張坷平 谷競龍飛 焦劍橋 劉欣然 苑方碩 張 麗 李金國 張昭強(qiáng)

1.山東第一醫(yī)科大學(xué)（山東省醫(yī)學(xué)科學(xué)院）基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，山東泰安 271000；2.泰安市中醫(yī)醫(yī)院，山東泰安 271000

分子氫作為一種便于制備的抗氧化物質(zhì)，被看作是天然的抗氧化劑，而氧化應(yīng)激又與自噬相關(guān)過程存在密切關(guān)聯(lián)，自噬功能異常與多種疾病的發(fā)生有關(guān)。一直以來，分子氫對(duì)氧化應(yīng)激的作用多有報(bào)道，近年分子氫對(duì)自噬的影響相關(guān)研究又成為新的熱點(diǎn)。本文擬對(duì)相關(guān)研究進(jìn)行綜述，以期為后續(xù)研究提供參考。

1 分子氫的應(yīng)用現(xiàn)狀

研究表明分子氫對(duì)多種疾病具有明確的預(yù)防和治療作用。富氫水可以改善創(chuàng)傷及電離輻射所導(dǎo)致的腦損傷，研究表明富氫水可能通過抑制核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體3（nucleotidebinding oligomerization domain-like receptor protein 3，NLRP3）炎性小體，減少細(xì)胞凋亡，進(jìn)而促進(jìn)CD34 內(nèi)皮祖細(xì)胞動(dòng)員、歸巢到創(chuàng)傷區(qū)域，參與新生血管生成等相關(guān)機(jī)制，最終改善神經(jīng)功能［1-3］。通過建立敗血癥小鼠模型，發(fā)現(xiàn)氫氣可通過降低血清和組織中早期及晚期促炎細(xì)胞因子的水平來提高敗血癥小鼠的存活率，并能減輕其器官的損傷程度［4］。Fujita［5］發(fā)現(xiàn)飲用含氫氣的水能顯著減少急性和慢性給予 1-甲基-4-苯基-1，2，3，6-四氫吡啶的帕金森病模型小鼠多巴胺能神經(jīng)元的丟失。此外，分子氫對(duì)輻射引起的腸和細(xì)胞損傷也有明顯的保護(hù)作用，這種保護(hù)作用可能通過阻斷線粒體凋亡途徑實(shí)現(xiàn)［6］。富氫水對(duì)黃曲霉毒素B1所導(dǎo)致的大鼠急性肝損傷有緩解作用，主要與減輕氧化應(yīng)激、抑制絲裂原活化蛋白激酶（mitogenactivated protein kinase，MAPK）信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的激活有 關(guān)［7］。核因 子 κB（nuclear factor kappa-B，NF-κB）是免疫系統(tǒng)的關(guān)鍵調(diào)節(jié)物質(zhì)，研究發(fā)現(xiàn)，在血管阻塞的大鼠全腦缺血再灌注模型中，分子氫可通過下調(diào)腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）的表達(dá)抑制NF-κB 的轉(zhuǎn)導(dǎo)，能夠有效地緩解其腦組織在缺血再灌注中的炎性反應(yīng)，其機(jī)制還可能與通過上調(diào)B 淋巴細(xì)胞瘤-2 基因（B-cell lymphoma-2，Bcl-2）的表達(dá)，降低促凋亡Caspase-3 蛋白、白細(xì)胞介素 1β 的表達(dá)水平有關(guān)［8-10］。Ishibashi 等人［11］通過對(duì)飲用富氫水的類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎患者的研究發(fā)現(xiàn)，分子氫可降低類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎患者的氧化應(yīng)激和疾病活動(dòng)。富氫水也可改善多種炎性狀態(tài)，如胰腺炎、結(jié)腸炎、肝炎等，減輕損傷后炎癥反應(yīng)，這一作用是通過降低活性氧物質(zhì)（reactive oxygen species，ROS）含量，從而抑制 TNF-α 的合成實(shí)現(xiàn)的［12］。有研究表明，分子氫可以促進(jìn)自噬相關(guān)蛋白的表達(dá)，抑制炎癥體NLRP3 通路的激活，減輕神經(jīng)病理性疼痛引起的過度病變［13］。由于分子氫能清除羥自由基以及過氧硝酸根離子，具有選擇性抗氧化作用，對(duì)心血管系統(tǒng)相關(guān)疾病具有一定的治療作用［14］。通過建立大鼠心肌缺血再灌注損傷的模型，發(fā)現(xiàn)富氫鹽水也可以通過PINK1（PTEN induced putative kinase 1）/Parkin 介導(dǎo)的自噬改善大鼠心肌炎癥反應(yīng)和細(xì)胞凋亡［15］。相比之下，氫分子在癌癥治療中的作用關(guān)注較少，盡管有研究表明，氫分子對(duì)癌癥發(fā)展具有抑制作用，但對(duì)腫瘤的生長和侵襲的影響卻很?。?6］。

2 分子氫對(duì)自噬的影響

自噬是促進(jìn)代謝與某些細(xì)胞器更新的常見方式，一方面具有清除變性或錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)、衰老或損傷的細(xì)胞器等功能，有利于細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)的維持，另一方面還可以提供營養(yǎng)以維持正常的細(xì)胞功能。近期的研究發(fā)現(xiàn)，分子氫通過不同的作用機(jī)制，對(duì)自噬有一定的干預(yù)作用。通過對(duì)光老化模型人成纖維細(xì)胞損傷的研究發(fā)現(xiàn)，分子氫可以通過促進(jìn)自噬過程，下調(diào)中波紫外線（UVB）誘導(dǎo)的HaCaT 細(xì)胞炎性因子的表達(dá)，從而發(fā)揮對(duì)人成纖維細(xì)胞損傷的保護(hù)作用［17］。Du 等人［18］發(fā)現(xiàn)，富氫水可以激活p53 介導(dǎo)的自噬，達(dá)到減輕肝移植后急性腎損傷的目的。富氫鹽水也可通過減少內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和增加自噬機(jī)制對(duì)缺氧缺血性腦損傷的新生小鼠提供神經(jīng)保護(hù)作用［19］。分子氫可以通過調(diào)節(jié)由mTOR（mammalian rapamycin target protein）-自噬信號(hào)通路介導(dǎo)的小膠質(zhì)細(xì)胞極化來減輕膿毒癥誘導(dǎo)的神經(jīng)炎癥［20］。富氫水也可以通過降低Beclin1（B-cell lymphoma-2 interacting protein 1）、Atg7（autophagy related protein 7） 和 LC3β Ⅱ （microtubule-associated protein 1 light chain 3β Ⅱ）的表達(dá)，限制ROS 的積累，顯著阻斷心臟肥大的小鼠體內(nèi)β-腎上腺素受體激動(dòng)劑介導(dǎo)的過度自噬［21］，此外，富氫水還可通過ROS/單磷酸腺苷活化蛋白激酶/線粒體途徑來抑制小鼠自噬，從而改善脂多糖誘導(dǎo)的急性肺損傷［22］。有研究發(fā)現(xiàn)，氫分子可以通過下調(diào)磷脂酰肌醇3-羥基激酶/蛋白激酶B/糖原合酶激酶3β（PI3K/Akt/Gsk3β）途徑，防止腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞的凋亡，從而導(dǎo)致繼發(fā)性腦損傷程度的降低［23］。叉頭框蛋白O1（Forkhead box O1，F(xiàn)oxO1）可能是一個(gè)調(diào)節(jié)自噬的關(guān)鍵靶點(diǎn)，富氫水部分地通過抑制FoxO1 介導(dǎo)的自噬來達(dá)到神經(jīng)保護(hù)作用［24］。多項(xiàng)研究證據(jù)表明，分子氫對(duì)自噬的相關(guān)水平存在著雙向調(diào)控，但客觀上都對(duì)機(jī)體產(chǎn)生了正面影響，其保護(hù)作用可能因使用劑量或作用受體的不同而產(chǎn)生變化［23］。這一現(xiàn)象的具體機(jī)制尚不十分明確，但均表明分子氫可能通過調(diào)節(jié)自噬水平實(shí)現(xiàn)對(duì)各種疾病的干預(yù)。

3 分子氫對(duì)氧化應(yīng)激的影響

氧化應(yīng)激是機(jī)體內(nèi)氧化系統(tǒng)和抗氧化系統(tǒng)之間的穩(wěn)態(tài)被破壞而形成的一種應(yīng)激狀態(tài)。機(jī)體處于應(yīng)激狀態(tài)的原因有很多，其中交感神經(jīng)興奮，兒茶酚胺釋放增加，產(chǎn)生大量的ROS，激活補(bǔ)體系統(tǒng)，可產(chǎn)生多種促炎介質(zhì)（如白三烯、血栓素A2等），并通過上調(diào)NF-κB 信號(hào)通路促進(jìn)炎性因子TNF-α 的合成，進(jìn)而引發(fā)炎癥反應(yīng)［25］。核因子NF-E2 相關(guān)因子（nuclear factor erythroid 2-related factor 2，Nrf2）被認(rèn)為是氧自由基穩(wěn)態(tài)的重要調(diào)節(jié)因子，并支持細(xì)胞的功能完整性，而分子氫可能通過激活Nrf2 途徑，促進(jìn)天然抗氧化劑和減少細(xì)胞凋亡以及炎癥［26］。氧化物產(chǎn)生過度或內(nèi)源性抗氧化能力的減弱，都會(huì)對(duì)機(jī)體造成不可逆的損害，而分子氫可以高選擇性地與氧自由基結(jié)合，從而減少機(jī)體的代謝紊亂。目前，分子氫作用的主要機(jī)制被認(rèn)為是其信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的調(diào)節(jié)、基因表達(dá)的改變，以及其選擇性清除自由基的結(jié)果［27］。Oharazawa 等人［28］研究發(fā)現(xiàn)，采用含氫滴眼液可以減少由視網(wǎng)膜缺血而產(chǎn)生的羥自由基，另有研究發(fā)現(xiàn)硅基制劑可以在胰液的作用下與水反應(yīng)產(chǎn)生大量氫氣，可以有選擇性地清除羥基和過氧亞硝基陰離子，有效降低氧化應(yīng)激水平，而不影響其他具有生理功能的活性氧類物質(zhì)［29］。

4 分子氫調(diào)節(jié)氧化應(yīng)激與自噬

氧化應(yīng)激過程中產(chǎn)生的ROS 被認(rèn)為是自噬的激活物，能夠參與誘導(dǎo)自噬的啟動(dòng)，另一方面自噬可作為緩沖系統(tǒng)來控制ROS 的水平，自噬缺陷也會(huì)導(dǎo)致氧化應(yīng)激［30］。在某種程度下，氧化應(yīng)激與細(xì)胞自噬可以看作是一種動(dòng)態(tài)平衡，自噬受損后會(huì)產(chǎn)生過量的ROS，當(dāng)ROS 不斷積累，細(xì)胞啟動(dòng)過度的自噬，二者間的平衡就會(huì)被打破，誘發(fā)一系列的臨床癥狀［31］。諸多的影響因素，包括毒物和促氧化物等，除了可以直接導(dǎo)致線粒體的損傷外，還可以影響自噬體和線粒體的清除，這可能與自噬過程中不同的時(shí)間點(diǎn)有關(guān)。如果我們使用適當(dāng)?shù)母深A(yù)手段，調(diào)控自噬與氧化應(yīng)激之間的平衡，可以對(duì)組織起到較好的保護(hù)和治療作用。而分子氫在二者的平衡系統(tǒng)中具有明顯的調(diào)節(jié)作用，其還原性可以為活性氧補(bǔ)充電子，從而降低ROS 的含量，緩解氧化應(yīng)激反應(yīng)，細(xì)胞自噬水平也會(huì)隨之下降。大量的研究結(jié)果表明，分子氫也可以直接或間接地影響自噬水平，且具有雙向性，當(dāng)細(xì)胞啟動(dòng)過度且非必要的自噬時(shí)，分子氫可以通過抑制各種促凋亡因子的活性，減少不必要的細(xì)胞凋亡以及線粒體損傷，達(dá)到減少ROS 的目的。而當(dāng)細(xì)胞的自噬水平過低時(shí)，分子氫可以誘導(dǎo)自噬的激活，同時(shí)自噬又可以作為調(diào)控系統(tǒng)消耗ROS。

5 展 望

分子氫作為一種治療性的氣體，由于其在人體內(nèi)擴(kuò)散的自由性與高效性，及其具有便于制備，給藥方式多樣的特點(diǎn)，成為了在預(yù)防醫(yī)學(xué)、治療醫(yī)學(xué)、康復(fù)醫(yī)學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。同時(shí)，分子氫在人體內(nèi)特殊的代謝產(chǎn)物使其與一般藥物相比優(yōu)勢(shì)顯著，有著廣闊的發(fā)展前景。分子氫對(duì)于多種疾病的治療效果已得到證實(shí)，但在富氫水的治療過程中，是否存在著某些特殊機(jī)制尚不明確。此外，由于自噬與氧化應(yīng)激或者其他的炎癥反應(yīng)受到多種因素的影響，因此對(duì)于分子氫多項(xiàng)研究的差異性仍客觀存在，其在生命體活動(dòng)中的正負(fù)調(diào)控作用需要大量的研究予以支持。我們有理由相信，分子氫未來會(huì)作為安全、高效的抗氧化劑，為各種醫(yī)學(xué)難題的攻破帶來新的曙光。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突