这个研究的重点是证明氢气能通过刺激胃肠道释放饥饿素发挥神经保护作用。
Mami教授主要从事氢气对帕金森病保护效应的研究，因此多数是根据自己这方面的研究提出氢气改善疾病的快速直接抗氧化和长期间接效应的看法。如果说太田教授是最早发现氢气生物学效应的学者，Nakao教授将研究向纵深拓展，Mami教授就是将氢气效应的本质进行系统思考最深入的学者。因此，阅读Mami教授的文章，尤其是综述文章，对深入了解氢气效应的最新看法十分重要。不过，Mami教授的一些看法过于集中于自己的研究证据，对其他学者的研究思考不够系统全面。例如对小剂量氢气效应的看法，对炎症的间接效应思考，以及对长期效应的某些观点，都存在这个痕迹。因此仍然算不上氢气生物学领域的大家，或者说到目前这个领域的大家仍然没有出现，氢气生物学呼唤学术牛人领衔。最近在一篇综述中，关于氢气效应的急性和慢性效应的描述中，重点分析了氢气使用后，神经保护效应存在明显的延迟效应。这是一种典型的预适应研究模式，如果能在更多模型中得到确认，可以专门针对氢气处理的正常动物开展各类组学和分子生物学研究，这对寻找大家渴望已久的氢气效应的分子基础，带来了重要线索。
5.1. 氢气的急性保护作用
氢气最突出的急性保护作用被认为是抗氧化效应，通过这个抗氧化效应产生对各种氧化损伤如脑缺血再灌注损伤的保护，这种保护作用在帕金森病模型的快速保护作用中也能体现。况且，氧化损伤也确实在帕金森病的发生发展中具有重要地位，如神经递质多巴胺就是一种促氧化物质，多巴胺能促进自由基的产生。通过脑内注射神经独素6-OHDA能特异性导致多巴胺神经元氧化损伤和死亡，手术前1周使用氢气水几乎能完全避免这种损伤过程，动物不会产生帕金森行为表现。甚至在手术后3天再给饮用氢气水，虽然不能完全消除症状，但帕金森的行为仍然能被有效抑制，说明氢气不仅能预防帕金森的发生，而且能改善这种疾病。毒素注射前48小时进行氢水改善，动物大脑内代表多巴胺能神经元的酪氨酸羟化酶活性并没有增加，说明氢气对多巴胺神经元的保护作用存在延迟保护效应。
MPTP是另外一种诱导帕金森病的神经毒素，这种毒素有非常好的脂溶性，容易穿过血脑屏障，所以不需要大脑直接注射，可以通过血液注射制造动物模型，进入大脑后，MPTP能被转化为MPP+，多巴胺神经元对这种MPP+有非常高的亲和性，因为多巴胺通道能作为这种毒素的转运体，MPP+进入神经元可进入细胞线粒体内，破坏线粒体呼吸功能，抑制呼吸复合物I的酶活性，复合物I的酶活性抑制能导致ATP产生减少，自由基产生增加，从而导致氧化损伤和细胞的坏死，诱导产生帕金森病表现。2小时内连续3-4次急性注射20 mg/kg、慢性皮下连续注射或腹腔微量透析连续注射MPTP都可以作为帕金森病慢性的制作方法。MPTP能诱导细胞内8羟基鸟嘌呤增加，这是DNA氧化损伤的标志物，也可以诱导4-HNE的增加，这是脂质过氧化的标志。动物饮用氢水后，黑质多巴胺神经细胞内上述标志都明显减少，说明氢水对DNA和脂质过氧化损伤都有保护作用。将氢气溶解于生理盐水中制备成为含氢气注射液也能作为给氢气的手段，对大脑损伤如脑缺血和老年性痴呆等具有保护作用。呼吸氢气也能有效保护脑创伤后脑损伤，减少氧化损伤。脑创伤可导致大脑血脑屏障破坏、脑水肿和神经功能障碍，氢气生理盐水腹腔注射对上述改变能产生剂量依赖性保护效应，这说明氢气生理盐水对脑外伤具有潜在的应用前景。另外有研究发现，氢气生理盐水对一氧化碳中毒导致的脑细胞凋亡、自噬和坏死等损伤有保护作用，对光线诱导的视网膜神经损伤也具有保护作用。
这些效应都和氢气的抗氧化存在关联，或者都可以从抗氧化角度来解释。但是学术上对氢气抗氧化效应本身也存在争议，对氢气短时间使用产生长期保护效应的现象也缺乏合理解释。
5.2.慢性保护作用
为什么短时间给氢气改善能产生长期效果，这非常让人疑惑。Mami教授认为，氢气的抗炎症效应可能是部分原因。如果存在时间依赖效应，那么饮用多长时间氢水后仍然存在保护效应就是非常重要的问题了(典型的预适应思路)。为研究这一问题，科学家采用连续饮用氢水7天，然后停止饮用氢水后1、3和7天注射MPTP诱导的急性帕金森病动物模型，观察是否仍然存在保护效应。根据气体的特征，停止1天以上，体内不可能继续存在(理论上1小时都不能)。那么这种效应如果仍然存在，其效应绝对不是氢气的直接效应，而是间接效应。利用这种方法，能对氢气的作用本质获得更准确的研究，因为可以观察没有疾病时，动物组织内发生了何种变化，这种变化就可能是氢气作用的本质或分子基础。注射MPTP后等待检测的7天内，因为没有继续饮用氢水，大脑内也无法测定出氢气，说明氢气没有持续在大脑内停留。
图2 Days of drinking H2 water to show neuroprotection in MPTP-inducedParkinson’s disease model mice. (A) Experimental protocol showing how many daysof drinking H2 water are necessary to show neuroprotection in substantia nigra(SN) before MPTP-injection. The brains were subjected to analyses 7 days after MPTP-injection.(B) Average number of tyrosine hydroxylase(TH)-positivedopaminergic neurons in SN parscompacta (SNpc), measured in 20 μm coronalsections (n=4–6).
但是神经保护作用仍然存在。如果预先饮用氢水能产生神经保护作用，那么这种神经保护作用能持续多少时间?换句话说，停止饮用氢水后的神经保护作用何时消失?为回答这个问题，科学家对停止饮用氢水后1、3和7天注射MPTP诱导的急性帕金森病动物模型研究发现，停止饮用氢水1天，这种保护作用完全保持，停止3天这种保护效应依然存在，但是效应已经下降到原来的1/3(没有统计学差异)。停止7天后差异没有统计学意义(似乎也有效果)。
图3 Days of drinking non-H2 water after 7 days ofH2 water to show disappearance of neuroprotection in MPTP-induced PD modelmice. (A) Experimental protocol showing how many days the H2 water-inducedneuroprotection was kept. After 7 days of H2 water consumption, 1, 3 and 7 daysof non-H2 water (control water) was given, then MPTP was injected. Thebrains were subjected to analyses 7 days after MPTP- injection. (B) Average numberof TH-positive dopaminergic neurons in SNpc, measuredin 20 μm coronal sections(n=4–6).
氢气的这种预防作用也发现于视神经缺血动物模型NodaM, Fujita K, Hamner MA, Yamafuji M, Akimoto N, et al. (2012) Molecular hydrogenprotects against central nervous system white matter ischemic injury. SfN 42ndannual meeting 660.14。这些现象说明，氢气改善疾病的基础显然存在间接分子基础，应该对这些处理进行基因和蛋白水平的分析，以寻找氢气改善疾病可能的代理分子。
当然也有可能是通过酶活性调节，影响信号传导通路的活性，从而发挥控制炎症反应的效应。也有可能是影响内源性抗氧化相关基因表达，启动内源性抗氧化系统发挥抗氧化和抗炎症效应。
氢气是一种肾上腺受体激动剂?
Mami小组对氢气间接效应的研究已经发表过论文，他们提出氢水所以能产生神经保护作用，是因为氢气能促进胃细胞分泌一种激素，这种激素是饥饿素，早有研究证明这种激素具有神经保护作用，他们研究发现连续4天饮用氢水能促进这种激素分泌(这也许提示饮用氢水至少要连续4天，否则难以发挥效应)。饥饿素在体内是通过结合GHS-R受体，促进生长激素分泌的激素，黑质多巴胺神经细胞上也表达GHS-R受体，研究也发现饥饿素能通过该受体保护多巴胺神经细胞，这种效应和线粒体能量代谢被抑制有关(UCP2通路)。
研究发现，β1肾上腺素受体能刺激饥饿素基因表达和分泌，氢气的神经保护作用能被β1肾上腺素受体阻断剂阿替洛尔或饥饿素受体阻断剂D-Lys3 GHRP-6(图4)。这也是氢气保护效应的一种新解释，基础就是氢气激活胃的β1肾上腺受体，促进饥饿素合成和释放，这种激素进入大脑，激活多巴胺神经元细胞上的受体，保护多巴胺神经细胞免受毒素损伤。
