氢气、富氢水对代谢性疾病的作用和相关研究

本论文概述来自复旦学报，作者吕朝阳（综述） 张 尧 何顺梅 于明香（审校）
代谢性疾病是常见的、多因素参与的慢性疾病，包括糖尿病、脂代谢紊乱、代谢综合征、肥胖和动脉粥样硬化等，主要临床结果为心血管疾病。近年来，代谢性疾病发病率和死亡率急剧升高，已成为备受关注的公共健康问题。也已证明，代谢性疾病发生和进展的病理过程与氧化应激和炎症密切相关。氢是自然界最简单的元素，但由于其在水中溶解度很低，一直被生物学家认为是生理性惰性气体。但近期发现氢分子在抗氧化应激及抗炎方面有独特优势，具有预防和治疗多种疾病的潜能，包括代谢性疾病。本文就氢分子医学及其在代谢性疾病领域的应用进行综述
 
氢分子与代谢性疾病的相关研究
代谢性疾病与氧化应激目前有大量研究显示代谢性疾病与氧化应激显著相关，代谢性疾病可导致 ＲＯＳ的过量产生，从而引起相关疾病及并发症的发生与进展。Ｃｏｒｋｅｙ等研究发现，高血糖可刺激细胞产生过量的 ＲＯＳ，引起强烈的氧化应激反应，导致胰岛素基因的下调和胰岛β细胞的破坏，最终导致糖尿病发生。同时，氧化应激还可导致糖尿 病相关并发症的发生与发展，如糖尿病肾病和周 围神经病变。另外，肥胖患者血液中高游离脂肪 酸可通过多种途径引起细胞和亚细胞中ＲＯＳ的过 量产生，导致脂质过氧化和炎性因子增加，如ＴＮＦ－ α、ＩＬ－６、Ｃ反应蛋白）等，进 一步加重氧化应激构成恶性循环。有研究显示肥胖者抗氧化物酶活性下降，造成蛋白质及脂肪的氧化损伤，导致肥胖加重和相关并发症的发生和进展。

氢分子对代谢性疾病的作用
Ｋｉｍ等研究发现富氢水可改善胰岛素缺乏和ＩＲ模型动物的血糖控制水平。而氢分子与代谢性疾病的人体研究开始于通过检测氧化应激分子探究富氢水对代谢性疾病的作用。２００８年，Ｋａｊｉｙａｍａ等首次设计了一个随机、双盲、对照的交叉人体试验，３０名以饮食和运动 治疗的 Ｔ２ＤＭ 患者和６名ＩＧＴ患者每天摄入９００ｍＬ富氢水或９００ｍＬ 安慰剂纯净水，在第８周时， 通过口服葡萄糖耐量试验对ＩＲ、糖代谢及一些氧化应激的生物学标志物进行测量和评估。结果显示富氢水的摄入与修饰后 低密度脂蛋白胆固醇 、致密ＬＤＬ和尿－８前列腺素的下降显著相关，与氧化 ＬＤＬ和自由脂肪酸血清浓度的下降以及血浆脂联素和细胞外超氧化物歧化酶的水平升高相关。另外，在该试验中，６名ＩＧＴ 患者中有４例补充富氢水后口服葡萄糖耐量试验转为正常。这些结果提示，富氢水的给予有 预 防Ｔ２ＤＭ 和ＩＲ的潜能。 随 后，Ｎａｋａｏ 等在２０１０年对２０名有潜在代谢综合征的患者进行８周的开放性初步研究，以检测富氢水（１．５～２ Ｌ／ｄ）对潜在代谢综合征的有效性。结果显示８周富氢水的摄入可使抗氧化酶超氧化物歧化酶 升高 ３９％，尿中硫代巴比妥酸反应物ＴＢＡＲＳ减少４３％；从实验开始至 第４周，高密度脂蛋白胆固醇增加８％，总胆固醇／ＨＤＬ－ｃ降低１３％。该研究提示富氢水可预防代谢综合征。

２０１１年，氢分子对代谢性疾病的作用研究首次在分子水平开展。Ｋａｍｉｍｕｒａ等首次通 过 动 物 试 验证明，饮用富氢水可使糖原聚集在肝脏，显著减少 肝脏氧化应激水平，改善ｄｂ／ｄｂ大鼠和饮食引起肥胖 的大鼠的脂肪肝症状，抑制体重增长，并降低血糖和 三酰甘油水平。此研究还在基因水平证明了富氢水 的摄入可增加肝脏纤维母细胞生长因子２１（ＦＧＦ２１） 的 ｍＲＮＡ水平，而肝ＦＧＦ２１的增加有助于降低血浆葡萄糖和三酰甘油水平。另外，该试验还通过对氧气 消耗量和二氧化碳产生量的检测显示出富氢水可刺激能量代谢。该研究提示富氢水在肥胖和糖尿病的预防和治疗中发挥重要作用。有研究显示氢分子可激活磷脂酰肌醇、蛋白激酶Ｃ和ＡＭＰ激活的蛋白激酶 ，通过葡萄糖转运子－４增加 Ｃ２Ｃ１２细胞摄入葡萄糖。另外ＳＴＺ诱导的 Ｔ１ＤＭ 大鼠模型在腹腔注射和口服富氢水后显示，氢分子可显著增加线粒体细胞膜上 Ｇｌｕｔ－４的表达并显著改善血糖控制水平。此研究显示氢分子对 代谢的影响与胰岛素相似，口服富氢水可作为替代胰岛素治疗 Ｔ１ＤＭ 的选择。人皮肤纤维母细胞（ｈｕｍａｎ ｓｋｉｎｆｉｂｒｏｂｌａｓｔ，ＨＳＦ）是皮肤的重要组成部分，有研究显示富氢细胞培养基可显著减少细胞内氧水平、稳定 线粒体膜电位，并减少 ＭＤＡ、８－ＯＨｄＧ、３－硝基络氨酸 水平，从而保护 ＨＳＦ免于氧化 应激损伤。因此，氢分子有治疗糖尿病皮肤病变的潜能。
氢分子治疗代谢性疾病的优势与传统药物相比，无论是低浓度的氢气还是富氢水均有一定优势：
（１）传统药物可能导致肝脏或肾脏损伤，如二甲双胍、他汀类药物等，或者因为肝酶或血肌酐升高而减少用药剂量导致患者无法获得最佳疗效。但未见报道显示氢分子在有效浓度具有毒性，因为过量的氢分子可通过肺呼出，产生毒性的可能性较小；
（２） 氢分子可选择性清除毒性 ＲＯＳ，如 ＯＨ－ ，但目前还没有证据表明氢分子可干扰生理状态下的氧化还原反应，如有重要生理功能的 Ｏ－ ２ · 和 Ｈ２Ｏ２；
（３）氢分子的相对分子质量很小，其可快速扩散进入组织 并有可能到达重要的靶向亚细胞结构，包括线粒体 和细胞核，可保护ＤＮＡ免于氧化损伤；
（４）与传统药物相比，饮用富氢水非常方便，且花费较低。

氢分子有预防和治疗代谢性疾病的潜能，但该领域的研究刚刚起步，尚有诸多问题需解决。我们还需要更多的临床研究、动物研究、分子生物学研究来进一步证实氢分子对代谢性疾病的功效，并在蛋白和基因分子水平（如信号通路或调控蛋白）探究其发挥作用的机制。

温馨提示：根据《食品药品监督管理条例》，氢气不能替代药物治疗