摘要：惡性腫瘤是世界范圍內(nèi)主要死亡原因之一。盡管各種惡性腫瘤改善方法，如外科切除、局部消融改善、動脈化療栓塞、放療、系統(tǒng)性化療等發(fā)展迅速，但仍存在臨床療效欠佳、5 年生存率低等問題。近年來，隨著對氫氣的基礎(chǔ)研究的深入，其對包括惡性腫瘤在內(nèi)的多種疾病的改善作用日益受到重視。氫氣不僅能促進結(jié)腸癌細胞凋亡，聯(lián)合化療藥物5-氟尿嘧啶使用時更具有協(xié)同作用，也可以緩解順鉑所致腎臟毒性，而不影響其抗腫瘤效果。氫氣可以緩解肝癌患者放療不良反應(yīng)，顯著提高腫瘤患者生活質(zhì)量，而不影響放療效果。氫氣的應(yīng)用為惡性腫瘤的改善提供了新的思路。本文主要就氫氣的抗氧化、抗炎、放化療輔助及信號通路調(diào)節(jié)方面在惡性腫瘤改善中作用的研究進展進行綜述。

氫元素是自然界最基本的化學元素之一，其大約占宇宙物質(zhì)組成成分的90%，是有機生命組成最多的元素。氫作為電子傳遞介質(zhì)也是生命能量轉(zhuǎn)化的中心成員，而水作為生命體內(nèi)環(huán)境最重要的成分也是由氫元素組成的。因此，氫元素是生命元素。氫氣曾一直被視為惰性氣體，常溫常壓下，氫氣的溶解度比較低，且不能被機體大量吸收利用。連續(xù)呼吸高壓氫氣2 周后，荷瘤動物模型的皮膚惡性腫瘤體積明顯縮小，表明高壓氫氣可有效改善皮膚惡性腫瘤，其可能機制為氫氣的抗氧化作用[1]。但因高壓氫氣具有爆炸的危險，導致其無法廣泛應(yīng)用于臨床。直到2007 年，Ohsawa 等[2]報道，吸入2%的氫氣可顯著改善動物腦缺血再灌注損傷，并認為其機制是選擇性清除羥自由基和過氧亞硝基陰離子。氫氣可用于改善包括心血管疾病、腦血管疾病、代謝性疾病、呼吸系統(tǒng)疾病及部分腫瘤等多種疾病[3-6]。氫氣具有抗氧化、抗炎及信號通路調(diào)節(jié)等功能，這些功能共同作用，使氫氣發(fā)揮相應(yīng)生物學效應(yīng)。本文就氫氣在惡性腫瘤改善中的作用機制進行綜述。

1 活性氧(ROS)、炎癥與惡性腫瘤

1.1 活性氧與惡性腫瘤高濃度ROS 可導致細胞蛋白質(zhì)、脂質(zhì)體及DNA 的損傷，從而引起衰老、退行性或致命的病變，這是許多人類疾病包括惡性腫瘤、心血管疾病、神經(jīng)退行性疾病、代謝性疾病的共同過程。過氧化氫和一氧化氮等發(fā)揮非常重要的信號作用，機體內(nèi)存在著特異性的清除系統(tǒng)，而羥自由基和過氧亞硝基陰離子在體內(nèi)無有效的清除系統(tǒng)，毒性作用非常強，是導致細胞氧化損傷的主要介質(zhì)[2]。因此，找到可以選擇性清除羥自由基和過氧亞硝基陰離子的物質(zhì)，可作為改善各類氧化損傷的有效方法，這是選擇有效抗氧化改善藥物的正確思路之一。惡性腫瘤細胞往往處于高代謝狀態(tài)，ROS 水平超過正常細胞。為維持快速增殖的狀態(tài)，腫瘤細胞必須讓生長因子通路處于持續(xù)激活狀態(tài)，這種狀態(tài)使之能吸收更多營養(yǎng)、存活和分裂信號增強。這種狀態(tài)也必然導致線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和煙酰胺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)氧化酶產(chǎn)生更多的ROS。ROS 通過多個信號途徑，在惡性腫瘤的發(fā)生、發(fā)展、侵襲和轉(zhuǎn)移過程中發(fā)揮重要作用，因此ROS是致癌的。ROS 具有兩面性，不僅有損傷效應(yīng)，也有保護作用。ROS 是細胞內(nèi)的重要信號分子，在多種生理過程如細胞凋亡中發(fā)揮作用。細胞凋亡信號轉(zhuǎn)導主要包括受體激活、Bcl-2蛋白及caspase激活和線粒體功能異常等過程。ROS 可調(diào)節(jié)抗凋亡蛋白Bcl-2 表達水平，影響細胞壞死和凋亡信號通路。但由于涉及細胞死亡的觸發(fā)，ROS 在惡性腫瘤所有非手術(shù)改善手段中均會出現(xiàn)，其適量增加可誘導細胞衰老和凋亡，具有抗腫瘤效應(yīng)，因此也被用來殺死癌細胞，對此，ROS是惡性腫瘤抑制劑。

細胞內(nèi)ROS 水平主要取決于抗氧化系統(tǒng)和ROS 產(chǎn)生的動態(tài)平衡，失去平衡會導致細胞內(nèi)ROS 水平增加或氧化應(yīng)激。如果有物質(zhì)可以調(diào)節(jié)這個通道，可能降低導致疾病發(fā)生的氧化應(yīng)激作用，發(fā)揮改善某些氧化損傷的作用?？傊?，ROS 是導致惡性腫瘤發(fā)生的幫兇，也是控制惡性腫瘤惡化的幫手。ROS 和抗氧化劑在惡性腫瘤發(fā)生過程中的作用一直都存在爭論，在不同的狀態(tài)下，可產(chǎn)生促進和抑制作用[7]。

1.2 炎癥與惡性腫瘤炎癥反應(yīng)是多種疾病共同的病理過程，其包括白細胞介素(IL)-1β、IL-6、腫瘤壞死因子(TNF)-α、單核細胞趨化因子(MCP)- 1、高遷移率族蛋白B1(HMGB1)及細胞間黏附分子-1(ICAM-1)等。其中IL-1β、IL-6和TNF-α 在介導急性期炎癥反應(yīng)過程中發(fā)揮重要作用。HMGB1 是一種晚期炎癥因子，可以進一步促進炎癥細胞的活化和聚集以及其他炎癥介質(zhì)的生成、釋放，從而引發(fā)瀑布式的炎癥反應(yīng)。而吸入氫氣或口服氫飽和生理鹽水均可直接或間接激活Nrf2 通路，活化其下游分子血紅素氧合酶-1(HO-1)，進而抑制HMGB1 引起的炎癥反應(yīng)[8-10]。惡性腫瘤危害機體的重要原因是發(fā)生遠處轉(zhuǎn)移。惡性腫瘤轉(zhuǎn)移也是在炎癥協(xié)助下完成的。乳腺癌發(fā)生轉(zhuǎn)移是通過啟動一種常見系統(tǒng)炎癥瀑布效應(yīng)，其中重要的協(xié)助細胞就

是中性粒細胞和γδ-T 細胞，這種炎癥反應(yīng)能提高腫瘤細胞轉(zhuǎn)移的機會[11]。首先，IL-1β 促進γδ-T細胞表達IL-17，導致粒細胞集落刺激因子(granulocytecolony-stimulating factor，G-CSF)的系統(tǒng)性增加，進而導致腫瘤周圍大量中性粒細胞浸潤，這些被腫瘤誘導的中性粒細胞可以抑制CD8+細胞毒性T 淋巴細胞，而CD8+細胞毒性T 淋巴細胞具有限制腫瘤細胞轉(zhuǎn)移的重要作用。通過抑制γδ-T 細胞和中性粒細胞，盡管不能影響原發(fā)腫瘤的生長，但能顯著降低乳腺癌向肺和周圍淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的機會。由此可見，炎癥是惡性腫瘤的重要特征之一，炎癥在腫_瘤發(fā)生、發(fā)展和惡變等不同階段可以發(fā)揮作用?？刂蒲装Y可能會抑制腫瘤發(fā)生、發(fā)展的不同階段。

2 氫氣、活性氧及炎癥

2.1 氫氣與活性氧多項研究都證實了氫氣可通過提高抗氧化系統(tǒng)的活性，降低氧化應(yīng)激所致的組織損傷。在細胞水平證明，氫氣可選擇性中和羥自由基(·OH)和過氧亞硝酸陰離子(ONOO-)。因此認為，氫氣改善腦缺血再灌注損傷的基礎(chǔ)可能是“選擇性抗氧化作用”。含氫飽和生理鹽水可顯著降低輻射損傷小鼠血漿中的丙二醛水平和腸組織8-羥基脫氧鳥苷水平，同時提高血漿超氧化物歧化酶(SOD)和谷胱甘肽(GSH)的水平。在N-甲基亞硝基脲誘導的視網(wǎng)膜色素變性的動物模型中也發(fā)現(xiàn)，經(jīng)飽和氫水干預組SOD 活性顯著提高[12]。含氫飽和生理鹽水對深低溫循環(huán)驟停大鼠腦損傷有明顯的保護效應(yīng)，且可明顯提高血清和腦組織中SOD 活性。氫氣通過直接和間接作用達到減少活性氧的作用，其中間接作用物質(zhì)包括HO-1、SOD、過氧化氫酶及髓過氧化物酶等[13-16]。

氫氣的抗氧化作用具有以下特點：首先，因氫氣的還原性較弱，與活性強和毒性強的活性氧才能發(fā)生反應(yīng)，而不能和具有重要信號作用的活性氧反應(yīng)。其次，氫氣與自由基反應(yīng)的產(chǎn)物是水，多余的氫氣可通過呼吸排出體外，無任何殘留。最后，氫氣的制備相對容易，造價低廉。

2.2 氫氣與炎癥氫氣是一種理想的抗氧化抗炎癥分子[17]。在圍產(chǎn)期腦損傷模型研究中發(fā)現(xiàn)，氫氣可降低促炎性細胞因子的表達及氧化應(yīng)激代謝產(chǎn)物對腦組織的損傷，提示氫氣可能預防炎癥相關(guān)的腦損傷[18]。在酵母多糖誘導的全身性炎癥反應(yīng)動物模型的研究中發(fā)現(xiàn)，吸入氫氣可減少多臟器損害，提高小鼠存活率，這些有益作用與氫氣降低血清氧化損傷產(chǎn)物、TNF-α 水平，增加SOD、促炎細胞因子HMGB1水平相關(guān)[19]。Han 等[20]通過細胞及動物實驗均證實，經(jīng)氫氣處理可抑制細胞外信號調(diào)節(jié)激酶(ERK)磷酸化、c-Jun 氨基末端激酶(JNK)和p38MAPK 活性，核因子κB(NF-κB)、TNF-α 和IL-1β 表達，同時防止磷酸化的ERK、JNK 和p38從細胞質(zhì)到細胞核的移位，從而減少炎癥介質(zhì)的表達，減輕炎癥反應(yīng)。在缺血再灌注腎損傷研究中也發(fā)現(xiàn)，氫飽和生理鹽水可以逆轉(zhuǎn)再灌注損傷后尿素氮(BUN)、Cr、Bcl-2、caspase-3、caspase-9、caspase-8、IL-6和TNF-α 的升高，氫氣通過抗炎作用發(fā)揮腎臟保護作用[21]。氫氣還可降低組織中

TNF-α、IL-6 等炎癥因子水平，減輕臟器氧化損傷程度[22]。以上研究均表明，在與炎癥相關(guān)的疾病改善中，氫氣具有潛在的應(yīng)用價值。以中性粒細胞為中心的炎癥反應(yīng)屬于最普遍的炎癥反應(yīng)類型，而炎癥是腫瘤轉(zhuǎn)移的重要原因，因此氫氣可以通過發(fā)揮抗炎癥效應(yīng)，減少炎癥因子的釋放，發(fā)揮抑制腫瘤轉(zhuǎn)移的效果。

3 氫氣與放化療

長期以來，放化療作為主要改善手段廣泛應(yīng)用于惡性腫瘤的改善中。惡性腫瘤化療不良反應(yīng)的發(fā)生與體內(nèi)大量自由基的生成密切相關(guān)。順鉑可導致活性氧的積累，超氧陰離子自由基和羥基自由基可通過減少還原型谷胱甘肽的方式，發(fā)揮抑制抗氧化物活性的作用[23]。氫氣可緩解惡性腫瘤放化療的不良反應(yīng)。其不僅能促進結(jié)腸癌細胞凋亡，與5-氟尿嘧啶聯(lián)合使用可以明顯增加后者的抗腫瘤效果，顯著提高p-AMPK、凋亡誘導因子(apoptosisinducing factor ，AIF)及caspase-3 的表達，且氫氣濃度越高，協(xié)同作用效果越明顯，

還可以明顯延長荷瘤動物的壽命，而對非腫瘤細胞，氫氣能減少細胞凋亡[24]。應(yīng)用氫氣能減輕順鉑造成的小鼠腎臟毒性，提高動物存活率和體質(zhì)量，且在其降低順鉑毒性的同時，并不影響其抗腫瘤效果[25]。在對艾氏腹水瘤細胞最新研究中發(fā)現(xiàn)，氫氣可單獨或聯(lián)合納米白金發(fā)揮抑制腫瘤生長的作用，誘導細胞周期停滯，且聯(lián)合應(yīng)用其作用更加明顯[26]。氫氣可逆轉(zhuǎn)順鉑引起的氧化應(yīng)激產(chǎn)物升高及抗氧化酶活性的下降，其機制為通過降低丙二醛活性，升高SOD 活性，從而在化療過程中發(fā)揮臟器保護功能。

有臨床研究發(fā)現(xiàn)，接受放射改善的肝癌患者每天飲用氫水(0.55～0.65mmol/L，1.5～2.0 L/d)連續(xù)6 周，可以抑制患者體內(nèi)氧化應(yīng)激水平，提高血清抗氧化能力，改善患者的生活質(zhì)量，尤其是可以改善患者食欲下降，而且不影響放射改善的效果[27]。氫氣也具有通過保護免疫系統(tǒng)達到抗輻射作用，通過抑制輻射誘導的caspase-3 的活化，減輕輻射誘導的血液系統(tǒng)損傷，還可緩解輻射造成的白細胞和血小板的下降[28]。另一項氫飽和生理鹽水干預惡性腫瘤的研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)氫氣干預可減少活性氧產(chǎn)生，達到減緩輻射誘導的胸腺淋巴瘤生長的作用[29]。通氫氣培養(yǎng)組的人舌鱗癌細胞株克隆數(shù)較正常培養(yǎng)組減少72%，每個克隆細胞總數(shù)減少66%，氫飽和生理鹽水培養(yǎng)的纖維肉瘤細胞同樣具有上述效果，其克隆數(shù)明顯下降[30]。研究已證實氫飽和生理鹽水及氫氣均可通過減少氧化應(yīng)激產(chǎn)物，達到抑制腫瘤生長的效果，但對不同部位惡性腫瘤細胞株作用有所不同。雖然上述研究已經(jīng)提出了氫氣對特定腫瘤的抗癌特性，但氫氣抑制癌細胞的具體機制仍需進一步研究。_ 4 氫氣抗腫瘤可能的機制及信號通路細胞信號轉(zhuǎn)導過程發(fā)生障礙或異常，可造成細胞生長、增殖、分化、代謝、凋亡等一系列生物學異常，從而導致包括腫瘤的各種疾病的發(fā)生。氫氣可通過調(diào)節(jié)多種基因的表達，改善多種病理狀態(tài)。氫氣可調(diào)節(jié)如下基因的表達：基質(zhì)金屬蛋白酶(MMP)2、MMP9[31]、MMP3、MMP13[32]、ICAM-1、髓過氧化物酶(myeloperoxidase)和環(huán)氧化酶2(COX-2)[33]。以上基因的過表達，有助于腫瘤細胞的生長、遷徙、轉(zhuǎn)移，通過下調(diào)其表達，可能達到抑制腫瘤進展的作用。氫氣可抑制凋亡信號調(diào)節(jié)激酶1(ASK1)的磷酸化及其下游信號分子p38MAP 激酶、JNK、IκB，而不影響來自NADPH 氧化酶產(chǎn)生的ROS[34]。氫飽和生理鹽水可顯著降低JNK 和NF-κB 水平[35-36]。多項研究發(fā)現(xiàn)，氫飽和生理鹽水干預組可顯著降低血漿及組織中血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growthfactor ，VEGF)水平[37-39]。

5 總結(jié)

雖然惡性腫瘤常無法治愈，但大量研究提示氫氣對多種惡性腫瘤具有潛在的預防、改善和緩解作用。更重要的是，氫氣是一種無毒性的天然小分子，非常容易獲取和使用，這給氫氣的臨床試驗帶來了便利的條件。氫氣改善疾病可能的分子機制包括選擇性抗氧化作用、調(diào)節(jié)基因表達以及調(diào)節(jié)信號通路等。氫氣改善疾病存在間接分子基礎(chǔ)，應(yīng)該對這些作用機制進行基因和蛋白水平的分析，以尋找氫氣改善疾病可能的靶向分子。為了實現(xiàn)氫氣療法在臨床中的應(yīng)用，必須明確其改善疾病的確切機制，如氫氣如何清除羥自由基，如何參與細胞信號轉(zhuǎn)導和激活，抑制通路，氫氣與其他抗氧化劑促進細胞保護作用及如何減少炎癥等都是非常重要的。此外，還需要確定其在各種疾病模型中的特定濃度的療效，以及最佳的應(yīng)用方案。