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氢气为什么具有多效性?

来源:http://www.zuolunkj.com/news462751.html    发布时间:2020/9/14 8:40:00

太田成男教授被誉为是氢气医学的奠基人,主要是2007年他在《自然医学》杂志发表了微量氢气具有选择性抗氧化作用,能产生氧化损伤治疗作用。氢气的选择性抗氧化的发现,引起国际众多学者对氢气生物医学的关注,并迅速成为研究热点。人们相继发现氢气不仅具有抗氧化作用,也能产生抗炎症抗细胞凋亡抗过敏抗动脉硬化等多种多样的生物学效应,由于氢气制备简单,对人无害,这些效应很容易被人作为治疗手段进行应用开发,今天氢气作为一种安全有效的抗氧化抗炎症物质,已经在临床医学和健康医学领域得得非常好的发展,临床上将氢气吸入作为疾病治疗工具,健康领域将氢水和氢气作为促进健康调理慢性病预防疾病的工具,都已经取得了显著的成绩。今天的市场上,吸氢气,喝氢水,洗氢水澡,氢食品,氢气美容等产品,琳琅满目,对于提出只有10多年的一个新概念,今天这种成就可以说是不可思议。这所有的成绩,我们都不应该忘记太田成男教授的奠基性发现。太田教授虽然已经从日本医科大学退休,但他并没有停止研究和宣传氢气医学,也随时提出关于氢气医学效应研究的新观点。这篇综述就是他近几年关于氢气效应多样性的一个观点,这个观点涉及的研究内容已经发表,我们也重点进行了介绍,如果有兴趣可以在氢思语过去文章中阅读,当然学术研究要阅读其原文。

新文章摘要。氢气曾经长期被认为是哺乳动物细胞惰性气体,就是对细胞没有任何效应。但是2007年发现氢气具有生物抗氧化保护细胞氧化应激后,氢气是惰性气体的概念彻底被推翻。随后的研究发现氢气不仅具有抗氧化作用,还具有抗炎、抗过敏以及调节细胞死亡和自噬等复杂的功能,也发现氢气具有生物能量代谢调节作用。

氢气因为是两个氢原子通过共价键形成的稳定结构,在没有催化剂情况下,氢气不太可能与其他生物分子发生化学反应。所以要理解氢气的生物学效应,寻找其能直接发生化学反应或相互作用的目标分子是至关重要的

氢思语点评:这段话里有一个条件,就是氢气要发挥作用,必需是在发生化学反应为前提的基础上,其实这个看法不一定正确。研究发现,不可能发挥化学反应的惰性气体如氙气也具有非常强的生物效应,例如常压吸入这种气体就可以产生显著麻醉作用,可以用于手术。俄罗斯学者曾经将这种气体作为促进运动成绩的工具,国际反兴奋剂机构甚至还把这种惰性气体作为兴奋剂看待。既然生物效应不一定必需存在化学反应,那么这种寻找化学反应靶点的基础思路就不是那么合理了。

根据目前的研究和化学特征,氢气能直接和特别强的氧化剂发生直接反应,人体内存在的活性较强的氧化剂是羟基自由基,这也是选择性抗氧化的理论基础,因为弱氧化作用的自由基活性氧不能和氢气发生化学反应。

根据氢气直接反应的化学分子是羟基自由基这个基础,氢气表现出的众多生物学活性,本质上应该是羟基自由基的效应,或者是后者的多样效应被氢气压制的表现。所以应该关注羟基自由基的生物学活性。而羟基自由基过去也没有被生物学家认为具有生理效应,只是作为一种病理或伤害因素对待。那么羟基自由基是不是就是氢气效应的基础。太田成男教授就是这样认为的,这篇文章的核心思想就是对羟基自由基的生物效应进行的总结。

例如羟基自由基能发生自由基链反应,就是和其他生物分子反应后的产物仍然具有活性,这种次生活性物质能产生非常广泛的效应。例如这类分子可以参与游离钙离子或线粒体ATP依赖的钾离子通道的调节,这种分子的生理功能广泛,成为羟基自由基广泛效应的基础。氢气则是因为和羟基自由基发生了反应,阻断了这种反应的基础过程,所以就表现出羟基效应被抑制的广泛作用特征。

在脂类物质自由基反应中,比较典型的产物是4-羟基-2-壬烯醛这种物质也具有多项效应,其中有一个比较重要的生理功能就是能调节PGC-1这种分子是线粒体再生的调节分子,是运动和低温引起线粒体增殖的重要介质。体内外试验都发现,氢气能直接干预自由基反应,如能抑制自由基链式反应产生的修饰氧化磷脂而这是钙离子通道功能调节的重要基础。由于游离钙离子也是具有广泛生物学效应的信号,如能影响NFATCREB转录因子失活

这个文章还对氢气在新冠状肺炎、阿尔茨海默病和晚期癌症中应用进行了探讨。还对一些尚未解决的问题如内毒素相关信号、MAPKNF -κB通路和Nrf2悖论等进行了讨论。作者还提出氢气对蛋白质中水和氢键的影响的新观点。

显然这个文章比较重要的观点是这样的,氢气所以效应很多,是因为氢气作用的目标羟基自由基有很多生物效应。但是羟基自由基是一种活性极强的氧化剂,能与几乎一切有机分子发生自由基反应,这种反应往往具有破坏性,会导致目标分子的伤害。这种伤害本身一定会引起生物系统产生反应,例如DNA被破坏就能引起修复反应。但是这种反应因为没有任何的选择性,没有特异性的化学反应很难作为生物效应现象对待。或者我们只能作为一种非特异性伤害因素看待,不需要对非常具体的反应过程进行研究。这种非特异性伤害一定能引起身体启动具有广泛效应的修复反应,但这些修复反应往往表现为更强的应对损伤的能力。氢气阻断了这种反应,逻辑上会减少机体修复效应。所以从这个角度看,氢气效应不应该把羟基自由基作为解释的原点。

我个人认为,生物损伤反应往往是多个层次的。例如有一些温和反应,与一些剧烈反应,温和反应能引起比较有效的适应,但剧烈反应往往带来伤害。从分子层面,羟基自由基主要表现为伤害,而过氧化氢等活性氧则是温和伤害的代表。身体内剧烈伤害因素被氢气阻断后,能在避免伤害的情况下保留了温和损伤因子,这不仅能减少损伤,同时能激活身体的适应能力。这大概才是氢气神奇效应的本质。

参考文献

Ohta S.Direct targets and subsequent pathways for molecular hydrogen to exert multiple functions: Focusing on interventions in radical reactions. Curr Pharm Des.2020 Aug 5.


转载自氢思语公众号,孙学军原创文章,侵删

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