美国南卫理公会大学Vladimir I.Klichko等在开放期刊Heliyon发表论文，证明金属镁能通过产生氢气延长果蝇寿命，这是氢气延长过于寿命的第一次报道，也是氢气抗衰老领域比较严谨系统的研究。
个人认为，这个研究有这几个关键点：
1、氢气抗氧化效应明确，但没有组织特异性，就是对所有的组织氧化损伤都有作用，缺乏特异性有好处也有缺点。
2、氢气对损伤有作用，对正常没有作用，能延长早衰的动物寿命，但不能延长正常果蝇的寿险。好比对人类，不能让最大120岁的寿命延长，但能让更多人活到接近120岁。
3、氢气可以让生活质量提高，早睡果蝇表现为活动能力提高50倍，这样的效应只能说不可思议。几乎让接近死亡的动物重新焕发了青春。
论文题目：Supplementationwith hydrogen-producing composition confers beneficial effects on physiologyand life span in Drosophila
通讯作者：SvetlanaN. Radyuk Email: snradyuk@smu.edu。通讯作者在果蝇和氧化应激方面有多年的积累。
研究摘要：氢气被称为是一种新的生物抗氧化剂和氧化还原调节剂。氢气对许多急性和慢性疾病具有改善效果。本研究旨在确定氢气对果蝇的寿命和生理功能的影响。给果蝇食物中添加专利产氢食品补充剂，成分主要包括碳酸镁和金属镁，这种混合物与酸性水溶液反应释放出氢气。研究发现，补充这种产氢气食品补充剂能延长野生型果蝇寿命。使用线粒体peroxiredoxins过氧化物酶低表达基因突变果蝇，发现这种产氢食品补充剂能延长这种果蝇寿命。推迟肠道功能障碍的发生，改善活动下降的问题。结果表明，氢气能延缓苍蝇老化，延长生存时间，延缓肠道屏障功能障碍的发展，显著提高体力活动。
1、研究背景
曾经认为是生物惰性气体的氢气，2007年被发现具有重要的生物学效应，大量人体和动物疾病模型研究研究发现氢气对多种疾病具有改善或潜在改善价值。氢气产生生物学效应的基础是选择性抗氧化剂，能中和具有强毒性的羟基自由基和亚硝酸阴离子，氢气不同于传统的抗氧化剂，缺乏选择性的传统抗氧化剂会影响具有信号作用的活性氧。氢气也能作为信号分子或诱导各种防御反应。氢气改善效果最有效的是各类氧化应激相关疾病。
氢气的一个优点是组织扩散能力强，氢气分子没有极性和体积小决定了氢气的强大扩散能力，氢气非常容易跨过细胞膜，扩散到线粒体等各种细胞器。这给氢气中和来自于线粒体的活性氧提供了方便，也给改善线粒体氧化应激相关疾病提供了可能。
该文作者认为，氢气改善疾病的使用方法存在一定不足，如通过吸入氢气需要解决安全性问题，注射或饮用氢水存在剂量较低和剂量控制难等问题。解决这些问题的一个方案是使用可产生氢气的材料代替氢气，例如使用金属镁、氢化钙或氢化镁添加到食品内。最新这一研究就是用金属镁膳食补充剂MagH2，研究氢气对果蝇的生物学效应。虽然氢气改善疾病的研究非常多，但氢气抗衰老效应的报道比较少。这一研究利用果蝇这种常用抗衰老动物模式生物，确定氢气是否具有抗衰老和身体生理效应。
我(氢思语)认为，口服金属镁比吸入氢气喝氢水都有优势，其实是各有优势。氢气抗衰老和延长寿命方面过去有研究，甚至氢气对果蝇的研究都有报道。这或者是因为文献不够熟悉，或者故意忽略不计别人的研究。
2、研究材料和方法
2.1果蝇品系
野生型果蝇是作者所在实验室长期饲养超过23年的品种。Da-GAL4和D42-GAL4驱动果蝇品系是康涅狄格州健康科学中心大学Blanka Rogina馈赠，NP1-GAL4驱动果蝇品系是巴克衰老研究所Heinrich Jasper馈赠，过去多次报道过的dprx3和dprx5基因双突变果蝇线粒体内过氧化还原酶低表达。本研究中使用了全身和组织特异性抗氧化蛋白低表达果蝇。
2.2产氢食品制备和评价
发酵糖肉汤培养基含0.5%酵母提取物、5%糖和0.19%羟苯甲酯。用酸性混合物(31.5%丙酸、10%醋酸和3.5%o-磷酸)调节pH到4.5–4.8。把培养基用棉球或海绵辅助插入玻璃小瓶。
产氢气培养基使用Nano H2 Minus公司的 Miljkovic提供的专利产品MagH2 (US patents 8,852,660 B2 and 9,144,581 B2)，包括金属镁微颗粒混入碳酸镁，这种材料和酸反应能产生氢气。每次实验前不同含量的MagH2和酸性培养基混合，工作pH调整到4.5–4.8。此时镁和酸发生反应产生氢气。
反应方程式Mg+H+=Mg2++H2
为了确定MagH2材料的潜在毒性，排除非氢气分子其他成分的作用，将MagH2溶液进行煮沸腾3次把其中的氢气挥发干净(点赞)，这种果蝇饲料的自身抗氧化能力使用氧化还原电位ORP进行测定(Beckman 350 pH Temp/mV meter)。加热沸腾可以把溶解状态的氢气驱赶出溶液，这是非常好的对照方法。
2.3.实验程序
采集孵化后1-2天的雌雄果蝇，继续在25度标准蔗糖玉米粉培养基饲养，或者转移到产氢气培养基。每个实验每个品系使用大约50-60只果蝇。
使用修改攀爬指数评估。记录不同时间段能爬或跳超过4厘米距离达到管顶的果蝇数量。具体方法是将果蝇被轻轻地推到管底，让果蝇爬30秒。同一组果蝇重复评估3次，每次间隔10分钟。攀爬指数评估使用30秒每个管内到达顶部的果蝇数量。随果蝇衰老，攀爬指数下降。
肠道屏障功能紊乱使用，果蝇食物中加入2.5%(wt./vol.)的1号蓝色燃料，肠道功能正常的果蝇蓝色局限于肠道内腔，当然肠道上皮细胞完整性丧失，蓝色会扩散到全身，称为蓝精灵果蝇。这种现象需要用显微镜分析。
2.4.统计学分析
所有统计都使用Excel和Prism进行计算。不同组之间的攀爬指数比较用方差分析。平均存活时间和不同生存曲线比较使用对数秩检验。不同组10%死亡率的生存差异和蓝精灵表型比较用双向方差分析。
3、研究结果
3.1 MagH2降低饲料ORP(增加负电位)。
过去离体研究表明，当MagH2溶解在水中后，能产生氢气纳米气泡，纳米气泡能在水中长时间保持高浓度氢气，同时能长时间保持ORP相对高的负值。本研究发现MagH2也能在酸性条件下保持果蝇饲料ORP高负值。不同浓度MagH2能造成ORP负电位显著提高。普通饲料的ORP是185 mV，加入0.1mg/ml MagH2可达到–160 mV，0.3 mg/mlMagH2达到–320 mV，1和3 mg/–410 /–470 mV。这种状态可以维持4小时以上。这些改变和MagH2水溶液的情况类似，提示在果蝇饲料中产生了氢气纳米气泡。进行5分钟煮沸足可以将氢气从溶液中释放掉，ORP能返回到正值180到190mv，这和普通饲料很接近。
3.2 MagH2饲料延长果蝇寿命。
为了确定氢食品对寿命的影响，雌雄野生型果蝇获得氢饲料，浓度分别为0.1、0.3、1、3和10 mg/ml。MagH2在果蝇42天龄开始补充，或在预期寿命50%，这个时间死亡率开始快速增加，且能避免对年轻机体可能产生毒副作用。结果发现MagH2添加0.1到0.3 mg/ml氢饲料能产生正面效果，但高剂量3和 10 mg/ml会出现毒性反应，这符合许多药物的特点，也说明存在明显的剂量效应关系，适量有效，高剂量有害，看来这食品不是越多越好。
图1 蓝色为氢食品，红色为对照食品，吃氢长寿，差异明显。
用半数存活时间(死亡50%的时间)为标准，最理想的浓度能使雄性果蝇延长15%，雌性果蝇延长25%。但是最大寿命(90%死亡时间)改变不明显。这个意思是说，大家都不容易早死，但最大寿命没有明显改变。这应该是人类对寿命比较理想的追求，活得足够长，走的足够快。
氢食品具有适度延长果蝇最大寿命的作用，但是能明显改善寿命状况，或者明显增加预期生命期限(整体的寿命增加，主要是短命的变少了)。通过加热把氢气挥发掉，能完全取消这种效应。所以强调这个食品不能加热食用，否则会失效，这和氢水一样，开放情况下烧开失效。氢食品高剂量3–10 mg/ml的毒副作用可能和氢气没有关系，因为加热能把氢气挥发，但毒副作用并没有消失。氢气没有毒，再次说明。
3.3 氢食品能延缓果蝇早衰。
线粒体过氧化还原酶低表达可造成果蝇早衰，氢食品能延缓早衰，说明氢气具有抗衰老作用，尤其是早衰。氢气抗早衰在过去小鼠早衰模型中有过报道。
为探索氢气效应的机制，本研究使用线粒体功能障碍的果蝇。线粒体是细胞能量代谢的枢纽，也是衰老调节的关键因素。线粒体是维持细胞整体氧化还原平衡重要基础，许多氧化还原调节因子如巯基相关氧化物酶，抗氧化蛋白就属于长寿相关分子。
线粒体内抗氧化蛋白有dPrx3和dPrx5，该论文作者过去的研究发现，如果这些抗氧化蛋白缺乏会导致果蝇平均寿命减少80%，伴随特定组织凋亡，细胞氧化还原平衡、应激基因转录和线粒体功能基因转录表型等相关改变。
尽管Da-GAL4驱动无法完全恢复Prxs低表达突变果蝇平均寿命，但氢气饲料能延长该系果蝇平均寿命。
和普通果蝇类似，MagH2的雄性最佳剂量是0.1 mg/ml，雌性是0.3 mg/ml(图2)。和野生果蝇类似，高剂量组也表现出毒性效应，导致这些果蝇死亡率增加，加热也无法消除这种毒性效应说明是氢气以外的成分(如镁离子?)造成。
3.4 氢食品对肠道屏障功能的保护作用。
氢气能缓解肠道炎症相关疾病，保护肠道上皮细胞屏障。胃肠道正常功能是健康长寿的必需条件，肠道屏障功能下降是老年果蝇的一个特点，能使用“蓝精灵”试验进行评估。氢气饲料对肠道屏障功能的作用使用NP1- GAL4驱动肠道组织特异性抗氧化蛋白低表达突变果蝇，利用蓝精灵测试。显微镜检查发现，死亡和蓝精灵表型密切相关。这说明果蝇肠道上皮细胞完整性一旦丧失都会迅速死亡。补充MagH2的氢饲料能显著延迟这种蓝精灵和死亡的发生，但是不改变肠道完整性丧失和死亡率相关性，提示氢气这种提高存活效应是通过维持肠道上皮完整性实现的。
3.5.氢气饲料能显著提高早衰果蝇活动能力。
虽然氢食品对果蝇存活率的作用不是非常强，逆重力攀爬指数表明氢饲料能显著提高果蝇的活力(图4)。逆重力攀爬指数经常用于测试果蝇活动能力和衰老活动能力下降。
图4 绿色为改善组，氢饲料对果蝇攀爬指数可提高50倍!
为确定氢气产生作用的关键组织器官，研究者使用运动神经元特异性线粒体抗氧化蛋白低表达突变果蝇(D42-GAL4驱动)，给氢食品喂养后果蝇逆重力攀爬指数提高了50倍(图4)。奇怪的是，氢饲料对NP1-GAL4驱动其他组织线粒体抗氧化蛋白低表达突变体有明显效果，全身组织(Da-GAL4)线粒体抗氧化蛋白低表达突变体也有明显效果，这些结果提示氢气对全身组织线粒体抗氧化蛋白低表达导致的伤害都有保护作用，说明氢气的作用没有明显的组织特异性。氢饲料对突变体果蝇的提高活动水平接近野生型果蝇，老年果蝇研究结果也类似。提示氢饲料可能是使老年果蝇运动活力变得更正常，对因为运动神经元损伤或神经肌肉功能障碍导致的疾病状态恢复到正常水平。氢气的作用是使不正常的身体正常化!
四、讨论
衰老是个复杂过程，涉及到许多因素，例如肠道上皮慢性炎症、氧化应激、线粒体功能异常或降低等。这一研究结果发现，通过补充产氢气食品补充剂MagH2能延长果蝇的平均寿命，也有利于线粒体功能障碍突变体果蝇的生理功能。作者认为这是第一次尝试探索氢气对野生型动物寿命影响的研究(不完全正确)，唯一和这一研究有关联的是氢水对高脂肪饮食损伤小鼠线粒体功能保护作用(2016)。研究还发现氢气提高氧化还原紊乱和线粒体功能障碍果蝇存活率。线粒体是细胞内产生活性氧的主要部位，随着老化严重活性氧产生增加。线粒体功能紊乱能导致氧化应激，氧化应激反过来能加重线粒体病理过程。传统抗氧化剂因为不容易被线粒体摄取，很难发挥抗氧化应激的作用。氢气能自由扩散进入线粒体，对控制线粒体紊乱有特殊价值。最近研究发现外源性氢气对体外培养神经母细胞线粒体可以产生显著保护效应。
产氢气食品对人类线粒体功能和生理指标也有促进效果。饮用氢水对代谢和线粒体相关乳酸酸中毒也能被缓解。本研究中双突变果蝇类似线粒体病模型，如线粒体肌肉病和神经肌肉病，氢气上述效果可能是通过改善线粒体功能。衰老和线粒体病会出现活动度下降等多种表现，本研究最突出的发现是氢气能显著提高果蝇持续活动能力。逆重力攀爬指数数据表明，氢饲料能使果蝇运动能力显著改善。一种可能就是氢气能把患病果蝇氧化损伤和细胞氧化还原失衡修复正常。有报道发现氢水能降低氧化应激和细胞凋亡，改善脑损伤后运动功能障碍。另一种可能是氢气能提高线粒体消耗氧气代谢产生更多能量。氢气对提高果蝇活动能力的原因可能是这种食物能转化碱性状态，纠正突变果蝇代谢性酸中毒。果蝇这种代谢酸中毒能导致代谢紊乱和线粒体功能障碍。人体试验结果提示，服用氢水能纠正剧烈运动导致的乳酸堆积酸化趋势。这一研究也发现氢饲料能帮助维持肠道上皮完整性，老化和炎症通常容易破坏这种完整性。
双突变果蝇中部胃肠道线粒体功能缺陷，首先出现蓝精灵表型然后迅速死亡。这意味着这些果蝇死于肠道上皮完整性丢失。
这一研究发现，氢饲料能让果蝇发生蓝精灵表型延迟，能明显提高这些肠道上皮线粒体缺陷果蝇的存活率。有报道其他肠道损伤动物模型中氢气水能降低氧化应激损伤和炎症反应。肠道细菌产生氢气也和炎症性肠炎症状改善有关。也有研究发现氢气能降低肠道组织内炎症因子，保护肠道屏障功能。这一研究中也发现产氢食物MagH2能剂量依赖性保护肠道作用。大量研究声称，氢气吸入和饮用氢水对人和动物产生疾病改善作用同时，不会对正常细胞和生理功能产生副作用，尽管对氢气的毒理学研究数据相对缺乏。氢气的副作用确实很低，主要理由是氢气作为抗氧化剂，不会影响具有信号作用的活性氧。这一研究中发现高剂量MagH2表现出一定毒性效应。根据通过蒸煮释放氢气并不能消除这一毒性效应，推测可能是因为含有比较高浓度的镁离子造成。
研究结果提示，通过口服产氢气饲料补充氢气，能保护线粒体功能障碍果蝇肠道上皮细胞完整性，提高运动活力，也能延长野生型果蝇健康寿命。
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