氘标记研究氢气体内代谢的研究
氢气抗氧化效应2007年发表后,迅速引起学术界的广泛关注。生物学上氢气具有非常多优秀品质,例如氢气的生物安全性高,氢气的扩散能力强,氢气的生物利用度好,氢气环境友好,获取容易制备技术成熟等。
但是人们对氢气的生物医学研究仍然存在许多薄弱环节,例如氢气在人体和生物体内的代谢规律就是一个突出问题,我们不知道氢气在身体内是如何被代谢的,换句话说,我们对氢气如何发挥生物学作用的分子细节并不了解。这给我们正确理解氢气的生物医学作用,优化氢气使用方法,解析氢气生物学效应的机制等,都带来很大困难。虽然有学者一直在这方面投入巨大努力,但并没有取得非常好的成绩。
氢气代谢研究的难点之一在于这种分子结构太简单,和生物大分子如蛋白质不同,能进行荧光等标记。因为荧光标记物本身比氢气分子大许多,氢气标记后已经不是氢气了。不过自然界往往是这样,总有解决问题的方法留给我们。例如使用同位素标记,氢元素自然界中有三种同位素氕、氘和氚,或者说氢气本身就是三种同位素的混合体,只不过其中大多数都是其中的一种氕,另外氘和氚含量及其微量。在化学性质上,三种同位素形成的氢气几乎没有区别。人类早就掌握了如何富集更多氘的技术,核科学领域这是最常规的技术。而且我们也有检测氘的科学仪器。由于自然界大多数氢都是氕,造成背景非常多,氕形成的氢气难以在大量氢元素的生物体系中识别。如果我们使用氘代替氕制造氘气(化学上也是氢气),就可以对氘在身体内的转换去向进行标记和研究。这种氘标记氢的同位素技术是研究氢气生物学代谢规律的最强大武器。当然如果使用氚,则有更强的检测方法,因为氚具有放射性,能随机发射出贝塔射线。而射线的能量非常大,很容易被检测。但是射线能对人体产生危害,除非万不得已,人们进行生物医学研究中,都不喜欢使用这种工具。
该研究采用腹腔注射氘气作为氢气代谢标记物,对大鼠体内水中氘水平进行检测以分析氘被利用代谢的规律。研究也使用了猪,通过吸入氢气,肝脏缺血后对缺血区域和非缺血区域肝脏组织进行生物化学分析。对猪的研究只是从抗氧化抗损伤角度,并没有使用氘标记。
研究结果发现,腹腔注射氘气后,在生理情况下大约10%的氘可以被利用,这一比例说明大鼠在腹腔注射氢气后10%可以被身体利用。这一比例是超乎想象的结果。因为注射氢气后,氢气被血液吸收,很快随着循环到达肺脏,大部分氢气会从肺释放到空气中。即使在这样的情况下,仍然有10%的氢气被利用。你可以进一步联想,如果我们人体和大鼠代谢氢气的能力一样,当你在吸入氢气后,大约10%可以被人体利用掉,当然由于人体身体质量远远大于大鼠,这种被分解的比例可能会更高。
研究还发现,低氧和内毒素都没有影响氘的利用,但是使用纯氧气吸入能降低氘的氧化比例,我对这种现象不能理解。为什么吸氧会降低氘的利用,内毒素没有影响。
这一研究最大亮点是验证了英国学者曾经发现的腹腔注射氘能被高比例分解。
由于50年前美国学者曾经使用氚标记氢气被动物氧化分解的研究,因此从现象上看,并不是最新发现,美国学者曾经认为氢气被身体利用主要是因为肠道内有能分解氢气的细菌。而当时也没有发现如此高比例氢气被分解。关于氘标记研究,我认为这是本领域的非常重要的发现,我们应该在这研究基础上,对氘的分子去向进行更深入挖掘,这样可能会给我们提供氢气被利用的化学细节。