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氢气是治疗多种肺部疾病的非常有前途的方法

时间:2023-02-01 14:48 来源:互联网
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研究表明,氢对几乎所有器官都具有生物学效应,它具有抗氧化、抗炎和抗衰老作用,并有助于调节自噬和细胞死亡。肺部作为气体交换的主要器官,经常暴露在各种有害的环境刺激物中,短期或长期接触这些有害物质,往往会导致肺部损伤,引发呼吸道和肺部疾病。

急性和慢性呼吸道疾病的发病率和死亡率都很高,已成为全球主要的公共卫生问题,新冠疫情就是最为典型的证明。越来越多的研究表明,氢气可以保护肺部免受多种疾病的侵害,包括急性肺损伤、慢性阻塞性肺病、哮喘、肺癌、肺动脉高压和肺纤维化。

研究进展

我国学者傅志玲和张进(中国医科大学附属盛京医院)总结整理了氢气对于肺部疾病的治疗作用,该成果发表在2022年的《浙江大学学报(生物医学与生物技术)》英文版上。

氢气的作用机理

1、抗氧化

活性氧 (ROS) 和活性氮 (RNS) 是身体活动中能量代谢的副产物。在正常情况下,它们在免疫防御、信号传递过程和从营养物质中提取能量等方面发挥着关键作用。但是,如果 ROS 和 RNS 的产生超过机体的抗氧化能力,或者机体的抗氧化能力下降,就会发生氧化应激损伤器官。氢分子的抗氧化作用主要由以下机制介导:

①氢分子量低于其他常见的抗氧化剂(例如SOD、CAT和α-生育酚),可以选择性地与强氧化剂发生反应,并且很容易穿透生物膜(如细胞核和线粒体膜),同时不影响身体代谢中正常的氧化还原反应;

②氢分子还能调节并诱导许多抗氧化酶和蛋白酶体的表达,增加抗氧化酶SOD、CAT和髓过氧化物酶 (MPO) 的活性;

③氢分子可阻断细胞凋亡信号调节激酶1(ASK1) 信号通路,及其下游信号分子 p38丝裂原活化蛋白激酶,从而抑制烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸 (NADPH)氧化酶活性,减少自由基的产生。

2、抗炎

急性和持续的慢性炎症是许多肺部疾病(如哮喘、慢阻肺、急性肺损伤、肺纤维化等)的发病基础。氢对肺组织的保护作用,是通过其抗炎作用介导的。它能抑制促炎因子肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、白细胞介素(IL)-1β、IL-6、核因子-κB(NF-κB)和高迁移率族蛋白B1 (HMGB-1),同时增加抗炎因子IL-10的表达;促进病灶处巨噬细胞的吞噬作用,抑制中性粒细胞和M1巨噬细胞向病灶聚集;通过调节信号通路(Nrf2/HO-1/HMGB-1通路)减轻多种微生物败血症引起的内皮功能障碍和肺损伤。

氢产生的生物效应示意图

3、调节自噬

自噬是真核生物中进化保守的对细胞内物质进行周转的重要过程。但是,自噬紊乱会导致细胞损伤甚至死亡。氢在自噬的调节中具有双重作用(即促进和抑制自噬的作用)。

在病理条件下,自噬被激活,但不足以克服压力。氢气通过促进自噬来维持体内平衡和减轻压力的影响,从而发挥保护作用。然而,过度自噬会破坏细胞内稳态,适当抑制自噬起到保护作用。研究表明,氢气通过抑制过度自噬,来减轻脂多糖(LPS)诱导的急性肺损伤(ALI)。

4、对细胞的作用

氢分子通过减少炎症和氧化损伤来降低细胞凋亡率,并保护线粒体功能;通过抑制自噬,提高细胞存活率并抑制细胞凋亡。

同时,氢在特定条件下能促进细胞凋亡。例如,氢气可以增加肺癌早期和晚期细胞凋亡率,能促进体内癌细胞的清除,减少细胞增殖,促进癌细胞凋亡。

5、抗衰老

衰老被认为是各种疾病发展、进展的主要因素。氢可以降低衰老相关蛋白,如β-半乳糖苷酶、p53和p21的表达, 抑制sirtuin3(Sirt3)表达的下调,以及减少氧化应激损伤,从而延长细胞寿命。

氢气对肺部疾病的保护作用

1、急性肺损伤(ALI)

感染新冠后,一个严重的症状就是急性呼吸窘迫综合征 (ARDS),其特征是肺部过度炎症反应和严重的气体交换功能障碍、肺泡-毛细血管屏障、以及肺水肿。

氢气可以减轻肺组织的炎症程度,抑制早期和晚期NF-κB激活介导的炎症和肺细胞凋亡。除了单独使用时的良好疗效外,氢气与NO结合,可以增强因脂多糖(LPS)诱导的ALI 的治疗效果。

正常情况下,肺泡上皮细胞是防止肺水肿的重要屏障。氢气可以减轻因脂多糖造成的肺上皮屏障功能障碍;富氢生理盐水(HRS)能显着增加AQP-1和AQP-5的表达,减轻肺上皮细胞损伤,从而保护肺上皮屏障功能;氢气还可以抑制mTOR/TFEB信号通路,从而增加自噬,减轻ALI中LPS诱导的内皮功能障碍和细胞凋亡。

2、慢性阻塞性肺病 (COPD)

COPD包括慢性支气管炎和肺气肿,通常会导致呼吸困难和运动耐量降低,从而降低生活质量,增加死亡率。氧化应激和炎症在COPD的发病过程中起着重要作用,而吸烟、特别是长期吸烟,是最常见的风险因素。

氢气可以减少吸烟引起的肺功能下降、肺气肿、炎症、气道重塑和气管上皮杯状细胞增生,显著减少支气管肺泡灌洗液中的炎症细胞,改善心血管功能,降低右心室(RV)肥厚指数。

一项临床试验表明,哮喘或COPD患者吸入氢气45分钟,可降低患者外周血和呼出气冷凝物中的促炎因子水平;同时,氢气可以轻松快速地到达肺细胞,并直接作用于肺部,从而产生良好的治疗效果,所以氢气是COPD的一种新型预防和治疗措施。

3、哮喘

哮喘是一种与气道炎症相关的慢性复杂肺部疾病,会导致气道高反应性(表现为受外界刺激就会气道收缩引起咳嗽、喘息、呼吸困难等)、气流受限和气道重塑。

氢气可以减轻哮喘中的炎症和氧化应激。吸入氢气可减少支气管肺泡灌洗液 (BALF) 中的嗜酸性粒细胞和淋巴细胞,显著降低血清中的促炎因子,增加抗氧化酶 SOD的活性,降低丙二醛(MDA)和髓过氧化物酶(MPO)水平。

在哮喘中,肺泡巨噬细胞的吞噬能力显著降低,而这种有缺陷的吞噬作用可通过吸入氢气来逆转。气道重塑会导致气道壁结构和功能持续改变,最终导致肺功能逐渐丧失,而氢气可有效减轻气道重塑。

氢气对各种肺部疾病的作用

4、肺癌

肺癌是最常见的致死性恶性肿瘤之一,越来越多的临床试验已经证实了氢气对癌症(包括肺癌)的疗效。氢促进肺癌细胞凋亡,包括早期和晚期细胞凋亡;氢气可以减轻化疗、放疗等传统抗癌疗法的副作用,提高生活质量;氢气非常适合治疗晚期癌症,能显著改善患者的身体状况,减轻疲劳、失眠、厌食和疼痛,降低肿瘤标志物水平。因此,作为一种简单、低成本、安全的治疗方法,氢气治疗肺癌非常有前途。

5、肺动脉高压(PAH)

肺动脉高压 (PH) 是慢性肺病的一种进行性并发症,虽然治疗能改善PAH患者的预后,但发病率和死亡率仍然很高。氢气治疗有效缓解平滑肌细胞增殖,增加血管密度,减轻肺动脉和右心室肥大。

6、肺纤维化(PF)

肺纤维化严重影响人体呼吸功能,表现为干咳、进行性呼吸困难(自觉气不够用),且随着病情和肺部损伤的加重,患者呼吸功能不断恶化。病理学包括慢性炎症、细胞外基质 (ECM) 过多沉积和肺组织瘢痕形成。

其中,特发性肺纤维化(IPF)发病率和死亡率逐年增加,诊断后的平均生存期仅2.8年,死亡率高于大多数肿瘤,被称为一种“类肿瘤疾病”。有证据表明上皮-间质转化(EMT)在器官纤维化中具有重要作用。TGF-β 是一种主要的EMT诱导剂,在IPF的病理过程中对肺上皮具有促纤维化作用。

考虑到IPF和其他类型PF的潜在机制之间存在大量重叠,因此氢可以通过相关途径干扰IPF的发病过程,这也是目前IPF治疗方面的主要研究方向之一。

研究结论

越来越多的证据表明,氢具有广泛的生物学效应。它调节氧化应激、炎症、自噬、程序性细胞死亡和衰老过程。

临床试验已经清楚地证明了氢气对许多器官和系统的保护作用,特别是氢气对各种肺部疾病具有保护作用。氢气除了对肺部有直接的保护作用外,还通过对其他组织器官的保护作用间接保护肺组织。由于氢气安全、方便和简单的特性,氢产品是治疗多种肺部疾病的非常有前途的候选者。

参考资料

Zhiling FU , Zhang J .Molecular hydrogen is a promising therapeutic agent for pulmonary disease[J]. 浙江大学学报(英文版)B辑:生物医学与生物技术, 2022, 23(2):21.

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