氢对心肌缺血再灌注损伤保护作用相关机制研究进展

刘宣辰 刘福林

【摘要】心肌缺血再灌注损伤是建立体外循环手术后的常见并发症，关于治疗这种并发症的方法是当下的研究热点。氛医学研究作为近些年刚兴起的研究，其在动物实验中表现出的对于心肌缺血在关注损伤的保护作用也受到广泛关注。本文就氢对心肌缺血再灌注损伤保护作用相关机制研究进展作一综述。

【关键词】氢；MIRI；保护作用；综述

1 前言

心肌缺血再灌注损伤（myocardialischemia reperfusion injury，MIRI）是围手术期最常见、最严重的病理生理现象，严重影响着病人的预后。如何治疗心肌缺血再灌注损伤已经成为医学上研究的重点。MIRI的产生主要归因于ROD的产生。有研究表明，抑制线粒体呼吸链酶复合物（mitochondrial respiratory complex Ⅰ and Ⅲ）可以减少ROS产生。但临床上没有效方法可以通过减少ROS的产生来控制MIRI。有研究显示。氢可以有效地抑制肠道、肝脏、心脏缺血再灌注引起的氧化应激反应[1]。但是其具体作用尚不清楚，本文就近些年来对于氢作用的研究进展作一综述。

2 氢的抗氧化应激的功能

氧化应激反应是机体内部抗氧化和氧化两个过程失衡的一种表现，而且更加倾向于氧化。这会造成受损组织各种炎性细胞浸润，蛋白酶渗出增多。目前认为，氧化应激反应是由自由基ROS增多引起来的。大量增多的ROS引起组织损伤，这也是业内普遍认可的引起生物体衰老死亡的主要原因。氧化应激反应是ROS活性过高的病态表现，很多心血管疾病与氧化应激有关。最近研究显示，抑制MIT呼吸链抑制ROS的产生可以有效减轻再灌注损伤，提高细胞活力。

在MIRI中的缺血期和再灌注期均可有ROS产生，尤其是再灌注期生成量最大。ROS可以直接损伤细胞膜和胞内各种细胞器，这可以导致心肌细胞坏死。ROS也可以激活凋亡信号通路引起心肌细胞凋亡。减轻氧化应激反应是保护心脏功能的重要方法。

发生氧化应激反应时会有大量的超氧化物自由基（O2-），超氧化物自由基（O2-），过氧化氢（H2O2），高毒性的羟自由基（·OH）、硝基自由基（·ONOO-），高毒性的羟自由基（·OH）、硝基自由基（·ONOO-）产生。超氧化物自由基和过氧化氢毒性较低，参与了机体很多重要的生物进程，羟自由基和硝基自由基毒性高，它们主要导致了氧化应激反应的发生。

在人体内，活性簇不断发生着生成和清除两个过程，是一个动态平衡的过程，但体内含量不会很多。只有某些病理情况出现时，比如再灌注损伤、炎症反应，过量的活性簇会大量释放，加重组织损伤。活性簇的产生也是缺血再灌注损伤的重要条件之一。除此之外，活性氧自由基会加强一些趋化因子表达，会使免疫细胞在病灶富集，加剧炎症反应[2]。

氢是一种很好地清除ROS。07年，有日本学者研究发现，让实验动物呼吸一定浓度的氢气可以明显改善脑缺血再灌注损伤，其机制可能和其选择性清除活性氧自由基ROS有关。经过更为细致的研究，人们发现溶解在生理盐水中的氢可以中和·OH和·ONOO-，这两种物质是导致缺血I/R损伤最主要的物质。如果不能及时清除这两个物质会导致很多疾病的发生。随后这组研究员使用肝缺血再灌注模型和心肌缺血再灌注在体实验模型证实了呼吸混合有一定浓度氢的气体可以有效减轻缺血再灌注损伤。

跟氧相比，分子氢可以轻松穿越细胞膜，这比其他抗氧化剂更具优越性，因为其他抗氧化剂大都无法穿越细胞膜。除此之外，氢气可以和ROS发生反应，清除其选择性和有效性。一些研究人员发现，氢对于·OH等物质选择性降低，对于大多数有细胞毒性的ROS均具有清除作用，可以有效防止器官损伤，比如心肌缺血再灌注损伤。这说明氢可以用于预防性治疗MIRI。

刘雪聪等研究发现氢气饱和生理盐水可以降低心肌中丙二醛的含量，提高超氧化物歧化酶的活性，抑制ROS产生。在之前的研究报道中提到在再灌注期开始时，氢抑制活性氧自由基ROS的产生，保护了膜电位，维持ATP生成量，保护了染色体免受破坏，减小了脂质过度氧化。这些作用保护了心脏免受损伤。

目前的实验研究大多为离体实验研究，大量的數据显示氢具有一定的选择性抗氧化作用，但是在体证据极少[3]。氢在体内是否还有很强的抗氧化作用还有待进一步实验验证。

3 抑制细胞凋亡

细胞为了维持内环境稳定，在生长过程中，由凋亡基因与编码的蛋白所控制的程序性死亡的过程称为细胞凋亡，这是自然界普遍存在的现象。细胞凋亡不同于细胞坏死，凋亡是一种主动地死亡过程，而坏死是一种非自然死亡过程，是被动的。凋亡是在生长发育繁殖的过程中细胞出现的程序性死亡过程。

在MIRI过程中，心肌细胞凋亡是存在的，这两者是一种相互关联、相互渗透的过程，密不可分。M]RI中有心肌细胞凋亡的参与，同时MIRI也会加速心机细胞凋亡。

3.1 Caspase蛋白

氧化应激反应和炎症均可以激活Caspase蛋白，它是触发细胞凋亡信号通路的关键蛋白。Caspase蛋白与细胞凋亡密切相关。其中caspase3蛋白在目前被认为是细胞凋亡过程中的关键酶，通过检测这种蛋白可以了解凋亡是否发生，所以这种蛋白也是凋亡发生的标志蛋白。它既可以执行凋亡过程也是凋亡的效应分子。Caspase蛋白可以激活核酸内切酶、抑制DNA修复、瓦解骨架蛋白进而引起细胞死亡。有学者在动物实验中发现，在MIRI发生5min前腹腔注射富含氢气的水溶液可以抑制Caspase蛋白的激活，从而降低了心肌细胞的凋亡。近些年来，很多研究都表明分子氢可以下调Caspase 3蛋白的水平，减轻MIRI损伤。这说明抑制Caspase-3的表达和激活可以降低心肌细胞的凋亡，减轻MIRI损伤。

3.2 Bcl-2

原癌基因Bcl-2具备抑制细胞凋亡的功能[4]。已知的Bel蛋白家族中，有些可以抑制细胞凋亡比如X系列蛋白，有些相反能够加速凋亡，比如Bax蛋白、Bad蛋白等。这些控制凋亡的很多是相互制约、相互平衡的蛋白。其中Bel-2与Bax蛋白可以相互制约、相互平衡，两者一起控制细胞凋亡。Bax蛋白的激活表达可以抑制Bcl-2蛋白对心肌细胞的保护效应。caspase-3蛋白和Bcl-2蛋白也是相互制约的关系。这种相互牵制的关系维持了新陈代谢的正常进行，这些蛋白在其中发挥的效应是不可替代的。很多动物实验的研究数据表明，富含氢气的水溶液可以通过调节Bcl系列蛋白、Bad蛋白、Bax蛋白的表达来抑制MIRI中心肌细胞的凋亡。

总的来说，各种实验研究的结果都显示：氢具有抗心肌凋亡的作用，尤其是将氢气溶解于水中，虽然溶解度很低，但是微量高效，可以明显抑制MIRI损伤的发生。氢制剂可以通过上调Bcl系列蛋白家族的表达，下调Bax、Caspase系列蛋白的表达来降低细胞凋亡率。

在MIRI发生时应该制定出有效的方法来抑制凋亡蛋白的激活表达，增强抗凋亡蛋白的表达，这样才能有效抑制细胞凋亡，保护心脏免受MIRI损伤危害。当然，MIRI发生过程中细胞凋亡发生的原因仍然是个谜，我们需要进一步研究，明确凋亡的发生机制，为氢制剂应用于临床提供理论依据。

4 总结与展望

MIRI损伤严重威胁着人类的健康，但是其具体机制仍然不清楚。随着经皮冠状动脉介入手术的不断发展以及一些抗血栓药物不断被开发出来，MIRI的治疗水平也在不断提高。然而，现在临床上还没有有效治疗MIRI的方法，这制约着冠心病手术的发展。

氢作为人体重要的物质，也是宇宙中最简单的元素，来源于生物体内部气化的过程和从大气中吸入。人体的氢大多是由消化道内一些产氢细菌微生物产生。氢也可以像糖类、脂肪、蛋白质一样产生能量，只不过产生量很少。多余的部分氢气可以转化为脂肪等物质。

目前医学界普遍認为自由基ROS的产生是导致MIRI损伤的主要原因。大量动物实验证明氢可以有效中和ROS，对于氧化应激疾病和一些其他再灌注损伤疾病具有良好的治疗和预防作用。氢作为非极性物质，不能直接被人体吸收，目前实验中大多使用富氢水将氢导入体内，即富含氢气的水溶，从而对ROS起到还原的效果。

富氢水是一种简单、有效、安全、新颖的保护心脏免受MIRI损伤的方法。但是目前这种新型药物仍处在实验室阶段，处在动物实验研究的阶段，距离推向临床还有很长一段路要走。不过在不久的将来，通过国内外学者的不断研究，氢注定会走向临床。

（通讯作者：刘福林）

参考文献

[1]连瑞珍.内皮功能障碍、氧化应激与心肌缺血再灌注损伤[J].疾病监测与控制，2013，7（07）：416-419.

[2]马菲菲，谭永星，林高翔.氢气治疗心肌缺血-再灌注损伤相关机制的研究进展[J].广东医学，2014，35（03）：469-470.

[3]刘颖，孙强，张威等.氮气饱和生理盐水对大鼠脑缺血再灌注损伤的保护作用[J].第二军医大学学报，2010，31（03）：238-241.

[4]邵文生，王江，王帆帆.HMGB-1在肝缺血再灌注损伤中的作用及其与细胞凋亡的关系[J].中国现代普通外科进展，2016，19（03）：175-178.