氢气在神经损伤修复治疗中作用机制的研究进展

1、氢气在神经损伤修复治疗中作用机制的研究进展     氢气在神经损伤修复治疗中作用机制的研究进展辛月娇，张一丁，邹庚艺，王玺，杨宝成，倪虹*作者简介：辛月娇，（1990-）女 南开大学口腔医学本科在读。通信联系人：倪虹，（1967-） 男，副教授，主要研究方向：应激与疾病。 E-mail:  的治疗效果。本文主要从三个方面阐述氢气在神经系统损伤修复中的治疗机制。1 直接抑制氧化应激反应目前，关于氢气抑制氧化应激反应的机制，得到较广泛认可的一个学说是：氢气可通过选择性清除毒性自由基（主要是 OH 和ONOO-）来减轻氧化应激造成的损伤5-

2、9。45 自由基是带有孤电子对的原子，分子或离子的暴露形式，其带有的孤电子对造成了活泼原子团的高反应性，可发生瀑布式反应，主要分为活性氧自由基(ROS)和活性氮自由基(RNS)两大类。正常生理状态下，体内存在的酶和非酶抗氧化系统可拮抗氧化性较弱的自由基，如NO 和H2O2。对于 OH 和ONOO-这些氧化性极强，会对机体造成严重损伤的自由基，机体本身却缺乏有效的清除手段。在神经损伤发生的氧化应激反应中，此种毒性自由基可严重50 损伤神经元，使神经元大量凋亡。由此可见，发生神经损伤时需要补充外源性抗氧化剂来弥补自身抗氧化系统功能的不足，并且外源性抗氧化剂的选择性极为重要。神经系统因其特殊的生理结

3、构与功能极易为自由基所损害。脑组织氧负荷重，耗氧量约占人体总耗氧量的20%，由此产生大量的自由基，且因脑内Fe3+含量丰富，在代谢过程中会生成大量 OH。这些生成的自由基（尤其是毒性自由基）会攻击脑内大量存在的不饱和双55 链脂肪酸，破坏脑组织的正常结构和功能。另一方面，脑组织却因氧化酶含量偏低且分布不均匀导致自身抗氧化能力较差，不能很好地抵抗氧化应激的损害10。由于神经细胞分化程度高，分裂、增殖、自我修复能力差，一旦发生损伤，难以完全恢复。故而，能否有效抑制氧化应激反应的发生是神经损伤修复的关键。氢气作为小分子量还原性生理惰性气体，可以在组织内广泛扩散并达到靶器官的亚细胞60 结构11，既不

4、与体内生命物质反应又可以通过选择性清除毒性自由基发挥抗氧化作用，达到缓解氧化应激损伤的目的。2007 年，Ohsawa 等人发现动物吸入2%的氢气就可有效清除自由基，显著改善脑缺血再灌注损伤。这一研究成果正式将氢气引入治疗神经损伤的研究范畴，激起了很多科学家的研究兴趣。他们在细胞离体培养条件下证明，氢气可选择性地清除 OH 和ONOO-，并在小鼠急性脑缺血再灌注实验中明显减轻了小鼠脑部因缺血缺氧诱发的65 损伤12。2008 年，Yasunori Sato 等人敲除老鼠的SMP30/GNL 基因，该基因敲除的老鼠不能正常合成维生素C，而维生素C 是大脑中最重要的抗氧化物质，此种老鼠大脑因缺乏正

5、常的抗氧化机制，而易受氧化损伤。在随后的脑缺血再灌注实验中，饲喂氢饱和水的老鼠脑内形成的过氧化物比饲喂纯水的老鼠低27.2%13。2008年，Cai等人利用经典的Rice-Vannucci模型研究氢气在新生大鼠脑缺血中的神经保护作用。结果显示，在缺血缺氧的24h 后检测脑70 组织中的丙二醛（MDA）含量，发现模型组明显高于对照组，而腹腔注射氢饱和生理盐水后可以明显降低缺血缺氧造成的MDA 含量升高14。而Kei-ichi Fukuda 的实验组在实验中证明吸入氢气可将受缺血再灌注损伤的肝细胞内的MDA 水平降低至接近正常15。杨秀艳等人也发现，氢饱和生理盐水可降低学习障碍模型大鼠血清中MDA

6、 的含量水平16。由上述实验可见，氢气对于毒性自由基（主要是 OH 和ONOO-）有选择性清除能力，75 毒性自由基的减少,可大大缓解氧化应激造成的神经损伤。2 抑制炎症反应氧化应激可以刺激机体产生免疫炎症反应。此反应虽有利于清除受损凋亡的神经元，是机体的一种自我保护性免疫反应，但其在一定程度上也增加了凋亡细胞的数量，加重了神经组织的损伤。 80 小胶质细胞在神经系统中充当着免疫细胞的角色，小胶质细胞的激活可以引起神经系统的炎症反应14。Iba1 被认为是小胶质细胞的标志17，其表达的增多见于神经元细胞凋亡和中枢运动性神经元和感觉的受损退化18，故Iba1 的含量可以作为衡量神经组织

7、炎症反应强度的标准。Cai 等人在缺血缺氧24h 后利用免疫组化技术检测钙结合蛋白Iba1 的表达，氢气饱和生理盐水的腹腔注射可明显减少样品阳性细胞的数目，同时细胞凋亡蛋白酶-385 （caspase-3）的活性也显著下降14。另外，南京军区总医院麻醉科的研究人员检测了全脑缺血再灌注的四动脉模型发现，给予氢饱和生理盐水腹腔注射有效地减少了TNF-、IL-6、NF-B 等炎症反应相关因子的含量19。第二军医大学的徐拯，通过角叉菜胶诱导大鼠足肿胀的模型研究，发现氢生理盐水能够显著抑制炎症局部中性粒细胞的浸润，抑制被LPS 激活的巨噬细胞分泌TNF-，减少90 其TNF-的mRNA 水平20。而这些

8、效应很可能是通过清除羟自由基、亚硝酸阴离子等自由基来实现的。在很多实验中，氢气表现出了抑制炎症反应和细胞保护的作用，推测其机制可能是氢气能通过减轻炎症反应来减少细胞凋亡21-23。由此可推测氢气能通过减少神经元的的凋亡来间接抑制神经瘢痕的形成，即减少了神经再生连接过程中的阻碍，最终发挥促进神经损伤修复95 的作用。3 气体信号分子作用2009 年，Tomohiro Itoh 等人研究发现，氢分子可以抑制FcRI 调节的细胞信号转导通路，并通过抑制肥大细胞脱颗粒来保护急性过敏反应24。郑兴锋等人利用四氯化碳构造肝损伤模型，证明富氢盐水的肝细胞保护作用可能与抑制MAPK 信号通路有关25。这些发现

9、100 提示氢气可能是一种继CO、H2S、NO 之后的全新的气体信号分子。据此可推测，氢气的神经损伤修复作用还可能存在着细胞信号转导机制。虽然氢气在神经系统中是否作为一种气体信号分子尚无定论，并且其作用机制也不甚明了，但是这种可能性的存在为我们的研究提供了一个崭新的方向，并很有可能成为氢分子生物学上里程碑式的发现。105 4 展望将氢气作为一种全新的临床治疗性抗氧化剂有着独特优势，并已经在诸多动物模型实验中有所体现，但目前有关于氢气应用于人体及临床治疗的研究较少，其在体内作用机制尚未十分明确，仍需进行大量有关氢气应用于临床治疗及人体的实验研究，并扩大实验样本数，增强实验随机性，以进一步明确其作用机制，更好地掌握针对不同类型神经损伤的用药量、110 给药时间及持续时间，以使其发挥最大的治疗作用。另外，寻求一种更加安全便捷的给药方式也是将氢气治疗作用应用于临床的有待解决的问题之一。将氢气作为一种全新的临床治疗性抗氧化剂有着独特优势，并已经在诸多动物模型实验中有所体现，但目前有关于氢气应用于人体及临床治疗的研究较少，其在体内作用机制尚未十分明确，仍需进行大量有关氢气应用于临床治疗及人体的实验研究，并扩大实验样本数，115 增强实验随机性，以进一