氢气治疗性作用的研究进展*

李 敏 薛雅卓 桑 慧 章丽英

(1.泰山医学院护理学院； 2.泰山医学院病理生理教研室，山东 泰安 271016)

氢气是无色、无味、且密度最小的可燃性双原子气体,在自然界中分布很广,大约占据宇宙质量的75%。常温常压下，氢气的溶解度比较低。过去大多数生物学家一直认为，氢气属于生理性惰性气体，仅仅被用于潜水领域。然而最近的研究发现，氢气是一种重要的生理调节因子, 它不但具有抗氧化作用，而且还具有抗炎、抗凋亡及调节信号通路等作用，可能成为治疗多种疾病的新的生物活性分子。

1 氢对机体的效应

1.1内源性氢

人和动物每天大约产生150 ml的氢气[1]。未被吸收的碳水化合物进入大肠后，结肠中的厌氧菌迅速将其发酵，产生短链脂肪酸，并释放二氧化碳、氢和甲烷[2]，因此盲肠中的含氢量最高[3]。据Maier RJ等[4]报道，小鼠胃和肝脏的氢浓度大约有20～80 μm。产生的这些氢被血液吸收后运送到身体各部分，发挥内源性抗氧化物质的作用。肠道细菌是体内氢的唯一来源。由于大多数哺乳动物缺乏分解产生氢气的代谢酶，因此，体内的氢含量主要受外部因素的影响，如药物和饮食因素等。Kajiya等[3]发现经过抗生素(磺胺甲恶唑和甲氧苄啶)处理过的小鼠的排泄物中肠道菌群明显高于未处理组，抗生素处理组小鼠的体内氢含量明显低于未处理组。Suzuki等[5]通过对健康志愿者的测试，发现阿卡波糖(A-葡萄糖苷酶抑制剂)能够显著地增加氢气的产量。Liu等[6]的试验显示，人类和动物口服甘露醇能显著增加内源性氢水平。饮食也可影响体内氢浓度，姜黄可能激活结肠发酵碳水化合物，提高氢气的产量和增强肠蠕动[7]。

虽然人类和许多动物的胃肠道本身可以产生氢气，这些氢气同样可以被机体吸收，但到目前为止，并没有证据证明它有明显的治疗效果。但是通过诱导胃肠道产生更多的氢气，可以治疗一些疾病。Kajiya等[3]通过给动物补充可产生氢气的细菌，诱导胃肠道产生更多氢气，从而抑制Concanavalin A对肝组织的炎症诱导。这是目前唯一一项关于胃肠道内细菌产生氢气效应的报道。

该研究作者通过观察还发现，通过饮用氢气水可以获得比诱导胃肠道产生氢气更有效的治疗效果。内源性氢相对于外源性氢的低效力，最有可能是因为肠粘膜或胃粘膜上存在能清除氢的其它细菌。此外，与补充外源性氢相比，产氢菌的腔内管理有细菌过度生长的风险。所以，目前大多数的研究是围绕补充外源性氢开展的。

1.2外源性氢

氢分子是电中性的，远远比氧分子小，相对于其他水溶性抗氧化剂来说，它很容易穿透细胞和细胞器的膜，渗透到细胞和胞器内。目前外源性氢分子的利用主要是通过呼吸低浓度氢气、饮用饱和氢气水、腹腔或静脉注射饱和氢气生理盐水以及局部应用等多种途径来实现的。

1.2.1抗氧化作用

抗氧化是指能有效抑制自由基的氧化反应的物质，直接作用在自由基，或是间接消耗掉容易生成自由基的物质，防止发生进一步反应。机体抗氧化作用可以通过血液中的酯质过氧化产物丙二醛(Malondialdehyde，MDA)变化、以及肝脏匀浆中或血液中超氧化物歧化酶SOD和谷胱甘肽过氧化物酶GSH-PX的活力变化来测定。

早期曾有少数人认为，氢气在生物体内具有抗氧化作用。1975年，Dole M[8]报道，连续呼吸8个大气压97.5%氢气(2.5%氧)14天，可有效治疗动物皮肤恶性黑色素肿瘤，并认为是通过抗氧化作用来实现的，这是目前见到的关于氢气抗氧化作用的最早的文章。2007年7月，Ohsawa I等[9]通过体内外实验证明，常温常压下呼吸2%氢气可有效清除自由基，并选择性中和羟自由基和亚硝酸阴离子，显著改善脑缺血再灌注引起的细胞损伤，首次证明了小剂量氢气的治疗作用。Chihiro Shingu等[11]通过静脉注射给予氢气生理盐水，发现急性肾脏缺血再灌注动物血浆中的MDA水平和肠组织8-羟基脱氧鸟苷(8-hydroxy-deoxyguanosine，8-OHdG)水平明显降低，并提高了血浆SOD 和GSH 的水平，证明了富氢盐溶液能够通过对抗氧化应激来减轻肾脏缺血再灌注引起的氧化损伤。随后，大批研究者就氢气的抗氧化性展开了广泛的研究。

此外，还有大量的研究证实了氢气的抗氧化作用，比如在心肌、肝脏、小肠、视网膜等器官的缺血再灌注模型上，都证实了氢气能通过清除自由基来减轻缺血再灌注引起的氧化损伤。另外还有研究证明氢气能作为移植供体的储存液[11]，减轻移植供体在体外的氧化损伤。

1.2.2抗炎作用

氢气的抗炎作用主要通过检测各种炎症细胞因子的水平来反应。在众多炎症细胞因子中，起主要作用的是TNF-α 、IL-1β、IL-6、TGF-β、IL-8、IL-l0等。

2008年，美国Nakao教授发表了自己第一篇关于氢气的作品[12]，首次检测了炎症因子，提出氢气具有抗炎症作用。孙学军等[13]以心肌局部缺血再灌注损伤为模型，采用腹腔静脉注射氢气生理盐水10 ml/kg的方法，研究结果发现，氢气可显著减少心脏局部缺血再灌注所致的心脏梗死面积，降低心脏组织ICAM-1、TNF-α、IL-1 β、髓过氧化物酶(myelo-peroxidase，MPO )水平及中性粒细胞浸润。Qu Liu等[14]用胆道结扎术(BDL)制造小鼠梗阻性黄疸模型，发现组织肿瘤坏死因子，白细胞介素(IL)-1B，IL-6的水平都显著下降。在葡聚糖硫酸钠(DSS)诱导的炎性肠道疾病模型中[15]，发现氢气能显著抑制结肠病变部位的IL-12, TNF-α和IL-1b水平，可以阻止葡聚糖硫酸钠(DSS)诱导的小鼠结肠炎的发展。此外，最新的研究还表明，腹腔注射含饱和氢气生理盐水，可降低血清中IL-6，TNF-α水平，对野百合碱所致的大鼠肺动脉高压具有改善作用[16]。

1.2.3抗凋亡作用

尽管凋亡过程的详细机制尚不完全清楚，但是已经确定Caspase即半胱天冬蛋白酶在凋亡过程中是起着必不可少的作用。在正常细胞Caspase处于非活化的酶原状态，疾病状态时，凋亡程序被激活，Caspase被活化随后发生凋亡蛋白酶的层叠级联反应，发生不可逆的凋亡。

Jianmei Cai等[17]让脑缺血- 缺氧的新生鼠持续吸入2%氢气，发现海马和皮层TUNEL染色阳性细胞数减少，caspase-3 和caspase-12的活性受到抑制，这些结果表明氢气能通过抑制神经细胞凋亡，对新生鼠脑缺血-缺氧损伤产生保护作用。还有人研究发现，腹腔给予急性脊髓损伤的大白鼠5 ml/kg饱和氢气的生理盐水，发现氢气可明显减少脊髓TUNEL阳性细胞数和抑制caspase-3，caspase-12 的活性[18]。此外，Shen 等[19]通过大鼠深低温循环骤停模型，也证实了含饱和氢气的生理盐水能减少NOS的活性和抑制caspase-3 表达。

1.2.4信号通路调节作用

1.2.4.1氢气与核因子NF-κB信号调节通路

参与免疫反应早期和炎症反应各阶段的许多分子都受NF-κB的调控。c-Jun氨基末端激酶(C-Jun N-terminalkinase ，JNK )信号通路是MAP激酶途径的一种，可以被炎性细胞因子如肿瘤坏死因子(TNF)和白细胞介素(IL)-1激活，从而产生细胞毒性，渗透，或氧化应激反应等[20]。有研究表明，在脑室内注射Aβ 1-42 所致的大鼠阿尔茨海默病模型中，连续腹腔内注射含富氢盐水，发现氢可显著抑制其脑组织JNK和N-kB的活性。并推测，富氢盐水减轻大鼠Aβ 1-42 诱发的神经炎症和氧化应激是通过降低JNK 和NF-κB活性实现的[21]。

1.2.4.2氢气与细胞外信号调节激酶

细胞外信号调节激酶(extracellular regulated kinase1/2，ERK 1/2)能被脂多糖(LPS) 激活，并产生炎症介质如TNF-α、IL-6、NO等[22-23]。Qu Liu等[14]结扎雄性SD大鼠胆道后，通过蛋白印记和免疫组织化学技术证实，氢气可显著抑制ERK 1/2 的磷酸化，降低其活性，因此推测富氢盐水降低炎症反应，与干扰了ERK 1/2 信号通路有关。

1.2.4.3氢气与FcεRI- 介导的信号传导

Itoh等[24]使用大鼠RBL-2H3肥大细胞，用含氢培养基培养4 h后，发现氢气抑制FcεRI相连的Lyn 的磷酸化作用和其下游分子Syk、PLCγ 1、PLCγ 2、Akt、ERK 1/2、JNK 、cPLA2的信号转导，并指出在速发型超敏反应中，氢气的保护作用不是通过清除自由基，而是通过调节信号通路，推测氢气和NO一样是一种气体信号分子。这是氢分子医学领域具有里程碑意义的研究，将直接影响将来关于氢的生物学效应的研究方向。

2 研究前景

氢气具有制备容易、价格低廉、渗透性强等诸多优点，具有很强的临床应用前景。到目前为止，国际上关于氢气治疗疾病的基础与临床研究已经得到了广泛的开展，这些研究涉及到器官缺血、动脉硬化、人类糖尿病、器官和系统炎症、创伤、老年性痴呆等，以氢气抗氧化为基础，从而发挥抗炎、抗细胞凋亡等作用，但是其机制尚不明确，从分子机制上仍值得深入研究。另外，目前仍存在许多疑问，比如其抗氧化、抗炎、抗凋亡及调节信号通路功能等之间的交叉关系是怎样的，氢气是否是第4 种气体信号，氢气是否是“没有任何毒性的药物”等，这些都需要进一步的研究探索，为氢气真正成为一种临床药物奠定基础。

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