研究亮点

- 氢气（H₂）治疗对脑卒中预后具有剂量依赖性效应。

- 最佳氢气剂量可减少梗死体积，并改善功能预后。

- 氢气与米诺环素联合治疗可进一步改善脑卒中预后。

背景

缺血性脑卒中是全球范围内导致死亡和残疾的主要原因之一，由于其病理生理学机制复杂，有效治疗方法有限。分子氢（H₂）和米诺环素（M）均具有抗炎和抗氧化特性，在临床前模型中已显示出各自的神经保护潜力。然而，氢气的最佳治疗剂量（尤其是与其他药物联合使用时）尚未明确。

目的

本研究旨在：（1）确定富氢水在短暂性大脑中动脉闭塞（MCAO）大鼠模型中的剂量-反应关系；（2）评估优化后的氢气剂量联合米诺环素是否比氢气单药治疗具有更优的神经保护作用。

方法

66只雄性和雌性Sprague-Dawley大鼠接受60分钟大脑中动脉闭塞处理，随后分别给予不同剂量（5-30 mL/kg）的富氢水（浓度3.2 ppm）单药治疗，或联合米诺环素（20 mg/kg）治疗。再灌注后以及脑卒中发生后的第1天和第2天进行药物给药。在脑卒中发生后第7天，通过Garcia评分评估行为学预后，并采用TTC染色法测定梗死体积。

结果

氢气的最佳剂量为20 mL/kg，在此剂量下，大鼠的Garcia评分最高，梗死体积最小。剂量依赖性效应符合二次函数拟合（Garcia评分的决定系数R²=0.751；病灶体积的决定系数R²=0.289）。氢气与米诺环素联合治疗在神经功能恢复和梗死体积减少方面均显著优于氢气单药治疗，且未观察到性别差异。

结论

在实验性缺血性脑卒中中，富氢水具有剂量依赖性的神经保护作用，其中20 mL/kg被确定为最佳剂量。与米诺环素联合治疗可进一步改善预后，这表明双药联合策略在改善脑卒中治疗效果方面具有潜力。这些研究结果为基于氢气的联合治疗方案在临床环境中的转化应用奠定了基础。

图文摘要

引言

脑卒中是美国及全球范围内主要的致死原因之一（Martin等，2024）。脑卒中有效治疗方法的研发面临诸多困难，主要源于其病理生理学机制的复杂性和多样性。众多单药治疗方案已在临床前和临床试验中进行测试，其中包括分子氢（H₂）、米诺环素（M）等抗氧化剂。自由基是炎症反应、兴奋性毒性及其他细胞毒性级联反应的下游介质，这些反应均会导致缺血性脑损伤（Chan，2001）。此外，再灌注过程中自由基数量会增加，可能导致进一步的损伤。尽管迄今为止许多候选药物在临床试验中表现欠佳，但近年来氢气和米诺环素显示出了良好的应用前景。

多项实验研究（Ohsawa等，2007；Cui等，2014；Hugyecz等，2011；Li等，2012；Liu等，2011；Nemeth等，2016）和一项临床研究（Ono等，2017）表明，氢气能够减少病灶体积、改善神经功能缺损（Ohta，2014），不仅对缺血状态具有细胞保护作用，还可保护大脑以外的其他器官（Zhang等，2018），并能抑制炎症反应和细胞凋亡（Li等，2019）。氢气的作用机制可能是通过清除参与病理性氧化应激的活性物质（Ohsawa等，2007），同时也可能减少炎症反应和细胞凋亡（Li等，2019）。

在脑卒中实验模型中，米诺环素同样具有抗炎和抗凋亡作用（Yrjanheikki等，1999；Hewlett和Corbett，2006），其作用途径包括激活NLRP3（含核苷酸结合寡聚化结构域样受体蛋白3）（Lu等，2016；Xu等，2004），以及抑制PARP（聚腺苷二磷酸核糖聚合酶）（Dawson和Dawson，2018）和MMP-9（基质金属蛋白酶-9）（Chaturvedi和Kaczmarek，2014）。其中，NLRP3、PARP和MMP-9均为参与炎症和凋亡通路的蛋白质。研究发现，米诺环素在脑卒中动物模型中具有神经保护作用（Yrjanheikki等，1999），且在一项临床试验中显示出一定疗效（Malhotra等，2018）。

然而，在临床脑卒中治疗中实现有效的神经保护仍是一项重大挑战。其中一个可能的原因是脑卒中缺血性损伤通路的多样性。以往研究表明，在大鼠模型中联合治疗对脑卒中具有一定疗效（O'Collins等，2012），但大多数临床药物试验和许多实验研究仍以单药治疗为研究对象。例如，研究发现神经保护剂YM872（一种AMPA受体拮抗剂）与溶栓药物t-PA联合使用，其治疗效果优于t-PA单药治疗（Suzuki等，2003）。

此前已有关于氢气或米诺环素联合治疗的报道，我们近期的研究也发现，在啮齿动物脑卒中模型中，氢气与米诺环素联合治疗可有效改善预后（减少梗死体积、改善神经功能、减轻过度灌注、减少白质损伤）（Jiang等，2020）。尽管这些研究结果前景良好，但在临床或临床前脑卒中治疗中使用氢气的最佳参数仍未明确。特别是氢气的剂量-反应关系尚未得到系统研究，这使得确定最有效的治疗浓度或治疗时长变得困难。这一知识空白阻碍了将临床前研究成果转化为临床应用的进程，也可能是导致不同研究结果存在差异的部分原因。因此，优化剂量-反应关系至关重要，因其有望改善未来的治疗效果。

深入了解氢气的剂量-反应效应，不仅能提高其单药治疗的疗效，还能为制定更有效的联合治疗方案（如与米诺环素联用）提供参考。基于此，本研究设计了两个目标：（1）在成熟的短暂性大脑中动脉闭塞（MCAO）大鼠模型中，建立氢气的剂量-反应曲线；（2）评估优化后的氢气剂量联合米诺环素是否比氢气单药治疗具有更优的神经保护作用。

药物给药时间点参考临床实际情况，分别在再灌注后立即给药，并在脑卒中发生后的第1天和第2天再次给药，以模拟真实的治疗窗口期。主要预后指标包括行为学和神经功能评估，以及脑卒中发生后第7天通过组织学方法测定的梗死体积。本研究假设，氢气具有剂量依赖性的神经保护作用，且在最佳剂量下与米诺环素联合使用时，其治疗效果优于氢气单药治疗。