氢气在医学治疗领域的进展（1）
发布时间：2023-02-27本文来源： 氢思语
氢气是一种无色、无味的气体，分子量小，重量最轻，由一个电子和一个质子组成常温常压下溶解度低，应用技术有限，在生物医学领域没有得到广泛应用。近年来，学者对氢气的还原和抗自由基作用进行了深入研究，发现氢气可以直接与细胞内的羟基自由基、过氧硝基等活性自由基发生反应，抑制氧化应激，减轻炎症反应，抑制细胞凋亡，减轻纤维化。同时，氢气在发挥抗氧化作用的同时，不干扰其他正常代谢途径。没有研究表明氢气会影响其参与的信号传导和活性氧的水平。因此，氢气在各领域的治疗效果一直受到重视。随着气体提取技术的进步和多学科综合治疗的发展，氢气的治疗效果再次被研究者广泛纳入研究。
早在1975年，《科学》杂志首次发表高浓度氢气用于治疗无毛白化病小鼠皮肤癌模型，提出氢气可以清除羟基自由基作为信号转导的参与者，氢气也可能调控相关蛋白的表达或某些信号蛋白的磷酸化随着研究的深入，氢气在许多领域的应用越来越广泛，但氢气对人体的毒副作用尚未被发现，因此在临床实践中具有广泛的应用前景。
Ohsawa 等[8]在2007年提出氢气通过清除羟基自由基减轻大鼠脑缺血/再灌注损伤，开启了氢气医学研究和应用领域的新篇章。此后，氢气作为治疗气体的使用得到了广泛的研究。本文总结了氢气在医学领域的应用，发现氢气治疗的共同挑战是如何在应用氢气治疗过程中保持氢气在体内的有效浓度。这表明氢气缓释体系的开发有望提高氢气的治疗应用价值。
对PubMed、Medline、谷歌Scholar等数据库进行文献检索。搜索词包括“氢”、“抗氧化”、“抗炎”、“抗凋亡作用”、“抗过敏反应”、“富氢气水”、“富氢气生理盐水”，检索时间为2011 - 2021年;根据前文文献所涉及的内容检索部分文献。
Yuan T, Zhao JN, Bao NR. Hydrogen applications: advances in the field of medical therapy. Med Gas Res [Epub ahead of print] [cited2022 Jun 11].
氢的生物效应
1.抗氧化效果
氢气作为还原性气体，在抗氧化方面具有明显的优势。氢气可以快速扩散到达危险区域，选择性结合并清除毒性羟基自由基和亚硝酸盐阴离子，不影响过氧化氢等生物活性自由基Ono等[10]研究发现，急性脑缺血梗死大鼠吸入3% 氢气可明显改善脑缺血/再灌注损伤，其治疗机制是氢气通过抗氧化作用选择性清除活性氧(ROS)。动脉粥样硬化是一种多因素、可影响多个器官功能的长期疾病，以强氧化应激和炎症反应为主要表现其进展与氧化低密度脂蛋白与细胞表面受体脂质过氧化物酶-1结合密切相关，影响内皮细胞的正常功能。研究表明，氢气可以降低主动脉氧化应激水平，减少体内氧化低密度脂蛋白的产生，抑制肿瘤坏死因子a和核因子KB (NF-κB)通路，同时维持正常的血管内皮功能，减少调节酶的细胞外信号。上游激酶磷酸化抑制Ras细胞外信号调节通路，阻断G1-S细胞周期过程，从而抑制血管内膜增生，延缓动脉粥样硬化的发展。Zhang等[15]在过敏性哮喘小鼠模型中表明吸入氢气气体改善肺功能，保护已建立的气道炎症，并发现其与抑制氧化应激过程有关。Hyspler等[16]结合氢气同位素进行了体外研究，证实氢气对机体无损伤，能产生明显的抗氧化作用，为相应的氢气研究和应用提供了理论依据。
2抗炎作用
Gharib等人[17]首次证明了氢气的抗炎作用。他们的研究表明，呼吸0.7 MPa 氢气 2周可以治疗寄生虫感染引起的肝炎。然而，由于高压氢气在临床治疗中应用困难，并没有引起广泛关注。近年来的相关研究表明，常压下氢气也能减缓刀豆蛋白、硫酸葡聚糖、脂多糖、酵糖在动物模型中诱导的炎症反应，并取得了较好的结果。Huang等[20]研究发现机械通气时混合2% 氢气可减轻肺间质水肿，减轻肺泡细胞膜厚度和炎症细胞浸润，有效缓解呼吸机所致肺损伤。Kawamura等[21]在大鼠肺移植模型研究中发现术中吸入2% 氢气可以阻断肺表面活性物质产生的促炎介质，减少B淋巴细胞凋亡，减轻肺损伤，改善肺功能下降。类风湿性关节炎是一种以破坏骨骼和软骨为特征的慢性炎症性疾病Ishibashi等[23]研究发现，饮用富含氢气的水(含饱和氢气的水)可以减轻炎症因子引起的氧化应激，调节NF-κB和肿瘤坏死因子a的表达，显著提高类风湿关节炎症细胞因子的表达。这些现象表明氢气治疗某些疾病的基础是间接分子效应的存在，这种分子效应可能受相关蛋白或酶的活性调控，影响信号转导通路的活性，从而起到控制炎症的作用。
3抗凋亡作用
半胱天冬酶是一个半胱氨酸蛋白酶家族，在细胞凋亡(程序性细胞死亡)，坏死和炎症中发挥重要作用。正常情况下，caspase处于非激活状态。神经元凋亡程序通过触发半胱天冬酶的激活而被激活。发生凋亡蛋白酶级联反应，发生不可逆凋亡，主要表现为脑组织的不可逆损伤。在脑外伤模型中，早期腹腔注射饱和氢气生理盐水可有效降低丙二醛水平，下调Caspase-3/12表达，减少神经元凋亡，减轻脑水肿同时下调凋亡蛋白Bas、Caspase-3，上调抗凋亡蛋白Bcl-2水平，减轻神经功能损伤。Chen等[27]发现氢气可以通过抑制Caspase-3发挥抗凋亡作用。NF-κB是广泛存在于细胞质中的一种快速转录因子，主要参与细胞分化和凋亡，以及抑制肿瘤生长过程中的信息传递。Zhang等[28]研究发现，大鼠口服含饱和氢气的生理盐水一周可有效缓解急性腹膜炎，其保护作用可能与降低NF-κB活性、抑制炎症反应和氧化应激有关。阿尔茨海默病是一种神经退行性疾病，抗氧化防御酶功能的丧失和氧化应激引起的活性氧和活性氮的增加在阿尔茨海默病的形成中起着重要作用。在β-淀粉样蛋白诱导的阿尔茨海默病动物模型中，氢气可以抑制c-Jun n末端激酶、NF-κB等促凋亡分子，从而减轻氧化应激，起到治疗作用
4促进能量代谢
缺乏功能性瘦素受体的野生型肥胖db/db小鼠可以通过高脂肪饮食诱导脂肪肝Kamimura et al.[31]发现，富氢气的水可以显著改善db/db小鼠的脂肪肝，长期饮用可以显著控制脂肪和体重，降低血糖、胰岛素和甘油三酯水平。成纤维细胞生长因子21的作用是刺激脂肪酸和消耗葡萄糖，促进e -连锁的识别基因表达谱显示，富氢气水可增加成纤维细胞生长因子。Song 等报道富氢气水可增加成纤维细胞生长因子21的表达，通过降低血清低密度脂蛋白胆固醇水平，改善高密度脂蛋白功能，预防代谢综合征。
5抗过敏反应
Itoh等人[34]发现，小鼠口服富含氢气的水可以消除立即型过敏反应。在小鼠RBL-2H3肥大细胞模型中，他们观察到，饮用富含氢气的水可抑制中性赖氨酸磷酸化和下游分子信号传导，进而抑制NADPH氧化酶的活化和ROS的产生，从而减缓皮肤过敏反应。这表明氢气在小鼠急性过敏反应中发挥作用的机制不是通过清除自由基活性，而是通过调节特定的信号通路。其他研究也指出氢气通过逆转能量代谢途径开关来减轻过敏性炎症。过敏性气道炎症的发生与能量代谢途径密切相关。氢气可以通过多种机制调控这些能量代谢途径，直接抑制糖酵解酶活性，刺激线粒体氧化磷酸化酶活性，最终逆转糖酵解酶活性的上调和氧化磷酸化酶活性的下调，完成能量代谢途径的切换，从而减轻过敏性气道炎症。
