摘要

在再生医学中，间充质干细胞（MSCs）已在组织重建和免疫系统调节方面展现出其重要性及潜力。然而，此类细胞的潜力常因氧化应激、免疫排斥以及植入不足等因素而减弱。本综述着重强调了氢气（H₂）和冷大气等离子体（CAP）作为辅助疗法在提高间充质干细胞疗法有效性方面的作用。氢气具有强大的抗氧化和抗炎作用，因其能清除活性氧物质，并积极刺激促进间充质干细胞存活及生命周期的Nrf2通路。冷大气等离子体作为活性氧（ROS）和活性氮（RNS）的调控源，也通过改变细胞氧化还原平衡来助力间充质干细胞，进而促进细胞的适应、迁移及分化。氢气和冷大气等离子体相互配合有助于营造利于提升间充质干细胞存活及生长能力的环境，并在诸如伤口愈合、神经保护和局部缺血等多种途径中缩短愈合时间。除了这些方面，本综述还涵盖了在治疗中氢气、冷大气等离子体与间充质干细胞联用的最佳给药途径及剂量。本研究介绍了一种旨在改善间充质干细胞疗法疗效的新型双重方法，同时增添了与这些疗法相关的若干分子靶点及临床应用。未来的研究需致力于完善这些方案，以便在临床应用中最大限度地发挥治疗益处且避免长期不良影响。

本文是美国和俄罗斯学者合作2024年12月发表在《抗氧化剂》杂志上的最新综述文章。

Artamonov, M.Y.; Pyatakovich, F.A.; Minenko, I.A. Synergistic Antioxidant Effects of Molecular Hydrogen and Cold Atmospheric Plasma in Enhancing Mesenchymal Stem Cell Therapy. Antioxidants 2024, 13, 1584.

1. 引言

间充质基质细胞（MSCs）因其免疫调节和再生特性可用于治疗多种疾病。然而，诸多难题阻碍了其临床应用及疗效。间充质干细胞治疗在临床试验中很少能达到主要疗效标准，因为其在人体中的效果不如临床前研究显著。这主要归因于基于细胞疗法的转化变异性。各试验中缺乏统一的间充质干细胞认定标准导致了治疗差异。由于这种不一致性，基于间充质干细胞的疗法难以标准化及复制[1]。

异体间充质干细胞可能会因免疫排斥而失去其益处。衰老可能会降低老年人自体间充质干细胞的治疗功效[2]。将间充质干细胞递送至特定组织并使其靶向作用于该组织仍然困难。细胞表面黏附受体的缺失往往会降低间充质干细胞的植入效率及治疗功效[3]。间充质干细胞疗法可能会受到体外及体内微环境的影响。这些因素会影响间充质干细胞的迁移、活力及功能[4]。间充质干细胞（MSCs）可能引发并促进肿瘤发展，这使得其治疗应用存在风险[5]，如图1所示。

图1. MSC治疗的挑战和使用H2和CAP的潜在解决方案。这些挑战包括低生存率、免疫原性、致瘤性、氧化应激和炎症性。然后是h2溶液，它们提高了细胞存活率，抗氧化保护，并减少了细胞突变。同样，CAP治疗也包括免疫调节。

氧化应激——活性氧产生与抗氧化防御之间的失衡——会影响干细胞的存活、分化及功能。本综述综合多项研究来分析氧化应激如何影响干细胞。活性氧水平升高会抑制间充质干细胞增殖、促进衰老、降低成骨分化并增加脂肪分化[6]。氧化应激对细胞大分子造成的损伤会导致干细胞衰老和凋亡[7]。氧化应激会抑制干细胞的自我更新，并促进人类胚胎干细胞向神经谱系分化。丝裂原活化蛋白激酶/细胞外调节蛋白激酶1/2（MAPK/ERK1/2）信号通路通过活性氧诱导的氧化应激促进自发性神经元分化[8]。低氧预处理（HPC）可维持氧化状态并降低活性氧水平，以保护间充质干细胞免受氧化应激影响。由于抗氧化防御增强及代谢变化，经低浓度过氧化氢预处理后的人类脂肪来源干细胞（hASCs）存活时间更长[8]。热休克蛋白90/核因子-κB（HSP90/NF-κB）信号通路对于氧化应激期间神经干细胞（NSC）的存活至关重要。调节热休克蛋白90可抵御氧化损伤。氧化应激通过细胞外调节蛋白激酶1/2（ERK1/2）信号通路触发干细胞自噬，若不加以处理，自噬可能导致细胞死亡[9]。

抗氧化剂可中和自由基以减轻氧化应激相关疾病。新的抗氧化剂递送方法及技术已成为近期研究的焦点。基于细胞的测试，尤其是采用Caco - 2细胞的测试，在评估抗氧化活性及生物利用度方面正变得比体外和体内方法更为流行[10]。目前正在研究纳米颗粒、脂质体以及凝胶制剂以提高抗氧化剂的生物利用度及功效。这些技术克服了诸如膳食抗氧化剂溶解性和不稳定性等不足。含金属的催化抗氧化剂，包括锰基化合物，在清除多种活性氧物质方面已展现出良好前景。目前正在研究它们在治疗心血管疾病、神经退行性疾病以及炎症性疾病方面的潜力[11]。正在开发针对发生氧化还原失调的特定亚细胞区域（如线粒体和小窝）的新策略。这些策略包括基因和微小RNA（miRNA）疗法、纳米颗粒技术以及微肽靶向技术。利用可持续的天然单体合成抗氧化聚合物的技术正在不断改进。这些聚合物被用于食品包装、药物递送以及合成聚合物的生物降解[11]。来自药用植物的内生菌正被探索作为新型抗氧化剂的来源。这些微生物能产生具有抗氧化特性的独特代谢产物，为开发新型天然抗氧化药物提供了潜力。

本研究旨在探究氢气和冷大气等离子体对间充质干细胞（MSCs）的活力及治疗功效的影响。这涉及考察这些因素对细胞抗氧化反应、其生物学功能以及迁移至再生区域能力的影响。本研究旨在确定能使协同效应最大化以改善间充质干细胞疗法疗效的最佳条件，尤其在伤口愈合和组织再生方面。了解这些效应背后的机制或许可为开发针对多种疾病的更有效治疗方法提供思路，包括靶向刺激细胞凋亡的潜力。

本研究的空白点具体涉及详细阐释氢气和冷大气等离子体（CAP）如何协同增强间充质干细胞（MSCs）抗氧化效应的机制。本研究考察了氢气和冷大气等离子体联合处理对间充质干细胞的长期影响，重点关注潜在的细胞毒性和遗传稳定性，此外，还评估了抗氧化效应的长期可持续性。联合治疗的最佳剂量及给药方案旨在最大限度地提高治疗益处并尽量减少不良反应。