氫氣在神經損傷修復治療中作用機制的研究進展

1、氫氣在神經損傷修復治療中作用機制的研究進展     氫氣在神經損傷修復治療中作用機制的研究進展辛月嬌，張一丁，鄒庚藝，王璽，楊寶成，倪虹*作者簡介：辛月嬌，（1990-）女 南開大學口腔醫(yī)學本科在讀。通信聯系人：倪虹，（1967-） 男，副教授，主要研究方向：應激與疾病。 E-mail:  的治療效果。本文主要從三個方面闡述氫氣在神經系統損傷修復中的治療機制。1 直接抑制氧化應激反應目前，關于氫氣抑制氧化應激反應的機制，得到較廣泛認可的一個學說是：氫氣可通過選擇性清除毒性自由基（主要是 OH 和ONOO-）來減輕氧化應激造成的損傷5-

2、9。45 自由基是帶有孤電子對的原子，分子或離子的暴露形式，其帶有的孤電子對造成了活潑原子團的高反應性，可發(fā)生瀑布式反應，主要分為活性氧自由基(ROS)和活性氮自由基(RNS)兩大類。正常生理狀態(tài)下，體內存在的酶和非酶抗氧化系統可拮抗氧化性較弱的自由基，如NO 和H2O2。對于 OH 和ONOO-這些氧化性極強，會對機體造成嚴重損傷的自由基，機體本身卻缺乏有效的清除手段。在神經損傷發(fā)生的氧化應激反應中，此種毒性自由基可嚴重50 損傷神經元，使神經元大量凋亡。由此可見，發(fā)生神經損傷時需要補充外源性抗氧化劑來彌補自身抗氧化系統功能的不足，并且外源性抗氧化劑的選擇性極為重要。神經系統因其特殊的生理結

3、構與功能極易為自由基所損害。腦組織氧負荷重，耗氧量約占人體總耗氧量的20%，由此產生大量的自由基，且因腦內Fe3+含量豐富，在代謝過程中會生成大量 OH。這些生成的自由基（尤其是毒性自由基）會攻擊腦內大量存在的不飽和雙55 鏈脂肪酸，破壞腦組織的正常結構和功能。另一方面，腦組織卻因氧化酶含量偏低且分布不均勻導致自身抗氧化能力較差，不能很好地抵抗氧化應激的損害10。由于神經細胞分化程度高，分裂、增殖、自我修復能力差，一旦發(fā)生損傷，難以完全恢復。故而，能否有效抑制氧化應激反應的發(fā)生是神經損傷修復的關鍵。氫氣作為小分子量還原性生理惰性氣體，可以在組織內廣泛擴散并達到靶器官的亞細胞60 結構11，既不

4、與體內生命物質反應又可以通過選擇性清除毒性自由基發(fā)揮抗氧化作用，達到緩解氧化應激損傷的目的。2007 年，Ohsawa 等人發(fā)現動物吸入2%的氫氣就可有效清除自由基，顯著改善腦缺血再灌注損傷。這一研究成果正式將氫氣引入治療神經損傷的研究范疇，激起了很多科學家的研究興趣。他們在細胞離體培養(yǎng)條件下證明，氫氣可選擇性地清除 OH 和ONOO-，并在小鼠急性腦缺血再灌注實驗中明顯減輕了小鼠腦部因缺血缺氧誘發(fā)的65 損傷12。2008 年，Yasunori Sato 等人敲除老鼠的SMP30/GNL 基因，該基因敲除的老鼠不能正常合成維生素C，而維生素C 是大腦中最重要的抗氧化物質，此種老鼠大腦因缺乏正

5、常的抗氧化機制，而易受氧化損傷。在隨后的腦缺血再灌注實驗中，飼喂氫飽和水的老鼠腦內形成的過氧化物比飼喂純水的老鼠低27.2%13。2008年，Cai等人利用經典的Rice-Vannucci模型研究氫氣在新生大鼠腦缺血中的神經保護作用。結果顯示，在缺血缺氧的24h 后檢測腦70 組織中的丙二醛（MDA）含量，發(fā)現模型組明顯高于對照組，而腹腔注射氫飽和生理鹽水后可以明顯降低缺血缺氧造成的MDA 含量升高14。而Kei-ichi Fukuda 的實驗組在實驗中證明吸入氫氣可將受缺血再灌注損傷的肝細胞內的MDA 水平降低至接近正常15。楊秀艷等人也發(fā)現，氫飽和生理鹽水可降低學習障礙模型大鼠血清中MDA

6、 的含量水平16。由上述實驗可見，氫氣對于毒性自由基（主要是 OH 和ONOO-）有選擇性清除能力，75 毒性自由基的減少,可大大緩解氧化應激造成的神經損傷。2 抑制炎癥反應氧化應激可以刺激機體產生免疫炎癥反應。此反應雖有利于清除受損凋亡的神經元，是機體的一種自我保護性免疫反應，但其在一定程度上也增加了凋亡細胞的數量，加重了神經組織的損傷。 80 小膠質細胞在神經系統中充當著免疫細胞的角色，小膠質細胞的激活可以引起神經系統的炎癥反應14。Iba1 被認為是小膠質細胞的標志17，其表達的增多見于神經元細胞凋亡和中樞運動性神經元和感覺的受損退化18，故Iba1 的含量可以作為衡量神經組織

7、炎癥反應強度的標準。Cai 等人在缺血缺氧24h 后利用免疫組化技術檢測鈣結合蛋白Iba1 的表達，氫氣飽和生理鹽水的腹腔注射可明顯減少樣品陽性細胞的數目，同時細胞凋亡蛋白酶-385 （caspase-3）的活性也顯著下降14。另外，南京軍區(qū)總醫(yī)院麻醉科的研究人員檢測了全腦缺血再灌注的四動脈模型發(fā)現，給予氫飽和生理鹽水腹腔注射有效地減少了TNF-、IL-6、NF-B 等炎癥反應相關因子的含量19。第二軍醫(yī)大學的徐拯，通過角叉菜膠誘導大鼠足腫脹的模型研究，發(fā)現氫生理鹽水能夠顯著抑制炎癥局部中性粒細胞的浸潤，抑制被LPS 激活的巨噬細胞分泌TNF-，減少90 其TNF-的mRNA 水平20。而這些

8、效應很可能是通過清除羥自由基、亞硝酸陰離子等自由基來實現的。在很多實驗中，氫氣表現出了抑制炎癥反應和細胞保護的作用，推測其機制可能是氫氣能通過減輕炎癥反應來減少細胞凋亡21-23。由此可推測氫氣能通過減少神經元的的凋亡來間接抑制神經瘢痕的形成，即減少了神經再生連接過程中的阻礙，最終發(fā)揮促進神經損傷修復95 的作用。3 氣體信號分子作用2009 年，Tomohiro Itoh 等人研究發(fā)現，氫分子可以抑制FcRI 調節(jié)的細胞信號轉導通路，并通過抑制肥大細胞脫顆粒來保護急性過敏反應24。鄭興鋒等人利用四氯化碳構造肝損傷模型，證明富氫鹽水的肝細胞保護作用可能與抑制MAPK 信號通路有關25。這些發(fā)現

9、100 提示氫氣可能是一種繼CO、H2S、NO 之后的全新的氣體信號分子。據此可推測，氫氣的神經損傷修復作用還可能存在著細胞信號轉導機制。雖然氫氣在神經系統中是否作為一種氣體信號分子尚無定論，并且其作用機制也不甚明了，但是這種可能性的存在為我們的研究提供了一個嶄新的方向，并很有可能成為氫分子生物學上里程碑式的發(fā)現。105 4 展望將氫氣作為一種全新的臨床治療性抗氧化劑有著獨特優(yōu)勢，并已經在諸多動物模型實驗中有所體現，但目前有關于氫氣應用于人體及臨床治療的研究較少，其在體內作用機制尚未十分明確，仍需進行大量有關氫氣應用于臨床治療及人體的實驗研究，并擴大實驗樣本數，增強實驗隨機性，以進一步明確其作用機制，更好地掌握針對不同類型神經損傷的用藥量、110 給藥時間及持續(xù)時間，以使其發(fā)揮最大的治療作用。另外，尋求一種更加安全便捷的給藥方式也是將氫氣治療作用應用于臨床的有待解決的問題之一。將氫氣作為一種全新的臨床治療性抗氧化劑有著獨特優(yōu)勢，并已經在諸多動物模型實驗中有所體現，但目前有關于氫氣應用于人體及臨床治療的研究較少，其在體內作用機制尚未十分明確，仍需進行大量有關氫氣應用于臨床治療及人體的實驗研究，并擴大實驗樣本數，115 增強實驗隨機性，以進一