分解和利用氢气的专一蛋白，是证明氢气对某种细胞具有重要作用的及其重要的线索。最近有学者研究证明，有真核细胞具有分解氢气的氢化酶，这说明细菌古菌和真核全部都有能分解氢气的类型，能合成氢气早就被证明。至此研究发现，整个生物界所有细菌和真核细胞都具有合成和利用氢气的能力，让氢气在整个生命树中的重要地位再次提升。

氢思云：氢气生物医学研究表明，氢气具有抗氧化抗炎症作用，对多种疾病具有治疗和潜在治疗效果。但是氢气生物学效应的分子机制并不十分清楚，或者氢气在身体内是否参与化学反应也不十分确定，我们退一步讲，对真核细胞是否能将氢气分子分解都不非常明确，尽管大部分细菌和古菌等原核生物具有分解氢气的能力，如果能证明和清晰阐述高等生物如植物和动物细胞具有分解或合成氢气的作用，将是氢气生物依序领域的重要突破。研究提示，许多植物细胞具有合成氢气的能力，但没有鉴定出能分解氢气的氢化酶。甚至有学者采用同位素标记办法证明大鼠细胞可能具有分解氢气的可能，由于证据过于单薄，仍难以让人放心接受，所以至今没有明确真核细胞能分解氢气。最近瑞士科学家发表一篇文章，认为是首次证明真核细胞分解氢气，这或许能帮助我们探究氢气在真核细胞中的作用模式。

图1 阴道毛滴虫是第一个被证明具有氧化分解氢气的真核生物。

(A)基于金属中心和酶活性的氢酶亚型分布，其中\\\\\'→氢气，\\\\\'和\\\\\'氢气→\\\\\'分别代表生成和消耗氢气的反应。开放的、灰色的和黑色的圆圈分别表示生命领域中罕见、少见和广泛的分布。星形图表明阴道毛滴虫是第一个氧化氢气的真核生物。

(B)与氢气有关的代谢途径。催化氢气释放和利用的金属活性中心，红色和黄色圆圈为H簇被三种成熟酶蛋白(E, F, G)添加到氢化体氢化酶(HYD)中，氢化酶体产生的氢气扩散到细胞质，被假定的氢气氧化氢化酶cytHYD分解为氢离子和电子。体外研究表明，cytHYD利用氢气提供的电子还原细胞色素b5，cvtHYD过表达的细胞比野生型细胞产生更多的甲基化醇。

氢是元素周期表上最简单的元素，在标准条件下，以分子形式存在的氢气由两个质子和两个电子(氢气)组成。尽管结构很简单，由于氢气在驱动全球生物地球化学循环的微生物群落新陈代谢中发挥着重要作用，它对维持地球上的生命至关重要【氢气是地球生命守护神】。产生或消耗氢气的能力也有助于各种厌氧病原体的功能和代谢。在所有这些系统中，氢气能作为一个可扩散的电子载体，在电池之间传递还原能量(即电子)。微生物利用氢化酶这种复杂金属蛋白生产或消耗氢气，许多氢化酶对氧敏感，因此氢化酶往往更容易在厌氧微生物中被发现。根据其金属中心的组成来定义，在整个生命树中至少发现了三种类型的氢化酶，分别是铁(Fe)、镍铁(NiFe)和铁铁(FeFe)氢化酶。氢化酶的催化中心非常复杂，通常需要额外的成熟机械。例如，铁氢化酶催化中心核心结构Fe-S簇或H簇需要三种成熟酶蛋白HydE、HydF和HydG的协助参与下组装。

在系统发育分布方面，铁氢化酶仅仅分布于古菌，镍铁氢化酶在细菌和古菌中存在，铁铁氢化酶主要存在于细菌和一些真核生物中(最近发现古菌也有铁铁氢化酶)(图1A)。这样说，铁氢化酶只分布在古菌，镍铁氢化酶分布在细菌和古菌，铁铁氢化酶在分布在细菌古菌和真核生物。

在整个生命树中，氢化酶是非常普遍的，原核生物中产生和利于氢气的氢化酶都存在，但是在真核生物中过去只发现能合成氢气的氢化酶，2022年1月在《当代生物学》杂志，来自捷克共和国查尔斯大学的研究人员Smutna等发现了第一个能分解氢气的真核细胞铁铁氢化酶。氢气的产生和利用，在氢化酶研究中被称为氢气释放和吸收，许多原核细胞铁铁氢化酶是单向和双向催化作用，但在真核细胞中过去只鉴定出具有释放氢气的氢化酶，没有发现具有吸收氢气的氢化酶。

在真核生物中首次被鉴定的一些铁铁氢化酶毛滴虫家族。滴虫包括人类性传播病原体阴道滴虫属于寄生虫，这种真核生物缺乏经典“教科书式”线粒体，但是拥有高度专门化的与线粒体相关的细胞器——氢化酶体，氢化酶体表现出适应无氧生活的新陈代谢。在氢化酶体中，铁氧还蛋白氧化还原酶催化丙酮酸电子转移到铁氧还蛋白，生成还原型铁氧还蛋白、二氧化碳和乙酰辅酶A(图1B)。还原铁氧还蛋白的电子通过铁铁-氢化酶沉积在质子上生成氢气。

多种原核生物和某些绿藻叶绿体的细胞质和线粒体相关细胞器中，具有释放氢气的铁铁氢化酶的生物化学特征。生物信息学研究在数十个真核生物基因组中发现了能编码假定铁铁氢化酶的基因，编码产物可能会分布在细胞质和氢化酶体中。真核生物体通常编码多种假定的氢化酶。

Sutak等证明，丙酮存在时阴道毛滴虫能合成次醇。次醇产生需要细胞质具有还原能力(图1B)。如果这些细胞缺乏丙酮产生氢气也少，表明如果细胞质中存在能分解氢的氧化酶，氢气可能是其代谢还原底物。Sutak等推测，毛滴虫存在10种氢化酶中可能具有能催化氢气氧化分解的类型。最新研究中Smutna等通过分离和表征到阴道毛滴虫细胞质氢气消耗氢化酶，证实了Sutak等的推测。

用免疫荧光细胞化学，作者证实了一种铁铁氢化酶(CytHYD)，定位于毛滴虫细胞质(图1B)。纯化CytHYD比纯化的氢化酶体具有更高的氢气氧化活性。出乎意料的是，体外酶学检测表明CytHYD使用可溶性细胞色素b5作为电子受体，而不是铁氧化还蛋白。一些细菌氢化酶已被证明使用b型细胞色素，这些有时与膜复合物相关。然而这两个阴道毛滴虫CytHYD和细胞色素b5似乎是可溶性的，表明它们的功能与膜结合反应无关。

有趣的是，过表达CytHYD的细胞比野生型细胞少产生30%的氢气，同时保持了氢化酶体对醋酸盐的代谢通量。这表明体内有氢气氧化活性与CytHYD过表达有关，不是简单地通过减少氢化酶体影响氢气的产生量。由于过表达CytHYD的细胞比野生型细胞产生更多的甲基化醇，说明氢气氧化分解产生的电子可能最终被用来生成次生代谢物2-甲基丙烷-2-醇(图1B)。在本研究中，参与这些反应的机制和酶并未被研究，这些醇对寄生虫的生理作用尚不清楚。氢气被氧化分解的证据充分，但氢气分解后的代谢细节并没有阐述。所谓现象明确机制不清。

一些甲基化醇(如2-丙醇)可以抑制免疫功能，未来研究这些次级代谢产物在阴道毛滴虫发病机制中的作用可能会被证明是有趣的。（氢思云：也许应该考虑，外源性补充氢气对阴道毛滴虫活性的影响。）

以生成氢气为代谢终点的病原菌对高浓度氢气非常敏感，因此可以从与其他消耗氢气废物的微生物的相互作用中获益。如果毛滴虫确实有一种能分解氢气的酶，就像新研究中所显示的那样，它将能够循环利用从它自己的氢化酶体能量保存途径中产生的氢，这反过来将阻止氢化酶体氢酶的产物抑制。

氢思云：产氢酶活性受到氢气的抑制符合生物学规则，就是产物必然反馈抑制产物的普遍现象，这里作者的意思是，滴虫不仅能通过氢化酶体产生氢气，同时具有能氧化分解氢气的酶，这样不仅会解除氢气对氢化酶体代谢的反馈抑制，也能废物利用，将氢气这种能源物质用于其他代谢物合成。这是非常合理的生物学设计。

这类似于反刍动物瘤胃环境中的微生物联盟，例如，纤毛虫能产生氢气，氢气被其内共生古菌消耗产生甲烷。在单个细菌细胞中存在内氢气循环，因此在阴道滴虫中，类似的细胞内氢气循环可能也是维持亚细胞间氧化还原平衡的一种方法，在亚细胞间，醇和质子是电子的末端受体。

真核生物摄取氢气的氢化酶也暗示生物学一个最大未解之谜：真核生物是如何进化的?许多理论都认为，真核细胞是由至少两种原核生物(古菌和变形菌)的代谢共生进化而来的，这种共生关系依赖于氢气交换。这表明早期真核生物可能从最初的共生事件中编码了至少一种氢化酶。我们对生物理解仍然非常肤浅，但证据表明氢气在生物系统中的作用非常突出。

Aguilera-Campos KI, Stairs CW. Hydrogen metabolism: A eukaryote taps into the electron sink. Curr Biol. 2022 Jan 10;32(1):R49-R51评论文章

Smutná T, Dohnálková A, Sutak R, Narayanasamy RK, Tachezy J, Hrdý I. A cytosolic ferredoxin-independent hydrogenase possibly mediates hydrogen uptake in Trichomonas vaginalis. Curr Biol. 2022 Jan 10;32(1):124-135.e5.拿出证据

Sutak R, Hrdy I, Dolezal P, Cabala R, Sedinová M, Lewin J, Harant K, Müller M, Tachezy J. Secondary alcohol dehydrogenase catalyzes the reduction of exogenous acetone to 2-propanol in Trichomonas vaginalis. FEBS J. 2012 Aug;279(15):2768-80. 提出假说