這個研究的重點是證明氫氣能通過刺激胃腸道釋放饑餓素發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用。

Mami教授主要從事氫氣對帕金森病保護(hù)效應(yīng)的研究，因此多數(shù)是根據(jù)自己這方面的研究提出氫氣改善疾病的快速直接抗氧化和長期間接效應(yīng)的看法。如果說太田教授是最早發(fā)現(xiàn)氫氣生物學(xué)效應(yīng)的學(xué)者，Nakao教授將研究向縱深拓展，Mami教授就是將氫氣效應(yīng)的本質(zhì)進(jìn)行系統(tǒng)思考最深入的學(xué)者。因此，閱讀Mami教授的文章，尤其是綜述文章，對深入了解氫氣效應(yīng)的最新看法十分重要。不過，Mami教授的一些看法過于集中于自己的研究證據(jù)，對其他學(xué)者的研究思考不夠系統(tǒng)全面。例如對小劑量氫氣效應(yīng)的看法，對炎癥的間接效應(yīng)思考，以及對長期效應(yīng)的某些觀點，都存在這個痕跡。因此仍然算不上氫氣生物學(xué)領(lǐng)域的大家，或者說到目前這個領(lǐng)域的大家仍然沒有出現(xiàn)，氫氣生物學(xué)呼喚學(xué)術(shù)牛人領(lǐng)銜。最近在一篇綜述中，關(guān)于氫氣效應(yīng)的急性和慢性效應(yīng)的描述中，重點分析了氫氣使用后，神經(jīng)保護(hù)效應(yīng)存在明顯的延遲效應(yīng)。這是一種典型的預(yù)適應(yīng)研究模式，如果能在更多模型中得到確認(rèn)，可以專門針對氫氣處理的正常動物開展各類組學(xué)和分子生物學(xué)研究，這對尋找大家渴望已久的氫氣效應(yīng)的分子基礎(chǔ)，帶來了重要線索。

5.1. 氫氣的急性保護(hù)作用

氫氣最突出的急性保護(hù)作用被認(rèn)為是抗氧化效應(yīng)，通過這個抗氧化效應(yīng)產(chǎn)生對各種氧化損傷如腦缺血再灌注損傷的保護(hù)，這種保護(hù)作用在帕金森病模型的快速保護(hù)作用中也能體現(xiàn)。況且，氧化損傷也確實在帕金森病的發(fā)生發(fā)展中具有重要地位，如神經(jīng)遞質(zhì)多巴胺就是一種促氧化物質(zhì)，多巴胺能促進(jìn)自由基的產(chǎn)生。通過腦內(nèi)注射神經(jīng)獨素6-OHDA能特異性導(dǎo)致多巴胺神經(jīng)元氧化損傷和死亡，手術(shù)前1周使用氫氣水幾乎能完全避免這種損傷過程，動物不會產(chǎn)生帕金森行為表現(xiàn)。甚至在手術(shù)后3天再給飲用氫氣水，雖然不能完全消除癥狀，但帕金森的行為仍然能被有效抑制，說明氫氣不僅能預(yù)防帕金森的發(fā)生，而且能改善這種疾病。毒素注射前48小時進(jìn)行氫水改善，動物大腦內(nèi)代表多巴胺能神經(jīng)元的酪氨酸羥化酶活性并沒有增加，說明氫氣對多巴胺神經(jīng)元的保護(hù)作用存在延遲保護(hù)效應(yīng)。

MPTP是另外一種誘導(dǎo)帕金森病的神經(jīng)毒素，這種毒素有非常好的脂溶性，容易穿過血腦屏障，所以不需要大腦直接注射，可以通過血液注射制造動物模型，進(jìn)入大腦后，MPTP能被轉(zhuǎn)化為MPP+，多巴胺神經(jīng)元對這種MPP+有非常高的親和性，因為多巴胺通道能作為這種毒素的轉(zhuǎn)運體，MPP+進(jìn)入神經(jīng)元可進(jìn)入細(xì)胞線粒體內(nèi)，破壞線粒體呼吸功能，抑制呼吸復(fù)合物I的酶活性，復(fù)合物I的酶活性抑制能導(dǎo)致ATP產(chǎn)生減少，自由基產(chǎn)生增加，從而導(dǎo)致氧化損傷和細(xì)胞的壞死，誘導(dǎo)產(chǎn)生帕金森病表現(xiàn)。2小時內(nèi)連續(xù)3-4次急性注射20 mg/kg、慢性皮下連續(xù)注射或腹腔微量透析連續(xù)注射MPTP都可以作為帕金森病慢性的制作方法。MPTP能誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)8羥基鳥嘌呤增加，這是DNA氧化損傷的標(biāo)志物，也可以誘導(dǎo)4-HNE的增加，這是脂質(zhì)過氧化的標(biāo)志。動物飲用氫水后，黑質(zhì)多巴胺神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)上述標(biāo)志都明顯減少，說明氫水對DNA和脂質(zhì)過氧化損傷都有保護(hù)作用。將氫氣溶解于生理鹽水中制備成為含氫氣注射液也能作為給氫氣的手段，對大腦損傷如腦缺血和老年性癡呆等具有保護(hù)作用。呼吸氫氣也能有效保護(hù)腦創(chuàng)傷后腦損傷，減少氧化損傷。腦創(chuàng)傷可導(dǎo)致大腦血腦屏障破壞、腦水腫和神經(jīng)功能障礙，氫氣生理鹽水腹腔注射對上述改變能產(chǎn)生劑量依賴性保護(hù)效應(yīng)，這說明氫氣生理鹽水對腦外傷具有潛在的應(yīng)用前景。另外有研究發(fā)現(xiàn)，氫氣生理鹽水對一氧化碳中毒導(dǎo)致的腦細(xì)胞凋亡、自噬和壞死等損傷有保護(hù)作用，對光線誘導(dǎo)的視網(wǎng)膜神經(jīng)損傷也具有保護(hù)作用。

這些效應(yīng)都和氫氣的抗氧化存在關(guān)聯(lián)，或者都可以從抗氧化角度來解釋。但是學(xué)術(shù)上對氫氣抗氧化效應(yīng)本身也存在爭議，對氫氣短時間使用產(chǎn)生長期保護(hù)效應(yīng)的現(xiàn)象也缺乏合理解釋。

5.2.慢性保護(hù)作用

為什么短時間給氫氣改善能產(chǎn)生長期效果，這非常讓人疑惑。Mami教授認(rèn)為，氫氣的抗炎癥效應(yīng)可能是部分原因。如果存在時間依賴效應(yīng)，那么飲用多長時間氫水后仍然存在保護(hù)效應(yīng)就是非常重要的問題了(典型的預(yù)適應(yīng)思路)。為研究這一問題，科學(xué)家采用連續(xù)飲用氫水7天，然后停止飲用氫水后1、3和7天注射MPTP誘導(dǎo)的急性帕金森病動物模型，觀察是否仍然存在保護(hù)效應(yīng)。根據(jù)氣體的特征，停止1天以上，體內(nèi)不可能繼續(xù)存在(理論上1小時都不能)。那么這種效應(yīng)如果仍然存在，其效應(yīng)絕對不是氫氣的直接效應(yīng)，而是間接效應(yīng)。利用這種方法，能對氫氣的作用本質(zhì)獲得更準(zhǔn)確的研究，因為可以觀察沒有疾病時，動物組織內(nèi)發(fā)生了何種變化，這種變化就可能是氫氣作用的本質(zhì)或分子基礎(chǔ)。注射MPTP后等待檢測的7天內(nèi)，因為沒有繼續(xù)飲用氫水，大腦內(nèi)也無法測定出氫氣，說明氫氣沒有持續(xù)在大腦內(nèi)停留。

圖2 Days of drinking H2 water to show neuroprotection in MPTP-inducedParkinson’s disease model mice. (A) Experimental protocol showing how many daysof drinking H2 water are necessary to show neuroprotection in substantia nigra(SN) before MPTP-injection. The brains were subjected to analyses 7 days after MPTP-injection.(B) Average number of tyrosine hydroxylase(TH)-positivedopaminergic neurons in SN parscompacta (SNpc), measured in 20 μm coronalsections (n=4–6).

但是神經(jīng)保護(hù)作用仍然存在。如果預(yù)先飲用氫水能產(chǎn)生神經(jīng)保護(hù)作用，那么這種神經(jīng)保護(hù)作用能持續(xù)多少時間?換句話說，停止飲用氫水后的神經(jīng)保護(hù)作用何時消失?為回答這個問題，科學(xué)家對停止飲用氫水后1、3和7天注射MPTP誘導(dǎo)的急性帕金森病動物模型研究發(fā)現(xiàn)，停止飲用氫水1天，這種保護(hù)作用完全保持，停止3天這種保護(hù)效應(yīng)依然存在，但是效應(yīng)已經(jīng)下降到原來的1/3(沒有統(tǒng)計學(xué)差異)。停止7天后差異沒有統(tǒng)計學(xué)意義(似乎也有效果)。

圖3 Days of drinking non-H2 water after 7 days ofH2 water to show disappearance of neuroprotection in MPTP-induced PD modelmice. (A) Experimental protocol showing how many days the H2 water-inducedneuroprotection was kept. After 7 days of H2 water consumption, 1, 3 and 7 daysof non-H2 water (control water) was given, then MPTP was injected. Thebrains were subjected to analyses 7 days after MPTP- injection. (B) Average numberof TH-positive dopaminergic neurons in SNpc, measuredin 20 μm coronal sections(n=4–6).

氫氣的這種預(yù)防作用也發(fā)現(xiàn)于視神經(jīng)缺血動物模型NodaM, Fujita K, Hamner MA, Yamafuji M, Akimoto N, et al. (2012) Molecular hydrogenprotects against central nervous system white matter ischemic injury. SfN 42ndannual meeting 660.14。這些現(xiàn)象說明，氫氣改善疾病的基礎(chǔ)顯然存在間接分子基礎(chǔ)，應(yīng)該對這些處理進(jìn)行基因和蛋白水平的分析，以尋找氫氣改善疾病可能的代理分子。

當(dāng)然也有可能是通過酶活性調(diào)節(jié)，影響信號傳導(dǎo)通路的活性，從而發(fā)揮控制炎癥反應(yīng)的效應(yīng)。也有可能是影響內(nèi)源性抗氧化相關(guān)基因表達(dá)，啟動內(nèi)源性抗氧化系統(tǒng)發(fā)揮抗氧化和抗炎癥效應(yīng)。

氫氣是一種腎上腺受體激動劑?

Mami小組對氫氣間接效應(yīng)的研究已經(jīng)發(fā)表過論文，他們提出氫水所以能產(chǎn)生神經(jīng)保護(hù)作用，是因為氫氣能促進(jìn)胃細(xì)胞分泌一種激素，這種激素是饑餓素，早有研究證明這種激素具有神經(jīng)保護(hù)作用，他們研究發(fā)現(xiàn)連續(xù)4天飲用氫水能促進(jìn)這種激素分泌(這也許提示飲用氫水至少要連續(xù)4天，否則難以發(fā)揮效應(yīng))。饑餓素在體內(nèi)是通過結(jié)合GHS-R受體，促進(jìn)生長激素分泌的激素，黑質(zhì)多巴胺神經(jīng)細(xì)胞上也表達(dá)GHS-R受體，研究也發(fā)現(xiàn)饑餓素能通過該受體保護(hù)多巴胺神經(jīng)細(xì)胞，這種效應(yīng)和線粒體能量代謝被抑制有關(guān)(UCP2通路)。

研究發(fā)現(xiàn)，β1腎上腺素受體能刺激饑餓素基因表達(dá)和分泌，氫氣的神經(jīng)保護(hù)作用能被β1腎上腺素受體阻斷劑阿替洛爾或饑餓素受體阻斷劑D-Lys3 GHRP-6(圖4)。這也是氫氣保護(hù)效應(yīng)的一種新解釋，基礎(chǔ)就是氫氣激活胃的β1腎上腺受體，促進(jìn)饑餓素合成和釋放，這種激素進(jìn)入大腦，激活多巴胺神經(jīng)元細(xì)胞上的受體，保護(hù)多巴胺神經(jīng)細(xì)胞免受毒素?fù)p傷。