氫氣抗腫瘤研究進(jìn)展

周高信

南京醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程與信息學(xué)院，江蘇 南京 211166

1 前言

氫氣是分子量最小的氣體分子，作為清潔能源它以熱值高、燃燒產(chǎn)物無污染而著稱。近年來氫氣在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域逐漸成為明星分子，尤其隨著氫氧療法納入COVID-19 新型冠狀病毒肺炎治療方案，氫氣的臨床化應(yīng)用邁上了新臺階［1-3］。氫氣具有弱還原性，被認(rèn)為是一種選擇性抗氧化劑，能夠捕獲強氧化性活性氧物質(zhì)如羥自由基（·OH）和過氧亞硝酸根離子（ONOO-）等。不同于一般的氣體信號分子（如NO、CO、H2S 等）［4-6］，氫氣具有很高的生物安全性，與一般的抗氧化劑相比也具有很大優(yōu)勢，在臨床研究中暫未發(fā)現(xiàn)氫氣的不良反應(yīng)。氫氣在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域最早用作潛水輔助氣體，高壓氫氣長期應(yīng)用未發(fā)現(xiàn)對人體有安全問題，也間接證明了氫氣的體內(nèi)安全性。事實上，氫氣已獲準(zhǔn)作為食品添加劑使用［7］。

1975 年，美國貝勒大學(xué)的Dole 等［8］在《Science》上首次報道了氫氣的醫(yī)學(xué)作用，發(fā)現(xiàn)氫氣對小鼠腫瘤生長具有抑制效果。連續(xù)呼吸高壓氫氣（8 個大氣壓，97.5%為氫氣，2.5%為氧氣）14 d 能夠使動物皮膚腫瘤或白血病顯著消退。這種較為苛刻的實驗條件難以重復(fù)，直至1978年Roberts 等［9］在5種實體瘤、1種白血病的小鼠模型上進(jìn)行了類似的研究，但未得到與Dole等［8］研究中類似的治療效果。由于兩組研究中的小鼠腫瘤模型和建模方式不同，且沒有氫氣生理作用的證據(jù)，因此相關(guān)研究停滯不前。2007年，日本醫(yī)科大學(xué)的Ohsawa等［10］在《Nature Medicine》上報道吸入2%的氫氣對腦缺血再灌注損傷有治療作用，利用電子自旋共振發(fā)現(xiàn)，其治療作用與氫氣對羥自由基（·OH）的清除有關(guān)，并證實氫氣具有選擇性抗氧化作用，能夠特異性地清除·OH、ONOO-等有害的強氧化性活性氧物質(zhì)（reactive oxygen species，ROS），但無法清除超氧自由基（O2-·），一氧化氮自由基（NO·）和過氧化氫（H2O2）等維持正常生理活動所需的ROS。選擇性抗氧化理論的闡明為氫氣醫(yī)學(xué)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。除了對缺血再灌注損傷疾病的治療，大量研究證明氫氣對逾百種疾病有潛在的治療作用，如炎癥、代謝類疾病和神經(jīng)退行性疾病等，氫氣用于腫瘤的治療也有大量的研究［11-12］。

2 氫氣抗腫瘤的作用和機制

氧化應(yīng)激與惡性腫瘤的發(fā)生和發(fā)展密切相關(guān)，ROS 破壞DNA、蛋白質(zhì)和細(xì)胞膜脂質(zhì)，是導(dǎo)致細(xì)胞癌變的誘因?；谶x擇性抗氧化作用，氫氣在預(yù)防腫瘤發(fā)生方面有明顯的效果。通過肝癌動物模型證實氫分子可以顯著降低肝癌發(fā)生率，縮小腫瘤體積，同時伴隨氧化應(yīng)激指標(biāo)的下降［13］。富氫水還可以降低次氮基三乙酸鐵（Ferric nitrilotriacetate，F(xiàn)e-NTA）誘導(dǎo)的Wistar 大鼠腎細(xì)胞癌的發(fā)生率，并能抑制大鼠腫瘤的生長［14］。富氫水不但抑制了腎臟組織的炎癥反應(yīng)和巨噬細(xì)胞的聚集，而且還使血管內(nèi)皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）表達(dá)、信號傳導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活因子3（signal transduction and transcription activator 3，STAT3）磷酸化水平和增殖細(xì)胞核抗原（proliferating cell nuclear antigen，PCNA）的表達(dá)受到抑制。羅馬大學(xué)的Frajese 等［15］發(fā)現(xiàn)富氫電解水處理可誘導(dǎo)乳腺癌細(xì)胞（人MCF-7、MDA-MB-453細(xì)胞和鼠TUBO細(xì)胞）的凋亡，降低人表皮生長因子受體-2（ErbB2/neu）的表達(dá)，并破壞細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶（ERK1/2）和蛋白激酶B（AKT）的磷酸化，且富氫電解水的作用不受p53抑癌基因、雌激素受體（estrogen receptor，ER）和孕激素受體（progesterone receptor，PR）狀態(tài)的影響。氫氣選擇性地與ROS反應(yīng)，減輕了細(xì)胞的染色體損傷，還可能抑制腫瘤相關(guān)信號通路的異?；罨构矟д{(diào)毛細(xì)血管擴張突變基因能夠及時修復(fù)染色體損傷，從而抑制腫瘤的發(fā)生發(fā)展［16］。

腫瘤組織的異常代謝導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞處于氧化應(yīng)激狀態(tài)，高水平的ROS 可以促進(jìn)腫瘤的增殖、遷移和侵襲。因此，破壞腫瘤組織的氧化還原平衡成為抑制腫瘤生長和轉(zhuǎn)移的一種策略。日本學(xué)者Nishikawa 等［17］利用含鉑納米顆粒（粒徑約2 nm）的富氫水進(jìn)行了系列研究，發(fā)現(xiàn)含鉑氫水能夠抑制化學(xué)誘導(dǎo)的小鼠胚胎成纖維細(xì)胞惡性轉(zhuǎn)化；同時這種含鉑氫水對人舌癌細(xì)胞HSC-4、人食管鱗癌細(xì)胞KYSE70、人早幼粒白血病細(xì)胞HL60 和人胃腺癌來源的NUGC-4 細(xì)胞有殺傷作用［18-20］，而對正常細(xì)胞幾乎無影響，可能與腫瘤細(xì)胞對膠體鉑的特異性內(nèi)吞作用有關(guān)。體外實驗發(fā)現(xiàn)膠體鉑降低了氫水的氧化還原電勢，增強了氫水對DPPH 自由基的捕獲活性，然而細(xì)胞內(nèi)的ROS 水平卻不降反增，說明膠體鉑活化后的氫水能夠誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞氧化還原失衡［18，21］。

氫氣對肺癌的治療方面，河北醫(yī)科大學(xué)第三醫(yī)院張宇等［22］開展了大量研究，他們考察了氫氣對非小細(xì)胞肺癌的作用，發(fā)現(xiàn)體外氫氣培養(yǎng)（濃度從20%到60%）可促進(jìn)肺癌A549和NCI-H1975細(xì)胞的凋亡，且能使X 連鎖凋亡抑制蛋白（X-link inhibitor of apoptosi protein，XIAP）、桿狀病毒IAP 重復(fù)序列3（BIRC3）的表達(dá)量降低。高濃度（60%）的氫氣還可造成p21、caspase7、caspase9 蛋白在肺癌A549 細(xì)胞株及A549細(xì)胞轉(zhuǎn)移瘤組織中表達(dá)的上升，以及細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶4（cyclin dependent kinase 4，CDK4）表達(dá)的下降［23］。Wang 等［24］研究還發(fā)現(xiàn)氫氣抗非小細(xì)胞肺癌與染色體凝聚有關(guān)，氫氣干預(yù)可以抑制A549 和H1975 細(xì)胞中染色體結(jié)構(gòu)維持蛋白3（chromosome structure maintenance protein 3，SMC3）基因及蛋白的表達(dá)，進(jìn)而改變細(xì)胞周期。氫氣在小鼠體內(nèi)還可以抑制肺癌組織中Ki-67 抗原、環(huán)氧合酶-2（COX-2）、VEGF 的表達(dá)［25］。Ye 等［26］發(fā)現(xiàn)含氫電解水可通過抑制細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶（extracellular signal regulated kinase，ERK）活化下調(diào)A549細(xì)胞中VEGF 基因的轉(zhuǎn)錄和蛋白表達(dá)。此外，氫氣可通過對STAT3/Bcl2 通路活化的抑制促進(jìn)肺癌細(xì)胞凋亡或自噬，且抑制自噬可進(jìn)一步增強肺癌細(xì)胞的凋亡［27］。氫氣治療還能夠通過抑制CD47/CDC42通路的激活抑制肺癌惡化，有望成為CD47 高表達(dá)腫瘤患者的一種有效治療手段［28］。以上研究為氫氣治療肺癌提供了依據(jù)，氫氣對肺癌的療效還需體內(nèi)研究的進(jìn)一步驗證。臨床上也有個體案例顯示吸入氫氣對肺癌患者有益，尚缺少循證醫(yī)學(xué)證據(jù)［29］。

周曉等［30］使用氫水體外培養(yǎng)來自15 例患者的原代結(jié)腸癌細(xì)胞，結(jié)果顯示氫氣對原代人結(jié)腸腺癌細(xì)胞生長有抑制作用，且患者性別、年齡、腫瘤位置及Dukes分期對原代癌細(xì)胞是否被氫氣抑制無顯著影響。張瑤等［31］發(fā)現(xiàn)飲用富氫水可以抑制接種人結(jié)直腸癌SW480細(xì)胞荷瘤鼠的腫瘤生長，第28天時氫氣干預(yù)組腫瘤體積比對照組明顯變小。Liu 等［32］進(jìn)行的體內(nèi)研究，構(gòu)建了C6原位膠質(zhì)瘤模型和U87皮下瘤模型，發(fā)現(xiàn)小鼠每天吸入兩次67%氫氣（每次1 h）可抑制膠質(zhì)瘤的生長并延長壽命。氫氣可下調(diào)CD133和Nestin（細(xì)胞干性標(biāo)記物）、Ki67（細(xì)胞增生標(biāo)記物）和CD34（血管生成標(biāo)記物）的表達(dá)，同時上調(diào)GFAP（細(xì)胞分化標(biāo)記物）的表達(dá)。氫氣還抑制了膠質(zhì)瘤細(xì)胞的體外成球能力，以及遷移、侵襲和克隆形成能力，說明氫氣可通過降低膠質(zhì)瘤細(xì)胞的干性起作用。研究還發(fā)現(xiàn)氫氣培養(yǎng)還可降低人肝癌細(xì)胞Huh7的干性，并下調(diào)細(xì)胞中間絲波形蛋白的表達(dá)，為氫氣用于肝癌防治提供了證據(jù)［33］。李佳蔚等［34］發(fā)現(xiàn)氫氣可以促進(jìn)巨噬細(xì)胞向M1極化，抑制其向M2極化，最終促進(jìn)乳腺癌細(xì)胞的凋亡。對子宮內(nèi)膜癌的研究發(fā)現(xiàn)氫分子通過ROS/NLRP3/caspase-1/GSDMD通路誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞焦亡，富氫水培養(yǎng)后人子宮內(nèi)膜癌細(xì)胞（AN3CA、HEC1A 和Ishikawa 細(xì)胞）中ROS及線粒體ROS（mtROS）的水平均升高［35］。

氫氣參與生理活動最直接的證據(jù)是其抗氧化活性，目前僅抗氧化理論還不能很好地解釋氫氣的抗腫瘤機制。相比之下，傳統(tǒng)抗氧化劑對腫瘤的作用研究歷史悠久，但都無法取得滿意的臨床效果［36］，如維生素C抗癌的長期研究發(fā)現(xiàn)其機制在于維生素C自身被氧化后促進(jìn)了氧化應(yīng)激水平，過氧化氫的生成才是維生素C 抗癌的關(guān)鍵［37-38］。因此，氫氣治療腫瘤的抗氧化性機制還不夠完善，氫氣抗癌可能存在其他未知機制。氫醫(yī)學(xué)研究表明，氫氣參與調(diào)控信號通路，可以影響蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和酶的活性，可能為氫氣抗腫瘤研究提供新的思路。比如體外蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)研究發(fā)現(xiàn)氫分子可調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的力學(xué)性能，增強胃蛋白酶的活性［39］。氫氣除了發(fā)揮直接抗氧化作用外，還可通過調(diào)節(jié)抗氧化酶類發(fā)揮作用，如氫氣能通過抑制免疫球蛋白Fc段受體FcεRI（IgE高親和力受體）相關(guān)人膜相關(guān)蛋白酪氨酸激酶（Lyn）磷酸化和下游信號轉(zhuǎn)導(dǎo)分子（ERK1/2、JNK、p38 MAPK和Akt）下調(diào)肥大細(xì)胞NADPH氧化酶活性，從而減少H2O2的生成，而非直接捕獲ROS［40］。Ostojic等［41］報道氫氣至少有4種通路可能調(diào)節(jié)線粒體能量代謝，其中饑餓素通過其受體GHS-R1α是最重要的通路。氫氣可以通過調(diào)節(jié)誘導(dǎo)型一氧化氮合酶（inducible nitric oxide synthase，iNOS）活性抑制RAW264 巨噬細(xì)胞中NO 信號分子的生成［42］。氫氣還能夠介導(dǎo)β-連環(huán)蛋白（β-catenin）磷酸化和降解，從而抑制Wnt/β-catenin 信號通路的活化［43］。最新的研究發(fā)現(xiàn)氫氣能作用于硫氧還蛋白1，使組織因子和基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）-9 的表達(dá)降低［44］，氫氣也可降低MMP-3 和MMP-13 的表達(dá)［45］，而金屬蛋白酶類能降解細(xì)胞外基質(zhì)，在介導(dǎo)腫瘤血管新生、轉(zhuǎn)移和侵襲過程中發(fā)揮重要作用。最近馬雪梅等［46］研究發(fā)現(xiàn)氫氣能提高包括線粒體復(fù)合物Ⅰ、乙酰膽堿酯酶和辣根過氧化物酶在內(nèi)的生物酶活性，提示氫氣的生理作用可能是多靶點的基于酶學(xué)反應(yīng)的過程。此外，氫氣還能通過調(diào)節(jié)人體免疫狀態(tài)對抗腫瘤。2014 年—2017 年1 項在日本進(jìn)行的納入55 例Ⅳ期結(jié)腸癌患者的臨床研究中，所有患者接受XELOX（CapeOX）方案化療且使用家用吸氫機每日吸氫3 h，對患者血液中的CD8+T 細(xì)胞的PD-1 表達(dá)情況與無進(jìn)展生存期和總生存率的相關(guān)性進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)吸入氫氣能降低結(jié)腸癌患者體內(nèi)PD-1+/CD8+雙陽性T細(xì)胞的比例，改善患者預(yù)后［47］。推測可能是因為氫氣激活了信號分子PGC-1α，進(jìn)而上調(diào)T細(xì)胞中線粒體的呼吸作用，最終挽救耗竭的CD8+T細(xì)胞發(fā)揮作用。同時，患者總生存率提高與輔酶Q10 水平升高有關(guān)，后者能使更多氫分子進(jìn)入線粒體內(nèi)部發(fā)揮作用［48］。以上研究提示氫氣并非僅能通過直接抗氧化發(fā)揮作用，除了選擇性抗氧化作用，氫氣也可能作為一種類似于“NO”的氣體信號分子發(fā)揮作用，有關(guān)氫氣抗腫瘤的機制還需要進(jìn)一步深入研究。

3 氫氣用于放化療增效減毒

目前，手術(shù)、化療和放療仍然是腫瘤治療的主要手段，但是傳統(tǒng)放化療引起的嚴(yán)重不良反應(yīng)問題仍然沒有解決?；诳寡趸牟呗?，分子氫具有對腫瘤放化療進(jìn)行增效減毒的功效。Qian 等［49］提出氫氣是一種有效、安全的輻射防護劑，可顯著抑制電離輻射誘導(dǎo)的HIEC腸上皮細(xì)胞凋亡，增加AHH-1人外周血B 淋巴細(xì)胞內(nèi)源性抗氧化劑水平，緩解輻射引起的白細(xì)胞和血小板的耗竭［50］。氫分子除了能保護體外培養(yǎng)的細(xì)胞免受離子輻射傷害，體內(nèi)研究還發(fā)現(xiàn)對雄性BALB/c 小鼠腹腔注射富氫生理鹽水后，可抑制輻射誘導(dǎo)的胸腺淋巴瘤的發(fā)生和生長［51-53］。Zhang等［54］發(fā)現(xiàn)富氫溶液對人正常永生化表皮角質(zhì)細(xì)胞HaCaT 及大鼠頭頸部皮膚的輻射損傷亦具有較好的防護作用，其機制與生物分子氧化損傷及自由基的清除有關(guān)。氫氣還能緩解放療中的輻射相關(guān)肝損傷，對人肝LO2細(xì)胞和小鼠肝臟具有防護作用［55］，而對人肝癌HepG2細(xì)胞生長無抑制作用，但能通過下調(diào)CD36 蛋白的表達(dá)抑制HepG2 細(xì)胞中的脂肪富集［56］。富氫水灌胃處理可以減輕4 Gy X線全身照射的C57BL/6小鼠的骨髓抑制［57］。Terasaki 等［58］通過細(xì)胞和小鼠實驗證明飲用富氫水聯(lián)合3%氫氣吸入不僅可以對抗急性放射損傷，而且對慢性肺纖維化也有療效。日本東京進(jìn)行了1項氫氣干預(yù)調(diào)強放療的回顧性研究，在2015年—2016年間共納入了26例晚期癌癥患者，發(fā)現(xiàn)吸氫（每天0.5 h）能顯著改善調(diào)強放療引起的骨髓損傷，且對放療的療效沒有影響［59］。匹茲堡大學(xué)的Kang等［60］開展的雙臂隨機對照臨床試驗招募了2006 年間的49 例肝癌患者，放療后接受6 周的富氫水?dāng)z入，要求患者每天分多次攝入氫水量1.5～2.0 L，結(jié)果放療后氫水干預(yù)組患者的生活質(zhì)量評分顯著提高。放療能夠通過高能射線殺死腫瘤細(xì)胞，同時對病灶周圍組織的正常細(xì)胞造成傷害，氫氣的抗氧化作用機制明確，用于輔助放療能起到很好的增效減毒作用，同時氫氣相比其他輔助治療手段具有安全性高、使用簡便等優(yōu)點。

在腫瘤化療方面，Nakashima 等［61］考察了順鉑治療后吸入1%氫氣（整個實驗周期）對S-180 小鼠肉瘤細(xì)胞移植的荷瘤小鼠不良反應(yīng)的緩解情況，發(fā)現(xiàn)吸入氫氣能提高小鼠存活率，且順鉑導(dǎo)致的體重減輕和神經(jīng)毒性也得到緩解。對照實驗證明攝入氫水也可達(dá)到相似的效果。氫水還對阿霉素引起的心臟毒性有緩解作用，接受阿霉素化療的大鼠每天經(jīng)腹腔注射10 mL/kg 劑量的氫氣飽和生理鹽水，1個月后血液中氧化應(yīng)激標(biāo)志物水平和心肌細(xì)胞自噬活性明顯降低［62］。分子氫通過抑制NF-κB/IL-6炎癥通路，增強活化型caspase-8的表達(dá)和Bcl-2/Bax 的比例，從而緩解心臟和肝臟組織的細(xì)胞凋亡［63］。Fan 等［64］將MgB2納米片制成口服劑，用于小鼠原位胃癌的阿霉素化療和氫氣聯(lián)合治療，可有效減輕阿霉素的心臟毒性。分子氫不但能促進(jìn)結(jié)腸癌細(xì)胞凋亡，與5-氟尿嘧啶聯(lián)用可以明顯增強后者的抗腫瘤效果，且富氫水濃度越高，協(xié)同效果越明顯，這種作用在Colon 26細(xì)胞荷瘤鼠模型上得到驗證［65］。孟嘯寅等［66-67］發(fā)現(xiàn)氫氣飽和生理鹽水可有效防止環(huán)磷酰胺化療誘發(fā)的大鼠卵巢損傷。泰山醫(yī)院2010年—2016年1項涉及144例結(jié)腸癌患者的隨機對照單盲試驗結(jié)果表明，飲用富氫水組的mFOLFOX6標(biāo)準(zhǔn)化療患者在治療前后肝功能沒有明顯變化，而安慰劑對照組的谷丙轉(zhuǎn)氨酶、谷草轉(zhuǎn)氨酶和間接膽紅素水平都明顯升高，證明分子氫在化療過程中對肝臟具有保護作用［68］。不過患者需要在治療前1 d到治療開始的4 d每天飲用1 L（4×250 mL）富氫水。楊慶璽等［69］選擇2013—2014年間的80 例惡性腫瘤患者進(jìn)行的系統(tǒng)性回顧分析顯示，在常規(guī)化療基礎(chǔ)上飲用富氫水可以緩解化療后患者的骨髓抑制，且對心臟、胃腸道和肝腎功能有保護作用，改善化療后引起的體能下降情況。Yao 等［70］的1 項研究發(fā)現(xiàn)富氫電解水可通過提高P-糖蛋白和多藥耐藥相關(guān)蛋白-2 的表達(dá)水平，增強肝臟對外源性毒物的外排作用，達(dá)到解毒的效果。酪氨酸激酶抑制劑類靶向藥物在非小細(xì)胞肺癌的治療中療效顯著，這類藥物大量口服也有不良反應(yīng)產(chǎn)生，比如吉非替尼可能導(dǎo)致嚴(yán)重的急性間質(zhì)性肺炎，Terasaki 等［71］通過小鼠實驗發(fā)現(xiàn)富氫水能夠緩解吉非替尼的不良反應(yīng)。Chen 等［72］在臨床研究中發(fā)現(xiàn)氫氣能夠有效減輕晚期非小細(xì)胞肺癌患者的藥物不良反應(yīng)。在放化療后的腫瘤患者輔助治療方面，Chen等［73］積累了許多真實世界的氫氣治療案例，顯示氫氣對改善腫瘤患者生活質(zhì)量有益。在手術(shù)治療方面，牛同想等［74］對110 例胸腔鏡肺癌根治術(shù)患者的研究發(fā)現(xiàn)，術(shù)前吸入1 h 氫氣可降低術(shù)后肺部并發(fā)癥的發(fā)生。以上基礎(chǔ)和臨床研究結(jié)果提示，氫氣在腫瘤放化療增效減毒方面具有較好效果，且對其他治療方法具有很好的兼容性，在臨床應(yīng)用上應(yīng)優(yōu)先推廣。

4 氫氣聯(lián)合治療

因氫氣的多靶點作用方式，專門進(jìn)行氫氣治療的效果可能會受限，除了安全和易得，需要通過聯(lián)合治療的方式體現(xiàn)氫氣在腫瘤治療領(lǐng)域的重要價值。如將氫氣與PI3K抑制劑LY294002聯(lián)用可以增強對A549細(xì)胞的抑制［75］。在原位胃癌動物模型中，通過飼料攝入可釋放氫氣的MgB2納米片，其在胃液酸性環(huán)境下原位釋放的氫氣能直接作用于胃部腫瘤細(xì)胞，與化療藥物阿霉素產(chǎn)生協(xié)同作用，增強治療效果，且阿霉素的心臟不良反應(yīng)也得到有效緩解，真正實現(xiàn)了增效減毒的效果［64］。類似地，在體外培養(yǎng)條件下，一種鎂微馬達(dá)釋放出的氫氣能夠與阿霉素起到協(xié)同效果，這種微馬達(dá)憑借主動運動能夠在細(xì)胞內(nèi)原位產(chǎn)生氫氣，將阿霉素的化療效果提升2.4倍，高效殺死小鼠乳腺癌4T1細(xì)胞［76］?；诠獯呋a(chǎn)氫原理，利用納米材料很強的跨黏膜和穿透腫瘤細(xì)胞的能力，660 nm激光照射下在腫瘤細(xì)胞內(nèi)可原位產(chǎn)生氫氣，將氫氣治療與膀胱癌的灌注治療聯(lián)合，可顯著增強化療效果［77］。作用機制研究發(fā)現(xiàn)氫氣能抑制線粒體功能，阻礙ATP 合成，削弱P-糖蛋白外排泵功能，使得化療藥物吉西他濱難以排出，實現(xiàn)膀胱癌的高效協(xié)同治療。利用鈀基納米材料的儲氫性能，將鈀納米顆粒（PdH0.2）、鈀基金屬有機框架材料（PdHMOF）用于腫瘤的氫氣-光熱治療，即氫熱治療，能增強抗癌效果，且活性氫能夠擾亂腫瘤細(xì)胞的氧化還原平衡，破壞細(xì)胞的能量代謝［78-79］。Zhang 等［80］使用多巴胺載氨硼烷實現(xiàn)熱療的同時，后者分解釋放的氫氣有效改變了腫瘤部位的氧化還原穩(wěn)態(tài)，有利于對抗炎癥，最終在抑制腫瘤生長的同時還實現(xiàn)了聯(lián)合治療對遠(yuǎn)端腫瘤的抑制。最近利用轉(zhuǎn)化納米材料，一種氫氣介導(dǎo)的級聯(lián)放大多模態(tài)協(xié)同治療策略，能夠利用近紅外光解水生成的氫氣與光動力、光熱和化學(xué)動力學(xué)等治療方式相互協(xié)同，實現(xiàn)小鼠乳腺癌的高效治療［81］。利用同一平臺實現(xiàn)氫氣治療與光動力治療的協(xié)同，達(dá)到了令人驚奇的治療效果，類似的結(jié)果在PCN-224 載納米鈀的復(fù)合體系中得到進(jìn)一步驗證［82］。納米鈀作為氫氣載體，卟啉MOF 作為PDT 治療的光敏劑，氫氣治療和PDT 協(xié)同作用的原因可能是因為氫氣刺激破壞了腫瘤的氧化還原平衡，光動力學(xué)治療加劇了這種不平衡。Zhao等［83］還利用一種Z型結(jié)構(gòu)的納米光催化劑進(jìn)行腫瘤原位產(chǎn)氫，實現(xiàn)了氫氣-空穴聯(lián)合治療。類似地，Wu 等［84］利用一種輻射產(chǎn)氫材料實現(xiàn)了氫氣治療和放療的協(xié)同作用。在臨床實踐中，由于氫氣能改善腫瘤患者的免疫功能，將氫氣與PD-1 抗體聯(lián)合使用發(fā)現(xiàn)還可提高免疫治療的臨床效果，延長患者的生存時間［48］。在臨床實踐中，氫氣對人體安全且方便攝入，將其與現(xiàn)有的抗癌手段聯(lián)合使用能達(dá)到事半功倍的效果。目前氫氣聯(lián)合的腫瘤多功能治療需要借助納米產(chǎn)氫材料，或負(fù)載氫氣前藥分子，或納米材料自身能夠在光、酸等特殊條件刺激下釋放氫氣，納米材料的引入應(yīng)以不犧牲氫氣治療的安全性為前提。氫氣與光動力聯(lián)合治療中，抗氧化的氫氣與促氧化的光敏材料共同作用，結(jié)果擾亂了腫瘤細(xì)胞的氧化還原穩(wěn)態(tài)，起到抑制腫瘤生長的作用，為腫瘤治療提出了一種新思路。

5 氫氣治療中的給氫方式

氫醫(yī)學(xué)臨床研究中，已有的氫氣攝入方式主要包括呼吸含氫混合氣體或者口服氫氣溶液［85］。吸氫需要專門的設(shè)備、需要長時間吸入方能起效，氣體的組成和氫氣比例并不固定，有氫氣與氮氣混合氣，家用吸氫機產(chǎn)生的是氫氧比為2∶1 的氫氧混合氣，也有產(chǎn)氫機能將氧氣分離產(chǎn)生高純度的氫氣。在體內(nèi)實驗中氫氣的吸入比例應(yīng)不超過4%的爆炸極限，否則在實際操作中有危險性。富氫水的飽和濃度低（0.8 mmol/L），不便于貯存，須大劑量給藥，對吞咽困難、不宜大量輸液的患者難以適用。此外，富氫水的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、保存難度等限制了應(yīng)用。目前氫水的制備方法較多，氫醫(yī)學(xué)研究中使用的富氫水缺乏統(tǒng)一的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。生產(chǎn)富氫水的主要方法有鼓泡法、高壓溶解法，所用的溶劑有純水，也有生理鹽水，甚至器官保存液（Celsior）等［86］。也有通過電解水產(chǎn)氫法得到富氫電解水，或使用氫棒通過鎂與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)制得富氫水等，這些途徑所獲富氫水除氫氣濃度有差別外，在所含電解質(zhì)種類、離子強度、氧化還原電勢、酸堿度等方面也存在差異，可能會影響治療效果。對于具體疾病，吸入氫氣和飲用富氫水對于呼吸系統(tǒng)疾病和胃腸道疾病的治療更為適用，但卻難以滿足腦部疾病和實體瘤等遠(yuǎn)端組織疾病的治療需求。Yamamoto 等［87］研究了3%氫氣吸入下SD大鼠體內(nèi)的氫氣生物分布，發(fā)現(xiàn)肝臟中的氫濃度最高，平衡濃度達(dá)到29 mmol/L，但目前為止，腫瘤組織的氫氣濃度缺乏研究數(shù)據(jù)。氫氣治療對氫氣濃度有依賴性，但是到達(dá)實體瘤的氫氣量十分有限，氫醫(yī)學(xué)研究中應(yīng)該注重氫氣劑量效應(yīng)關(guān)系的探究，并盡可能在更高濃度范圍進(jìn)行，以提高療效。

通過納米載藥體系可以有效解決氣體供體分子穩(wěn)定性差、毒性高等缺點，并實現(xiàn)氣體在體內(nèi)的可控釋放，滿足氣體治療的組織特異性和濃度依賴性需求。在實體瘤治療方面，為了實現(xiàn)氫氣的高效攝取，更大發(fā)揮氫氣的抗癌效果，通過納米材料載氫或在腫瘤部位原位產(chǎn)氫成為了一種新的手段。如通過儲氫材料制備的納米藥物高效遞送，增強氫氣的抗腫瘤效果［78-79］；通過納米材料載氫氣前體分子氨硼烷，在腫瘤酸性微環(huán)境下分解釋放出氫氣［80，88］；鐵納米顆粒可以在腫瘤部位聚集并發(fā)生反應(yīng)釋放氫氣，抑制腫瘤生長［89］；聚合物半導(dǎo)體光催化原位產(chǎn)氫用于氫氣治療［90］。雖然電化學(xué)進(jìn)行腫瘤電療已經(jīng)早有研究，但是治療過程中陰極生成的氫氣的生理作用未經(jīng)評估，近期有研究專門進(jìn)行了相關(guān)探索，在動物模型上證明電化學(xué)產(chǎn)氫對腫瘤治療有效［91］。這些開拓性的方法為體內(nèi)給氫提供了新選擇，尤其對于惡性腫瘤的治療有積極意義。鑒于氫氣的生物安全性優(yōu)點，為促進(jìn)氫氣發(fā)揮更大療效，選擇的載體材料的安全性也值得重點考慮，不能引入新的安全性問題。再者，化學(xué)反應(yīng)對腫瘤微環(huán)境的改變是否對氫氣的生理作用產(chǎn)生影響，還需更加精準(zhǔn)的研究。

除了常規(guī)途徑吸入氫氣和飲用富氫水，還可以口服釋氫納米材料，如珊瑚鈣，或者其他產(chǎn)氫材料［64，92］。此外，一些研究通過腹腔注射含氫生理鹽水的方法對多種疾病進(jìn)行治療［93-95］。含氫鹽水滴眼用于視網(wǎng)膜缺血再灌注損傷和角膜堿燒傷，取得了較好效果［96-97］。在皮膚病研究中，氫水浴的氫氣攝入方式也成為一種有效手段［98］。這些方法在特定部位腫瘤的氫氣治療上值得借鑒。鎂與水反應(yīng)產(chǎn)生氫氣常被用于抗炎癥治療研究，骨科使用的金屬鎂支架在降解過程中也會產(chǎn)生氫氣，基于這一原理，Zan 等［99］用含有鎂絲的抗腫瘤支架材料實現(xiàn)鎂離子和氫氣的共同作用，抑制腫瘤生長，而對正常組織無毒性，成為氫氣抗腫瘤治療的一種有效給氫手段。他們還對異質(zhì)金屬進(jìn)行調(diào)控以實現(xiàn)高純鎂中氫氣的加速釋放，增強氫氣對甲狀腺腫瘤Cal-62細(xì)胞增殖的抑制［100］。氫氣本身是一種內(nèi)源性氣體，腸道厭氧微生物每天產(chǎn)生的氫氣達(dá)到12 L，大多數(shù)在腸道內(nèi)即被細(xì)菌轉(zhuǎn)化為硫化氫、甲烷和乙酸，終末呼出的氫氣濃度可達(dá)5～10 ppm［101］。通過氫呼出試驗（hydrogen breath test，HBT）測定人體呼出氣體中氫氣的濃度，成為檢測胃腸道功能的一種方法［102］。通過呼吸、飲用或注射攝取的氫氣遠(yuǎn)低于胃腸道的氫氣產(chǎn)量，但補充氫氣具有明顯的保護效應(yīng)，這種人體具備生成氫氣的能力與需要攝入外源性氫氣進(jìn)行疾病治療之間存在矛盾，需要進(jìn)一步研究。此外，誘導(dǎo)胃腸道（如攝入阿卡波糖、果糖、姜黃、牛奶等）促進(jìn)腸道微生物產(chǎn)氫有助于部分疾病的治療，如Kajiya等［103］為動物補充產(chǎn)氫細(xì)菌，誘導(dǎo)胃腸道產(chǎn)生更多氫氣對刀豆蛋白A誘導(dǎo)的肝炎具有治療作用，而用抗生素殺滅細(xì)菌，這種效應(yīng)則完全消失。但由于產(chǎn)生的氫氣局限于消化道，適用的疾病種類有限，且受個體生理狀況影響［86］。在腫瘤的氫氣治療領(lǐng)域，這些方法均有重要的參考價值。

6 小結(jié)

目前，隨著氫氣在新型冠狀病毒肺炎等呼吸道疾病領(lǐng)域的臨床應(yīng)用，氫氣的安全性和醫(yī)學(xué)效果得到了有效驗證，氫氣在其他疾病治療方面的臨床研究也正在廣泛開展，我國的氫醫(yī)學(xué)在國際上處于引領(lǐng)地位。隨著相關(guān)吸氫設(shè)備的發(fā)展和標(biāo)準(zhǔn)化，以及氫氣在不同疾病治療領(lǐng)域的研究深入，氫氣抗腫瘤研究需要不斷加大投入。首先，氫氣抗腫瘤研究的當(dāng)務(wù)之急是發(fā)現(xiàn)氫氣抗腫瘤的確切機制，需要更多的基礎(chǔ)和臨床實驗來進(jìn)一步證實氫氣的作用，從分子水平明確其發(fā)揮作用的機制。氫氣抗氧化機制只是氫氣作用的一個方面，可能還存在其他作用方式。目前由氫分子介導(dǎo)的直接與間接信號通路研究尚處于探索階段，氫氣到底是廣譜抗腫瘤，還是對特定腫瘤有療效，還需要進(jìn)一步確定。其次，腫瘤組織的異質(zhì)性對給氫方式提出了新的要求，也是限制氫氣療效的關(guān)鍵因素。因此，針對腫瘤的病理學(xué)特征開發(fā)合適的氫氣遞送系統(tǒng)也是重要的研究方向，同時要盡快摸清氫氣的劑量效應(yīng)關(guān)系?？傊瑲錃庠谀[瘤防治領(lǐng)域有很大的潛力，值得深入研究。