氢分子在动物模型中的辐射防护作用

 

关键词：分子氢，辐射损伤，医学应用，辐射防护剂，细胞内反应，氧化，炎症，细胞凋亡，基因表达
 

氢分子在动物模型中的辐射防护作用

本文概述论文《Molecular Hydrogen as a Potential Clinically Applicable Radioprotective Agent》 作者：Hirano SI, Ichikawa Y, Sato B, Yamamoto H, Takefuji Y, Satoh F.

氢分子在动物模型中的放射防护作用，对认知功能、免疫系统、肺、心脏、消化器官、造血器官、睾丸、皮肤和软骨疾病的保护作用已有报道 还报道了对辐射引起的胸腺淋巴瘤的抑制作用。以下是文献摘要，其中报告了 氢分子对不同辐射疾病的保护作用的具体例子。（如表一）
 
 

 
1. 对认知障碍的保护作用
 
刘等人。研究了富含氢分子的水 (0.8–0.9 ppm) 对辐射诱发的认知功能障碍的影响 。在使用电子束进行全脑照射之前和之后连续给大鼠施用富含氢分子的水30天。使用 Morris 水迷宫对大鼠的空间记录显示，与对照组相比，富含氢分子的水组的认知功能有显着改善。在 氢分子富水组,脑内超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽(GSH)、脑源性神经营养因子(BDNF)水平显着升高,MDA、8-OHdG水平显着降低。此外，富含氢分子的水组中 BDNF 和脑源性神经营养因子受体 (TrkB) 的 mRNA 和蛋白质水平也显着升高 。因此，他们报道了氢分子对辐射诱导的认知功能障碍的保护作用涉及抗氧化反应、抗炎反应和通过调节 BDNF-TrkB 信号通路保护新生儿神经元。
 
2. 对免疫系统的保护作用
辐射通常会导致组织和血液中免疫细胞的消耗，从而导致免疫抑制。钱等人。报道了 氢分子对培养的人淋巴细胞 (AHH-1) 细胞的辐射防护作用。与未经处理的对照相比，辐照前用富含氢分子的PBS（1.2 ppm）进行预处理显着降低了 AHH-1 细胞中 MDA 和 8-OHdG 的水平。此外，钱等人。还在另一篇论文中报道了氢分子在AHH1细胞中的辐射防护作用。他们表明，与未处理的细胞相比，用富含氢分子的盐水（0.6 ppm）进行预处理可提高 AHH-1 细胞的活力并抑制细胞凋亡 。
杨等人。还研究了氢分子对辐射的 AHH-1 细胞、小鼠胸腺细胞和脾细胞的辐射防护作用 [ 39 ]。与未经预处理的细胞相比，用富含氢分子的培养基 (1.2 ppm) 进行预处理显着降低了培养的 AHH-1 细胞中的 •OH。此外，在小鼠实验中，与单独使用盐水相比，腹腔内给予富含氢分子的盐水 (1.2 ppm) 可减轻小鼠胸腺细胞和脾细胞的凋亡，并抑制 caspase-3 的活化。此外，富含 H 2的盐水显着改善了小鼠外周血中白细胞 (WBC) 和血小板 (PLT) 的消耗。
赵等人。报道了一项实验的结果，其中氢分子可防止辐射引起的免疫功能障碍。他们发现，当在照射前腹膜内施用富含 氢分子的盐水（1.2 ppm）时，氢分子增加了根据小鼠体重和脾重计算的脾指数并抑制了组织病理学脾损伤。氢分子还降低了脾组织中的 ROS 水平，抑制了脾细胞凋亡，并下调了凋亡前蛋白。此外，氢分子改善了辐射诱导的 T 细胞失衡并调节了 CD4 +T 细胞定位、Th 型细胞因子和促炎细胞因子水平。基于这些结果，赵等人。据报道，氢分子通过清除 ROS 具有辐射防护作用。
 
3. 对肺损伤的保护作用
寺崎等人。报道了 氢分子对辐射性肺损伤的保护作用。他们照射 A549 细胞（人类肺上皮细胞的细胞系）以诱导辐射损伤，并检查了富含氢分子的PBS 和富含氢分子的培养基（均为 1.2 ppm）的影响。此外，对小鼠进行照射，通过氢分子气体（3%）吸入或口服富含氢分子的水（0.8 ppm）来减轻肺损伤。氢分子提高了 A549 细胞的存活率，抑制了 ROS 的产生，并改善了氧化应激和细胞凋亡标志物。在使用小鼠的体内实验中，氢分子同样减弱的氧化应激和凋亡标志物，被测量为急性肺损伤。氢分子还减轻了胸部计算机断层扫描 (CT)、Ashcroft 评分（肺纤维化指数）和 III 型胶原沉积，这些均作为慢性肺损伤的指标进行测量。他们报告说，氢分子不仅可以抑制急性肺损伤，还可以抑制慢性肺损伤（肺纤维化）。A549 细胞是肺腺癌的肿瘤细胞系；因此，氢分子处理提高了辐射诱导的受损细胞的存活率这一事实可能表明辐射的抗肿瘤作用可能受到损害。然而，因为 氢分子对细胞死亡的改善率与其他氧化应激标志物的 氢分子相比，抗肿瘤作用的减弱可能影响不大。事实上，在接受放射治疗的癌症患者的临床试验中， Kang等人以及我们自己的研究表明，氢分子的抗肿瘤作用并未受到影响。
 
4. 对心肌损伤的保护作用
钱等人。研究了用 氢分子富水 (1.2 ppm) 预处理对小鼠放射性心肌损伤的影响。与对照组相比，富含氢分子的水提高了小鼠心肌的存活率和组织病理学损伤。此外，富含氢分子的水降低了心肌 MDA 和 8-OHdG 水平。此外，与对照组相比，富含氢分子的水增加了心肌 SOD 和 GSH 水平，并减轻了心肌细胞 DNA 损伤，如彗星试验所测量的。钱等人。据报道，氢分子对辐射引起的损伤具有心脏保护作用。
MicroRNAs (miRNAs) 构成了一大类基因表达的转录后调节因子，据估计，miRNAs 调节高达 30% 的人类蛋白质编码基因。它们与许多病理过程有关，包括辐射损伤。库拉等人。研究了 miRNA-1、-15b 和 -21 在富含 氢分子的水 (1.2 ppm) 对受辐射损伤的大鼠心肌的保护作用中的作用。辐射增加了心肌中 MDA 和肿瘤坏死因子 (TNF-α) 的水平，但氢分子降低了这些水平。与心肌肥大有关的 miRNA-1 因照射而减少，但氢分子缓解了这种下降。参与抗纤维化、抗肥大和抗氧化作用的 miRNA-15b 因辐射而减少，但氢分子逆转了这种作用。此外，与心脏纤维化有关的 miRNA-21 因辐射而增加，但 氢分子也降低了这种增加。基于这些结果，Kura 等人。据报道，氢分子对辐射的心脏保护作用涉及 miRNA-1、-15b 和 -21 的调节。
5. 对胃肠道疾病的保护作用
钱等人。报道了 氢分子对培养的肠细胞的辐射防护作用。 在辐照前用富含氢分子的PBS（1.2 ppm）对人肠隐窝细胞（HIEC）进行预处理显着抑制了HIEC细胞的细胞凋亡，并且与没有预处理的那些相比增加了HIEC细胞的细胞活力。他们还通过在照射前腹膜内施用富含氢分子的盐水检查了 氢分子对小鼠的辐射防护作用。结果表明，与对照组相比，氢分子组显着减轻小鼠肠道组织病理学损伤，增加血浆中SOD和GSH水平，显着降低MDA和8-OHdG水平。
肖等人。报道了在辐照小鼠产生的模型中，富含氢分子的水（1.6 ppm）对胃肠道毒性的缓解作用。氢分子 -水在放射前后通过管饲法口服给药。结果表明，与对照相比，氢分子 -水显着提高了小鼠的存活率和体重，并且从肠上皮的基因表达来看，进一步改善了肠的功能。在小肠的微阵列分析中，氢分子 -水下调骨髓分化因子88 (MyD88) 的表达。此外，在高通量筛选中，氢分子- 水改善了受辐射影响的肠道细菌的平衡。 肖等人。据报道，氢分子 -水通过MyD88对肠道细菌的作用降低了辐射引起的胃肠道毒性。
邱等人。研究了氢分子在使用小鼠的动物实验和使用肠隐窝上皮细胞 (IEC-6) 系的细胞实验中的辐射防护作用。富含氢分子的盐水 (1.2 ppm) 改善了小鼠存活率和肠黏膜损伤和功能，以及氧化应激和炎症反应。使用 IEC-6 细胞的体外实验表明，氢分子提高了存活率并抑制了 ROS 的产生。氢分子抑制线粒体去极化、细胞色素 c 释放以及 caspase-3、caspase-9 和聚合酶 (PARP) 的活性。此外，氢分子从抑制细胞凋亡的蛋白质 B 细胞淋巴瘤-超大 (Bcl-xl) 和 B 细胞淋巴瘤-2 (Bcl-2) 的表达降低中恢复，并抑制 BCL2 相关 X 蛋白 (Bax) 的表达增加，一种促进细胞凋亡的蛋白质。他们提出，氢分子对辐射损伤的保护作用可能与线粒体凋亡通路的阻断有关。
 
6. 对造血细胞损伤的保护作用
张等人。报道了富含 氢分子的水对辐射诱导的造血干细胞损伤的缓解作用。在辐射之前和之后用富含氢分子的水(1.6 ppm)对小鼠进行辐射和口服给药。结果表明氢分子减轻了造血干细胞的损伤。在氢分子处理的c-kit +细胞中，磷酸化H₂AX（γ-H₂AX）的平均荧光强度和8-氧鸟嘌呤阳性细胞的百分比显着降低，表明氢分子减轻了辐射诱导的DNA损伤和氧化DNA伤害。此外，在受辐射的小鼠 c-kit +细胞中，氢分子显着改善了与细胞周期、细胞凋亡和氧化应激相关的蛋白质。

 
7. 对精子功能障碍的保护作用
蔡等人。报道了 氢分子对辐射引起的精子发生和造血功能障碍的保护作用。通过组织病理学分析，在对小鼠进行辐射之前腹膜内施用富含氢分子的盐水（1.2 ppm）显着改善了睾丸精子数量并损害了精子发生。此外，内源性造血脾集落形成（endoCFU）、骨髓有核细胞（BMNC）和外周血中的WBC对造血功能的损害通过富氢分子盐水预处理得到显着改善。他们报告说，富含氢分子的盐水部分保护了受辐射小鼠的精子发生和造血功能。
蔡等人。还表明，在无细胞系统中，由芬顿反应和水的辐解产生的•OH 被氢分子还原。此外，他们发现，在辐射前向小鼠腹腔注射富含氢分子的盐水（1.2 ppm）可显着抑制 •OH 与细胞内大分子之间的反应，这表明辐射会导致脂质过氧化、蛋白质羰基化合物和氧化性 DNA 损伤。此外，Chuai 等人。通过睾丸组织的形态变化、细胞凋亡分析和精子质量测试证明了氢分子对雄性生殖细胞的辐射防护作用。
江等人。报道了富含 氢分子的生理盐水和氨磷汀 (WR2721) 对大鼠放射性睾丸损伤的保护作用。在放射前腹膜内施用富含氢分子的盐水（1.6 ppm）或WR2721（200 mg/kg）。结果显示，对照组的睾丸重量、睾丸尺寸、精子数量和精子活力均因辐射而降低，但在富含 氢分子的盐水和 WR2721 组中观察到这些降低的显着改善。此外，对照组细胞凋亡指数和SOD活性降低，MDA水平升高，而富含氢分子的生理盐水组和WR2721组在这些参数上均有显着改善。此外，氢分子富盐水和 WR2721 组显示，血清睾酮水平的恢复随着辐射而降低。
 
8. 对皮肤损伤的保护作用
皮炎的发生是头颈癌患者放射治疗的常见副作用。因此，梅等人。使用人类角质形成细胞 HaCaT 细胞和大鼠检查了 氢分子 (1.2 ppm)的辐射防护作用及其在局部、单一和分次辐射条件下的机制。在使用 HaCaT 细胞的实验中，测量了氢分子培养基对细胞活力、细胞凋亡和生化测定的影响。结果表明，氢分子显着降低了大鼠皮炎的严重程度，加速了组织恢复，并抑制了体重减轻。当以三种不同的增量辐照时，氢分子也显示出保护作用。此外，氢分子通过提高 HaCaT 细胞的存活率、抑制细胞凋亡、增加 SOD 和 GSH 活性以及降低 MDA 水平来保护细胞免受辐射损伤。基于这些结果，他们表明氢分子可用于急性放射性皮炎。
渡边等人。检查了预先吸入氢分子气体 (1.3%) 对辐射引起的皮肤损伤模型的影响。吸入氢分子可显着降低放射性皮炎的严重程度并加速愈合受损的伤口的修复。通过末端脱氧核苷酸转移酶介导的 dUTP 缺口末端标记 (TUNEL) 和 8-OHdG 染色检查辐照皮肤中凋亡角质形成细胞的百分比和染色水平。这些结果在氢分子吸入大鼠中显着低于非氢分子吸入大鼠。此外，氢分子吸入组显着减少了在 X 射线照射部位造成的全层皮肤伤口恢复的延迟。这些结果表明，预先吸入 氢分子可以减轻辐射引起的皮肤损伤。
周等人。研究了口服摄入富含氢分子的水（1.0 和 2.0 ppm）对辐射诱发皮肤损伤大鼠模型的影响。与对照组相比，氢分子组显着缩短了受损皮肤的愈合时间，提高了愈合率，降低了 MDA 和 IL-6 水平，增加了 SOD 活性和表皮生长因子（EGF）含量。这些结果表明，氢分子通过其抗氧化和抗炎作用促进辐射引起的皮肤损伤中的伤口愈合。
 
9. 对软骨损伤的保护作用
尽管放射疗法是治疗头颈癌的有效方法，但意外的下颌软骨坏死通常作为放射损伤发生。陈等人。在体外和体内实验中，研究了富含氢分子的盐水（1.2 ppm）对大鼠颌骨软骨细胞坏死模型的保护作用。与未处理的对照相比，在照射前用 氢分子处理骨髓来源的间充质干细胞 (BMSCs)显着增加了细胞活力和分化潜能，并减少了 ROS 的产生。对照组的大鼠在纤维化髓质内和周围显示出肌成纤维细胞的积累，但氢分子预处理组的积累减少了。陈等人。据报道，使用氢分子对抗颌骨软骨的骨坏死可能是一种重要的预防和治疗策略。
 
10. 对致癌作用（胸腺淋巴瘤）的抑制作用
尽管辐射是一种众所周知的致癌物，但辐射诱发的胸腺淋巴瘤的发病机制尚不清楚。赵等人。检查了氢分子对小鼠辐射诱导的胸腺淋巴瘤的保护作用。对照组照射4周，氢分子组每次照射前5 min腹腔给予富含氢分子的生理盐水(1.2 ppm)。结果，与氢分子组相比，氢分子 组小鼠的存活率、淋巴瘤的发病率、外周血单个核细胞（PBMC）中ROS的产生以及血浆中SOD、GSH和MDA的水平均有所提高。对照组。赵等人。据报道，氢分子防止辐射引起的胸腺淋巴瘤。
 
结论：
氢分子的辐射防护作用机制被认为与清除•OH等自由基有关，但也被认为与抗炎和抗凋亡特性以及调节细胞内信号的基因表达。氢分子已在临床上广泛应用于辐射损伤以外的领域，据报道是一种具有优异疗效和安全性的物质。因此，氢分子作为放射防护剂可能具有潜在的临床应用，并且在未来可用于治疗辐射损伤。