氧化应激和神经炎症是参与各种神经退行性疾病或脑损伤的发生和进展的主要生理病理变化。自2007年报道的具有里程碑意义的发现发现氢降低了缺血性中风中过氧亚硝酸盐阴离子和羟基自由基的水平以来，分子氢的抗氧化和抗炎作用引起了广泛的关注。由于其优异的抗氧化和抗炎特性，通过不同给药途径的氢疗法对广泛的脑部疾病表现出巨大的治疗潜力，包括阿尔茨海默病、新生儿缺氧缺血性脑病、抑郁症、焦虑症、创伤性脑损伤、缺血性中风、帕金森病和多发性硬化症。本文综述了氢气给药的途径，氢气对前面提到的脑部疾病的影响以及氢气神经保护的主要机制。最后，我们讨论了氢疗法在脑部疾病中的剩余问题和挑战。我们的结论是，了解确切的分子靶标，寻找新的途径并确定氢气给药的最佳剂量对于未来的研究和应用至关重要。
作为最小的气体分子和世界上最丰富的元素，分子氢由两个电子和两个质子组成，由非极性共价分子结合在一起。1975年研究发现，高压氢治疗2周后，氢在小鼠鳞状细胞癌模型中首次显示出其治疗效果。2007年，微量氢的抗氧化作用再次被证明，并通过减少细胞毒性氧自由基引起越来越多的关注。在同一项研究中，通过缓冲急性缺血/再灌注损伤模型中的细胞毒性氧化应激诱导的氧化损伤，吸入氢气显著减轻脑损伤]。在这一重要发现之后，广泛的工作报道了氢在各种脑部疾病中的出色抗炎作用和抗氧化应激。
氧化应激在衰老和各种神经系统疾病中是必然发生的。在阿尔茨海默病（AD）中，氧化应激被认为是AD的早期和必需的致病因素。在转基因和非转基因AD动物模型中，活性氧（ROS）诱导蛋白质、脂质和核酸的氧化损伤，产生蛋白质羰基、脂质过氧化物和DNA/RNA修饰。ROS诱导的氧化损伤有助于皮质和海马体的神经元变性。同样，氧化应激会导致帕金森病（PD）中多巴胺能神经元的损伤和退化。氧化还原电位的功能障碍破坏了本质上生物过程的正常功能，最终导致多巴胺能神经元的丧失。此外，大量证据表明，氧化应激与多发性脑损伤有关，包括缺血性脑卒中、创伤性脑损伤（TBI）和新生儿缺氧缺血性脑病（HIE）。例如，过量的ROS会导致TBI后的继发性损伤，而靶向ROS一代可减轻继发性脑损伤并抑制癫痫。HIE和全脑缺血也有类似的结果。这些发现表明，氧化应激是多种脑部疾病中必不可少的病理生理学，被认为是预防和治疗脑部疾病的重要靶点。
神经炎症和氧化应激密切相关。ROS和活性氮（RNS）的过度释放会激活诱导神经胶质细胞（包括小胶质细胞和星形胶质细胞）活化的信号通路。过度活化的神经胶质细胞释放的炎性细胞因子进一步增加氧化应激并损害线粒体。这个过程诱导恶性循环并维持促炎细胞因子分泌增加或高。像氧化应激一样，神经炎症是一种典型的病理学，有助于多种神经退行性疾病和脑损伤的启动和进展。根据已有研究，小胶质细胞在AD早期介导Aβ繁殖，并有助于Aβ在下一阶段的积累。此外，星形胶质细胞（另一种原发性神经胶质细胞类型）介导髓磷脂吞噬作用，并与缺血性神经元死亡的发病机制有关。在光血栓性脑卒中模型中，神经炎症诱导的恶劣微环境可增强脑卒中发展并抑制脑卒中后恢复。值得注意的是，在多发性硬化症（MS）动物模型中，抗炎疗法有望减缓疾病进展，MS是一种以神经炎症为特征的神经退行性疾病。
简而言之，氧化应激和神经炎症是各种神经退行性疾病和脑损伤的突出特征。氢的优异抗炎作用和抗氧化应激表明氢是一种有前途的脑部疾病的治疗性医用气体。尽管自2007年以来，氢疗法的有效性和潜在机制取得了巨大进展，但目前对神经变性和脑损伤中氢的确切潜在机制和最佳给药的理解仍然有限。本文综述了现有的氢气给药途径，对氢气在各种脑部疾病中的应用进行了广泛的综述，并讨论了未来研究和应用中仍然存在的问题和挑战。
