氫氣在肝移植中應(yīng)用的研究進(jìn)展

于瑤，喻文立，杜洪?。?天津醫(yī)科大學(xué)一中心臨床學(xué)院，天津 3009；.天津市第一中心醫(yī)院麻醉科，天津 3009）

缺血/再灌注損傷是肝移植術(shù)后早期及晚期移植物功能衰竭甚至患者死亡的主要原因［1］。多種因素參與肝缺血/再灌注的病理生理變化過程，其中氧化應(yīng)激產(chǎn)生的氧自由基可損傷肝細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)和功能，與器官缺血/再灌注損傷關(guān)系最為密切。因此，抑制缺血/再灌注誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激是減輕肝缺血/再灌注損傷的有效途徑。

氫氣（H2）是自然界中分子量最小的氣體，無色、無味，具有還原性，曾被認(rèn)為是不與生物體內(nèi)任何物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的生理惰性氣體，不具有生物活性。由于其毒性小，且在減壓環(huán)境下不易產(chǎn)生氣泡，被廣泛用于預(yù)防減壓病的發(fā)生。1975年Dole等［2］研究發(fā)現(xiàn)，將小鼠置于高壓氫氣艙內(nèi)能抑制其皮膚腫瘤生長，但氫氣并未應(yīng)用于常規(guī)臨床治療，也未引起人們更多的關(guān)注。直至2007年Ohsawa等［3］研究發(fā)現(xiàn)氫氣具有選擇性抗氧化作用，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，吸入2%氫氣可以選擇性清除羥自由基（·OH）和過氧亞硝基（ONOO-），抑制再灌注后炎癥反應(yīng)，減小局灶性腦缺血/再灌注損傷大鼠的腦梗死面積，這一發(fā)現(xiàn)引起了學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注，為氫氣的臨床治療作用提供了新的思路和廣闊的前景。此后有研究證實(shí)氫氣對肝缺血/再灌注損傷也具有明顯的保護(hù)作用，且與傳統(tǒng)抗氧化劑相比具有多種優(yōu)點(diǎn)。本文總結(jié)了該領(lǐng)域的研究進(jìn)展，旨在為深入研究氫氣在肝移植中的作用提供一些參考。

1 氧化應(yīng)激與缺血/再灌注損傷

缺血/再灌注早期細(xì)胞內(nèi)活性氧（ROS）水平大量增加，氧化應(yīng)激反應(yīng)不但能夠直接造成肝組織損傷，還能激發(fā)多種炎癥介質(zhì)的釋放，是缺血/再灌注中最主要的損傷因素。肝缺血時(shí)三磷酸腺苷（ATP）缺乏，導(dǎo)致細(xì)胞功能發(fā)生障礙，黃嘌呤脫氫酶（XD）轉(zhuǎn)變?yōu)辄S嘌呤氧化酶（XO）。此外，ATP降解為二磷酸腺苷（ADP）、單磷酸腺苷（AMP）和次黃嘌呤并在組織內(nèi)大量堆積。再灌注時(shí)大量氧分子隨血液進(jìn)入缺血組織，XO以分子氧為電子受體，催化次黃嘌呤轉(zhuǎn)變?yōu)辄S嘌呤產(chǎn)生大量氧自由基；另一方面，ATP缺乏導(dǎo)致氧自由基清除系統(tǒng)（SOD）功能障礙，進(jìn)一步升高氧自由基水平。氧自由基介導(dǎo)脂質(zhì)過氧化反應(yīng)，導(dǎo)致膜受體功能障礙；同時(shí)脂質(zhì)過氧化代謝產(chǎn)物（MDA）與膜磷脂和蛋白質(zhì)等相互作用破壞細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)和功能導(dǎo)致細(xì)胞凋亡或壞死。

2 氫氣與缺血/再灌注損傷

大量研究證實(shí)，吸入內(nèi)源性氣體信號分子如一氧化氮（NO）、一氧化碳（CO）、硫化氫（H2S）對多種器官缺血/再灌注損傷具有保護(hù)作用［4-7］。然而，這些氣體均具有內(nèi)在毒性作用，將其應(yīng)用于臨床治療中尚需進(jìn)一步研究證實(shí)其療效和毒性作用。吸入含49%氫氣、50%氦氣和1%氧氣的混合氣體可用于預(yù)防減壓病和氮麻醉［8］，其應(yīng)用的安全性已被證實(shí)。人體細(xì)胞不能產(chǎn)生內(nèi)源性的氫，但大腸中的厭氧菌能通過氫化酶降解碳水化合物產(chǎn)生大量的氫氣進(jìn)入循環(huán)，并通過肺排出體外。最新研究顯示，氫氣在人體內(nèi)可能發(fā)揮著調(diào)節(jié)信號傳導(dǎo)的作用，被稱為“第4個氣體信號分子”［9］。氫氣作為氧自由基清除劑可以選擇性地降低組織和細(xì)胞內(nèi)的活性氧簇，減輕器官缺血/再灌注后的炎癥反應(yīng)。其機(jī)制可能是氫氣選擇性地減少·OH和ONOO-并增強(qiáng)抗氧化酶類的活性，從而抑制氧化應(yīng)激導(dǎo)致的MDA和蛋白質(zhì)失活；其次，氫氣通過抑制含半胱氨酸的天冬氨酸水解酶（Caspase-3）的活性發(fā)揮抗凋亡特性［10］；此外，氫氣還可以抑制炎癥因子誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激損傷［11］。研究表明，氫氣在多種損傷模型中具有抗炎性反應(yīng)作用，在氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)中，氫能夠下調(diào)炎癥因子白細(xì)胞介素-6（IL-6）、IL-1β，趨化因子和腫瘤壞死因子-α（TNF-α）的表達(dá)水平［12］，這些炎癥介質(zhì)在誘發(fā)和加重組織缺血/再灌注損傷中具有重要意義。

第1篇有關(guān)氫氣的研究結(jié)果發(fā)表后，Ohsawa等［13］隨后報(bào)道了吸入氫氣對肝缺血/再灌注損傷的保護(hù)作用，并發(fā)現(xiàn)其治療效果具有劑量依賴性。卞學(xué)藝等［14］研究發(fā)現(xiàn)，通過尾靜脈注射含飽和氫氣的生理鹽水對C57BL/6小鼠肝缺血/再灌注后肝細(xì)胞損傷具有顯著的改善作用，肝組織內(nèi)MDA含量明顯減少，TNF-α、IL-6、細(xì)胞間黏附分子 -1（ICAM-1）和干擾素誘導(dǎo)蛋白-10（IP-10）mRNA的表達(dá)水平明顯降低，且巨噬細(xì)胞及中性粒細(xì)胞浸潤明顯減少。Liu等［15］在大鼠肝缺血/再灌注模型中發(fā)現(xiàn)，腹腔注射含飽和氫氣的生理鹽水可明顯降低炎癥介質(zhì)的產(chǎn)生和氧化應(yīng)激損傷，減輕移植后肝病的進(jìn)展，顯著改善移植后的肝功能，并最終提高動物的存活率，這表明氫氣不僅有抗氧化作用，還具有抗炎活性。最近Zhang等［16］在大鼠肝移植模型中證實(shí)，吸入2%的氫氣1小時(shí)能明顯降低缺血/再灌注誘導(dǎo)的TNF-α、IL-6、NF-κB含量的升高，并減輕肝細(xì)胞損傷。與受體、供體均吸入2%的氫氣相比，僅供體吸入2%氫氣組的NF-κB、HO-1、Bcl-2及鋅指蛋白A20水平顯著升高，表明肝移植手術(shù)前吸入2%氫氣1小時(shí)可能通過激活NF-κB保護(hù)大鼠肝臟免受缺血/再灌注損傷。

氫氣對于缺血/再灌注器官不僅具有抗氧化作用，還能顯著抑制組織的炎癥反應(yīng)，促進(jìn)器官功能恢復(fù)。Abe等［17］研究表明，用含飽和氫氣的器官保存液（UW液）保存的腎臟，其氧化應(yīng)激水平、腎小管凋亡和巨噬細(xì)胞浸潤程度明顯降低，其通過抑制氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)減輕腎臟冷缺血損傷。Shi等［18］研究發(fā)現(xiàn)，氫氣能通過減少缺血/再灌注介導(dǎo)的Caspase-3依賴性凋亡來保護(hù)肺組織。通過TUNEL染色及Caspase-3活性檢測，Shi等發(fā)現(xiàn)在SD大鼠肺缺血/再灌注之前和之后腹腔注射含飽和氫氣的生理鹽水，能顯著減輕肺水腫，增加肺動脈血管活性，降低肺組織MDA、8-強(qiáng)化脫氧鳥苷（8-OHdG）水平，減輕肺上皮細(xì)胞凋亡程度。陳燁等［19］研究結(jié)果顯示，吸入2%的氫氣能顯著抑制腸缺血/再灌注引發(fā)的小膠質(zhì)細(xì)胞激活，從而減輕大鼠腦氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)，發(fā)揮腦保護(hù)作用。腹腔注射含飽和氫氣的生理鹽水還可通過降低氧化應(yīng)激水平和Caspase-3依賴性細(xì)胞凋亡減輕視網(wǎng)膜缺血 /再灌注損傷［20］。

3 氫氣作為新型抗氧化劑的優(yōu)點(diǎn)和問題

3.1 與其他抗氧化劑相比，氫氣的優(yōu)勢在于：① 氫氣的分子量最小，具有良好的生物膜通透性，能夠高效地進(jìn)入細(xì)胞甚至在線粒體和細(xì)胞核中發(fā)揮作用，這些部位是ROS產(chǎn)生和DNA損傷的主要位置，其他藥物難以進(jìn)入并發(fā)揮作用。② 氫氣作用溫和，能夠特異性清除·OH和ONOO-而不影響內(nèi)源性氧自由基，代謝中對機(jī)體有利的氧化還原反應(yīng)不受其干擾，不良反應(yīng)較輕。③ 氫氣的安全性已被證實(shí)，并且其制備方法簡單、使用方便且價(jià)格便宜。因此，作為無毒的選擇性抗氧化劑，氫氣具有良好的臨床應(yīng)用前景。

3.2 基礎(chǔ)研究已證實(shí)氫氣具有廣泛的生物學(xué)作用，但氫氣真正應(yīng)用于臨床治療，尚有很多問題需要解決：① 目前吸入氫氣的生物安全性只在人體中得到了證實(shí)，腹腔注射或靜脈注射等途徑長期、大量給藥的藥理及毒理作用研究較少，其在人體使用的生物安全性還沒有完全得到認(rèn)證，潛在的毒性作用可能尚未被發(fā)現(xiàn)。② 氫氣的作用機(jī)制尚未完全闡明，氫氣在體內(nèi)維持時(shí)間很短，但生物學(xué)效應(yīng)強(qiáng)大，在體內(nèi)發(fā)揮生物學(xué)作用的信號通路還不清楚，因此，氫氣用于治療疾病的具體機(jī)制還需要大量的研究來證實(shí)。③ 雖然氫氣能夠選擇性地清除·OH和ONOO-，但其效應(yīng)的靶向性尚無定論，尋找氫氣的特異性作用靶點(diǎn)也是將來要解決的主要問題之一。