氫氣在神經(jīng)損傷修復(fù)治療中作用機(jī)制的研究進(jìn)展

1、氫氣在神經(jīng)損傷修復(fù)治療中作用機(jī)制的研究進(jìn)展     氫氣在神經(jīng)損傷修復(fù)治療中作用機(jī)制的研究進(jìn)展辛月嬌，張一丁，鄒庚藝，王璽，楊寶成，倪虹*作者簡介：辛月嬌，（1990-）女 南開大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)本科在讀。通信聯(lián)系人：倪虹，（1967-） 男，副教授，主要研究方向：應(yīng)激與疾病。 E-mail:  的治療效果。本文主要從三個方面闡述氫氣在神經(jīng)系統(tǒng)損傷修復(fù)中的治療機(jī)制。1 直接抑制氧化應(yīng)激反應(yīng)目前，關(guān)于氫氣抑制氧化應(yīng)激反應(yīng)的機(jī)制，得到較廣泛認(rèn)可的一個學(xué)說是：氫氣可通過選擇性清除毒性自由基（主要是 OH 和ONOO-）來減輕氧化應(yīng)激造成的損傷5-

2、9。45 自由基是帶有孤電子對的原子，分子或離子的暴露形式，其帶有的孤電子對造成了活潑原子團(tuán)的高反應(yīng)性，可發(fā)生瀑布式反應(yīng)，主要分為活性氧自由基(ROS)和活性氮自由基(RNS)兩大類。正常生理狀態(tài)下，體內(nèi)存在的酶和非酶抗氧化系統(tǒng)可拮抗氧化性較弱的自由基，如NO 和H2O2。對于 OH 和ONOO-這些氧化性極強(qiáng)，會對機(jī)體造成嚴(yán)重?fù)p傷的自由基，機(jī)體本身卻缺乏有效的清除手段。在神經(jīng)損傷發(fā)生的氧化應(yīng)激反應(yīng)中，此種毒性自由基可嚴(yán)重50 損傷神經(jīng)元，使神經(jīng)元大量凋亡。由此可見，發(fā)生神經(jīng)損傷時(shí)需要補(bǔ)充外源性抗氧化劑來彌補(bǔ)自身抗氧化系統(tǒng)功能的不足，并且外源性抗氧化劑的選擇性極為重要。神經(jīng)系統(tǒng)因其特殊的生理結(jié)

3、構(gòu)與功能極易為自由基所損害。腦組織氧負(fù)荷重，耗氧量約占人體總耗氧量的20%，由此產(chǎn)生大量的自由基，且因腦內(nèi)Fe3+含量豐富，在代謝過程中會生成大量 OH。這些生成的自由基（尤其是毒性自由基）會攻擊腦內(nèi)大量存在的不飽和雙55 鏈脂肪酸，破壞腦組織的正常結(jié)構(gòu)和功能。另一方面，腦組織卻因氧化酶含量偏低且分布不均勻?qū)е伦陨砜寡趸芰^差，不能很好地抵抗氧化應(yīng)激的損害10。由于神經(jīng)細(xì)胞分化程度高，分裂、增殖、自我修復(fù)能力差，一旦發(fā)生損傷，難以完全恢復(fù)。故而，能否有效抑制氧化應(yīng)激反應(yīng)的發(fā)生是神經(jīng)損傷修復(fù)的關(guān)鍵。氫氣作為小分子量還原性生理惰性氣體，可以在組織內(nèi)廣泛擴(kuò)散并達(dá)到靶器官的亞細(xì)胞60 結(jié)構(gòu)11，既不

4、與體內(nèi)生命物質(zhì)反應(yīng)又可以通過選擇性清除毒性自由基發(fā)揮抗氧化作用，達(dá)到緩解氧化應(yīng)激損傷的目的。2007 年，Ohsawa 等人發(fā)現(xiàn)動物吸入2%的氫氣就可有效清除自由基，顯著改善腦缺血再灌注損傷。這一研究成果正式將氫氣引入治療神經(jīng)損傷的研究范疇，激起了很多科學(xué)家的研究興趣。他們在細(xì)胞離體培養(yǎng)條件下證明，氫氣可選擇性地清除 OH 和ONOO-，并在小鼠急性腦缺血再灌注實(shí)驗(yàn)中明顯減輕了小鼠腦部因缺血缺氧誘發(fā)的65 損傷12。2008 年，Yasunori Sato 等人敲除老鼠的SMP30/GNL 基因，該基因敲除的老鼠不能正常合成維生素C，而維生素C 是大腦中最重要的抗氧化物質(zhì)，此種老鼠大腦因缺乏正

5、常的抗氧化機(jī)制，而易受氧化損傷。在隨后的腦缺血再灌注實(shí)驗(yàn)中，飼喂氫飽和水的老鼠腦內(nèi)形成的過氧化物比飼喂純水的老鼠低27.2%13。2008年，Cai等人利用經(jīng)典的Rice-Vannucci模型研究氫氣在新生大鼠腦缺血中的神經(jīng)保護(hù)作用。結(jié)果顯示，在缺血缺氧的24h 后檢測腦70 組織中的丙二醛（MDA）含量，發(fā)現(xiàn)模型組明顯高于對照組，而腹腔注射氫飽和生理鹽水后可以明顯降低缺血缺氧造成的MDA 含量升高14。而Kei-ichi Fukuda 的實(shí)驗(yàn)組在實(shí)驗(yàn)中證明吸入氫氣可將受缺血再灌注損傷的肝細(xì)胞內(nèi)的MDA 水平降低至接近正常15。楊秀艷等人也發(fā)現(xiàn)，氫飽和生理鹽水可降低學(xué)習(xí)障礙模型大鼠血清中MDA

6、 的含量水平16。由上述實(shí)驗(yàn)可見，氫氣對于毒性自由基（主要是 OH 和ONOO-）有選擇性清除能力，75 毒性自由基的減少,可大大緩解氧化應(yīng)激造成的神經(jīng)損傷。2 抑制炎癥反應(yīng)氧化應(yīng)激可以刺激機(jī)體產(chǎn)生免疫炎癥反應(yīng)。此反應(yīng)雖有利于清除受損凋亡的神經(jīng)元，是機(jī)體的一種自我保護(hù)性免疫反應(yīng)，但其在一定程度上也增加了凋亡細(xì)胞的數(shù)量，加重了神經(jīng)組織的損傷。 80 小膠質(zhì)細(xì)胞在神經(jīng)系統(tǒng)中充當(dāng)著免疫細(xì)胞的角色，小膠質(zhì)細(xì)胞的激活可以引起神經(jīng)系統(tǒng)的炎癥反應(yīng)14。Iba1 被認(rèn)為是小膠質(zhì)細(xì)胞的標(biāo)志17，其表達(dá)的增多見于神經(jīng)元細(xì)胞凋亡和中樞運(yùn)動性神經(jīng)元和感覺的受損退化18，故Iba1 的含量可以作為衡量神經(jīng)組織

7、炎癥反應(yīng)強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)。Cai 等人在缺血缺氧24h 后利用免疫組化技術(shù)檢測鈣結(jié)合蛋白Iba1 的表達(dá)，氫氣飽和生理鹽水的腹腔注射可明顯減少樣品陽性細(xì)胞的數(shù)目，同時(shí)細(xì)胞凋亡蛋白酶-385 （caspase-3）的活性也顯著下降14。另外，南京軍區(qū)總醫(yī)院麻醉科的研究人員檢測了全腦缺血再灌注的四動脈模型發(fā)現(xiàn)，給予氫飽和生理鹽水腹腔注射有效地減少了TNF-、IL-6、NF-B 等炎癥反應(yīng)相關(guān)因子的含量19。第二軍醫(yī)大學(xué)的徐拯，通過角叉菜膠誘導(dǎo)大鼠足腫脹的模型研究，發(fā)現(xiàn)氫生理鹽水能夠顯著抑制炎癥局部中性粒細(xì)胞的浸潤，抑制被LPS 激活的巨噬細(xì)胞分泌TNF-，減少90 其TNF-的mRNA 水平20。而這些

8、效應(yīng)很可能是通過清除羥自由基、亞硝酸陰離子等自由基來實(shí)現(xiàn)的。在很多實(shí)驗(yàn)中，氫氣表現(xiàn)出了抑制炎癥反應(yīng)和細(xì)胞保護(hù)的作用，推測其機(jī)制可能是氫氣能通過減輕炎癥反應(yīng)來減少細(xì)胞凋亡21-23。由此可推測氫氣能通過減少神經(jīng)元的的凋亡來間接抑制神經(jīng)瘢痕的形成，即減少了神經(jīng)再生連接過程中的阻礙，最終發(fā)揮促進(jìn)神經(jīng)損傷修復(fù)95 的作用。3 氣體信號分子作用2009 年，Tomohiro Itoh 等人研究發(fā)現(xiàn)，氫分子可以抑制FcRI 調(diào)節(jié)的細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，并通過抑制肥大細(xì)胞脫顆粒來保護(hù)急性過敏反應(yīng)24。鄭興鋒等人利用四氯化碳構(gòu)造肝損傷模型，證明富氫鹽水的肝細(xì)胞保護(hù)作用可能與抑制MAPK 信號通路有關(guān)25。這些發(fā)現(xiàn)

9、100 提示氫氣可能是一種繼CO、H2S、NO 之后的全新的氣體信號分子。據(jù)此可推測，氫氣的神經(jīng)損傷修復(fù)作用還可能存在著細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制。雖然氫氣在神經(jīng)系統(tǒng)中是否作為一種氣體信號分子尚無定論，并且其作用機(jī)制也不甚明了，但是這種可能性的存在為我們的研究提供了一個嶄新的方向，并很有可能成為氫分子生物學(xué)上里程碑式的發(fā)現(xiàn)。105 4 展望將氫氣作為一種全新的臨床治療性抗氧化劑有著獨(dú)特優(yōu)勢，并已經(jīng)在諸多動物模型實(shí)驗(yàn)中有所體現(xiàn)，但目前有關(guān)于氫氣應(yīng)用于人體及臨床治療的研究較少，其在體內(nèi)作用機(jī)制尚未十分明確，仍需進(jìn)行大量有關(guān)氫氣應(yīng)用于臨床治療及人體的實(shí)驗(yàn)研究，并擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)樣本數(shù)，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)隨機(jī)性，以進(jìn)一步明確其作用機(jī)制，更好地掌握針對不同類型神經(jīng)損傷的用藥量、110 給藥時(shí)間及持續(xù)時(shí)間，以使其發(fā)揮最大的治療作用。另外，尋求一種更加安全便捷的給藥方式也是將氫氣治療作用應(yīng)用于臨床的有待解決的問題之一。將氫氣作為一種全新的臨床治療性抗氧化劑有著獨(dú)特優(yōu)勢，并已經(jīng)在諸多動物模型實(shí)驗(yàn)中有所體現(xiàn)，但目前有關(guān)于氫氣應(yīng)用于人體及臨床治療的研究較少，其在體內(nèi)作用機(jī)制尚未十分明確，仍需進(jìn)行大量有關(guān)氫氣應(yīng)用于臨床治療及人體的實(shí)驗(yàn)研究，并擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)樣本數(shù)，115 增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)隨機(jī)性，以進(jìn)一