氫氣作為新型改善氣體的研究進展

摘要:氧化損傷是大多數(shù)疾病的共同病理生理基礎(chǔ)，氫氣作為一種新型的抗氧化物質(zhì)，可選擇性中和毒性最強的活性氧要要羥基自由基，這可能會成為預防和改善疾病的重要手段。目前，關(guān)于氫氣的醫(yī)學研究逐漸升溫，氫氣可改善的疾病類型已達到近百種，在研究對象上有細胞學研究堯器官水平的研究和整體動物研究，并已初步涉及到臨床研究遙盡管如此，有關(guān)氫氣效應的基礎(chǔ)生物學機制仍有待深入探索遙現(xiàn)結(jié)合最新研究進展，對氫氣生物學效應堯分子機制和攝入方式以及臨床應用等方面做簡要概述。

過去生物學領(lǐng)域一直認為氫氣屬于生理學惰性氣體，還原性是其最重要的化學性質(zhì)。但近年來越來越多的研究揭示氫氣分子具有多種生理作用，尤其是在氧化應激方面，人們先后進行了大量的動物實驗和臨床評價。2007年Ohsawa等首先報道了氫氣的選擇性抗氧化作用，這迅速引起了國內(nèi)外學者的高度重視?；跉錃獾目寡趸饔?，研究人員還發(fā)現(xiàn)氫氣具有抗炎、抗凋亡、抗過敏等效應。此外，已有研究表明氫氣是細胞內(nèi)發(fā)揮重要作用的信號分子，其作用方式與一氧化氮、一氧化碳和硫化氫相似。作為信號轉(zhuǎn)導參與者，氫氣還可能調(diào)控相關(guān)蛋白質(zhì)的表達或某些信號蛋白質(zhì)的磷酸化。隨著科研人員對氫氣作用機制的不斷深入，加之尚未有研究發(fā)現(xiàn)氫氣對機體的毒副作用，氫氣在臨床應用方面具有廣闊的前景。

1氫氣的生物學效應

1.1抗氧化作用

在以往臨床研究的抗氧化實驗以及質(zhì)量評價中，人們常常利用強還原劑如茁-胡蘿卜素、維生素A、維生素E、維生素C和硒等，來對抗過量的氧化劑或有毒性的活性氧，但這些研究并未證明上述抗氧化劑能有效降低氧化應激所造成的疾病死亡率，甚至在有些研究中有增加死亡率的可能性[8，9]。究其原因，一方面是這些強還原劑沒有選擇性抗氧化作用，可能會將具有重要信號作用的活性氧清除，導致體內(nèi)氧化還原狀態(tài)失衡;另一方面是這些還原劑可能根本沒有到達它們應該到達的地方———細胞中負責生產(chǎn)活性氧的線粒體附近。

氫氣作為一種具有還原性的氣體，其在抗氧化方面呈現(xiàn)出十分明顯的優(yōu)勢。首先，氫氣能快速擴散到達危險區(qū)域，選擇性地結(jié)合并清除毒性羥基自由基和亞硝酸陰離子;其次，它并不影響生物活性的自由基如過氧化氫等。Ohsawa等[1]研究發(fā)現(xiàn)，讓腦缺血的大鼠呼吸2%的氫氣，可顯著改善腦缺血再灌注損傷，其改善的基礎(chǔ)正是氫氣選擇性清除活性氧，進而發(fā)揮抗氧化作用。此后，相繼有研究報道了氫氣在心[10]、眼[11]、腎[12]、腸[13]、肺[14]等缺血再灌注損傷上的保護作用。近期，Hyspler等[15]采用氫同位素結(jié)合體外研究，確認了氫氣對機體無損害，并且可產(chǎn)生非常明顯的抗氧化作用，這為相應的氫氣學研究和產(chǎn)品市場帶來了關(guān)鍵影響。

1.2抗炎作用

2001年，Charib等[16]就首次證明氫氣具有抗炎作用，呼吸0.7MPa氫氣兩周，可改善被寄生蟲感染所引起的肝炎，但由于高壓氫氣難以應用于臨床改善，所以并未引起廣泛關(guān)注。近年來相關(guān)研究表明，在常壓下氫氣可同樣減緩動物模型中刀豆球蛋白和硫酸葡聚糖[2]、脂多糖[17]、酵母多糖[18]所誘導的炎癥反應，并取得了良好的效果。類風濕性關(guān)節(jié)炎是慢性炎癥疾病，以骨和軟骨的破壞為主要特征。Ishibashi等[19]發(fā)現(xiàn)飲用富氫水(含有飽和氫氣的水)可降低炎性因子引起的氧化應激，調(diào)節(jié)核因子κB(nuclear factor-κB，NF-資B)和腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)的表達，明顯改善類風濕性關(guān)節(jié)炎癥。這些現(xiàn)象說明，氫氣改善某些疾病的基礎(chǔ)是存在間接分子作用的，可能是通過相關(guān)蛋白質(zhì)或酶活性調(diào)節(jié)，影響信號傳導通路的活性，從而發(fā)揮控制炎癥反應的效應。

1.3抗凋亡效應

Caspase是執(zhí)行細胞凋亡的主要酶類，Sun等[20]發(fā)現(xiàn)氫氣可以通過抑制caspase-3發(fā)揮抗凋亡特性。NF-κB是普遍存在于細胞質(zhì)中的一種快反應轉(zhuǎn)錄因子，主要涉及細胞分化和凋亡以及腫瘤生長抑制過程的信息傳遞。Zhang等[21]研究發(fā)現(xiàn)，讓大鼠連續(xù)一周口服含飽和氫氣的生理鹽水，可有效緩解急性腹膜炎，其保護作用可能與降低NF-κB活性進而抑制炎癥反應和氧化應激有關(guān)。阿爾茨海默病(Alzheimerdisease，AD)是一種神經(jīng)退行性疾病，抗氧化防御酶功能喪失以及活性氧(reactive oxygen species，ROS)和活性氮(reactive nitrogen species，RNS)的增加引起的氧化應激在AD形成中具有重要作用[22]。有研究報道稱，在β-淀粉樣蛋白誘導的阿爾茨海默病的動物模型中，氫氣可以抑制c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminalkinase，JNK)和NF-資B 等促凋亡分子，同時降低氧化應激，從而發(fā)揮改善作用[23]。

1.4促進能量代謝

缺乏功能性瘦素受體的db/db 肥胖小鼠是2型糖尿病小鼠模型，其野生型可通過高脂肪飲食誘導脂肪肝。Kamimura等[24]通過研究發(fā)現(xiàn)飲用富氫水能顯著改善db/db小鼠脂肪肝，而且長期飲用可明顯控制脂肪和體重，降低血漿葡萄糖、胰島素和甘油三酯水平。成纖維細胞生長因子21 (FGF21)的功能是刺激脂肪酸和消耗葡萄糖，促進能量代謝?；虮磉_譜顯示富氫水可增加FGF21 的表達[24]。Song 等[25]報道富氫水可通過降低病人的血清低密度脂蛋白膽固醇水平，以及改善高密度脂蛋白功能，預防代謝綜合征。

1.5 抗過敏反應

Itoh 等[4]發(fā)現(xiàn)口服富氫水可消除小鼠的急性過敏反應。在小鼠RBL-2H3 肥大細胞模型中，研究人員觀察到飲用富氫水能抑制Lyn磷酸化及其下游分子的信號轉(zhuǎn)導，隨后抑制NADPH 氧化酶(NOX)的激活和ROS的產(chǎn)生，從而減緩皮膚過敏反應。這表明在小鼠的急性過敏反應中，氫氣是通過調(diào)節(jié)特定的信號途徑來發(fā)揮作用的，而不是通過清除自由基活性。