富氫生理鹽水治療相關(guān)疾病機制研究進展

李波,呂國義，于泳浩，謝克亮，王國林

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富氫生理鹽水治療相關(guān)疾病機制研究進展

李波1,呂國義1，于泳浩2△，謝克亮2，王國林2

摘要:氧化應(yīng)激、炎癥因子、細(xì)胞的凋亡參與多種疾病的發(fā)生、發(fā)展。近年來研究發(fā)現(xiàn)，富氫鹽水可通過抗氧化應(yīng)激反應(yīng)、抗炎反應(yīng)、抗凋亡作用治療多種疾病，如缺血/再灌注引發(fā)的重要臟器的損傷、神經(jīng)退行性疾病、膿毒血癥、神經(jīng)病理性痛、多器官衰竭等疾病。本文對富氫鹽水治療疾病的相關(guān)機制進行綜述。

關(guān)鍵詞:細(xì)胞凋亡；氧化性應(yīng)激；綜述；富氫生理鹽水；炎癥因子

△通訊作者E-mail：yuyonghao@126.com

氧化應(yīng)激、炎癥反應(yīng)及細(xì)胞的凋亡參與眾多疾病的發(fā)生、發(fā)展及轉(zhuǎn)歸。Ohsawa等[1]研究發(fā)現(xiàn)，氫分子具有“選擇性抗氧化作用”，其可以通過選擇性地中和羥自由基和過氧亞硝基陰離子治療氧化損傷相關(guān)的疾病。另有研究發(fā)現(xiàn)，0.6 mmol/L富氫生理鹽水（hydrogen-rich saline，HRS）也具有抗氧化損傷的作用，HRS是生理鹽水在0.4 MPa壓力下，使氫氣溶解其中并達到飽和制成的[2]。眾多的研究表明，氫氣及HRS可通過抗氧化、抗炎、抗凋亡作用，有效治療因缺血/再灌注引起的重要臟器的損傷[3]、神經(jīng)系統(tǒng)疾病[4]、膿毒血癥[5]及糖尿病神經(jīng)病變[6]等。本文旨在對HRS治療疾病的相關(guān)研究及其機制進行綜述。

1　抗氧化作用

1.1選擇性抗氧化作用活性氧（ROS）是一系列化學(xué)性質(zhì)活潑、氧化能力強的含氧物質(zhì)的總稱。它是氧在機體組織的正常代謝反應(yīng)中直接或間接轉(zhuǎn)變的一些自由基（含有未成對電子的原子、原子團或分子）及其衍生物，諸如：超氧陰離子、過氧亞硝基陰離子、單線態(tài)氧和羥自由基等。當(dāng)機體受到病理因素刺激時，產(chǎn)生過多ROS，ROS的生成與清除的動態(tài)平衡被打破，機體抗氧化能力開始下降，發(fā)生蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、核酸等生物大分子的氧化損傷，從而使機體處于一種嚴(yán)重的應(yīng)激狀態(tài)，稱之為氧化應(yīng)激。當(dāng)腦、心等重要器官、組織發(fā)生缺血或缺氧等應(yīng)激性刺激時，免疫細(xì)胞可釋放大量ROS，其中包括過氧亞硝基陰離子和羥自由基，二者強大的氧化作用可致使細(xì)胞發(fā)生氧化損傷，而對于這2種活性氧，體內(nèi)沒有適宜的清除系統(tǒng)對應(yīng)[7-8]。研究發(fā)現(xiàn)，低濃度氫氣(體積分?jǐn)?shù)< 4%)有選擇性抗氧化作用，可減輕局灶性腦缺血/再灌注損傷[1]。氫氣的這種抗氧化作用是因為氫氣可選擇性中和羥自由基和過氧亞硝基陰離子，通常稱之為“選擇性抗氧化”理論。Cui等[9]利用全腦缺血/再灌注損傷的大鼠模型研究發(fā)現(xiàn)，富氫液可以通過影響線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔的開放，從而減輕腦的缺血/再灌注損傷，保護神經(jīng)元，并通過化學(xué)方法證實，該保護作用是通過中和缺血/再灌注損傷引發(fā)的自由基釋放來實現(xiàn)的。Cai等[2]以生理鹽水為載體，發(fā)現(xiàn)飽和的HRS也可以減輕小鼠的腦缺血/再灌注損傷。Chuai等[10]研究發(fā)現(xiàn)，HRS“選擇性抗氧化”的作用還可以減輕電離輻射對精子細(xì)胞的損傷，增強精子的存活力。另有研究證實，氫分子可以選擇性地清除過多的ROS，上調(diào)超氧化物歧化酶(super ox?ide dlsmutase，SOD)等抗氧化酶系的活性[11]。一個開放性試驗研究表明，代謝綜合征患者連續(xù)飲用富氫液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應(yīng)物（代表細(xì)胞的脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物水平）下降43%，從而認(rèn)為飲用HRS能安全有效地改善代謝綜合征[12]。但Matchett等[13]研究發(fā)現(xiàn)，吸入體積分?jǐn)?shù)為2.9%的氫氣對于治療新生大鼠腦缺血、缺氧損傷并沒有明顯療效。因此，氫所治療氧化應(yīng)激相關(guān)疾病的功效尚無定論。

1.2影響內(nèi)源性抗氧化系統(tǒng)一般認(rèn)為，HRS治療氧化應(yīng)激相關(guān)疾病是因其可以正向調(diào)節(jié)人體內(nèi)抗氧化系統(tǒng)，提高機體抗氧化損傷能力。人的機體存有2種抗氧化系統(tǒng)：一種是非酶抗氧化系統(tǒng)，包括維生素C、維生素E、α-硫辛酸、谷胱甘肽及鋅等微量元素；另一種是酶抗氧化系統(tǒng)，包括SOD、過氧化氫酶(CAT)、谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-PX)等。Feng等[14]研究發(fā)現(xiàn)，HRS可通過上調(diào)體內(nèi)SOD、GSH-PX、谷胱甘肽還原酶以及谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶，有效地減輕氧化應(yīng)激所致的糖尿病早期視網(wǎng)膜神經(jīng)病變。Gu等[11]研究發(fā)現(xiàn)，HRS可有效地減輕甘油誘導(dǎo)的急性腎損傷，給予高劑量的HRS可有效地上調(diào)內(nèi)源性抗氧化酶SOD、GSH-PX的活性，降低腎組織中氧化損傷標(biāo)志物8羥基鳥苷、丙二醛的含量。Xie等[15]研究也發(fā)現(xiàn)，對于中度和重度膿毒癥的小鼠疾病模型，在造模成功后1 h和6 h給予吸入2%的氫氣，可明顯提高小鼠的存活率，并改善其重要臟器的損傷，該保護作用與提高多臟器、組織中的抗氧化酶活性有關(guān)。

因此，通過富氫液治療多種實驗動物的疾病模型的結(jié)果證實，HRS可提高內(nèi)源性抗氧化系統(tǒng)的抗氧化能力，從而降低氧化應(yīng)激所致的重要臟器、組織及細(xì)胞的損傷；氫氣對于膿毒癥相關(guān)器官損傷的保護作用可能與提高抗氧化酶活性有關(guān)。此外，HRS不僅能有效地減輕氧化應(yīng)激引發(fā)的臟器損傷，還可以通過抗氧化應(yīng)激作用有效地緩解或治療痛覺過敏、神經(jīng)病理性痛等疼痛相關(guān)疾病[16]。

2　調(diào)節(jié)炎癥因子的釋放

炎癥反應(yīng)貫穿于多種疾病的發(fā)生、發(fā)展的全過程，涉及免疫細(xì)胞的激活及炎癥因子的釋放。在炎癥級聯(lián)反應(yīng)過程中，炎癥因子和免疫細(xì)胞起到了至關(guān)重要的作用，這些細(xì)胞因子的非正常生理作用是導(dǎo)致眾多疾病發(fā)生的基礎(chǔ)，主要包括白細(xì)胞介素（IL）、集落刺激因子、高遷移率族蛋白-1 （HMGB1）、轉(zhuǎn)化生長因子（TGF）等。炎癥細(xì)胞因子是機體免疫反應(yīng)中的基本介質(zhì)，直接或間接地參與炎癥細(xì)胞的活化和浸潤。炎癥反應(yīng)一旦被觸發(fā)，細(xì)胞因子便立即參與疾病的發(fā)生、發(fā)展過程。研究表明，經(jīng)腹腔注射HRS，局灶性腦缺血大鼠體內(nèi)炎性因子(如HMGB1)及氧化產(chǎn)物下降，抗氧化酶活性增加，并能有效地減少梗死面積，改善神經(jīng)功能，且其療效具有一定的濃度依賴性[17]。近期研究表明，HRS用于復(fù)蘇重癥燒傷的大鼠模型時，可顯著下調(diào)炎癥因子核轉(zhuǎn)錄因子（NF）-κB水平，降低復(fù)蘇后大鼠的病死率[18]。Ren等[19]研究發(fā)現(xiàn)，HRS可有效地抑制NOD樣受體(nod-like receptor)熱蛋白結(jié)構(gòu)域相關(guān)蛋白炎癥小體的激活，下調(diào)NF-κB水平，有效地治療大鼠急性胰腺炎。Zhang等[20]研究發(fā)現(xiàn)，利用結(jié)扎左冠脈前降支血管制作的心肌梗死模型大鼠在腹腔注射富氫鹽水后，可顯著減少缺血/再灌注所致的心肌梗死面積，證實了富氫鹽水對于心肌的保護作用與降低心臟組織炎癥因子水平、氧化應(yīng)激損傷相關(guān)。目前的研究還發(fā)現(xiàn)，HRS可通過抑制背根神經(jīng)節(jié)的糖原合成酶激酶-3β活性，減少炎癥因子（NF-κB, IL-1β和IL-6）表達，緩解瑞芬太尼誘發(fā)的切口痛覺過敏反應(yīng)[21]。

3　抗凋亡作用

細(xì)胞凋亡主要通過2條途徑：一條為外源性途徑，其為受體介導(dǎo)的死亡信號通路，主要通過細(xì)胞膜上的死亡受體激活半胱氨酸蛋白酶（Caspases）；另一條為內(nèi)源性途徑，其是通過胞質(zhì)內(nèi)的線粒體釋放細(xì)胞凋亡因子細(xì)胞色素C，從而激活Caspases，引發(fā)Caspases級聯(lián)反應(yīng)導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。Hong等[21]研究發(fā)現(xiàn)，HRS對大鼠腦缺血-缺氧損傷的保護作用與抑制神經(jīng)細(xì)胞凋亡有關(guān)，腹腔注射HRS可激活PI3K信號通路，影響細(xì)胞凋亡相關(guān)蛋白表達（上調(diào)Bax、Caspase-3并下調(diào)Bcl-2蛋白表達），有效地減少腦缺血/缺氧所致大鼠的海馬和皮質(zhì)區(qū)早期的神經(jīng)元凋亡；同時，TUNEL染色結(jié)果也顯示腦缺血區(qū)細(xì)胞凋亡的數(shù)目明顯減少。另有研究顯示，腹腔注射HRS治療急性脊髓損傷的大鼠在治療后24 h、48 h、1周、2周后，凋亡的陽性細(xì)胞數(shù)明顯減少，Caspase-3活性明顯降低，且大鼠后肢的運動功能有明顯的改善[22]。Yang等[23]研究也發(fā)現(xiàn)，HRS可有效降低Caspase-3活性，減輕輻射引發(fā)的神經(jīng)元細(xì)胞的凋亡。Zhao等[24]研究發(fā)現(xiàn)，HRS可有效減輕輻射誘發(fā)的大鼠脾臟細(xì)胞的凋亡，主要是通過下調(diào)凋亡蛋白（Bax、Cas?pase-3）來實現(xiàn)的。

4　展望

綜上所述，HRS可通過抗氧化應(yīng)激、調(diào)節(jié)炎癥因子釋放和抗細(xì)胞的凋亡途徑，對重要組織、器官發(fā)揮顯著的保護作用。HRS在動物實驗中治療相關(guān)疾病的作用雖已被證實，但應(yīng)用于臨床仍需要進一步大規(guī)模的前瞻性臨床試驗研究結(jié)果來證實。

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（2015-05-08收稿2015-10-08修回）

（本文編輯陸榮展）

作者單位：1天津醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院麻醉科（郵編300211）；2天津醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)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

中圖分類號：R614

文獻標(biāo)志碼：A

DOI:10.11958/58912

基金項目：天津市衛(wèi)生局科技基金資助項目(2014KZ094)

作者簡介：李波（1978），男，主治醫(yī)師，醫(yī)學(xué)博士，主要從事器官保護、疼痛基礎(chǔ)及臨床研究