氫氣是近年來生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的明星分子，通過吸入氫氣或飲用含氫氣的水，都可以產(chǎn)生抗氧化抗炎癥等作用，不僅對人類和動物能產(chǎn)生疾病治療和健康促進(jìn)作用，也能對植物產(chǎn)生理想效果，引起臨床醫(yī)學(xué)和農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域的極大關(guān)注和重視。由于氫氣對人體和環(huán)境安全性高，吸引許多學(xué)者和工程技術(shù)人員熱衷于將氫氣開發(fā)為疾病治療藥物、健康促進(jìn)和農(nóng)業(yè)增值手段。

越來越多研究表明，氫氣在不同生物系統(tǒng)中有廣泛作用，但氫氣作用的分子過程仍然存在疑問。目前主流的觀點認(rèn)為，氫氣主要是通過選擇性中和羥基自由基和亞硝酸陰離子等強(qiáng)活性自由基，在不干擾氧化還原平衡，不影響信號功能活性氧基礎(chǔ)上，能降低氧化應(yīng)激導(dǎo)致的氧化損傷，且可以保留氧化應(yīng)激信號或激活效應(yīng)。但是氫氣和羥基自由基反應(yīng)本身仍然存在細(xì)節(jié)不明確，特異性難以保證的疑問。且選擇性抗氧化難以流暢解釋氫氣效應(yīng)在分子層面上的廣泛性和過于理想化的效應(yīng)特征。

氫氣某些效應(yīng)能通過調(diào)節(jié)血紅素加氧酶-1，雖然確切機(jī)制仍然不十分明確。也有人提出，氫氣能通過還原Fe3+的來傳播其效應(yīng)，本綜述將重點從這一作用為切入點，闡述氫氣生物學(xué)效應(yīng)是立足于還原高鐵血紅素的Fe3+。當(dāng)然這仍然屬于理論性探討或假說，尚需要進(jìn)行全面系統(tǒng)的實驗研究。作者認(rèn)為，對血紅素輔基的蛋白質(zhì)的分析有助于闡明H2的生物學(xué)機(jī)制，以及將氫氣作為疾病或康復(fù)治療藥物的重要基礎(chǔ)。

血紅素(heme)是血紅蛋白中的非蛋白質(zhì)的鐵卟啉組分，亦見于其他呼吸色素及其他動、植物細(xì)胞，分子式為C34H33N4O4FeOH，色深紅，可溶于水。是原卟啉的亞鐵衍生物。廣義上是鐵原子與卟啉環(huán)上 4個吡咯基的配位螯合物。因螯合的鐵為二價(Fe2+)或三價(Fe3+)而區(qū)別為亞鐵血紅素（狹義的血紅素）和高鐵血紅素。血紅素為血紅蛋白和某些氧化還原酶的輔基，參與生物體中氧的傳遞和氧化還原作用。

鐵原子和6個配位體結(jié)合，有形成作為絡(luò)合物的八面體結(jié)構(gòu)傾向．在血紅素蛋白質(zhì)中．除卟啉的4個氮以外，與蛋白質(zhì)的組氨酸殘基的咪唑環(huán)或甲硫氨酸殘基的兩個或一個硫結(jié)合，進(jìn)而再和其它分子結(jié)合．在細(xì)胞色素中是鐵原子和蛋白質(zhì)中的二個基團(tuán)結(jié)合，由于它的價數(shù)變化（Ⅱ—Ⅲ）而起電子傳遞體的作用。血紅素蛋白中最著名的是血紅蛋白，其實細(xì)胞內(nèi)也有許多運輸氧氣的蛋白，例如細(xì)胞紅蛋白，肌紅蛋白和神經(jīng)紅蛋白，細(xì)胞線粒體內(nèi)參與電子傳遞的細(xì)胞色素如細(xì)胞色素c也是血紅素蛋白。許多氧化還原催化酶如過氧化氫酶，脯氨酸羥化酶（低氧誘導(dǎo)因子相關(guān)），一氧化氮合成酶，這些著名的功能蛋白都含有血紅素。

由于高鐵血紅素和亞鐵血紅素對血紅素蛋白的功能影響巨大，背景可參考血紅蛋白攜帶氧氣的功能，如果氫氣能將高鐵血紅素還原成亞鐵血紅素，那么氫氣對生物體的氧化還原過程和多種酶催化過程的影響就只能用巨大來描述了。又因為高鐵血紅素變成亞鐵血紅素雖然影響一些生化過程，但不會導(dǎo)致生物系統(tǒng)的功能危害，甚至都不會產(chǎn)生不良后果，這種調(diào)節(jié)作用正好符合氫氣的高貴效應(yīng)特征。

主要參考英國學(xué)者Hancock的綜述Molecular Hydrogen: Redox Reactions and Possible Biological Interactions。