富氢生理盐水治疗相关疾病机制研究进展

李波,吕国义，于泳浩，谢克亮，王国林



富氢生理盐水治疗相关疾病机制研究进展

李波1,吕国义1，于泳浩2△，谢克亮2，王国林2

摘要:氧化应激、炎症因子、细胞的凋亡参与多种疾病的发生、发展。近年来研究发现，富氢盐水可通过抗氧化应激反应、抗炎反应、抗凋亡作用治疗多种疾病，如缺血/再灌注引发的重要脏器的损伤、神经退行性疾病、脓毒血症、神经病理性痛、多器官衰竭等疾病。本文对富氢盐水治疗疾病的相关机制进行综述。

关键词:细胞凋亡；氧化性应激；综述；富氢生理盐水；炎症因子

△通讯作者E-mail：yuyonghao@126.com

氧化应激、炎症反应及细胞的凋亡参与众多疾病的发生、发展及转归。Ohsawa等[1]研究发现，氢分子具有“选择性抗氧化作用”，其可以通过选择性地中和羟自由基和过氧亚硝基阴离子治疗氧化损伤相关的疾病。另有研究发现，0.6 mmol/L富氢生理盐水（hydrogen-rich saline，HRS）也具有抗氧化损伤的作用，HRS是生理盐水在0.4 MPa压力下，使氢气溶解其中并达到饱和制成的[2]。众多的研究表明，氢气及HRS可通过抗氧化、抗炎、抗凋亡作用，有效治疗因缺血/再灌注引起的重要脏器的损伤[3]、神经系统疾病[4]、脓毒血症[5]及糖尿病神经病变[6]等。本文旨在对HRS治疗疾病的相关研究及其机制进行综述。

1　抗氧化作用

1.1选择性抗氧化作用活性氧（ROS）是一系列化学性质活泼、氧化能力强的含氧物质的总称。它是氧在机体组织的正常代谢反应中直接或间接转变的一些自由基（含有未成对电子的原子、原子团或分子）及其衍生物，诸如：超氧阴离子、过氧亚硝基阴离子、单线态氧和羟自由基等。当机体受到病理因素刺激时，产生过多ROS，ROS的生成与清除的动态平衡被打破，机体抗氧化能力开始下降，发生蛋白质、脂质、核酸等生物大分子的氧化损伤，从而使机体处于一种严重的应激状态，称之为氧化应激。当脑、心等重要器官、组织发生缺血或缺氧等应激性刺激时，免疫细胞可释放大量ROS，其中包括过氧亚硝基阴离子和羟自由基，二者强大的氧化作用可致使细胞发生氧化损伤，而对于这2种活性氧，体内没有适宜的清除系统对应[7-8]。研究发现，低浓度氢气(体积分数< 4%)有选择性抗氧化作用，可减轻局灶性脑缺血/再灌注损伤[1]。氢气的这种抗氧化作用是因为氢气可选择性中和羟自由基和过氧亚硝基阴离子，通常称之为“选择性抗氧化”理论。Cui等[9]利用全脑缺血/再灌注损伤的大鼠模型研究发现，富氢液可以通过影响线粒体通透性转换孔的开放，从而减轻脑的缺血/再灌注损伤，保护神经元，并通过化学方法证实，该保护作用是通过中和缺血/再灌注损伤引发的自由基释放来实现的。Cai等[2]以生理盐水为载体，发现饱和的HRS也可以减轻小鼠的脑缺血/再灌注损伤。Chuai等[10]研究发现，HRS“选择性抗氧化”的作用还可以减轻电离辐射对精子细胞的损伤，增强精子的存活力。另有研究证实，氢分子可以选择性地清除过多的ROS，上调超氧化物歧化酶(super ox⁃ide dlsmutase，SOD)等抗氧化酶系的活性[11]。一个开放性试验研究表明，代谢综合征患者连续饮用富氢液8周后，血中抗氧化酶SOD活性增加39%，而尿液中硫代巴比妥酸反应物（代表细胞的脂质过氧化产物水平）下降43%，从而认为饮用HRS能安全有效地改善代谢综合征[12]。但Matchett等[13]研究发现，吸入体积分数为2.9%的氢气对于治疗新生大鼠脑缺血、缺氧损伤并没有明显疗效。因此，氢所治疗氧化应激相关疾病的功效尚无定论。

1.2影响内源性抗氧化系统一般认为，HRS治疗氧化应激相关疾病是因其可以正向调节人体内抗氧化系统，提高机体抗氧化损伤能力。人的机体存有2种抗氧化系统：一种是非酶抗氧化系统，包括维生素C、维生素E、α-硫辛酸、谷胱甘肽及锌等微量元素；另一种是酶抗氧化系统，包括SOD、过氧化氢酶(CAT)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-PX)等。Feng等[14]研究发现，HRS可通过上调体内SOD、GSH-PX、谷胱甘肽还原酶以及谷胱甘肽转移酶，有效地减轻氧化应激所致的糖尿病早期视网膜神经病变。Gu等[11]研究发现，HRS可有效地减轻甘油诱导的急性肾损伤，给予高剂量的HRS可有效地上调内源性抗氧化酶SOD、GSH-PX的活性，降低肾组织中氧化损伤标志物8羟基鸟苷、丙二醛的含量。Xie等[15]研究也发现，对于中度和重度脓毒症的小鼠疾病模型，在造模成功后1 h和6 h给予吸入2%的氢气，可明显提高小鼠的存活率，并改善其重要脏器的损伤，该保护作用与提高多脏器、组织中的抗氧化酶活性有关。

因此，通过富氢液治疗多种实验动物的疾病模型的结果证实，HRS可提高内源性抗氧化系统的抗氧化能力，从而降低氧化应激所致的重要脏器、组织及细胞的损伤；氢气对于脓毒症相关器官损伤的保护作用可能与提高抗氧化酶活性有关。此外，HRS不仅能有效地减轻氧化应激引发的脏器损伤，还可以通过抗氧化应激作用有效地缓解或治疗痛觉过敏、神经病理性痛等疼痛相关疾病[16]。

2　调节炎症因子的释放

炎症反应贯穿于多种疾病的发生、发展的全过程，涉及免疫细胞的激活及炎症因子的释放。在炎症级联反应过程中，炎症因子和免疫细胞起到了至关重要的作用，这些细胞因子的非正常生理作用是导致众多疾病发生的基础，主要包括白细胞介素（IL）、集落刺激因子、高迁移率族蛋白-1 （HMGB1）、转化生长因子（TGF）等。炎症细胞因子是机体免疫反应中的基本介质，直接或间接地参与炎症细胞的活化和浸润。炎症反应一旦被触发，细胞因子便立即参与疾病的发生、发展过程。研究表明，经腹腔注射HRS，局灶性脑缺血大鼠体内炎性因子(如HMGB1)及氧化产物下降，抗氧化酶活性增加，并能有效地减少梗死面积，改善神经功能，且其疗效具有一定的浓度依赖性[17]。近期研究表明，HRS用于复苏重症烧伤的大鼠模型时，可显著下调炎症因子核转录因子（NF）-κB水平，降低复苏后大鼠的病死率[18]。Ren等[19]研究发现，HRS可有效地抑制NOD样受体(nod-like receptor)热蛋白结构域相关蛋白炎症小体的激活，下调NF-κB水平，有效地治疗大鼠急性胰腺炎。Zhang等[20]研究发现，利用结扎左冠脉前降支血管制作的心肌梗死模型大鼠在腹腔注射富氢盐水后，可显著减少缺血/再灌注所致的心肌梗死面积，证实了富氢盐水对于心肌的保护作用与降低心脏组织炎症因子水平、氧化应激损伤相关。目前的研究还发现，HRS可通过抑制背根神经节的糖原合成酶激酶-3β活性，减少炎症因子（NF-κB, IL-1β和IL-6）表达，缓解瑞芬太尼诱发的切口痛觉过敏反应[21]。

3　抗凋亡作用

细胞凋亡主要通过2条途径：一条为外源性途径，其为受体介导的死亡信号通路，主要通过细胞膜上的死亡受体激活半胱氨酸蛋白酶（Caspases）；另一条为内源性途径，其是通过胞质内的线粒体释放细胞凋亡因子细胞色素C，从而激活Caspases，引发Caspases级联反应导致细胞凋亡。Hong等[21]研究发现，HRS对大鼠脑缺血-缺氧损伤的保护作用与抑制神经细胞凋亡有关，腹腔注射HRS可激活PI3K信号通路，影响细胞凋亡相关蛋白表达（上调Bax、Caspase-3并下调Bcl-2蛋白表达），有效地减少脑缺血/缺氧所致大鼠的海马和皮质区早期的神经元凋亡；同时，TUNEL染色结果也显示脑缺血区细胞凋亡的数目明显减少。另有研究显示，腹腔注射HRS治疗急性脊髓损伤的大鼠在治疗后24 h、48 h、1周、2周后，凋亡的阳性细胞数明显减少，Caspase-3活性明显降低，且大鼠后肢的运动功能有明显的改善[22]。Yang等[23]研究也发现，HRS可有效降低Caspase-3活性，减轻辐射引发的神经元细胞的凋亡。Zhao等[24]研究发现，HRS可有效减轻辐射诱发的大鼠脾脏细胞的凋亡，主要是通过下调凋亡蛋白（Bax、Cas⁃pase-3）来实现的。

4　展望

综上所述，HRS可通过抗氧化应激、调节炎症因子释放和抗细胞的凋亡途径，对重要组织、器官发挥显著的保护作用。HRS在动物实验中治疗相关疾病的作用虽已被证实，但应用于临床仍需要进一步大规模的前瞻性临床试验研究结果来证实。

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（2015-05-08收稿2015-10-08修回）

（本文编辑陆荣展）

作者单位：1天津医科大学第二医院麻醉科（邮编300211）；2天津医科大学总医院麻醉科

Research progress of hydrogen-rich saline for the treatment of diseases

LI Bo1, LYU Guoyi1, YU Yonghao2△, XIE Keliang2, WANG Guolin2
1 Department of Anesthesiology, the Second Hospital of Tianjin Medical University, Tianjin 300211, China；2 Department of Anesthesiology, General Hospital of Tianjin Medical University
△Corresponding Author E-mail: yuyonghao@126.com

Abstract:The oxidative stress, inflammatory cytokines and apoptosis have been strongly implicated in the pathogenesis of multiple diseases. Recently, more and more research findings have demonstrated that hydrogen-rich saline (HRS) has the anti-oxidant, anti-inflammatory and anti-apoptotic effects in vivo and in vitro, and can be used to treat multiple diseases, such as ischemia/reperfusion injury, stroke, neurodegeneration, sepsis, neuropathic pain and multiple organ dysfunction syn⁃drome diseases. This article reviews the possible mechanism of HRS for the treatment of diseases.

Key words:apoptosis；oxidative stress；review；hydrogen-rich saline; inflammatory cytokines

中图分类号：R614

文献标志码：A

DOI:10.11958/58912

基金项目：天津市卫生局科技基金资助项目(2014KZ094)

作者简介：李波（1978），男，主治医师，医学博士，主要从事器官保护、疼痛基础及临床研究