太田成男（Dr.ShigeoOhta，PhD），日本醫(yī)科大學(xué)老年病研究所首席教授，研究領(lǐng)域?yàn)闅錃忉t(yī)學(xué)的分子機(jī)理、線粒體疾病的藥物開(kāi)發(fā)及氧化應(yīng)激的可視化和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。2007年，太田成男教授在國(guó)際著名醫(yī)學(xué)雜志《自然醫(yī)學(xué)》上發(fā)表關(guān)于少量氫氣緩解缺血再灌注損傷的研究，提出氫氣選擇性抗氧化的概念，開(kāi)辟了氫氣醫(yī)學(xué)的研究熱潮。可以說(shuō)，太田成男教授在氫生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域發(fā)表SCI論文40余篇，證實(shí)氫氣對(duì)腦缺血、肝臟放射損傷、肥胖、巴金森病的緩解治療作用。<br> “當(dāng)我在探索一種沒(méi)有副作用的理想抗氧化劑時(shí)，我遇到了氫。在2005年1月的第一次實(shí)驗(yàn)中，我驚訝于氫對(duì)氧化應(yīng)激的強(qiáng)大保護(hù)作用，并決定將我的一生奉獻(xiàn)給氫醫(yī)學(xué)。2007年在《自然醫(yī)學(xué)》雜志上成功發(fā)表第一篇論文。第一篇論文被接受時(shí)，我們很驚訝，也有一些疑問(wèn)，但我們通過(guò)不斷的發(fā)表克服了這些疑問(wèn)。我的使命不僅是發(fā)展氫醫(yī)學(xué)，更要發(fā)展氫工業(yè)，成為氫醫(yī)學(xué)的先驅(qū)?！保╤ttp://www.molecularhydrogeninstitute.com/dr-shigeo-ohta-phd）<br>太田成男教授不僅在氫分子生物醫(yī)學(xué)的基礎(chǔ)研究領(lǐng)域成果卓越，還積極與企業(yè)合作，促進(jìn)氫分子的臨床應(yīng)用，主持成立了國(guó)際上第一個(gè)專門研究氫分子生物學(xué)效應(yīng)的氫氣醫(yī)學(xué)研究中心（MolecularHydrogenInstitute，MHI），推進(jìn)氫分子的基礎(chǔ)、動(dòng)物和臨床研究。<div><br>太田成男教授多年致力于氧化應(yīng)激損傷的研究。在氫分子作用機(jī)制領(lǐng)域，他著重從氫分子清除氧化自由基、調(diào)控質(zhì)膜通道功能和提升抗氧化系統(tǒng)活性的角度，探究和討論氫氣生物醫(yī)學(xué)作用的機(jī)制。</div><div><br>1.對(duì)羥基自由基（·OH）的直接還原作用</div><div><br>在太田成男教授2007年發(fā)表的文章中，氫氣可以在細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中減少?OH1。更重要的是，隨后他人的研究也證實(shí)，富氫滴眼液可直接降低視網(wǎng)膜缺血/再灌注誘導(dǎo)的?OH2；在電離照射誘導(dǎo)的睪丸損傷中，氫分子也能夠中和?OH3。雖然，?OH與H2在稀水溶液中的反應(yīng)速率可能非常緩慢，H2無(wú)法直接中和所有?OH4；然而哺乳動(dòng)物細(xì)胞具有高度復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，包含生物膜和具有多種濃縮的粘性溶液。在粘性環(huán)境中，由于碰撞頻率是限速的，因此H2較快的擴(kuò)散速率有利于其克服反應(yīng)速率常數(shù)較慢的問(wèn)題5。</div> 圖1氫氣在細(xì)胞內(nèi)氣體擴(kuò)散。大多數(shù)親水化合物保留在細(xì)胞膜上，不能到達(dá)細(xì)胞質(zhì)，大多數(shù)疏水化合物在沒(méi)有特定載體的情況下不能穿透生物膜，而H2可以迅速分布到細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞器中5。 由于?OH是很多自由基連鎖反應(yīng)的主要觸發(fā)器，這種連鎖反應(yīng)一旦發(fā)生在生物膜上，就會(huì)繼續(xù)并擴(kuò)大，對(duì)細(xì)胞造成嚴(yán)重的損傷（圖1）。氫氣更容易富集在脂相，尤其是在不飽和脂質(zhì)區(qū)域，這是初始連鎖反應(yīng)的主要靶點(diǎn)6。因此，氫氣可能具有抑制氧化自由基連鎖反應(yīng)的作用。在定量分析中，太田成男教授使用Liperfluo和C11-BODIPY兩種熒光探針來(lái)研究H2對(duì)過(guò)氧化反應(yīng)的影響。Liperfluo的反應(yīng)域是疏水的，嵌在質(zhì)膜內(nèi)，C11-BODIPY的反應(yīng)域是親水的，暴露在胞質(zhì)中。H2誘導(dǎo)的C11-BODIPY過(guò)氧化反應(yīng)的減少程度低于Liperfluo，說(shuō)明H2抑制了膜上的自由基反應(yīng)6。該連鎖反應(yīng)產(chǎn)生脂質(zhì)過(guò)氧化，并導(dǎo)致氧化應(yīng)激標(biāo)志物的產(chǎn)生，如4-羥基-2-壬烯醛（4-HNE）和丙二醛（MDA）。大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，充足的H2可以有效緩解?OH誘導(dǎo)的組織氧化。<div><br>?OH能夠與很多靶分子發(fā)生無(wú)差別反應(yīng)，并造成嚴(yán)重的損害。有研究表明，?OH可以直接調(diào)節(jié)Ca2+通道的活性7。這種對(duì)Ca2+內(nèi)流的抑制作用被?OH清除劑完全消除。另一篇文章還指出，?OH通過(guò)l型電壓依賴性Ca2+通道抑制Ca2+內(nèi)流8。氫分子能夠清除質(zhì)膜上的?OH，那么，勢(shì)必對(duì)Ca2+通道的活性產(chǎn)生影響5。</div><div><br>此外，受?OH調(diào)控的還有線粒體三磷酸腺苷（ATP）敏感鉀離子通道（mit(ATP)K+通道），該通道能夠感知并調(diào)節(jié)細(xì)胞代謝狀態(tài)的線粒體膜電位。很多研究證據(jù)表明，一些具有生理作用的氣體能夠參與mit(ATP)K+通道功能的調(diào)節(jié)，影響線粒體呼吸和膜電位。關(guān)注H2S、NO和CO這些生理氣體及mit(ATP)K+通道的作用機(jī)制，對(duì)于理解H2的分子功能具有重要意義9。</div> 2.氫分子直接還原過(guò)氧亞硝基陰離子（ONOO-）進(jìn)而調(diào)控基因表達(dá)<br><br>氫分子清除氧化自由基的另一個(gè)機(jī)制，即直接清除過(guò)氧亞硝基陰離子（ONOO-）。已知ONOO-可以修飾蛋白質(zhì)中的酪氨酸生成硝基酪氨酸。在動(dòng)物模型中，無(wú)論引用富氫水、注射富氫生理鹽水或吸入氫氣都能有效降低硝基酪氨酸含量101112。此外，在臨床試驗(yàn)中，飲用富氫水可降低關(guān)節(jié)炎液患者的硝基酪氨酸13。因此，至少氫氣的部分作用可以歸因于蛋白質(zhì)中硝基酪氨酸產(chǎn)量的減少。許多參與轉(zhuǎn)錄控制的蛋白因子被硝化（-O-NO2）或（-S-NO2），硝化的蛋白含量降低可能會(huì)影響多種基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控。<br><br>3.通過(guò)調(diào)控基因表達(dá)間接降低氧化應(yīng)激<br><br>氫分子可以通過(guò)上調(diào)抗氧化系統(tǒng)，包括超氧化物歧化酶（SOD）、過(guò)氧化氫酶（CAT）、髓過(guò)氧化物酶（MPO）等。對(duì)于核因子2相關(guān)因子（Nrf2）這一能夠廣泛誘導(dǎo)抗氧化酶表達(dá)的轉(zhuǎn)錄因子而言，氫分子能夠上調(diào)其表達(dá)與活性，間接上調(diào)抗氧化酶系統(tǒng)的活性。<br><br>氫分子對(duì)Nrf2的上調(diào)作用很可能不是直接作用引起的，Murakami等人提出，H2能夠激活線粒體活性，當(dāng)過(guò)度的線粒體活性引起氧化應(yīng)激時(shí)，H2間接誘導(dǎo)Nrf2向細(xì)胞核轉(zhuǎn)移。然而，尚未有研究表明H2是如何激活線粒體的，或者線粒體的氧化應(yīng)激是否足夠激活Nrf214。<br><br>此外，也有研究者借鑒線粒體輔酶Q（MitoQ）的作用機(jī)制。MitoQ是一種線粒體靶向輔酶Q衍生物，能夠作為一種線粒體靶向抗氧化劑快速到達(dá)線粒體。MitoQ顯著激活了Keap1-Nrf2抗氧化系統(tǒng)，增加Nrf2靶基因如HO-1和NQO1基因的表達(dá)15。因此，H2可能作為一種抗氧化劑，以類似MitoQ的方式激活Nrf2。<br><br>另一種可能性是，Nrf2的激活依賴于Wnt/catenin信號(hào)?；罨疶細(xì)胞核因子（NFAT）抑制Wnt/catenin信號(hào)通路，參與調(diào)節(jié)神經(jīng)祖細(xì)胞增殖和分化16、腸細(xì)胞分化17和成骨細(xì)胞分化18。另一方面，Wnt/catenin激活Nrf2。因此，當(dāng)NFAT被H2清除時(shí)，可能會(huì)激活Wnt/catenin信號(hào)通路，引起Nrf2的活化。然而，氫氣上調(diào)Nrf2的機(jī)制仍處于探討與推測(cè)階段，需要更多實(shí)驗(yàn)性研究19。<br>來(lái)源：陶鴿如 氫思語(yǔ)<br><br>材料出處：<br>氫氣醫(yī)學(xué)研究中心（MolecularHydrogenInstitute，MHI）http://www.molecularhydrogeninstitute.com/dr-shigeo-ohta-phd<br>Ohta,S.Molecularhydrogenasanovelantioxidant:Overviewoftheadvantagesofhydrogenformedicalapplications.MethodsinEnzymologyvol.555(ElsevierInc.,2015).<br>Ohta,S.DirectTargetsandSubsequentPathwaysforMolecularHydrogentoExertMultipleFunctions:ingonInterventionsinRadicalReactions.Curr.Pharm.Des.27,595–609(2020).<br><br>參考文獻(xiàn)：<br>1.Ohsawa,I.etal.Hydrogenactsasatherapeuticantioxidantbyselectivelyreducingcytotoxicoxygenradicals.Nat.Med.(2007)doi:10.1038/nm1577.<br>2.Oharazawa,H.etal.Protectionoftheretinabyrapiddiffusionofhydrogen:Administrationofhydrogen-loadedeyedropsinretinalischemia-reperfusioninjury.Investig.Ophthalmol.Vis.Sci.(2010)doi:10.1167/iovs.09-4089.<br>3.Chuai,Y.etal.Hydrogen-richsalineattenuatesradiation-inducedmalegermcelllossinmicethroughreducinghydroxylradicals.Biochem.J.442,49–56(2012).<br>4.Chandel,N.S.etal.Mitochondrialreactiveoxygenspeciestriggerhypoxia-inducedtranion.Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A.(1998)doi:10.1073/pnas.95.20.11715.<br>5.Ohta,S.Molecularhydrogenasanovelantioxidant:Overviewoftheadvantagesofhydrogenformedicalapplications.MethodsinEnzymologyvol.555(ElsevierInc.,2015).<br>6.Iuchi,K.,Nishimaki,K.,Kamimura,N.&Ohta,S.Molecularhydrogensuppressesfree-radical-inducedcelldeathbymitigatingfattyacidperoxidationandmitochondrialdysfunction.Can.J.Physiol.Pharmacol.(2019)doi:10.1139/cjpp-2018-0741.<br>7.Az-Ma,T.,Saeki,N.&Yuge,O.CytosolicCa2+movementsofendothelialcellsexposedtoreactiveoxygenintermediates:Roleofhydroxylradical-mediatedredoxalterationofcell-membraneCa2+channels.Br.J.Pharmacol.(1999)doi:10.1038/sj.bjp.0702438.<br>8.Shirotani,K.etal.SuppressionofCa2+influxthroughL-typevoltage-dependentcalciumchannelsbyhydroxylradicalinmousecerebralcorticalneurons.Mol.BrainRes.(2001)doi:10.1016/S0169-328X(01)00128-0.<br>9.Walewska,A.,Szewczyk,A.&Koprowski,P.Gassignalingmoleculesandmitochondrialpotassiumchannels.InternationalJournalofMolecularSciences(2018)doi:10.3390/ijms19103227.<br>10.Chen,C.H.etal.Hydrogengasreducedacutehyperglycemia-enhancedhemorrhagictransformationinafocalischemiaratmodel.Neuroscience(2010)doi:10.1016/j.neuroscience.2010.04.043.<br>11.Yu,P.etal.Hydrogen-richmediumprotectshumanskinfibroblastsfromhighglucoseormannitolinducedoxidativedamage.Biochem.Biophys.Res.Commun.(2011)doi:10.1016/j.bbrc.2011.05.024.<br>12.Zhang,Y.etal.Anti-inflammatoryeffectofhydrogen-richsalineinaratmodelofregionalmyocardialischemiaandreperfusion.Int.J.Cardiol.148,91–95(2011).<br>13.Ishibashi,T.etal.Consumptionofwatercontainingahighconcentrationofmolecularhydrogenreducesoxidativestressanddiseaseactivityinpatientswithrheumatoidarthritis:anopen-labelpilotstudy.Med.GasRes.(2012)doi:10.1186/2045-9912-2-27.<br>14.Murakami,Y.,Ito,M.&Ohsawa,I.Molecularhydrogenprotectsagainstoxidativestress-inducedSH-SY5Yneuroblastomacelldeaththroughtheprocessofmitohormesis.PLoSOne(2017)doi:10.1371/journal.pone.0176992.<br>15.Zhang,J.etal.MitoQamelioratestestisinjuryfromoxidativeattackbyrepairingmitochondriaandpromotingtheKeap1-Nrf2pathway.Toxicol.Appl.Pharmacol.(2019)doi:10.1016/j.taap.2019.03.001.<br>16.Huang,T.etal.NuclearfactorofactivatedTcells(NFAT)proteinsrepresscanonicalWntsignalingviaitsinteractionwithdishevelled(Dvl)proteinandparticipateinregulatingneuralprogenitorcellproliferationanddifferentiation.J.Biol.Chem.(2011)doi:10.1074/jbc.M111.251165.<br>17.Wang,Q.etal.NFAT5repressescanonicalWntsignalingviainhibitionofβ-cateninacetylationandparticipatesinregulatingintestinalcelldifferentiation.CellDeathDis.(2013)doi:10.1038/cddis.2013.202.<br>18.Fromigue,O.,Ha?,E.,Barbara,A.&Marie,P.J.EssentialroleofNuclearFactorofActivatedTCells(NFAT)-mediatedWntsignalinginosteoblastdifferentiationinducedbystrontiumranelate.J.Biol.Chem.(2010)doi:10.1074/jbc.M110.110502.<br>19.Ohta,S.DirectTargetsandSubsequentPathwaysforMolecularHydrogentoExertMultipleFunctions:ingonInterventionsinRadicalReactions.Curr.Pharm.Des.27,595–609(2020).