氢气作用机制假说

氢气作用机制假说

3.1氢的作用机制

氢气选择性抗氧化是氢气医学领域公认的假说，几乎所有的学术论文都利用这一假说解释其研究，当然也有少数人不同意这个假说，且该假说也确实存在一些问题没有解释清楚。因此氢气医学效应机制仍然是没有完全弄清楚的问题，值得进一步深入研究和探讨。

尽管氢气确实可以减少体内氧化应激引起的细胞损伤，虽然选择性抗氧化表面看起来很不错，但进一步分析·OH/ONOO和氢气在细胞内反应的生物动力学表明情况可能并非如此。有人也提出上游机制(如铁等金属蛋白的还原) 更可能是氢气发挥作用的基础。如果要验证这一假设和氢气作用的确切机制，还需要进一步的充分实证研究。

除了有害离子和自由基的直接或上游还原作用外，氢气作为核因子红系2相关因子2 (Nrf-2)的调节器，具有进一步的抗氧化潜力。Nrf-2是一种转录因子，已知启动含有启动子序列5 ' -TGACNNNGC-3 '的>200细胞保护基因的遗传转录，被称为抗氧化反应元件(ARE) 。由ARE激活启动的基因包括一组抗氧化酶，包括过氧化氢酶(CAT)、谷胱甘肽(GSH)、超氧化物歧化酶(SOD)和硫氧还蛋白(Thx)。

细胞ROS的主要贡献来源是线粒体电子传递链(ETC)的复合物I和III。超氧阴离子(O 2 −)，由氧气的单电子还原产生的有害离子和自由基的前身分子，也是气态信号分子的前身分子，如过氧化氢。最近由石原等进行的一项研究指出，通过ETC的异常电子流被氢气阻断，这反过来又抑制了在复合体I中超氧阴离子产生。同时，半醌自由基的减少也被证明可以降低复合物III的下游超氧阴离子的产生，导致线粒体膜电位的稳定。吸入2%的氢气在小鼠模型中被证明可以增强线粒体膜电位，增加复合物I活性和随后的ATP生成。此外，与线粒体生物发生相关的生物标志物，例如，Nrf-2，过氧化物酶体增殖物激活受体γ共激活因子1- α (PGC-1α)和线粒体转录因子A (Tfa)的表达也被证实。因此，这表明氢气显示亚细胞水平的多效活性，如图2。

图2 氢气在亚细胞水平的作用。

除了在修复细胞氧化还原环境和提高线粒体稳定性方面的角色，氢气可通过下调促炎分子的基因表达来支持免疫系统，促炎分子会加剧炎症反应。 血红素加氧酶-1 (HO-1)和Nrf-2等抗炎蛋白的同步上调进一步证明了氢气具有多种细胞内效应，但诱导这些效应的具体机制在很大程度上是未知的。先前研究表明，NF-kB上游分子受到氢气的影响，从而对该信号通路产生作用。NF-kB蛋白家族具有相似的同源性，共有300个氨基酸N端DNA结合或二聚域，负责启动炎症因子、趋化因子和粘附蛋白的DNA转录。氢气通过识别一个NF-kB激活的上游事件，推测氢气并非直接与这些蛋白质相互作用。这种抗炎机制可能是直接由氢气与细胞信号事件的相互作用，如蛋白质磷酸化，或通过直接调节氧化应激水平。

3.2 氢气的人体作用

众所周知，氧化应激、代谢失调和炎症是多种疾病病理的基础，包括急性和慢性呼吸系统疾病(分别为COVID-19和COPD)、癌症、代谢性疾病和神经退行性疾病。人们普遍认为氢气在生物系统中有选择地减少氧化和亚硝化应激，并减少细胞的凋亡和炎症反应，尽管目前尚不清楚哪个系统在此有主要影响。氢气是双原子分子，其物理化学性质具有非极性、电化学中性和低分子量的特点，一般认为不太可能是典型的生物信号分子，因为这种分子很难与受体结合机制或通过电化学反应来调节细胞效应。可以确定的是，氢气具有作为抗氧化剂和细胞保护化合物的显著潜力，不仅能减少反应性信号分子引起的累积损伤，还通过上调内源性氧化还原平衡蛋白的产生，包括过氧化氢酶(CAT)、谷胱甘肽过氧化物酶(GPx)和超氧化物歧化酶(SOD)。此外，或者可能是由于氢气能通过抑制促凋亡和促炎症因子和转录因子的表达间接产生作用。如促凋亡分子包括Bax和caspase蛋白下调，同时促炎标志物白细胞介素(如IL-6)、NF-kB和肿瘤坏死因子α (TNFα)等被抑制。通过调节感染或疾病期间的高度炎症反应，氢气可以减少细胞和组织损伤以及与异常炎症相关的继发性伤害。

考虑到这些内在防御系统之间错综复杂的串扰，以及它们在疾病病理中的作用，氢气在这些基本途径中可能有助于预防和改善多种疾病的症状。到目前为止，尚没有临床或实验报告表明氢气作为一种强大的细胞还原剂，这种机制通常由长时间的抗氧化信号或线粒体不活性发起。相反氢气可能作为一种稳态维持素，确保氧化还原平衡保持完整。

作为一种新的治疗工具，氢气的有效性可能在很大程度上取决于给药时间和途径，以及剂量和持续使用。在这方面，吸入氢(富氢水)和静脉注射氢(氢生理盐水)都可以提供可监测和量化的治疗手段。另外，凝胶、贴片、纳米技术和局部应用可能只能提供半定量的结果，因为氢气比如吸收和相应的扩散动力学。因此，在进行进一步的研究之前，半定量方法可能只适合非临床干预措施。