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氢气生物学领域的经典文献

已有 3870 次阅读 2014-3-26 16:40 |个人分类:氢气生物学书|系统分类:科普集锦

 

一、高压氢治疗恶性肿瘤

这是目前发现最早关于氢气抗氧化的文献报道,更令人称奇的是,这一研究早在1975年发表在国际著名杂志《科学》上,研究内容竟然是利用高压氢气的抗氧化作用来治疗皮肤鳞状细胞癌。这一文献发表后就被埋没,主要原因是采用的研究技术需要使用潜水医学设备,而且具有非常大的操作难度。其实关于把高压氢气作为一种治疗疾病的手段,但目前仍没有太多证据。因此,这一研究目显然具有非常强的前瞻性。在肿瘤治疗面临许多困难的现在仍具有参考价值和深入研究的必要。当然对氢气分子生物学来将,目前大家都把眼光放在容易实现的小剂量效应机制和应用的研究上。

Dole M, Wilson FR, Fife WP.Hyperbaric hydrogen therapy: a possible treatment for cancer. Science. 1975 Oct 10;190(4210):152-4.

 二、氢气选择性抗氧化

本文属于氢气分子生物学领域的开山文献,从事该方向的学者必须全文反复阅读该文献。20077月,日本医科大学学者在《自然医学》报道,动物呼吸2%的氢气就可有效清除自由基,显著改善脑缺血再灌注损伤,他们采用化学反应、细胞学等手段证明,氢气溶解在液体中可选择性中和羟自由基和亚硝酸阴离子,而后两者是氧化损伤的最重要介质,目前体内尚未找到内源性特异性清除途径。因此认为,氢气治疗脑缺血再灌注损伤的基础是选择性抗氧化作用(Ohsawa et al. 2007)。日本学者的研究迅速引起广泛关注(已被引用300余次)并引起了研究氢气治疗疾病的热潮(目前国际上已发表290篇相关研究论著),日本医科大学老年病研究所在日本著名氢气水制造蓝水星公司资助下,专门建立了氢分子生物学研究室。随后,该研究组又用肝和心肌缺血动物模型,证明呼吸2%的氢气可治疗肝和心肌缺血再灌注损伤(Fukuda et al. 2007Hayashida et al. 2008)。采用饮用饱和氢气水通过消化道吸收氢气的方法,也发现可治疗应激引起的神经损伤、人类II型糖尿病、小鼠基因缺陷慢性氧化应激损伤和化疗药顺铂引起的肾损伤(Ohsawa et al. 2008Kajiyama et al. 2008Sato et al. 2008Nagata et al. 2009 Nakashima-Kamimura et al. 2009)。美国匹斯堡大学国际著名的器官移植中心的研究证明,呼吸2%的氢可治疗小肠移植引起的炎症损伤(Buchholz et al. 2008),对小肠缺血和心脏移植后损伤同样具有保护作用。我们课题组也证明,呼吸2%的氢可治疗新生儿脑缺血缺氧损伤(Cai et al. 2008)。而通过注射氢气生理盐水的方法,我们和国内多家单位合作,先后证明氢气对老年性痴呆、急性胰腺炎、胆管阻塞后肝损伤、动脉硬化、糖尿病、视网膜病变、心脏体外保存、脑和脊髓创伤等多种损伤和疾病中的治疗作用。这些研究说明,作为一种选择性抗氧化物质,氢对很多疾病具有治疗作用,具有十分广泛的应用前景,也彻底推翻了氢气属于生理性惰性气体的观点。

该论文有许多研究内容并没有在正文中呈现,但这些研究内容仍非常有价值。因此为全面了解该文献的价值和意义,对附件的内容也应该全面阅读。关于该文献,需要注意一些问题。

首先是细胞学研究,作者采用荧光方法研究超氧阴离子和过氧化氢,水平,结果发现都出现了一定程度的下降,虽然没有统计学意义,但是需要注意的是,氢气可能能引起这些物质的改变,没有统计学差异可能是因为检测手段不够精确。如果可以进行活体连续检测,结果就可能完全不同。当细胞受到损伤时,损伤本身也会影响检测结果,因为细胞损伤后自由基也出现改变,而这种因为损伤导致的改变需要认真分析,到底是如何影响,程度如何。利用几个细胞来检测,可能存在灵敏度不足问题。自由基测定如果有细胞内空间分布的检测方法,可能可获得更重要的信息,也将更有意义。关于自由基的信号问题,本人认为,从钙离子的情况来分析,是否自由基也存在这样的可能,正常自由基的水平也是一种动态的改变,存在震荡波,如果能把这个记录下来,将是一个非常有意思的现象。氢虽然不能影响其震荡频率,可能会影响震荡幅度,会影响高锋时刻引起的损伤性改变。其次,氢气对正常动物生理功能的影响,少数动物某些生理指标出现改变,这需要引起关注。最后,为证明氢在体内被应用,本研究采用动静脉血液氢水平检测,这个方法并不准确,即使氢气不被组织消耗,也会出现文章中同样结果。因为氢气具有单向扩散的可能,当氢气经过组织扩散到淋巴或者直接经过头皮扩散到空气都是会发生的。证明氢气可以被组织利用的方法应是比较缺血与非缺血两种情况,看是否存在不同改变。如果氢气的消耗是因为中和自由基,缺血组动物静脉血氢气的浓度下降将更明显。

Ohsawa I, Ishikawa M, Takahashi K, Watanabe M, Nishimaki K, Yamagata K, Katsura K, Katayama Y, Asoh S, Ohta S. Hydrogen acts as a therapeutic antioxidant by selectively reducing cytotoxic oxygen radicals. Nat Med. 2007 Jun;13(6):688-94

三、氢气抗炎症作用

日本的论文发表后, 肯定引起了这个实验室的关注。巧合地是,该课题组负责人也是一个日本学者Nakao。他们在国际上率先发表了氢气治疗器官移植的研究论文。这个实验室过去一直是用呼吸一氧化碳研究其抗氧化的,当看到氢的研究,自然很容易开展这样的工作。因为他们不仅有思路上的延续性,而且有技术条件。美国匹斯堡大学器官移植中心在国际上最著名的是关于各类器官移植的试验和应用研究。他们的这一研究证明,呼吸2%的氢可治疗小肠移植引起的炎症损伤。这也正是该研究最重要的发现,就是首次清楚证明了氢气具有抗炎症的效应。当然,抗氧化和抗炎症本身存在紧密联系,甚至有人认为活性氧就是一类炎性因子,抗活性氧本身就可以抗炎症。尽管如此,从实验证据角度,这是首先获得氢气具有抗炎症的证据。

Buchholz BM, Kaczorowski DJ, Sugimoto R, Yang R, Wang Y, Billiar TR, McCurry KR, Bauer AJ, Nakao A. Hydrogen inhalation ameliorates oxidative stress in transplantation induced intestinal graft injury. Am J Transplant. 2008;8(10):2015-24.

四、氢气通过诱导肝脏FGF21促进能量代谢治疗肥胖

这个文献属于经典文献的原因有三个,一是来自首先发现氢气生物学效应的日本医科大学;二是首先发现肝脏FGF21可以受到氢气的影响;三是发现氢气具有减肥效果。

日本医科大学太田成男教授小组又发关于氢气治疗疾病的重要文章,2007年他们是国际上首先证明氢气通过选择性抗氧化治疗中风,该实验室是日本医科大学老年病研究所,过去主要从事线粒体与氧化损伤方面的研究,研究的疾病主要包括脑血管疾病、代谢性疾病、神经退行性疾病如老年性痴呆、巴金森病等。最近几年他们围绕氢气对上述疾病的治疗,开展了大量非常深入的系统研究。

本研究是发现氢气具有减肥作用,也是非常吸引人的研究课题,2年前他们发现这个效应后,就已经申请了氢气具有减肥作用的国际专利。

本研究发表在国际著名《肥胖》杂志,研究的内容非常丰富,首先他们研究发现氢气水可以促进肝脏糖原的聚集,初步可以解释为什么短时间给氢气对许多疾病具有很强的治疗效果。然后他们用缺乏瘦素受体的db/db小鼠,证明氢气可以治疗二型糖尿病,对正常高脂饮食引起动物脂肪肝也具有显著治疗效果,长期饮用氢气水可以在不减少饮食饮水量的条件下降低动物体重,减少体脂肪,也就是说具有减肥作用。同时动物的血糖、胰岛素和甘油三脂都显著下降,这些效果与限制饮食的效果类似。为了研究氢气为什么具有这些令人惊奇的减肥效果,他们采用PCR技术,发现氢气能提高肝脏的一种重要激素成纤维细胞生长因子21FGF21)的表达水平,FGF21的作用是促进脂肪酸和葡萄糖的利用,他们还采用氧消耗对氢气促进代谢的效应进行了验证。研究提示,氢气可能是对治疗糖尿病、代谢综合征和肥胖具有潜在的价值。这个研究也再次深化了氢气生物学效应的分子机制,对解释为什么氢气能治疗动脉硬化、中风和神经退行性疾病有重要参考价值。在氢气生物学领域将是一篇具有重要影响的经典文献。

文章中有一个非常意外的研究结果,他们用水、糖原和葡萄糖溶液分别制备含氢气溶液,结果发现,氢气在这三种溶液中的稳定性不一样,释放特别缓慢的是糖原溶液,他们的结论是Thus, it is concluded that H2 can be accumulated and reserved in the liver with glycogen, suggesting that expenditure of glycogen should accompany the release of H2.这个推论近乎荒唐,实际上氢气在各类大分子溶液中的释放速度都必然降低,而且任何气体都符合这个规律,用这个非常明确的物理学规律去解释病理生理学效应,不知道是如何被专家放行的。

Naomi Kamimura, Kiyomi Nishimaki, Ikuroh Ohsawa and Shigeo Ohta. Molecular Hydrogen Improves Obesity and Diabetes by Inducing Hepatic FGF21 and Stimulating Energy Metabolism in db/db Mice. Obesity. 2011;19(7):1396-403

五、氢气生理盐水注射液

2008年,我们刚开始开展氢气治疗疾病的研究时,我们面临着两个问题,一是希望证明氢气的效应是否真的存在,另一个是给动物呼吸混合气体的制备,由于我们没有相关设备,只能请上海标准气体研究所协助,但由于呼吸混合气需要消耗大量气体,给实验带来了许多不便。当我们证明氢气的效应存在时,我们开始考虑如何更简便地给动物氢气,经过多次讨论,我们最终选择制备氢气饱和生理盐水。由于经验不足,刚开始我们制备的氢气溶液效果只能保持1周时间,后来我们经过改进,实现了可以长期保存氢气溶液的技术,给后来的合作研究奠定了重要基础。可以这么说,这一研究的成功将氢气生物学研究规模至少推动了30%。尽管这一研究的内容并不复杂,也没有什么重要的新发现,许多内容都是重复呼吸氢气同样的研究。但这一研究成功解决了氢气生理盐水的制备方面,可以作为这一领域的典型论文。

Cai J, Kang Z, Liu K, Liu W, Li R, Zhang JH, Luo X, Sun X. Neuroprotective effects of hydrogen saline in neonatal hypoxia-ischemia rat model. Brain Res. 2009 Feb 23;1256:129-37

六、内源性氢气的作用

 关于内源性氢气治疗疾病比较充分的理由是来自美国哈弗大学波士顿儿童医院的研究。该研究主要是分析大肠内细菌产生的氢气是否具有肝脏保护作用。研究采用刀豆素A诱导的肝脏损伤模型,刀豆素A是从刀豆种子中提取的一种外源性植物血凝集素,可结合吡喃葡萄糖苷、吡喃甘露糖苷和呋喃果糖苷。这些都是细胞膜糖蛋白共有的成分,所以可结合糖蛋白。由于注射刀豆素A可以诱导肝脏组织炎症和细胞坏死,经常作为肝炎的化学诱导模型。研究包含三个方面的研究,首先是确定正常大肠细菌是否具有保护肝脏损伤的作用。实验动物年龄为8-10周雄性C57BL/6j小鼠,首先让动物连续3天随意饮用含磺胺甲噁唑8 mg/ml和甲氧苄氨嘧啶1.6 mg/ml两种抗生素的水,然后连续2天饮用无抗生素的水,第6天腹腔注射刀豆素A诱导肝炎,氢气检测结果发现动物各类组织中氢气浓度均显著下降,而肝功能在刀豆素A注射15 mg/kg2小时就开始出现明显下降,而正常动物10小时后才出现明显下降。这一研究结果提示,正常动物大肠菌群产生的氢气对肝脏具有保护作用。第二项研究首先让动物连续3天随意饮用含磺胺甲噁唑4 mg/ml、甲氧苄氨嘧啶0.8 mg/ml和氨苄青霉素0.1 mg/m三种抗生素的水,然后连续2天随意饮用含氨苄青霉素0.1 mg/m一种抗生素的水,第6天刀豆素A 15 mg/kg注射前12小时和注射后3小时分别给动物口服氢气饱和水1 ml罐胃。结果发现,口服氢气饱和水可使动物肝脏组织炎症因子肿瘤坏死因子和干扰素于刀豆素注射后26小时显著下降,而肝脏功能在刀豆素注射后6小时比对照组显著改善。研究结果表明,在阻断内源性氢气产生的条件下,外源性氢气对刀豆素A诱导的肝脏损伤后炎症反应和肝功能下降有明显的治疗作用。第三项研究是通过构建可以产生氢气的细菌,观察给动物补充产生氢气大肠细菌是否可以对抗刀豆素A诱导的肝脏损伤。研究首先让动物连续3天随意饮用含磺胺甲噁唑4 mg/ml、甲氧苄氨嘧啶0.8 mg/ml和氨苄青霉素0.1 mg/m三种抗生素的水,然后连续2天随意饮用含氨苄青霉素0.1 mg/m一种抗生素和基因工程改造可以产生氢气或对照细菌的水,结果发现口服基因工程改造可以产生氢气细菌的动物可以产生氢气,并可以对抗抗刀豆素A诱导的肝脏损伤,对照细菌没有保护作用。结果表明,通过补充可以产生氢气的细菌可以重新恢复因抗生素造成的内源性细菌产生氢气的不足失去的肝脏损伤保护效应。这一项研究非常全面地证明了来自大肠细菌产生氢气的生物学效应。

   Kajiya M, Sato K, Silva MJ, Ouhara K, Do PM, Shanmugam KT, Kawai T. Hydrogen from intestinal bacteria is protective for Concanavalin A-induced hepatitis. Biochem Biophys Res Commun. 2009;386(2):316-21.

 



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2 秦勤娟 Allanmu

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