氢分子机制学习笔记之五

活性氧的过量产生或内源性抗氧化能力受损导致活性氧的积聚。活性氧和抗氧化系统之间的不平衡导致氧化应激，过多活性氧会损伤细胞。持续的氧化应激被认为是包括癌症在内的许多常见疾病的原因之一。

辐射诱发心脏病发病率的增加强调了寻找新的治疗靶点以减轻辐射对心脏的负面影响的必要性。

氢在预防和治疗应用中具有作为抗氧化剂的潜力。在受辐射损伤的大鼠心脏中，氢分子导致MDA和TNF-α水平显著降低，并且miRNA几乎恢复到对照水平。

Ohsawa等人使用了一种急性大鼠模型，其中通过局部缺血和再灌注在脑中诱导氧化应激损伤。吸入氢气体通过缓冲氧化应激的影响显著抑制脑损伤。氢可以用作有效的抗氧化疗法；由于其快速跨膜扩散的能力，它可以到达细胞毒性ROS并与之反应，从而防止氧化损伤（Ohsawa, et al. 2007.）。

活性氧是糖尿病皮肤病变发展的重要因素。一种新的抗氧化剂氢可以选择性中和无细胞系统中的羟基自由基和过氧亚硝酸盐（ONOO（-），而它很少与其他活性氧反应。成纤维细胞是皮肤的关键组成部分。氢选择性抗氧化可以缓解植物的某些病理过程，并保持水果的新鲜度。

Yu等人研究了富氢培养基在氧化应激下对人皮肤成纤维细胞的保护作用。共聚焦显微镜用于测定细胞内超氧阴离子浓度和线粒体膜电位。使用细胞计数试剂盒-8（CCK-8）测定细胞活力。还测量了细胞丙二醛、超氧化物歧化酶、谷胱甘肽、8-羟基-2'-脱氧鸟苷和3-硝基酪氨酸（3-NT）的浓度。结果表明，甘露醇和高糖均可引起人皮肤成纤维细胞的氧化应激。

富氢培养基保护人皮肤成纤维细胞免受高糖或甘露醇诱导的氧化损伤。氢可以用于治疗糖尿病引起的皮肤病。

富氢盐水通过减少氧化应激改善淀粉样β诱导的阿尔茨海默病大鼠模型的记忆功能

Li等人检测富氢盐水是否能减少大鼠模型中β-淀粉样蛋白（Abeta）诱导的神经炎症和学习记忆障碍。S-D雄性大鼠（n=84280-330g）被分为三组，假手术组、注射Abeta1-42组和注射Abeta2-42加富氢盐水治疗组。在侧脑室注射Abeta1-42后14天内注射富氢盐水（5ml/kg，i.p.，每日）。通过生化和ELISA分析评估MDA、IL-6和TNF-α的水平。采用Morris水迷宫和旷场任务分别评估记忆障碍和运动障碍。LTP检测电生理变化，HNE和GFAP免疫组化检测氧化应激和神经胶质细胞活化。注射Abeta1-42后，脑组织中的MDA、IL-6和TNF-α水平升高，富氢盐水治疗抑制了MDA、IL-6和TNF-α浓度。富氢盐水治疗改善了Morris水迷宫，增强了Abeta1-42阻断的海马LTP。此外，富氢盐水处理还降低了Abeta2诱导的海马HNE和GFAP的免疫反应性。综上所述，富氢盐可以预防Abeta诱导的神经炎症和氧化应激，这可能有助于改善该大鼠模型中的记忆功能障碍。

Li J, Wang C, Zhang JH, Cai JM, Cao YP, Sun XJ. Hydrogen-rich saline improves memory function in a rat model of amyloid-beta-induced Alzheimer’s disease by reduction of oxidative stress. Brain Research. 2010;1328:152–161.

氢影响细胞膜上不饱和脂肪酸的自由基链式反应，并改变其脂质过氧化过程。在体外存在或不存在氢的情况下产生的空气氧化磷脂，在添加到培养基中时会产生不同的细胞内信号和基因表达谱。在低氢浓度（至少1.3%）下观察到磷脂的这种异常氧化，表明氢的生物效应可以通过氢暴露下磷脂的异常氧化来解释。脂质过氧化自由基链式反应可能是仅次于自由基清除作用的第二大氢调节因子。

检测富氢盐水是否通过抑制JNK和NF-κB的激活而减少大鼠模型中淀粉样β（Aβ）诱导的神经炎症和氧化应激。Sprague-Dawley雄性大鼠（n=18280-330g）分为三组，假手术组，Aβ1-42注射组和Aβ1-42加富氢盐水治疗组。脑室内注射Aβ1-42后，连续10天注射富氢盐水（每天静脉注射5ml/kg）。通过ELISA分析评估IL-1β的水平，通过免疫组织化学在脑切片中评估8-OH-dG，通过免疫组化和western印迹评估JNK和NF-κB的水平。β1-42注射后，脑组织中IL-1β、8-OH-dG、JNK和NF-κ。富氢盐水可能通过抑制c-Jun-NH的激活来预防Aβ诱导的神经炎症和氧化应激₂-末端激酶（JNK）和核因子-κB（NF-κB）在该大鼠模型中的表达。

Wang C, Li J, Liu Q, et al. Hydrogen-rich saline reduces oxidative stress and inflammation by inhibit of JNK and NF-κB activation in a rat model of amyloid-beta-induced Alzheimer’s disease. Neuroscience Letters. 2011;491(2):127–132. 

吸入氢气改善移植诱导的肠移植损伤中的氧化应激

小肠移植（SITx过程中的缺血/再灌注损伤经常导致运动障碍、炎症和器官衰竭等并发症。最近的证据表明，吸入氢气可以消除有毒的羟基自由基。在Lewis大鼠中进行同基因原位小肠移植，冷缺血时间为3小时。供体和受体均接受围手术期空气或2%氢气吸入。小肠移植导致术后24小时胃肠转运延迟，空肠环肌收缩活动减少。氢处理显著改善了胃肠道转运，以及空肠平滑肌的收缩能力。氢可减轻移植诱导的炎性介质CCL2、IL-1β、IL-6和TNFα的上调。围手术期氢气给药可能是治疗肠I/R损伤的有效且临床适用的治疗策略。

Buchholz BM, Kaczorowski DJ, Sugimoto R, et al. Hydrogen inhalation ameliorates oxidative stress in transplantation induced intestinal graft injury. American Journal of Transplantation. 2008;8(10):2015–2024. 

氢和N-乙酰-L-半胱氨酸拯救小鼠角膜碱烧伤模型中氧化应激诱导的血管生成

Kubota等人研究活性氧在角膜碱损伤后血管生成反应中的作用，并观察抗氧化剂在预防血管生成中的作用。应用0.15N NaOH去除SOD-1缺陷小鼠和野生型小鼠的角膜上皮，建立碱烧伤动物模型。通过二氢乙啶（DHE）荧光半定量测定活性氧产生。通过CD31免疫组织化学观察血管生成。观察了特异性NF-κB抑制剂DHMEQ、抗氧化剂N-乙酰-L-半胱氨酸和氢溶液的作用。角膜碱损伤后立即产生活性氧，DHE荧光增强。NF-κB激活和血管内皮生长因子和单核细胞趋化蛋白-1上调显著增强，导致血管生成面积显著增大。SOD-1-/-小鼠角膜中的血管生成在WT小鼠中显著增加，证实了活性氧的作用。在WT和SOD-1-/-小鼠中，用特异性NF-κB抑制剂DHMEQ或抗氧化剂NAC预处理通过下调NF-εB途径显著减少角膜血管生成。用氢（氢）溶液冲洗角膜可显著减少碱烧伤后的血管生成。

Kubota M, Shimmura S, Kubota S, et al. Hydrogen and N-acetyl-L-cysteine rescue oxidative stress-induced angiogenesis in a mouse corneal alkali-burn model. Investigative Ophthalmology and Visual Science. 2011;52(1):427–433.