Heme oxygenase-1 mediates the anti-inflammatory effect of molecular hydrogen in .pdf

氢气通过血红素加氧酶1发挥抗炎作用.docx

博主感言：2007年后发现小剂量氢气的生物学效应以来，国际上发表相关学术论文已经接近500篇，研究几乎涉及到所有重要器官的重要疾病，如具有潜在治疗效果的糖尿病、动脉硬化、脂肪肝、肝硬化、老年性痴呆、帕金森病、溃疡性结肠炎、类风湿性关节炎、出血和缺血性脑血管疾病、抑郁症、各种器官缺血性损伤、器官抑制、恶性肿瘤化疗副作用、炎症性皮肤病、眼底病变和眼部炎症性疾病、耳聋、过敏性哮喘和皮肤过敏、一氧化碳中毒和窒息导致的中枢神经系统病变等等。更有意思的是中国植物生理学家研究发现氢气对植物抗病和生理调节的作用也十分巨大。由于氢气的安全性十分巨大，有效性十分确定，尽管不可能对上述人类疾病全部都具有理想的治疗效果，但均值得尝试性使用。中国已经进入老年社会，慢性疾病已经给中国医疗系统带来巨大的负担和挑战。经过最近6年的不断探索和系统研究，中国学者在这个领域已经遥遥领先，目前参与这一研究的学者已经超过300人，承担的国家自然科学基金达到31项，发表的学术论文已经达到250多篇，通过氢气效应研究的获得硕士博士学位已经超过40位。在广大同行的支持下，我们已经在上海成立了中国第一个氢气学术研究组织，并计划成立全国性学术组织，以进一步促进该领域的快速健康发展。

经过这些年的不断努力，我们越来越坚信，氢气等生物学效应气体将会在这场人类和慢性病作斗争的战役中发挥无法取代的重要作用。

氢气的生物学效应包括选择性抗氧化、抗炎症和抗细胞凋亡。但目前对氢气的这些作用的分子机制仍缺乏证据。采用细胞学手段研究氢气生物学效应的本质不失为一种理想的手段。血红素加氧酶（英语：Heme oxygenase；HO）是一种催化血红素降解的酶。此反应生成胆绿素、铁与一氧化碳。此反应可发生于任何细胞。经典例子莫过于瘀斑形成，当它逐渐痊愈时会经历这样的变色过程：红色的血红素变为绿色的胆绿素再变为黄色的胆红素。在正常生理学情况下，血红素加氧酶的活性在脾中是最高的，在其中衰老的红细胞被隔离起来并被销毁。现已发现三种血红素加氧酶的亚型。血红素加氧酶1（HO-1）是一种诱导亚型，它对应激做出反应：如氧化应激、缺氧、重金属、细胞因子等。血红素加氧酶2（HO-2）是一种在稳态时即表达的组成亚型。HO-1与HO-2都在体内无所不在地被表达出来并且具有催化活性。第三种血红素加氧酶（HO-3）不具有催化活性，但常认为它被作为氧传感来使用。HO-1一般认为具有抗氧化作用，其代谢产物一氧化碳和胆绿素也具有抗氧化活性。因此经常作为抗氧化研究的分子标志。也有相反的观点认为，该分子可能具有促进氧化损伤的效应。

最近，来自天津医科大学谢克亮研究组的一项研究表明，氢气或许可上调炎症细胞血红素加氧酶发挥抗炎症作用，该研究采用细菌脂多糖（内毒素或LPS）诱导的RAW 264.7 巨噬细胞炎症反应为模型。

RAW 264.7巨噬细胞加入LPS(1μg /毫升)，分别用氢气和不含氢气的培养进行干预。MTT法测定细胞存活率、乳酸脱氢酶(LDH)释放作为细胞损伤标志、收集不同时间点细胞上清液测定炎性细胞因子(TNF-α,IL-1β,HMGB1和IL-10)作为炎症反应的标志、同时监测HO-1蛋白表达和活性。用HO-1阻断剂锌原卟啉处理确定HO-1在氢气抗炎症效应种的作用。

研究结果发现，单独使用氢气处理不影响细胞生存，也不会造成细胞损伤。但氢气处理可以剂量依赖性减少RAW 264.7巨噬细胞LPS诱导3、6、12和24小时后促炎因子TNF-α, IL-1β, HMGB1的释放。也可以剂量依赖性提高抑炎因子IL-10的释放。同时可以剂量依赖性增加HO-1蛋白表达和活性。用锌原卟啉处理细胞阻断HO-1后可取消氢气的上述作用。

研究结果提示，氢气对巨噬细胞激活具有抑制作用，该作用可能是通过上调HO-1实现的。该论文目前在线发表在Int J Surg。

天津医科大学是国际上从事氢气对脓毒症保护效应研究最深入最全面的小组，先后获得氢气相关国家自然科学基金3项，先后在《休克》等国际重要学术期刊发表氢气相关学术论文10余篇。在国际上率先证明氢气对脓毒症潜在治疗作用，并证明这种治疗作用和氢气诱导内源性抗氧化系统有密切关系。他们的系列研究受到国际上的广泛关注和认可，给建立中国氢气生物学效应的国际地位作出了突出贡献。

Int J Surg. 2013 Oct 19. pii:S1743-9191(13)01080-7. doi: 10.1016/j.ijsu.2013.10.007. [Epub ahead of print]

Heme oxygenase-1 mediates the anti-inflammatoryeffect of molecular hydrogen in LPS-stimulated Raw 264.7 macrophages. Chen HG,Xie KL, Han HZ, Wang WN, Liu DQ, Wang GL, Yu YH.

Department of Anesthesiology, Tianjin Instituteof Anesthesiology, General Hospital of Tianjin Medical University, Tianjin300052, China.

Molecular hydrogen (H2) as a new medical gas hasan anti-inflammatory effect. In the present study, we investigated whether hemeoxygenase-1 (HO-1) contributes to the anti-inflammatory effect of H2 inlipopolysaccharide (LPS) -stimulated RAW 264.7 macrophages.

RAW 264.7 macrophages were stimulated by LPS (1μg/ml) with presence or absence of different concentrations of H2. Cellviability and injury were tested by 3-(4,5)-dimethylthiahiazo(-z-y1)-3,5-di-phenytetrazoliumromide (MTT) assay and lactate dehydrogenase(LDH) release, respectively. The cell culture supernatants were collected tomeasure inflammatory cytokines [TNF-α, IL-1β, HMGB1 (high mobility group box-1)and IL-10] at different time points. Moreover, HO-1 protein expression andactivity were tested at different time points. In addition, to further identifythe role of HO-1 in this process, zinc protoporphyrin (ZnPP)-IX, an HO-1inhibitor, was used.

H2 treatment had no significant influence oncell viability and injury in normally cultured RAW 264.7 macrophages. Moreover,H2 treatment dose-dependently attenuated the increased levels ofpro-inflammatory cytokines (TNF-α, IL-1β, HMGB1), but further increased thelevel of anti-inflammatory cytokine IL-10 at 3 h, 6 h, 12 h and 24 h after LPSstimulation. Furthermore, H2 treatment could also dose-dependently increase theHO-1 protein expression and activity at 3 h, 6 h, 12 h and 24 h inLPS-activated macrophages. In addition, blockade of HO-1 activity with ZnPP-IXpartly reversed the anti-inflammatory effect of H2 in LPS-stimulatedmacrophages.

Molecular hydrogen exerts a regulating role inthe release of pro- and anti-inflammatory cytokines in LPS-stimulatedmacrophages, and this effect is at least partly mediated by HO-1 expression andactivation.