氢气调控线粒体动力学平衡和功能减轻脓毒症相关性脑病。

本论文概述来自《天津医科大学》论文作者：王瑶琪
脓毒症是全身炎症反应引起的综合征，脓毒症晚期全身多器官功能发生障碍常常危及生命健康。全世界范围内，脓毒症仍然有较高的发病率和病死率，并给社会带来巨大的负担。大脑是脓毒症易累及器官之一，脓毒症时脑损伤的严重程度与患者预后密切相关。因此，针对脓毒症相关性脑病的防治研究具有重要意义。线粒体是细胞能量和代谢的核心，通过氧化磷酸化为细胞正常生理活动提供能量。线粒体功能异常与脓毒症引起的器官功能障碍密切相关。改善脓毒症时细胞线粒体功能异常对脓毒症患者的预后及存活率具有重要意义。线粒体质量控制，包括线粒体生物合成、线粒体自噬、线粒体融合和分裂，在线粒体功能恢复中发挥重要作用。线粒体生物合成是产生新线粒体的过程，这些新生成的功能正常的线粒体通过融合和分裂形成线粒体网络，而发生损伤和功能异常的线粒体则通过线粒体自噬清除。自日本 Ohsawa 教授证明低浓度氢气（2% ~ 4%）具有抗氧化作用后，氢医学的研究成为一大热点。目前已证实氢气具有抗氧化、抗炎和抗凋亡等作用，而且对脓毒症器官功能障碍有一定的治疗作用。另外有研究证实，氢气可以通过改善线粒体功能，促进线粒体生物合成、线粒体自噬和线粒体分裂、抑制线粒体融合减轻脓毒症器官损伤。本实验拟探讨氢气调控线粒体动力学平衡和功能减轻脓毒症相关性脑病
 

方法：健康雄性野生型 C57BL/6J 小鼠共计 316 只，周龄 6-8 周，体重 20~25 g，随机分为 4 组（n=79）：假手术组（Sham 组），假手术+氢气组（Sham+H2 组），脓毒症组（CLP 组）和脓毒症+氢气组（CLP+H2 组）。采用盲肠结扎穿孔术（cecalligation and puncture, CLP）制备小鼠脓毒症相关性脑病模型。手术后 1 h 和 6 h，Sham+H2 组和 CLP+H2 组小鼠吸入 2 %氢气 1 h，其余两组吸入空气。造模后观察各组小鼠 7 d 生存情况。于手术后 3 d、5 d 和 7 d 进行 Y-迷宫实验检测小鼠工作记忆能力。手术后 24 小时，Nissl 染色观察脑组织病理改变，TUNEL 染色观察凋亡情况，使用透射电镜观察线粒体形态，使用试剂盒检测脑组织炎症因子水平、线粒体膜电位（mitochondrial membrane potential, MMP）、线粒体 ATP 含量、线粒体呼吸链复合物 I 活性和线粒体呼吸链复合物 II 活性，使用 Western blot 检测线粒体生物合成和线粒体融合/分裂相关蛋白的表达情况。
 
结果：氢气吸入明显提高脓毒症小鼠的 7 d 存活率（P < 0.05）。Y-迷宫实验显示脓毒症时小鼠的自发交替百分比下降，而氢气治疗提高了小鼠的自发交替百分比（P < 0.05）。Nissl 染色、TUNEL 凋亡和投射电镜显示脓毒症时小鼠神经元及海马组织线粒体损伤明显，神经元凋亡增加，氢气治疗减轻神经元和海马组织线粒体损伤，减少细胞凋亡。与 Sham 组相比，CLP 组小鼠海马组织中 TNF-α 和 IL-6 升高（P < 0.05）；与 CLP 组相比，CLP+H2 组小鼠海马组织中 TNF-α 和 IL-6 下降（P < 0.05）。与 Sham 组相比，CLP 组小鼠海马组织 MMP、ATP 含量和线粒体呼吸链复合物 I 活性降低（P < 0.05）；与 CLP 组相比，CLP+H2 组小鼠海马组织 MMP、ATP 含量和线粒体呼吸链复合物 I 活性升高（P < 0.05）。各组海马组织中线粒体呼吸链复合物 II 活性无差异（P > 0.05）。与 Sham 组相比，CLP 组小鼠海马组织线粒体生物合成相关蛋白（PGC-1α、NRF2、Tfam）表达增加（P <0.05）；与 CLP 组相比，CLP+H2 组小鼠海马组织线粒体生物合成相关蛋白（PGC-1α、NRF2、Tfam）表达进一步增加（P < 0.05）。与 Sham 组相比，CLP 组小鼠海马组织 Drp1 表达增加（P < 0.05），Mfn2 表达减少（P < 0.05）；与 CLP 组相比，CLP+H2 组小鼠海马组织 Drp1 表达减少（P < 0.05），Mfn2 表达增加（P <0.05）。
 
结论：氢气治疗提高脓毒症小鼠存活率，改善认知功能，减轻脓毒症引起的脑损伤，具有抗凋亡、抗炎作用。氢气对脓毒症相关性脑病的保护作用与其改善线粒体功能，调节线粒体生物合成和线粒体融合/分裂有关。
 
目前氢气对下列疾病均产生一定的治疗作用：
①减轻肿瘤患者放化疗的副作用。
②神经保护作用，如创伤性脑损伤、神经退行性变等。
③代谢性疾病，如糖尿病。
④组织缺血再灌注损伤。
⑤麻醉及重症领域，如脓毒症、疼痛。
随着氢气治疗作用得到广泛的认可，氢气治疗的方式也越来越多样化。除了最常见的氢气吸入、饮用富氢水和注射富氢生理盐水外，氢气治疗还可以通过氢水沐浴、固态氢气缓释载体、纳米氢气泡定点释放等。