本研究來自韓國延世大學原州醫(yī)學院環(huán)境醫(yī)學生物學系Kyu-Jae Lee教授。 該研究是使用細胞學研究的結果，主要是利用各種指標證明了2%氫氣對細胞具有保護作用，損傷模型是過氧化氫和LPS，分別代表典型的氧化應激和炎癥損傷因子。由于呼吸道細胞本身具有特殊性，如吸入氫氣時氫氣和這類細胞直接接觸。2%可以代表吸入濃度，當然其他組織如血管和器官組織，要達到類似劑量，就需要更高濃度才屬于類似劑量。李教授更多工作是應用推廣，他在韓國參與氫氣療養(yǎng)院的允許，其中許多皮膚病的患者，都取得了非常不錯的效果。研究方面相對薄弱，這一研究是他們比較深入的論文，和中國美國日本的工作有一定差距。圖 氫氣處理過程的模式圖. (A) Power supply was set at around 9 volt; (B) H2 gas generator (produces 2% H2 gas); (C) Panaqua cube (contains culture plate for supplying H2 gas); (D) Cell culture plate; (E) H2 gas meter .氫氣處理系統(tǒng)由韓國京畿道GOOTZ株式會社設計并提供。細胞培養(yǎng)或多孔板放置在氫氣處理系統(tǒng)中。在穩(wěn)壓電源控制下，氫氣發(fā)生器給細胞培養(yǎng)密封盒供氣，氫氣濃度分析裝置（可燃氣體分析儀）檢測培養(yǎng)室內氫氣濃度。將細胞暴露在氫氣培養(yǎng)室內30分鐘或60分鐘。氫氣處理后細胞轉移到普通細胞培養(yǎng)箱內37?C孵育24小時后進行后續(xù)實驗。氧化應激在氣道疾病的發(fā)展中起著至關重要的作用。最近氫(氫氣)氣的抗氧化性能得到了研究。本研究探討了氫氣在氧化應激誘導的肺泡和支氣管氣道損傷中，用過氧化氫和脂多糖(LPS)刺激A549和NCI-H292細胞。結果表明，2% 氫氣使細胞從氧化應激中恢復。通過檢測活性氧(ROS)、一氧化氮(NO)、抗氧化酶(過氧化氫酶、谷胱甘肽過氧化物酶)、胞內鈣和絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)信號通路等指標分析氧化還原譜。首先用過氧化氫和LPS，但隨后用氫氣。此外，氧化應激標志物，包括ROS和NO的水平在誘導時升高，但在氫氣處理后降低。此外氫氣氣抑制氧化應激誘導的MAPK激活，維持鈣穩(wěn)態(tài)。這項研究表明氫氣可拯救過氧化氫和脂多糖誘導的氧化應激，可能是一種潛在的氣道疾病干預。氧化應激是指細胞內活性氧(ROS)和抗氧化劑的不平衡，導致氧化還原穩(wěn)態(tài)紊亂和細胞損傷。氧化應激可觸發(fā)包括肺部疾病在內的各種疾病的病理條件。肺上皮細胞經(jīng)常暴露于各種應激誘導物中，是ROS的主要靶細胞。在氣道上皮細胞中，ROS及其反應參與哮喘、肺纖維化、呼吸窘迫等多種肺部疾病的病理生理，并刺激肺功能、氣道重塑和粘液分泌的損害。正常情況下，肺上皮細胞受到細胞內外高抗氧化水平的保護。包括A549細胞在內的氣道上皮細胞幫助物質(如水和電解質)通過肺泡。此外，A549細胞降低表面張力，防止呼吸過程中肺泡塌陷。同樣，NCI-H292細胞在支氣管中產(chǎn)生粘液和蛋白質，為免疫反應形成一個緊密的屏障。研究表明過氧化氫和脂多糖(LPS)可作為一種強氧化劑誘導氧化應激和炎癥。暴露于這些化合物后，肺泡和支氣管上皮細胞如A549和NCI-H292對氧化應激引起的肺損傷反應敏感。 一項研究表明，接觸過氧化氫在A549細胞中，胞內鈣(Ca2+)導致有絲分裂阻滯和細胞凋亡。此外，另一項研究顯示，LPS激活人氣道NCI-H292細胞內質網(wǎng)應激，誘導細胞凋亡，導致急性肺損傷。在病理和生理條件下，線粒體主要負責ROS的產(chǎn)生。大約2%的ROS從線粒體所利用的全部氧氣中釋放出來?；钚匝跎僧惓毎恼９δ芎驼{節(jié)具有有害影響。類似地，活性氮物種(RNS)，包括一氧化氮(NO)及其衍生物過氧亞硝酸鹽(ONOO-)，作為一種強大的氧化劑，可以破壞許多生物分子。此外，細胞將主要以谷胱甘肽過氧化物酶(GPx)和過氧化氫酶(CAT)等酶為基礎的抗氧化劑防御系統(tǒng)轉化為活性形式，以防御ROS[14]對細胞造成的損傷。此外，有絲分裂原活化蛋白激酶(MAPK)信號在響應各種細胞刺激時被激活。MAPK的三個主要亞家族是c-Jun n端激酶(JNK)、細胞外信號調節(jié)激酶(ERK)和p38。它們可以通過刺激應激(包括氧化應激)來促進細胞死亡。因此，抑制這些標志物可以增加的存活率。因此，毫無疑問，氧化應激在氣道疾病的進展中起著至關重要的作用。因此，評估強抗氧化劑的輔助作用的研究興趣近年來不斷增加，以緩解這些問題。研究表明，氫氣是一種受生理調節(jié)的氣體分子，具有抗氧化、抗炎、抗凋亡和信號調節(jié)特性。由于氫氣能中和和轉化高活性氧化劑，如羥自由基( ·OH)和ONOO-，氫氣對人體健康有益。氫氣能夠抑制活性氧，同時維持細胞內的代謝氧化還原反應，并容易針對細胞器，包括線粒體和細胞核。幾項研究報告稱氫氣抑制氧化應激引起的各種器官損傷，如大腦、肝臟和心臟，毒性最小。先前的一項研究報告稱，氫氣保護細胞抵抗ROS和輻照培養(yǎng)上皮細胞引起的凋亡損傷。在本研究中，我們試圖探索氫氣利用A549和NCI-H292對肺泡和支氣管上皮細胞氧化應激的保護作用。此外，本研究旨在確定氫氣通過MAPK信號通路對氧化應激的影響。2. 研究方法和研究結果（略），具體內容請閱讀原文。本研究探討了氫氣氣道上皮細胞系上的氣體。幾項研究表明，氫氣通過提高不同細胞系的抗氧化水平，對氧化應激有有益的作用。此外，氧化應激在肺損傷中起作用。安全有效的氫氣處理在1-4%范圍內，而4-75%代表爆炸性水平。Yu等人在2017年報告稱，通過使用2%的氫氣通過降低羥自由基水平減輕PC12細胞中的氧毒性。同樣，Zhou等人進行的另一項研究報告稱，暴露2%的氫氣對AR42J細胞的作用顯著降低炎癥因子水平和氧化損傷。除此之外，使用2% 氫氣的安全性也通過Ohta等人的工作得到了證實。此外，包括A549在內的氣道上皮細胞是肺泡細胞，它們通過降低表面張力來防止肺泡塌陷，而位于支氣管的NCI-H292細胞通過分泌粘液和蛋白質作為感染的主要屏障。在這里，我們的研究揭示了2%的氫氣通過抑制MAPK信號通路蛋白作用于肺泡(A549)和支氣管(NCI-H292)上皮細胞。具體來說，我們的研究重點是2% 氫氣的抗氧化作用，通過在特定時間和濃度下氣道上皮細胞系活性氧、NO、抗氧化劑、細胞內鈣離子和MAPK信號通路蛋白驗證了這一效應。首先，我們研究了氫氣處理對過氧化氫和LPS。一些研究利用過氧化氫和LPS同時刺激細胞氧化應激和炎癥。過氧化氫通過刺激NADPH氧化酶，LPS被細胞檢測到并激活NADPH氧化酶和核因子κB (NF-κB)，這兩種物質都會引起炎癥。 如預期那樣，我們觀察到用過氧化氫和LPS降低了細胞活力。然而，氫氣導致兩種細胞系的生存能力都有明顯的時間依賴性的增加。這些發(fā)現(xiàn)支持了我們的假設，即2% 氫氣降低過氧化氫以及脂多糖誘導的支氣管和肺泡上皮細胞死亡。同樣，ROS和RNS是信號傳導過程中必不可少的調節(jié)介質，在低濃度下維持適當?shù)募毎钚苑浅Ｖ匾?nbsp;ROS和NO生成的增加會導致細胞氧化還原狀態(tài)不穩(wěn)定，對細胞造成不可逆的有害損害，導致細胞凋亡。因此，我們評估了過氧化氫氫氣氣治療。我們證明了氫氣處理抑制了過氧化氫和LPS引起的氣道上皮細胞ROS和NO水平升高。我們還證明了氫氣的持續(xù)時間越長治療對恢復ROS和NO平衡更有效。氫氣迅速通過細胞膜擴散，到達細胞器，最終降低自由基的水平。 這些結果得到了研究的支持，研究發(fā)現(xiàn)氫氣能抑制肺損傷時產(chǎn)生的活性氧和自由基的有害作用。這些發(fā)現(xiàn)表明，在肺泡和支氣管上皮細胞中過量產(chǎn)生ROS和NO的有害影響可以用氫氣。此外，CAT和GPx等抗氧化酶可以選擇性地清除不同類型的ROS，有助于ROS的解毒。過氧化氫被CAT轉化為水和氧。GPx也有助于催化過氧化氫和有機氫過氧化物。 CAT和GPx酶幫助細胞清除自由基。 與這些研究結果一致的是，我們的發(fā)現(xiàn)揭示了暴露于氫氣不同時間間隔對氧化和炎癥脅迫誘導后CAT、GPx等抗氧化酶活性的影響。此外，細胞損傷根據(jù)毒性程度導致鈣流失，可以是可逆的，也可以是不可逆的。因此，在本實驗中，我們使用過氧化氫和LPS誘導細胞毒性，觀察到鈣離子的增加。氫氣可以逆轉這一變化。這一結果也得到了研究的支持，研究發(fā)現(xiàn)過氧化氫增加細胞內鈣過載，氫氣可能通過改變自由基來調節(jié)鈣水平。最后，我們重點研究了MAPK信號通路，以更好地了解氫氣治療后的氧化應激機制。一些研究表明，MAPK蛋白在細胞外信號轉化為細胞反應中是必不可少的。MAPK信號通路包括JNK、ERK和p38蛋白，是參與細胞功能的三個主要途徑之一。JNK和p38，通常被稱為應激激酶，在響應各種細胞和環(huán)境應激時同時被激活，而ERK 1/2在響應生長刺激時被激活。這三種途徑都受到過氧化氫和LPS應激誘導。我們觀察到氫氣減少過氧化氫和LPS誘導的MAPK信號通路蛋白JNK, ERK, p38，改變與時間相關。這些結果為氫氣在過氧化氫和LPS誘導的氧化應激通過MAPK信號通路。綜上所述，用氫氣挽救或恢復氧化應激到誘導前水平，這取決于不同的細胞系，誘導方法和時間的氫氣氣治療。此外，60分鐘的氫氣在這項研究中發(fā)現(xiàn)，氣體處理比30分鐘處理更有效。研究結果表明，氫氣保護支氣管和肺泡上皮細胞對抗氧化應激。此外，在兩種細胞系中，接觸過氧化氫和LPS誘導后，MAPK通路中的氧化應激標志物和蛋白發(fā)生改變。這些變化可被氫氣抑制。這一發(fā)現(xiàn)為減少氧化應激對支氣管和肺泡上皮細胞的損傷提供了一種有效的方法。然而，還需要進一步的研究來充分闡明氫氣體內和臨床研究的功能。然而，據(jù)我們所知，這是第一次報道氫氣在支氣管和肺泡上皮細胞過氧化氫和脂多糖誘導的氧化應激。You, I.-S.; Sharma, S.;Fadriquela, A.; Bajgai, J.; Thi, T.T.;Rahman, M.H.; Sung, J.; Kwon, H.-U.; Lee, S.-Y.; Kim, C.-S.; et al. Antioxidant Properties of Hydrogen Gas Attenuates Oxidative Stress in Airway Epithelial Cells. Molecules2021, 26, 6375.
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