功。遺憾的是，氫氣和干細胞相關(guān)的研究比較少，當然也不是完全沒有。這里介紹來自美國學者關(guān)于氫氣對抗人類干細胞體外培養(yǎng)過程老化的研究。
氫氣可以延長體外復制壽命并保護分化和分泌能力，這是來自美國俄亥俄州立大學干細胞與再生醫(yī)學研究中心晴久川崎等的研究，論文2010年發(fā)表在BBRC。特別注意的是，該研究是人類供血者的骨髓培養(yǎng)細胞，代表氫氣對人類細胞的效應。這一研究有非常重要的啟示意義。
用骨髓間充質(zhì)干細胞進行細胞改善是再生醫(yī)學的重要手段。但是骨髓間充質(zhì)干細胞數(shù)量有限，需要體外增殖才能使用，這種體外增殖操作可導致細胞老化，造成分化、增殖和改善作用的丟失，這是影響干細胞改善的重要因素。氧化應激是導致細胞在體和離體老化的關(guān)鍵因素，減少氧化應激是避免干細胞老化的重要策略。
氫氣醫(yī)學效應廣泛，其主要作用基礎(chǔ)是具有選擇性抗氧化，能減少各自因素導致的細胞和組織氧化應激損傷，但是關(guān)于氫氣對干細胞關(guān)系的研究比較少見，日本學者曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)氫水飲用可以避免束縛應激導致的大腦神經(jīng)干細胞數(shù)量減少，但氫氣對體外培養(yǎng)干細胞老化十分有作用少有研究。本研究假定氫氣能保護細胞體外增殖過程的老化。通過在培養(yǎng)系統(tǒng)中(氣體介質(zhì))增加3%氫氣的辦法，發(fā)現(xiàn)可在對細胞培養(yǎng)早期克隆形成和復制壽命均有改善作用，同時能保護細胞分化和旁分泌能力。非常有意思的是，該研究發(fā)現(xiàn)氫氣并沒有減低羥基自由基，對蛋白和核酸氧化損傷指標也沒有影響，提示氫氣對骨髓間充質(zhì)干細胞的上述作用與其抗氧化作用無關(guān)。
這個文章提供了一種氫氣效應細胞學研究手段，含3%氫氣的混合氣持續(xù)培養(yǎng)的方法，這與日本學者最早研究的細胞學方法明顯不同，也更人性化，比較容易實現(xiàn)，但要注意的是兩者的氫氣濃度相差十分大，這個3%在日本學者的研究中應該屬于沒有效果的濃度，但這個研究是長時間培養(yǎng)的。
因此，從這個角度考慮，氫氣的作用與濃度、作用時間有非常大的關(guān)聯(lián)性，這就更說明氫氣是一種十分強大的生物活性分子。更值得稱道的是，這個研究沒有看到氫氣的抗氧化作用，這又給我們的研究帶來了更多遐想的空間。
氧化應激是加速細胞衰老的重要因素，細胞學和在體研究都有相關(guān)證據(jù)。減少氧化應激或補充抗氧化劑如維生素C能增加細胞體外復制次數(shù)，延長細胞壽命。體外骨髓間充質(zhì)干細胞也具有類似效應。氫氣具有選擇性中和羥基自由基，羥基自由基是體內(nèi)作用最強的活性氧，氫氣能延長骨髓間充質(zhì)干細胞壽命，并使這些體外細胞保持分化潛力和旁分泌功能。氫氣處理也能增強提高體外制備過程中早期干細胞克隆形成。
圖 氫氣處理對體外克隆形成的影響
SA-b-gal是代表細胞衰老的標志物，含量越多代表細胞老化越嚴重，現(xiàn)在這個結(jié)果說明，氫氣處理(G圖下排，上排沒有處理的色很深)可以限制改善干細胞的老化，F(xiàn)是該指標的量化結(jié)果，氫氣抗衰老效果十分顯著。
然而，3%氫氣改善并沒有減少羥基自由基、蛋白質(zhì)氧化羰基化和8-OHdG水平。這說明氫氣對體外干細胞作用的基礎(chǔ)仍然不清除，也可能是3%氫氣濃度太低，不足以清除羥基自由基，但具有提高骨髓間充質(zhì)干細胞增殖的效果。也有人提出氫氣生物學作用可能存在更復雜的基礎(chǔ)，這一研究也支持這一觀點。
氫氣改善沒有減少骨髓間充質(zhì)干細胞旁分泌活動，但分泌成分發(fā)生了改變。例如，氫氣改善能增加堿性成纖維細胞生長因子bFGF和肝細胞生長因子分泌，但降低了血管內(nèi)皮細胞生長因子VEGF的分泌。氫氣改善能增加吲哚胺2,3-雙加氧酶-1IDO的表達，減少前列腺素E2水平，這兩種物質(zhì)改變都和抗炎癥作用有關(guān)。
氫氣改善骨髓間充質(zhì)干細胞的作用提示氫氣具有抑制血管形成，抗炎癥和免疫調(diào)節(jié)作用。但是這些研究還不足以說明氫氣的在體效應與此有關(guān)。研究還發(fā)現(xiàn)氫氣的效應具有可逆性，但是5天后仍然可以觀察到一些殘余的影響，表明骨髓間充質(zhì)干細胞經(jīng)氫氣處理后移植到身體內(nèi)仍然會有一定作用。
Fig. 2. Effects of H2 exposure on the osteogenic and adipogenic differentiation of MSCs. 氫氣處理對干細胞分化能力的影響
總之，研究證明氫氣處理可以增強和保護骨髓間充質(zhì)干細胞制備早期祖細胞的體外復制，延長骨髓間充質(zhì)干細胞壽命，保護細胞分化潛力和分泌功能，但是這種效應并不是經(jīng)過中和羥基自由基和抗氧化實現(xiàn)的。氫氣干細胞生物學效應值得研究，其作用機制仍然需要進一步探索。
如下自文章圖3的部分結(jié)果也很重要，能體現(xiàn)氫氣的作用強度很強大!
說明氫氣抗炎癥效果十分明顯!!!
Kawasaki H, Guan J K. Hydrogen gas treatment prolongsreplicative lifespan of bone marrow multipotential stromal cells in vitro whilepreserving differentiation and paracrine potentials[J]. Biochemical &Biophysical Research Communications, 2010, 397(3):608-613.
