關(guān)鍵詞：分子氫，輻射損傷，醫(yī)學(xué)應(yīng)用，輻射防護(hù)劑，細(xì)胞內(nèi)反應(yīng)，氧化，炎癥，細(xì)胞凋亡，基因表達(dá)
 

氫分子在動(dòng)物模型中的輻射防護(hù)作用

本文概述論文《Molecular Hydrogen as a Potential Clinically Applicable Radioprotective Agent》 作者：Hirano SI, Ichikawa Y, Sato B, Yamamoto H, Takefuji Y, Satoh F.

氫分子在動(dòng)物模型中的放射防護(hù)作用，對(duì)認(rèn)知功能、免疫系統(tǒng)、肺、心臟、消化器官、造血器官、睪丸、皮膚和軟骨疾病的保護(hù)作用已有報(bào)道 還報(bào)道了對(duì)輻射引起的胸腺淋巴瘤的抑制作用。以下是文獻(xiàn)摘要，其中報(bào)告了 氫分子對(duì)不同輻射疾病的保護(hù)作用的具體例子。（如表一）
 
 

 
1. 對(duì)認(rèn)知障礙的保護(hù)作用
 
劉等人。研究了富含氫分子的水 (0.8–0.9 ppm) 對(duì)輻射誘發(fā)的認(rèn)知功能障礙的影響 。在使用電子束進(jìn)行全腦照射之前和之后連續(xù)給大鼠施用富含氫分子的水30天。使用 Morris 水迷宮對(duì)大鼠的空間記錄顯示，與對(duì)照組相比，富含氫分子的水組的認(rèn)知功能有顯著改善。在 氫分子富水組,腦內(nèi)超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽(GSH)、腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子(BDNF)水平顯著升高,MDA、8-OHdG水平顯著降低。此外，富含氫分子的水組中 BDNF 和腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子受體 (TrkB) 的 mRNA 和蛋白質(zhì)水平也顯著升高 。因此，他們報(bào)道了氫分子對(duì)輻射誘導(dǎo)的認(rèn)知功能障礙的保護(hù)作用涉及抗氧化反應(yīng)、抗炎反應(yīng)和通過(guò)調(diào)節(jié) BDNF-TrkB 信號(hào)通路保護(hù)新生兒神經(jīng)元。
 
2. 對(duì)免疫系統(tǒng)的保護(hù)作用
輻射通常會(huì)導(dǎo)致組織和血液中免疫細(xì)胞的消耗，從而導(dǎo)致免疫抑制。錢(qián)等人。報(bào)道了 氫分子對(duì)培養(yǎng)的人淋巴細(xì)胞 (AHH-1) 細(xì)胞的輻射防護(hù)作用。與未經(jīng)處理的對(duì)照相比，輻照前用富含氫分子的PBS（1.2 ppm）進(jìn)行預(yù)處理顯著降低了 AHH-1 細(xì)胞中 MDA 和 8-OHdG 的水平。此外，錢(qián)等人。還在另一篇論文中報(bào)道了氫分子在AHH1細(xì)胞中的輻射防護(hù)作用。他們表明，與未處理的細(xì)胞相比，用富含氫分子的鹽水（0.6 ppm）進(jìn)行預(yù)處理可提高 AHH-1 細(xì)胞的活力并抑制細(xì)胞凋亡 。
楊等人。還研究了氫分子對(duì)輻射的 AHH-1 細(xì)胞、小鼠胸腺細(xì)胞和脾細(xì)胞的輻射防護(hù)作用 [ 39 ]。與未經(jīng)預(yù)處理的細(xì)胞相比，用富含氫分子的培養(yǎng)基 (1.2 ppm) 進(jìn)行預(yù)處理顯著降低了培養(yǎng)的 AHH-1 細(xì)胞中的 •OH。此外，在小鼠實(shí)驗(yàn)中，與單獨(dú)使用鹽水相比，腹腔內(nèi)給予富含氫分子的鹽水 (1.2 ppm) 可減輕小鼠胸腺細(xì)胞和脾細(xì)胞的凋亡，并抑制 caspase-3 的活化。此外，富含 H 2的鹽水顯著改善了小鼠外周血中白細(xì)胞 (WBC) 和血小板 (PLT) 的消耗。
趙等人。報(bào)道了一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，其中氫分子可防止輻射引起的免疫功能障礙。他們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)在照射前腹膜內(nèi)施用富含 氫分子的鹽水（1.2 ppm）時(shí)，氫分子增加了根據(jù)小鼠體重和脾重計(jì)算的脾指數(shù)并抑制了組織病理學(xué)脾損傷。氫分子還降低了脾組織中的 ROS 水平，抑制了脾細(xì)胞凋亡，并下調(diào)了凋亡前蛋白。此外，氫分子改善了輻射誘導(dǎo)的 T 細(xì)胞失衡并調(diào)節(jié)了 CD4 +T 細(xì)胞定位、Th 型細(xì)胞因子和促炎細(xì)胞因子水平。基于這些結(jié)果，趙等人。據(jù)報(bào)道，氫分子通過(guò)清除 ROS 具有輻射防護(hù)作用。
 
3. 對(duì)肺損傷的保護(hù)作用
寺崎等人。報(bào)道了 氫分子對(duì)輻射性肺損傷的保護(hù)作用。他們照射 A549 細(xì)胞（人類(lèi)肺上皮細(xì)胞的細(xì)胞系）以誘導(dǎo)輻射損傷，并檢查了富含氫分子的PBS 和富含氫分子的培養(yǎng)基（均為 1.2 ppm）的影響。此外，對(duì)小鼠進(jìn)行照射，通過(guò)氫分子氣體（3%）吸入或口服富含氫分子的水（0.8 ppm）來(lái)減輕肺損傷。氫分子提高了 A549 細(xì)胞的存活率，抑制了 ROS 的產(chǎn)生，并改善了氧化應(yīng)激和細(xì)胞凋亡標(biāo)志物。在使用小鼠的體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中，氫分子同樣減弱的氧化應(yīng)激和凋亡標(biāo)志物，被測(cè)量為急性肺損傷。氫分子還減輕了胸部計(jì)算機(jī)斷層掃描 (CT)、Ashcroft 評(píng)分（肺纖維化指數(shù)）和 III 型膠原沉積，這些均作為慢性肺損傷的指標(biāo)進(jìn)行測(cè)量。他們報(bào)告說(shuō)，氫分子不僅可以抑制急性肺損傷，還可以抑制慢性肺損傷（肺纖維化）。A549 細(xì)胞是肺腺癌的腫瘤細(xì)胞系；因此，氫分子處理提高了輻射誘導(dǎo)的受損細(xì)胞的存活率這一事實(shí)可能表明輻射的抗腫瘤作用可能受到損害。然而，因?yàn)?氫分子對(duì)細(xì)胞死亡的改善率與其他氧化應(yīng)激標(biāo)志物的 氫分子相比，抗腫瘤作用的減弱可能影響不大。事實(shí)上，在接受放射治療的癌癥患者的臨床試驗(yàn)中， Kang等人以及我們自己的研究表明，氫分子的抗腫瘤作用并未受到影響。
 
4. 對(duì)心肌損傷的保護(hù)作用
錢(qián)等人。研究了用 氫分子富水 (1.2 ppm) 預(yù)處理對(duì)小鼠放射性心肌損傷的影響。與對(duì)照組相比，富含氫分子的水提高了小鼠心肌的存活率和組織病理學(xué)損傷。此外，富含氫分子的水降低了心肌 MDA 和 8-OHdG 水平。此外，與對(duì)照組相比，富含氫分子的水增加了心肌 SOD 和 GSH 水平，并減輕了心肌細(xì)胞 DNA 損傷，如彗星試驗(yàn)所測(cè)量的。錢(qián)等人。據(jù)報(bào)道，氫分子對(duì)輻射引起的損傷具有心臟保護(hù)作用。
MicroRNAs (miRNAs) 構(gòu)成了一大類(lèi)基因表達(dá)的轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)因子，據(jù)估計(jì)，miRNAs 調(diào)節(jié)高達(dá) 30% 的人類(lèi)蛋白質(zhì)編碼基因。它們與許多病理過(guò)程有關(guān)，包括輻射損傷。庫(kù)拉等人。研究了 miRNA-1、-15b 和 -21 在富含 氫分子的水 (1.2 ppm) 對(duì)受輻射損傷的大鼠心肌的保護(hù)作用中的作用。輻射增加了心肌中 MDA 和腫瘤壞死因子 (TNF-α) 的水平，但氫分子降低了這些水平。與心肌肥大有關(guān)的 miRNA-1 因照射而減少，但氫分子緩解了這種下降。參與抗纖維化、抗肥大和抗氧化作用的 miRNA-15b 因輻射而減少，但氫分子逆轉(zhuǎn)了這種作用。此外，與心臟纖維化有關(guān)的 miRNA-21 因輻射而增加，但 氫分子也降低了這種增加。基于這些結(jié)果，Kura 等人。據(jù)報(bào)道，氫分子對(duì)輻射的心臟保護(hù)作用涉及 miRNA-1、-15b 和 -21 的調(diào)節(jié)。
5. 對(duì)胃腸道疾病的保護(hù)作用
錢(qián)等人。報(bào)道了 氫分子對(duì)培養(yǎng)的腸細(xì)胞的輻射防護(hù)作用。 在輻照前用富含氫分子的PBS（1.2 ppm）對(duì)人腸隱窩細(xì)胞（HIEC）進(jìn)行預(yù)處理顯著抑制了HIEC細(xì)胞的細(xì)胞凋亡，并且與沒(méi)有預(yù)處理的那些相比增加了HIEC細(xì)胞的細(xì)胞活力。他們還通過(guò)在照射前腹膜內(nèi)施用富含氫分子的鹽水檢查了 氫分子對(duì)小鼠的輻射防護(hù)作用。結(jié)果表明，與對(duì)照組相比，氫分子組顯著減輕小鼠腸道組織病理學(xué)損傷，增加血漿中SOD和GSH水平，顯著降低MDA和8-OHdG水平。
肖等人。報(bào)道了在輻照小鼠產(chǎn)生的模型中，富含氫分子的水（1.6 ppm）對(duì)胃腸道毒性的緩解作用。氫分子 -水在放射前后通過(guò)管飼法口服給藥。結(jié)果表明，與對(duì)照相比，氫分子 -水顯著提高了小鼠的存活率和體重，并且從腸上皮的基因表達(dá)來(lái)看，進(jìn)一步改善了腸的功能。在小腸的微陣列分析中，氫分子 -水下調(diào)骨髓分化因子88 (MyD88) 的表達(dá)。此外，在高通量篩選中，氫分子- 水改善了受輻射影響的腸道細(xì)菌的平衡。 肖等人。據(jù)報(bào)道，氫分子 -水通過(guò)MyD88對(duì)腸道細(xì)菌的作用降低了輻射引起的胃腸道毒性。
邱等人。研究了氫分子在使用小鼠的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和使用腸隱窩上皮細(xì)胞 (IEC-6) 系的細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中的輻射防護(hù)作用。富含氫分子的鹽水 (1.2 ppm) 改善了小鼠存活率和腸黏膜損傷和功能，以及氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)。使用 IEC-6 細(xì)胞的體外實(shí)驗(yàn)表明，氫分子提高了存活率并抑制了 ROS 的產(chǎn)生。氫分子抑制線粒體去極化、細(xì)胞色素 c 釋放以及 caspase-3、caspase-9 和聚合酶 (PARP) 的活性。此外，氫分子從抑制細(xì)胞凋亡的蛋白質(zhì) B 細(xì)胞淋巴瘤-超大 (Bcl-xl) 和 B 細(xì)胞淋巴瘤-2 (Bcl-2) 的表達(dá)降低中恢復(fù)，并抑制 BCL2 相關(guān) X 蛋白 (Bax) 的表達(dá)增加，一種促進(jìn)細(xì)胞凋亡的蛋白質(zhì)。他們提出，氫分子對(duì)輻射損傷的保護(hù)作用可能與線粒體凋亡通路的阻斷有關(guān)。
 
6. 對(duì)造血細(xì)胞損傷的保護(hù)作用
張等人。報(bào)道了富含 氫分子的水對(duì)輻射誘導(dǎo)的造血干細(xì)胞損傷的緩解作用。在輻射之前和之后用富含氫分子的水(1.6 ppm)對(duì)小鼠進(jìn)行輻射和口服給藥。結(jié)果表明氫分子減輕了造血干細(xì)胞的損傷。在氫分子處理的c-kit +細(xì)胞中，磷酸化H₂AX（γ-H₂AX）的平均熒光強(qiáng)度和8-氧鳥(niǎo)嘌呤陽(yáng)性細(xì)胞的百分比顯著降低，表明氫分子減輕了輻射誘導(dǎo)的DNA損傷和氧化DNA傷害。此外，在受輻射的小鼠 c-kit +細(xì)胞中，氫分子顯著改善了與細(xì)胞周期、細(xì)胞凋亡和氧化應(yīng)激相關(guān)的蛋白質(zhì)。

 
7. 對(duì)精子功能障礙的保護(hù)作用
蔡等人。報(bào)道了 氫分子對(duì)輻射引起的精子發(fā)生和造血功能障礙的保護(hù)作用。通過(guò)組織病理學(xué)分析，在對(duì)小鼠進(jìn)行輻射之前腹膜內(nèi)施用富含氫分子的鹽水（1.2 ppm）顯著改善了睪丸精子數(shù)量并損害了精子發(fā)生。此外，內(nèi)源性造血脾集落形成（endoCFU）、骨髓有核細(xì)胞（BMNC）和外周血中的WBC對(duì)造血功能的損害通過(guò)富氫分子鹽水預(yù)處理得到顯著改善。他們報(bào)告說(shuō)，富含氫分子的鹽水部分保護(hù)了受輻射小鼠的精子發(fā)生和造血功能。
蔡等人。還表明，在無(wú)細(xì)胞系統(tǒng)中，由芬頓反應(yīng)和水的輻解產(chǎn)生的•OH 被氫分子還原。此外，他們發(fā)現(xiàn)，在輻射前向小鼠腹腔注射富含氫分子的鹽水（1.2 ppm）可顯著抑制 •OH 與細(xì)胞內(nèi)大分子之間的反應(yīng)，這表明輻射會(huì)導(dǎo)致脂質(zhì)過(guò)氧化、蛋白質(zhì)羰基化合物和氧化性 DNA 損傷。此外，Chuai 等人。通過(guò)睪丸組織的形態(tài)變化、細(xì)胞凋亡分析和精子質(zhì)量測(cè)試證明了氫分子對(duì)雄性生殖細(xì)胞的輻射防護(hù)作用。
江等人。報(bào)道了富含 氫分子的生理鹽水和氨磷汀 (WR2721) 對(duì)大鼠放射性睪丸損傷的保護(hù)作用。在放射前腹膜內(nèi)施用富含氫分子的鹽水（1.6 ppm）或WR2721（200 mg/kg）。結(jié)果顯示，對(duì)照組的睪丸重量、睪丸尺寸、精子數(shù)量和精子活力均因輻射而降低，但在富含 氫分子的鹽水和 WR2721 組中觀察到這些降低的顯著改善。此外，對(duì)照組細(xì)胞凋亡指數(shù)和SOD活性降低，MDA水平升高，而富含氫分子的生理鹽水組和WR2721組在這些參數(shù)上均有顯著改善。此外，氫分子富鹽水和 WR2721 組顯示，血清睪酮水平的恢復(fù)隨著輻射而降低。
 
8. 對(duì)皮膚損傷的保護(hù)作用
皮炎的發(fā)生是頭頸癌患者放射治療的常見(jiàn)副作用。因此，梅等人。使用人類(lèi)角質(zhì)形成細(xì)胞 HaCaT 細(xì)胞和大鼠檢查了 氫分子 (1.2 ppm)的輻射防護(hù)作用及其在局部、單一和分次輻射條件下的機(jī)制。在使用 HaCaT 細(xì)胞的實(shí)驗(yàn)中，測(cè)量了氫分子培養(yǎng)基對(duì)細(xì)胞活力、細(xì)胞凋亡和生化測(cè)定的影響。結(jié)果表明，氫分子顯著降低了大鼠皮炎的嚴(yán)重程度，加速了組織恢復(fù)，并抑制了體重減輕。當(dāng)以三種不同的增量輻照時(shí)，氫分子也顯示出保護(hù)作用。此外，氫分子通過(guò)提高 HaCaT 細(xì)胞的存活率、抑制細(xì)胞凋亡、增加 SOD 和 GSH 活性以及降低 MDA 水平來(lái)保護(hù)細(xì)胞免受輻射損傷。基于這些結(jié)果，他們表明氫分子可用于急性放射性皮炎。
渡邊等人。檢查了預(yù)先吸入氫分子氣體 (1.3%) 對(duì)輻射引起的皮膚損傷模型的影響。吸入氫分子可顯著降低放射性皮炎的嚴(yán)重程度并加速愈合受損的傷口的修復(fù)。通過(guò)末端脫氧核苷酸轉(zhuǎn)移酶介導(dǎo)的 dUTP 缺口末端標(biāo)記 (TUNEL) 和 8-OHdG 染色檢查輻照皮膚中凋亡角質(zhì)形成細(xì)胞的百分比和染色水平。這些結(jié)果在氫分子吸入大鼠中顯著低于非氫分子吸入大鼠。此外，氫分子吸入組顯著減少了在 X 射線照射部位造成的全層皮膚傷口恢復(fù)的延遲。這些結(jié)果表明，預(yù)先吸入 氫分子可以減輕輻射引起的皮膚損傷。
周等人。研究了口服攝入富含氫分子的水（1.0 和 2.0 ppm）對(duì)輻射誘發(fā)皮膚損傷大鼠模型的影響。與對(duì)照組相比，氫分子組顯著縮短了受損皮膚的愈合時(shí)間，提高了愈合率，降低了 MDA 和 IL-6 水平，增加了 SOD 活性和表皮生長(zhǎng)因子（EGF）含量。這些結(jié)果表明，氫分子通過(guò)其抗氧化和抗炎作用促進(jìn)輻射引起的皮膚損傷中的傷口愈合。
 
9. 對(duì)軟骨損傷的保護(hù)作用
盡管放射療法是治療頭頸癌的有效方法，但意外的下頜軟骨壞死通常作為放射損傷發(fā)生。陳等人。在體外和體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中，研究了富含氫分子的鹽水（1.2 ppm）對(duì)大鼠頜骨軟骨細(xì)胞壞死模型的保護(hù)作用。與未處理的對(duì)照相比，在照射前用 氫分子處理骨髓來(lái)源的間充質(zhì)干細(xì)胞 (BMSCs)顯著增加了細(xì)胞活力和分化潛能，并減少了 ROS 的產(chǎn)生。對(duì)照組的大鼠在纖維化髓質(zhì)內(nèi)和周?chē)@示出肌成纖維細(xì)胞的積累，但氫分子預(yù)處理組的積累減少了。陳等人。據(jù)報(bào)道，使用氫分子對(duì)抗頜骨軟骨的骨壞死可能是一種重要的預(yù)防和治療策略。
 
10. 對(duì)致癌作用（胸腺淋巴瘤）的抑制作用
盡管輻射是一種眾所周知的致癌物，但輻射誘發(fā)的胸腺淋巴瘤的發(fā)病機(jī)制尚不清楚。趙等人。檢查了氫分子對(duì)小鼠輻射誘導(dǎo)的胸腺淋巴瘤的保護(hù)作用。對(duì)照組照射4周，氫分子組每次照射前5 min腹腔給予富含氫分子的生理鹽水(1.2 ppm)。結(jié)果，與氫分子組相比，氫分子 組小鼠的存活率、淋巴瘤的發(fā)病率、外周血單個(gè)核細(xì)胞（PBMC）中ROS的產(chǎn)生以及血漿中SOD、GSH和MDA的水平均有所提高。對(duì)照組。趙等人。據(jù)報(bào)道，氫分子防止輻射引起的胸腺淋巴瘤。
 
結(jié)論：
氫分子的輻射防護(hù)作用機(jī)制被認(rèn)為與清除•OH等自由基有關(guān)，但也被認(rèn)為與抗炎和抗凋亡特性以及調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)信號(hào)的基因表達(dá)。氫分子已在臨床上廣泛應(yīng)用于輻射損傷以外的領(lǐng)域，據(jù)報(bào)道是一種具有優(yōu)異療效和安全性的物質(zhì)。因此，氫分子作為放射防護(hù)劑可能具有潛在的臨床應(yīng)用，并且在未來(lái)可用于治療輻射損傷。