鐵死亡是最近生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究熱點。鐵死亡是最符合氧化損傷的死亡方式，而鐵相關(guān)的羥基自由基可能是其中關(guān)鍵。氫氣能選擇中和羥基自由基，被作為氫氣生物學(xué)效應(yīng)的基礎(chǔ)。那么氫氣對鐵死亡的抑制作用似乎是理所當(dāng)然的。但是關(guān)于這兩者之間關(guān)系的研究非常非常少。最近來自南京鼓樓醫(yī)院莊宗教授小組率先開展了這一方向的探討，初步表明有一定關(guān)系。不過該研究認(rèn)為，氫氣是通過啟動內(nèi)源性抗氧化實現(xiàn)的減少鐵死亡，和傳統(tǒng)的關(guān)于氫氣抗氧化的直接作用不一樣。

自發(fā)性蛛網(wǎng)膜下腔出血（SAH），由顱內(nèi)動脈瘤破裂引起的，是一種普遍的急性腦血管疾病[1]。SAH對全球公共健康構(gòu)成重大威脅，院前死亡率在22%至26%之間[2]。此外，大約50%的SAH幸存者會經(jīng)歷持續(xù)的神經(jīng)功能損傷[3]。盡管手術(shù)在預(yù)防再出血方面有效，但SAH患者的臨床預(yù)后并沒有顯著改善[4,5]。因此，徹底檢查SAH后神經(jīng)損傷的關(guān)鍵機制，并確定潛在的干預(yù)療法以減輕這些傷害是至關(guān)重要的。從溶解的紅細(xì)胞中釋放的血紅蛋白（Hb）被認(rèn)為是SAH后神經(jīng)元損傷的主要催化劑。來源于Hb的大量鐵離子在蛛網(wǎng)膜下腔內(nèi)形成出血微環(huán)境。這些多余的鐵離子主要通過轉(zhuǎn)鐵蛋白-轉(zhuǎn)鐵蛋白受體運輸系統(tǒng)在神經(jīng)細(xì)胞中積累，隨后經(jīng)歷Fenton反應(yīng)。這一反應(yīng)導(dǎo)致鐵離子與過氧化氫相互作用，產(chǎn)生過量的高毒性羥基和活性氧（ROS）。最終，這一過程誘導(dǎo)了神經(jīng)元鐵死亡[6,7]。此外，神經(jīng)炎癥作為另一個重要因素，也促進(jìn)了神經(jīng)損傷[8,9]。具體來說，源自Hb的損傷相關(guān)分子模式（DAMPs）在激活微膠質(zhì)細(xì)胞通過Toll樣受體4（TLR4）方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用，隨后導(dǎo)致炎癥因子的釋放[10,11]。這些炎癥因子，進(jìn)一步受到鐵離子誘導(dǎo)的ROS刺激[12,13]，導(dǎo)致血腦屏障損害、腦血管痙攣和程序性神經(jīng)細(xì)胞死亡[11,14,15]。

值得注意的是，氫氣作為一種具有強大抗氧化應(yīng)激特性的理想治療氣體，已在中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS）的各種臨床應(yīng)用中取得成功。我們的初步實驗證明了氫氣在SAH中的神經(jīng)保護(hù)作用，因為它有效地抑制了氧化應(yīng)激[20,21]，這一點已經(jīng)得到了日本和美國研究小組的確認(rèn)[22,23]。然而，氫氣抑制神經(jīng)細(xì)胞死亡的機制仍不清楚。需要進(jìn)一步的研究來闡明氫氣在調(diào)節(jié)SAH中氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的鐵死亡中的作用。因此，本研究的主要目的是通過檢查氫氣對鐵死亡和神經(jīng)炎癥的抑制作用，來調(diào)查氫氣在SAH情況下的潛在神經(jīng)保護(hù)效果。臨床試驗

我們進(jìn)行了氫氣治療SAH的臨床試驗。這項臨床試驗獲得了南京鼓樓醫(yī)院倫理委員會的批準(zhǔn)（編號：2021-569-02）。該研究已在中國國家臨床試驗注冊中心注冊（ChiCTR2200059060）。所有參與者均已獲得知情同意。本研究符合《隨機對照試驗報告規(guī)范》（CONSORT）。入組的納入標(biāo)準(zhǔn)如下：1）因顱內(nèi)動脈瘤破裂導(dǎo)致SAH的個體；2）年齡在20至70歲之間的個體，不分性別和種族；3）自愿參與并提供知情同意的個體，可親自或通過可信家庭成員提供；4）在動脈瘤破裂后72小時內(nèi)接受干預(yù)的個體。另一方面，排除標(biāo)準(zhǔn)包括：1）不符合納入標(biāo)準(zhǔn)或被醫(yī)生認(rèn)為不適合參加的個體；2）有嚴(yán)重心臟、肝/腎或肺功能不全的個體；3）有大顱內(nèi)血腫的個體；4）接受開顱手術(shù)封閉動脈瘤的個體；5）拒絕隨機分組的個體。參與者隨機分配到氫氣干預(yù)組或常規(guī)治療組。氫氣干預(yù)組的患者從入院到出院每天吸入氫氣（NB-X71A，上海納米氣泡科技有限公司）18-24小時，流量為350 ml/min。腦脊液（CSF）在SAH后的第1-3天、第5-7天和第8-10天通過腰穿收集。

死亡率

動物實驗的圖表顯示在圖S1B中。假手術(shù)組沒有小鼠死亡。本研究包括兩個實驗。對于實驗1，小鼠在SAH后接受氫氣治療。獲取組織進(jìn)行生化測試的時間是SAH后3天。SAH組的死亡率為22.86%（12/54）。SAH + H2組的死亡率為19.23%（10/52）。對于實驗2，小鼠在SAH后接受氫氣治療。

在體內(nèi)實驗中，小鼠被安置在含有3%氫氣濃度的小室內(nèi)。進(jìn)行不間斷的氫氣吸入，實驗研究的終點是SAH后的第三天。使用氫氣發(fā)生器和空氣發(fā)生器連續(xù)輸出3%的氫氣。在體外實驗中，細(xì)胞經(jīng)過孵育過程，放置在培養(yǎng)箱（PH-min，無錫普和生物醫(yī)藥科技有限公司）中，其組成為60%氫氣、5%二氧化碳和30%氧氣，同時保持37°C的溫度和控制濕度。在對照組中，細(xì)胞在相同的孵育條件下接受處理，二氧化碳和氧氣的濃度相同，濕度和溫度水平也相當(dāng)。

臨床患者數(shù)據(jù)

氫氣吸入抑制了SAH參與者中的鐵死亡和炎癥反應(yīng)。本研究調(diào)查了CSF因子。圖9A顯示，氫氣干預(yù)組與傳統(tǒng)治療組之間的MDA存在顯著差異，前者在8-10天時的MDA水平較低。TNF-α和IL-6的觀察結(jié)果相似，如圖9B和9C所示。IL-1β顯示出更早的暴露差異，氫氣干預(yù)組在5-7天和8-10天的CSF水平低于傳統(tǒng)治療組（圖9D）。

圖9 在氫氣吸入治療的患者（n=23）與傳統(tǒng)治療的患者（n=26）中，不同時間點腦脊液中的MDA（圖A）、TNF-α（圖B）、IL-6（圖C）和IL-1β（圖D）的差異。

討論

鐵死亡是一種程序化的神經(jīng)元死亡形式，發(fā)生在蛛網(wǎng)膜下腔出血（SAH）之后[32]。SAH 導(dǎo)致腦脊液中血細(xì)胞溶解釋放出過量的鐵離子，從而擾亂神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)的鐵穩(wěn)態(tài)。這種紊亂導(dǎo)致鐵過載和隨后的神經(jīng)元鐵死亡[33,34]。

在誘導(dǎo)細(xì)胞氧化應(yīng)激的各種因素中，脂質(zhì)雙層中的脂質(zhì)氧化修飾，尤其是脂質(zhì)過氧化，已成為細(xì)胞命運的重要調(diào)節(jié)因子[35]。在生物體內(nèi)，自由基誘導(dǎo)的脂質(zhì)過氧化最終產(chǎn)物是丙二醛（MDA）[36]。MDA 作為評估生物體脂質(zhì)過氧化的重要生物標(biāo)志物，影響線粒體呼吸鏈復(fù)合體和線粒體內(nèi)關(guān)鍵酶活性，并進(jìn)一步加劇膜結(jié)構(gòu)損傷[37]。GPX4 是一種內(nèi)源性調(diào)節(jié)蛋白，通過限制細(xì)胞毒性脂質(zhì)過氧化和通過將還原型谷胱甘肽轉(zhuǎn)化為氧化型谷胱甘肽來對抗鐵死亡，對保護(hù)細(xì)胞免受鐵沉積起著至關(guān)重要的作用[7, 38, 39]。由于廣泛的脂質(zhì)過氧化誘導(dǎo)的谷胱甘肽耗竭，GPX4 的失活發(fā)生，這是鐵死亡的一個顯著特征[40]。GPX4 的缺失允許磷脂過氧化物在鐵離子存在下啟動催化反應(yīng)，導(dǎo)致細(xì)胞死亡[35]。

結(jié)論

以前的研究已經(jīng)證實了氫氣在 SAH 情況下的神經(jīng)保護(hù)特性。在本研究中，我們旨在闡明這種保護(hù)作用的潛在機制。我們的調(diào)查顯示，氫氣在 SAH 后展現(xiàn)了雙重保護(hù)效應(yīng)，它促進(jìn)了 Nrf2 向核內(nèi)的轉(zhuǎn)移，激活了 GPX4，并抑制了 TLR4。因此，這種抑制減輕了神經(jīng)元鐵死亡并減弱了神經(jīng)炎癥。我們的研究結(jié)果為氫氣的未來臨床應(yīng)用提供了理論框架。

 Z. Peng, X.-J. Li, Y. Zhou, J.-T. Zhang, Q. Zhu, J.-Q. Sun, C.-H. Hang, W. Li,Q.-R. Zhang, Z. Zhuang, Hydrogen exerts neuroprotective effects after subarachnoid hemorrhage by attenuating neuronal ferroptosis and inhibiting neuroinflammation, Free Radical Biology and Medicine (2024),