氫氣在肝移植中應用的研究進展

于瑤，喻文立，杜洪印（.天津醫科大學一中心臨床學院，天津 3009；.天津市第一中心醫院麻醉科，天津 3009）

缺血/再灌注損傷是肝移植術后早期及晚期移植物功能衰竭甚至患者死亡的主要原因［1］。多種因素參與肝缺血/再灌注的病理生理變化過程，其中氧化應激產生的氧自由基可損傷肝細胞超微結構和功能，與器官缺血/再灌注損傷關系最為密切。因此，抑制缺血/再灌注誘導的氧化應激是減輕肝缺血/再灌注損傷的有效途徑。

氫氣（H2）是自然界中分子量最小的氣體，無色、無味，具有還原性，曾被認為是不與生物體內任何物質發生化學反應的生理惰性氣體，不具有生物活性。由于其毒性小，且在減壓環境下不易產生氣泡，被廣泛用于預防減壓病的發生。1975年Dole等［2］研究發現，將小鼠置于高壓氫氣艙內能抑制其皮膚腫瘤生長，但氫氣并未應用于常規臨床治療，也未引起人們更多的關注。直至2007年Ohsawa等［3］研究發現氫氣具有選擇性抗氧化作用，實驗結果表明，吸入2%氫氣可以選擇性清除羥自由基（·OH）和過氧亞硝基（ONOO-），抑制再灌注后炎癥反應，減小局灶性腦缺血/再灌注損傷大鼠的腦梗死面積，這一發現引起了學術界的廣泛關注，為氫氣的臨床治療作用提供了新的思路和廣闊的前景。此后有研究證實氫氣對肝缺血/再灌注損傷也具有明顯的保護作用，且與傳統抗氧化劑相比具有多種優點。本文總結了該領域的研究進展，旨在為深入研究氫氣在肝移植中的作用提供一些參考。

1 氧化應激與缺血/再灌注損傷

缺血/再灌注早期細胞內活性氧（ROS）水平大量增加，氧化應激反應不但能夠直接造成肝組織損傷，還能激發多種炎癥介質的釋放，是缺血/再灌注中最主要的損傷因素。肝缺血時三磷酸腺苷（ATP）缺乏，導致細胞功能發生障礙，黃嘌呤脫氫酶（XD）轉變為黃嘌呤氧化酶（XO）。此外，ATP降解為二磷酸腺苷（ADP）、單磷酸腺苷（AMP）和次黃嘌呤并在組織內大量堆積。再灌注時大量氧分子隨血液進入缺血組織，XO以分子氧為電子受體，催化次黃嘌呤轉變為黃嘌呤產生大量氧自由基；另一方面，ATP缺乏導致氧自由基清除系統（SOD）功能障礙，進一步升高氧自由基水平。氧自由基介導脂質過氧化反應，導致膜受體功能障礙；同時脂質過氧化代謝產物（MDA）與膜磷脂和蛋白質等相互作用破壞細胞膜結構和功能導致細胞凋亡或壞死。

2 氫氣與缺血/再灌注損傷

大量研究證實，吸入內源性氣體信號分子如一氧化氮（NO）、一氧化碳（CO）、硫化氫（H2S）對多種器官缺血/再灌注損傷具有保護作用［4-7］。然而，這些氣體均具有內在毒性作用，將其應用于臨床治療中尚需進一步研究證實其療效和毒性作用。吸入含49%氫氣、50%氦氣和1%氧氣的混合氣體可用于預防減壓病和氮麻醉［8］，其應用的安全性已被證實。人體細胞不能產生內源性的氫，但大腸中的厭氧菌能通過氫化酶降解碳水化合物產生大量的氫氣進入循環，并通過肺排出體外。最新研究顯示，氫氣在人體內可能發揮著調節信號傳導的作用，被稱為“第4個氣體信號分子”［9］。氫氣作為氧自由基清除劑可以選擇性地降低組織和細胞內的活性氧簇，減輕器官缺血/再灌注后的炎癥反應。其機制可能是氫氣選擇性地減少·OH和ONOO-并增強抗氧化酶類的活性，從而抑制氧化應激導致的MDA和蛋白質失活；其次，氫氣通過抑制含半胱氨酸的天冬氨酸水解酶（Caspase-3）的活性發揮抗凋亡特性［10］；此外，氫氣還可以抑制炎癥因子誘導的氧化應激損傷［11］。研究表明，氫氣在多種損傷模型中具有抗炎性反應作用，在氧化應激誘導的炎癥反應中，氫能夠下調炎癥因子白細胞介素-6（IL-6）、IL-1β，趨化因子和腫瘤壞死因子-α（TNF-α）的表達水平［12］，這些炎癥介質在誘發和加重組織缺血/再灌注損傷中具有重要意義。

第1篇有關氫氣的研究結果發表后，Ohsawa等［13］隨后報道了吸入氫氣對肝缺血/再灌注損傷的保護作用，并發現其治療效果具有劑量依賴性。卞學藝等［14］研究發現，通過尾靜脈注射含飽和氫氣的生理鹽水對C57BL/6小鼠肝缺血/再灌注后肝細胞損傷具有顯著的改善作用，肝組織內MDA含量明顯減少，TNF-α、IL-6、細胞間黏附分子 -1（ICAM-1）和干擾素誘導蛋白-10（IP-10）mRNA的表達水平明顯降低，且巨噬細胞及中性粒細胞浸潤明顯減少。Liu等［15］在大鼠肝缺血/再灌注模型中發現，腹腔注射含飽和氫氣的生理鹽水可明顯降低炎癥介質的產生和氧化應激損傷，減輕移植后肝病的進展，顯著改善移植后的肝功能，并最終提高動物的存活率，這表明氫氣不僅有抗氧化作用，還具有抗炎活性。最近Zhang等［16］在大鼠肝移植模型中證實，吸入2%的氫氣1小時能明顯降低缺血/再灌注誘導的TNF-α、IL-6、NF-κB含量的升高，并減輕肝細胞損傷。與受體、供體均吸入2%的氫氣相比，僅供體吸入2%氫氣組的NF-κB、HO-1、Bcl-2及鋅指蛋白A20水平顯著升高，表明肝移植手術前吸入2%氫氣1小時可能通過激活NF-κB保護大鼠肝臟免受缺血/再灌注損傷。

氫氣對于缺血/再灌注器官不僅具有抗氧化作用，還能顯著抑制組織的炎癥反應，促進器官功能恢復。Abe等［17］研究表明，用含飽和氫氣的器官保存液（UW液）保存的腎臟，其氧化應激水平、腎小管凋亡和巨噬細胞浸潤程度明顯降低，其通過抑制氧化應激和炎癥反應減輕腎臟冷缺血損傷。Shi等［18］研究發現，氫氣能通過減少缺血/再灌注介導的Caspase-3依賴性凋亡來保護肺組織。通過TUNEL染色及Caspase-3活性檢測，Shi等發現在SD大鼠肺缺血/再灌注之前和之后腹腔注射含飽和氫氣的生理鹽水，能顯著減輕肺水腫，增加肺動脈血管活性，降低肺組織MDA、8-強化脫氧鳥苷（8-OHdG）水平，減輕肺上皮細胞凋亡程度。陳燁等［19］研究結果顯示，吸入2%的氫氣能顯著抑制腸缺血/再灌注引發的小膠質細胞激活，從而減輕大鼠腦氧化應激和炎癥反應，發揮腦保護作用。腹腔注射含飽和氫氣的生理鹽水還可通過降低氧化應激水平和Caspase-3依賴性細胞凋亡減輕視網膜缺血 /再灌注損傷［20］。

3 氫氣作為新型抗氧化劑的優點和問題

3.1 與其他抗氧化劑相比，氫氣的優勢在于：① 氫氣的分子量最小，具有良好的生物膜通透性，能夠高效地進入細胞甚至在線粒體和細胞核中發揮作用，這些部位是ROS產生和DNA損傷的主要位置，其他藥物難以進入并發揮作用。② 氫氣作用溫和，能夠特異性清除·OH和ONOO-而不影響內源性氧自由基，代謝中對機體有利的氧化還原反應不受其干擾，不良反應較輕。③ 氫氣的安全性已被證實，并且其制備方法簡單、使用方便且價格便宜。因此，作為無毒的選擇性抗氧化劑，氫氣具有良好的臨床應用前景。

3.2 基礎研究已證實氫氣具有廣泛的生物學作用，但氫氣真正應用于臨床治療，尚有很多問題需要解決：① 目前吸入氫氣的生物安全性只在人體中得到了證實，腹腔注射或靜脈注射等途徑長期、大量給藥的藥理及毒理作用研究較少，其在人體使用的生物安全性還沒有完全得到認證，潛在的毒性作用可能尚未被發現。② 氫氣的作用機制尚未完全闡明，氫氣在體內維持時間很短，但生物學效應強大，在體內發揮生物學作用的信號通路還不清楚，因此，氫氣用于治療疾病的具體機制還需要大量的研究來證實。③ 雖然氫氣能夠選擇性地清除·OH和ONOO-，但其效應的靶向性尚無定論，尋找氫氣的特異性作用靶點也是將來要解決的主要問題之一。