氫氣生物醫(yī)學(xué)研究進(jìn)展

趙鵬翔， 謝飛， 劉夢(mèng)昱， ADZAVON Yao Mawulikplimi， 馬雪梅

北京工業(yè)大學(xué)環(huán)境與生命學(xué)部，北京氫分子研究中心，抗病毒藥物北京市國際科技合作基地，北京100124

很長一段時(shí)間，氫氣在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域被認(rèn)為是一種生理惰性氣體，即不會(huì)對(duì)人體功能產(chǎn)生影響。但近年來的研究證明，逾百種疾病可能從使用氫氣中獲益。1975 年,美國學(xué)者 Dole 等[1]在《科學(xué)》報(bào)道，連續(xù)14天吸入8個(gè)大氣壓的氫氣能夠明顯降低小鼠皮膚癌腫瘤的大小，這是在人類歷史上首次發(fā)現(xiàn)氫氣的醫(yī)學(xué)效應(yīng)。日本醫(yī)科大學(xué)太田成男教授于2007年在《自然-醫(yī)學(xué)》上發(fā)文證明吸入氫氣可以有效減輕大鼠的腦缺血再灌注損傷，這一作用在人體實(shí)驗(yàn)中也被證實(shí)[2]。由于氫氣是一種早就為人們熟知的氣體，反應(yīng)的產(chǎn)物只有水，對(duì)人沒有任何毒性，氫氣的疾病治療作用意味著這種氣體可能在醫(yī)療上有廣闊的應(yīng)用前景，因此這一研究迅速受到國內(nèi)外生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的關(guān)注。

到目前為止，國際上已發(fā)表的氫氣在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用的相關(guān)論文已經(jīng)近兩千篇，自2010 年后，氫氣生物學(xué)研究領(lǐng)域獲得的國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目已經(jīng)達(dá)到八十多項(xiàng)。目前氫氣在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用主要依據(jù)兩點(diǎn)：一是安全性高，迄今還沒有明顯的毒副作用的報(bào)道；二是氫氣對(duì)抗自由基損傷的作用，這方面有大量的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和百余項(xiàng)人體試驗(yàn)研究數(shù)據(jù)。

安全性是氫氣在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域得以應(yīng)用的突出優(yōu)勢(shì)。氫氣的安全性主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：一是作為一種呼吸氣體在潛水醫(yī)學(xué)中已有很多應(yīng)用[3]，人類曾經(jīng)在20 大氣壓高于90%的超高濃度氫氣環(huán)境中長期生活28 天未見明顯不良反應(yīng)，世界上最大潛水深度記錄采用的就是呼吸氫-氧混合氣的潛水方式，其安全性顯著超過氧氣。二是氫氣本身就是人體內(nèi)存在的一種內(nèi)源性氣體，1969 年Levitt 等[4]在《新英格蘭醫(yī)學(xué)雜志》報(bào)道人的腸道菌可以產(chǎn)生和利用氫氣。三是氫氣與其他物質(zhì)反應(yīng)后生成水，多余的氫氣可通過呼吸排出體外，不會(huì)有任何殘留。到目前為止尚無任何氫氣對(duì)身體有毒副作用的報(bào)道。四是除我國外，目前還有包括美國、日本等多個(gè)國家已經(jīng)將氫氣列入食品添加劑名單中?？傊瑥哪壳把芯拷Y(jié)果來看，還沒有氫氣生理上不安全的報(bào)道，這也為氫氣用于健康和醫(yī)療領(lǐng)域提供了保障。

大量細(xì)胞、動(dòng)物模型和人類臨床患者的研究先后證明氫氣對(duì)多種疾病具有潛在的治療作用。目前已經(jīng)公開報(bào)道的氫氣臨床試驗(yàn)逾百項(xiàng)[5]，其中包括神經(jīng)退行性疾病、代謝性疾病、心腦血管疾病、血液透析、炎癥、腫瘤等。這些研究進(jìn)一步確定了氫氣對(duì)人體的安全性，表明氫氣對(duì)某些疾病如腦梗病人康復(fù)、代謝性疾?。ㄈ缣悄虿?、動(dòng)脈硬化以及這些疾病的并發(fā)癥）、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、缺血再灌注損傷、電離輻射損傷和神經(jīng)退行性疾病等均有一定的作用，對(duì)腫瘤輔助治療具有一定價(jià)值，在創(chuàng)傷輔助治療和急救輔助治療等方面也顯示了一定作用，特別是用于新冠肺炎治療已進(jìn)入國家診療方案。

日本已于2016 年將吸氫治療心臟停跳綜合征納入“日本先進(jìn)醫(yī)療B 類”體系，可用于治療心臟心肌梗塞、心臟缺血再灌注、恢復(fù)心率等癥狀。氫氧混合氣呼吸療法已經(jīng)被證實(shí)可以緩解慢性阻塞性肺炎急性加重，降低氣體在支氣管樹中的流速阻力，提高氧氣的利用率，減輕呼吸困難的癥狀，達(dá)到輔助治療的作用。2020 年2 月2 日國家藥品監(jiān)督管理局批準(zhǔn)“氫氧氣霧化機(jī)”列入“國家創(chuàng)新”三類呼吸醫(yī)療設(shè)備，輔助用于需住院治療的慢性阻塞性肺疾病急性加重期的成人患者的癥狀（包括呼吸困難、咳嗽、咳痰）改善。在我國應(yīng)對(duì)新冠肺炎的過程中，國家《新型冠狀病毒肺炎診療方案（試行第六、七、八版）》已經(jīng)把氫氣治療作為推薦治療方法。

本文將重點(diǎn)介紹氫氣在代謝性疾病、神經(jīng)退行性疾病、急救和創(chuàng)傷醫(yī)學(xué)以及腫瘤領(lǐng)域的研究進(jìn)展，希望對(duì)廣大氫分子醫(yī)學(xué)研究者提供參考。

1 代謝性疾病和神經(jīng)退行性疾病

代謝性疾病和神經(jīng)退行性疾病是常見的、多因素參與的慢性疾病，包括糖尿病、脂代謝紊亂、代謝綜合征、肥胖、痛風(fēng)、阿爾茲海默癥和帕金森病等。近年來，代謝性疾病發(fā)病率和死亡率急劇升高，已成為備受關(guān)注的公共健康問題。目前已有大量動(dòng)物和臨床試驗(yàn)表明，氫氣療法對(duì)糖尿病、脂代謝紊亂、代謝綜合征、肥胖、痛風(fēng)和神經(jīng)退行性疾病等均有一定的預(yù)防、保護(hù)和治療作用，氫氣介入在上述疾病中的臨床試驗(yàn)研究匯總見表1。

表1 氫氣介入在代謝性疾病和神經(jīng)退行性疾病中的臨床研究匯總Table 1 Summary of clinical research on hydrogen intervention in metabolic diseases and neurodegenerative diseases

1.1 氫氣應(yīng)用于糖尿病的臨床及實(shí)驗(yàn)研究

目前關(guān)于氫分子對(duì)糖尿病的效應(yīng)研究有許多，綜合目前研究結(jié)果來看，氫氣對(duì)糖尿病及其并發(fā)癥，尤其是對(duì)部分2 型糖尿?。╰ype 2 diabetes mellitus，T2DM）已經(jīng)顯示出良好的治療效果。2008年，Kajiyama等[6]首次設(shè)計(jì)了一個(gè)隨機(jī)雙盲對(duì)照試驗(yàn)，30 名通過飲食和運(yùn)動(dòng)治療的T2DM 患者和 6 名糖耐量受損（impaired glucose tolerance，IGT）患者通過氫氣療法進(jìn)行干預(yù)，8 周后通過口服葡萄糖耐量試驗(yàn)對(duì)胰島素抵抗（insulin resistance，IR）、糖代謝及一些氧化應(yīng)激的生物學(xué)標(biāo)志物進(jìn)行測(cè)量和評(píng)估。結(jié)果提示，氫氣治療有預(yù)防T2DM 和IR 的潛能。日本東北大學(xué)的Ogawa 等[7]開展了一項(xiàng)多中心、前瞻性、雙盲、隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)，該試驗(yàn)收錄了50 名T2DM 患者，分為氫氣治療組和對(duì)照組，試驗(yàn)時(shí)間為3個(gè)月。結(jié)果表明，雖然氫氣治療組IR 水平下降，但與對(duì)照組相比并無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。然而在對(duì)患者進(jìn)行分組比較后發(fā)現(xiàn)，對(duì)胰島素抵抗嚴(yán)重（基礎(chǔ)值HOMA-IR＞1.73）的患者，IR 指數(shù)發(fā)生了顯著改善。相關(guān)結(jié)果提示，氫氣療法對(duì)胰島素抵抗比較嚴(yán)重和處于氧化應(yīng)激狀態(tài)的患者效果最佳，而對(duì)胰島素抵抗較弱的患者效果相對(duì)較弱，甚至無效。

此外，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果初步顯示，氫氣療法對(duì)1型糖尿?。═1DM）有潛在治療作用，有望作為替代胰島素治療T1DM 的選擇[8]。同時(shí)，多項(xiàng)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究顯示，氫氣療法對(duì)糖尿病的并發(fā)癥，如視網(wǎng)膜病變[9]、勃起功能障礙[10]、心臟功能受損[11]、骨丟失[12]等有很好的改善作用。綜上所述，氫氣療法對(duì)T2DM 患者尤其是胰島素抵抗比較嚴(yán)重的患者效果較好，對(duì)于胰島素抵抗較弱的患者效果較差。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)已經(jīng)顯示出對(duì)T1DM 患者的治療潛力，但仍需臨床試驗(yàn)證據(jù)支持。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)顯示氫氣療法對(duì)糖尿病引起的并發(fā)癥具有顯著改善作用，但仍需要進(jìn)一步的臨床試驗(yàn)證據(jù)支持。

1.2 氫氣應(yīng)用于代謝綜合征的臨床及實(shí)驗(yàn)研究

目前已有多項(xiàng)動(dòng)物和臨床試驗(yàn)研究表明，氫氣療法對(duì)代謝綜合征具有潛在的預(yù)防和治療作用。Nakao等[13]在2010年對(duì)20名有潛在代謝綜合征的患者進(jìn)行8 周的開放性初步研究，以檢驗(yàn)氫氣療法對(duì)潛在代謝綜合征的有效性。從試驗(yàn)開始到第 4 周，HDL-c 增加 8%，總膽固醇/HDL-c 降低13%，該研究結(jié)果提示，氫氣治療可預(yù)防代謝綜合征。國內(nèi)泰山醫(yī)學(xué)院秦樹存教授團(tuán)隊(duì)[14]以20 個(gè)潛在的代謝綜合征患者為研究對(duì)象，觀察了氫氣療法對(duì)患者血清脂蛋白和生物活性物質(zhì)的影響。研究結(jié)果顯示，連續(xù)采用氫氣治療10 周后可顯著降低血清總膽固醇（total cholesterol，TC）和低密度脂蛋白膽固醇（LDL-C）水平，載脂蛋白apo B100和apo-E 水平也顯著降低，同時(shí)高密度脂蛋白（high-density lipoprotein，HDL）功能顯著提高，該試驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了氫氣療法對(duì)潛在代謝綜合征的有效性。最近LeBaron 等[15]對(duì)60 名代謝綜合征患者（30 男30 女）進(jìn)行了隨機(jī)、雙盲、安慰劑對(duì)照臨床試驗(yàn)，初始觀察期為一周以獲取基線臨床數(shù)據(jù)，然后隨機(jī)分為安慰劑組和氫氣治療組，試驗(yàn)持續(xù)24周。結(jié)果表明，與安慰劑組相比，氫氣治療可顯著降低血膽固醇和血糖水平，降低血清糖化血紅蛋白，改善炎癥和氧化還原穩(wěn)態(tài)的生物標(biāo)志物，同時(shí)也能促進(jìn)身體質(zhì)量指數(shù)和腰臀比的下降，該結(jié)果提示，氫氣療法可作為一種治療代謝綜合征危險(xiǎn)因素的有效方法。

此外還有大量動(dòng)物實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證實(shí)，氫氣療法對(duì)代謝綜合征及其并發(fā)癥具有很好的治療作用[16]。綜上所述，氫氣療法對(duì)代謝綜合征具有潛在的預(yù)防和治療作用，主要表現(xiàn)為緩解腎小球硬化和肌酐清除、改善腎臟功能、降低血漿TC 和LDL-C、改善HDL功能以及改善體脂構(gòu)成等。

1.3 氫氣應(yīng)用于肥胖的臨床及實(shí)驗(yàn)研究

氫分子對(duì)肥胖的作用目前已有動(dòng)物和臨床試驗(yàn)研究。最近一項(xiàng)雙盲安慰劑對(duì)照交叉試驗(yàn)評(píng)估了氫分子對(duì)中年超重婦女體脂組成和激素狀態(tài)的影響。對(duì)10名中年婦女，通過氫氣療法干預(yù)4周，結(jié)果表明，氫氣療法雖然對(duì)體重、體質(zhì)指數(shù)和身體圍度無顯著影響，但可顯著降低體脂含量、手臂脂肪指數(shù)、血清甘油三酯和空腹血清胰島素水平[17]。此外，Kamimura 等[18]通過動(dòng)物試驗(yàn)證明，氫氣療法可使糖原聚集在肝臟，顯著減少肝臟氧化應(yīng)激水平，改善db/db 大鼠和飲食引起肥胖的大鼠的脂肪肝癥狀，抑制體重增長，并降低血糖和甘油三脂水平。綜上所述，氫分子對(duì)肥胖可能有改善作用，主要體現(xiàn)在降低體脂含量和血脂水平，這種改善作用還需更大規(guī)模的臨床試驗(yàn)數(shù)據(jù)證實(shí)。

1.4 氫氣應(yīng)用于痛風(fēng)的臨床及實(shí)驗(yàn)研究

高尿酸血癥（又稱痛風(fēng)）是由于人體嘌呤代謝紊亂，致使血液中尿酸含量增高引起的代謝性疾病，多見于男性。最近，一項(xiàng)臨床試驗(yàn)證明了氫氣療法在治療男性痛風(fēng)中的有效性，該研究共入組67例男性高尿酸血癥患者，其中37例采用氫氣療法進(jìn)行干預(yù)，另外30例作為對(duì)照，干預(yù)時(shí)間為3個(gè)月。結(jié)果表明，氫氣治療組的舒張壓、總膽固醇和尿酸水平出現(xiàn)顯著性下降，尤其是尿酸水平在干預(yù)后下降最為顯著，而對(duì)照組前后無明顯變化[19]。此外，還有一些動(dòng)物實(shí)驗(yàn)也證實(shí)了氫氣療法對(duì)痛風(fēng)治療的有效性[20]。

1.5 氫氣應(yīng)用于阿爾茲海默癥的臨床及實(shí)驗(yàn)研究

阿爾茲海默癥（Alzheimer’s disease,AD）又稱老年性癡呆，最初表現(xiàn)為記憶力減退，是目前最常見的神經(jīng)系統(tǒng)退行性病變，其病理特征是異常折疊蛋白如β 淀粉樣蛋白（Aβ）和Tau 蛋白聚集沉積。Nishimaki等[21]采用隨機(jī)雙盲安慰劑對(duì)照臨床研究對(duì)73 名輕度認(rèn)知障礙患者采用氫氣療法持續(xù)干預(yù)一年，結(jié)果提示，對(duì)載脂蛋白E4 基因型攜帶者的輕度認(rèn)知功能障礙患者，氫氣治療可能通過降低患者氧化應(yīng)激水平進(jìn)而改善疾病癥狀。此外，多項(xiàng)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)也證實(shí)了氫氣療法可改善AD大鼠學(xué)習(xí)、記憶能力和運(yùn)動(dòng)功能[22]。綜上所述，氫氣療法對(duì)阿爾茲海默癥有潛在治療作用，尤其對(duì)攜帶APOE4基因型的患者效果更佳。

1.6 氫氣應(yīng)用于帕金森病的臨床及實(shí)驗(yàn)研究

帕金森?。≒arkinson’s disease,PD）主要的病理改變是中腦黑質(zhì)多巴胺神經(jīng)元變性死亡，導(dǎo)致中樞運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)功能障礙。日本順天堂醫(yī)院的Yoritaka 等[23]開展了一項(xiàng)針對(duì)PD 患者安慰劑對(duì)照的隨機(jī)、雙盲、平行對(duì)照臨床試驗(yàn)，17 例PD 患者（11 女，6 男）連續(xù)48 周進(jìn)行氫氣治療后帕金森病統(tǒng)一評(píng)定量表（UPDRS）得分顯著改善，而安慰劑組結(jié)果繼續(xù)惡化，該研究初步證實(shí)了氫氣療法的安全性和耐受性良好，并能顯著改善PD患者的生活質(zhì)量。該團(tuán)隊(duì)還開展了另一項(xiàng)較大規(guī)模隨機(jī)雙盲安慰劑對(duì)照多中心臨床試驗(yàn)[24]，178 例（89 女，89 男）PD 患者分為氫氣治療組和對(duì)照組，持續(xù)觀察時(shí)間為80周，通過對(duì)不同時(shí)間點(diǎn)39項(xiàng)帕金森調(diào)查表（PDQ-39）和PD改良Hoehn-Yahr分級(jí)對(duì)帕金森癥狀進(jìn)行評(píng)估，以確定氫氣療法的安全性和耐受性以及對(duì)PD患者癥狀的治療效果，但目前該臨床試驗(yàn)的結(jié)果尚未公布。此外還有多項(xiàng)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證實(shí)氫氣療法可預(yù)防PD 模型大鼠的黑質(zhì)紋狀體變性，抑制DA 神經(jīng)元丟失和功能下降，最終延緩PD 的發(fā)生和發(fā)展[25]。綜上所述，氫氣療法在帕金森病治療中已經(jīng)顯示出很好的潛力，其療效的進(jìn)一步確認(rèn)目前還需大規(guī)模臨床試驗(yàn)的證據(jù)支持，氫氣療法在未來很可能給PD患者帶來新的希望。

2 新冠肺炎治療

2.1 新冠肺炎引發(fā)的細(xì)胞因子風(fēng)暴

目前在全球范圍內(nèi)累計(jì)新冠肺炎（COVID-19）確診病例已超過1.92 億人，死亡人數(shù)超過423 萬人，嚴(yán)重危害著人類健康與經(jīng)濟(jì)發(fā)展。臨床主要以對(duì)癥治療為主，氧療、機(jī)械通氣、經(jīng)驗(yàn)性使用抗生素和奧司他韋，是目前使用的主要治療手段，此外免疫球蛋白輸注、糖皮質(zhì)激素治療、人工肺（extracorporeal membrane oxygenation, ECMO）等手段也被用到了一線治療當(dāng)中。COVID-19感染通常能夠引起免疫系統(tǒng)的過度反應(yīng)，該過程中涉及一系列免疫因子的上調(diào)和釋放，引起細(xì)胞因子風(fēng)暴，并在機(jī)體內(nèi)部產(chǎn)生了形似自殺式的反應(yīng)。因此，COVID-19重癥病人救治難度及死亡率依然相當(dāng)高，原因往往就是忽然加速的細(xì)胞因子風(fēng)暴造成全身器官衰竭。同時(shí)，多數(shù)危重癥病人存在痰不多但粘稠的特點(diǎn)，給呼吸機(jī)的應(yīng)用造成較大難度。因而，重癥患者治療主要對(duì)癥需考慮：一是抑制細(xì)胞因子風(fēng)暴，二是減少氣道阻力。

2.2 氫氣應(yīng)用于新冠肺炎輔助治療的進(jìn)展

氫氣由于其分子量小、易擴(kuò)散、抗炎抗凋亡，特別是安全性高等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，《新型冠狀病毒肺炎診療方案（試行第六、七、八版）》已經(jīng)把氫氧氣治療作為推薦治療方法，應(yīng)用于新冠肺炎患者的輔助治療，提出對(duì)病人“及時(shí)給與有效氧療措施，包括鼻導(dǎo)管、面罩給氧和經(jīng)鼻高流量氧療。有條件可采用氫氧混合吸入氣（H2/O2：66.6%/33.3%）治療”（第八版試行）[26]。

在中國新冠病毒疫情流行期間，氫氧混合氣也成為抗擊病毒的重要武器，已開展多項(xiàng)臨床研究。氫氧混合呼吸輔助新冠肺炎治療的隨機(jī)臨床試驗(yàn)（NCT04378712），共入組90 例病人（44 吸氫氧氣，46 吸氧氣），研究發(fā)現(xiàn)，氫氧混合氣（H2/O2：66.6%/33.3%）吸入能迅速改善病情，提高病毒感染患者預(yù)后[27]。哈醫(yī)大四院的楊巍教授團(tuán)隊(duì)等對(duì)40 名新冠病人（中國臨床試驗(yàn)注冊(cè)中心注冊(cè)號(hào)：ChiCTR2000030258）進(jìn)行氫氣吸入治療（20 純氫吸入，20 對(duì)照組）。結(jié)果表明，吸入氫氣能明顯改善新冠肺炎患者癥狀，無論基線疾病嚴(yán)重程度如何，在治療結(jié)束時(shí)，新冠病人發(fā)熱、呼吸困難、肝腎功能、肺炎變化的改善都更顯著。試驗(yàn)有效率達(dá)到100%，試驗(yàn)組無轉(zhuǎn)成重癥患者。

2.3 氫氣輔助新冠肺炎治療的優(yōu)勢(shì)

2.3.1 呼吸氫氧混合氣減少氣道阻力 根據(jù)氣體密度越小流動(dòng)所需驅(qū)動(dòng)壓越小的原理，達(dá)到相同的通氣量，空氣所需的驅(qū)動(dòng)壓力約為氫-氧氣的2.44倍，純氧所需的驅(qū)動(dòng)壓力約為氫-氧氣的2.69倍。吸入氫氧混合氣可以改善氣道阻力，增加氧氣彌散度和氧流量。

2.3.2 容易實(shí)現(xiàn) 氫氣機(jī)通過電解水產(chǎn)生，隨用隨時(shí)打開機(jī)器就可以呼吸，方便簡單。在實(shí)施上容易實(shí)現(xiàn)，不會(huì)對(duì)現(xiàn)有治療產(chǎn)生干擾。

2.3.3 安全性好 氫氣具有抗氧化、抗炎癥和抗凋亡等生物學(xué)作用，且不同于任何藥物，其體內(nèi)代謝產(chǎn)物只有水，其對(duì)人體的安全性得到廣泛認(rèn)可。

2.3.4 抗細(xì)胞因子風(fēng)暴功能強(qiáng) 氫氣具有抗氧化、抗炎癥和抗凋亡的生物學(xué)效應(yīng)，在新冠肺炎輔助治療中具有緩解炎癥風(fēng)暴和組織損傷的潛在應(yīng)用價(jià)值。大量的臨床和實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，氫氣可以緩解多種組織器官中的炎癥反應(yīng)，降低炎癥因子水平和氧化應(yīng)激相關(guān)蛋白水平，減少病灶組織炎癥損傷的發(fā)生。北京工業(yè)大學(xué)在嚴(yán)重創(chuàng)傷的研究中發(fā)現(xiàn)，急性創(chuàng)傷期呼吸氫氣能夠使細(xì)胞因子風(fēng)暴得到極大抑制，傷口愈合大幅提前（未發(fā)表數(shù)據(jù)）。大量研究也證明氫氣對(duì)活性氧爆發(fā)造成的炎癥反應(yīng)具有明顯的抑制作用。Ishibashi 等[28]研究發(fā)現(xiàn)，類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎患者氫氣治療后，機(jī)體氧化應(yīng)激反應(yīng)及炎癥反應(yīng)得到改善，患者的關(guān)節(jié)炎癥狀得到緩解。Chen 等[29]給予結(jié)腸炎模型BALB/c 小鼠氫氣治療后發(fā)現(xiàn)，結(jié)腸TNF-α、IL-1β、丙二醛（malondialdehyde，MDA）和髓過氧化物酶（myeloperoxidase，MPO）水平均降低，提示氫氣可通過降低炎性因子的表達(dá)水平減輕小鼠結(jié)腸炎癥狀。Ren等[30]給予急性胰腺炎模型BALB/c小鼠氫氣治療后，結(jié)果表明氫氣可通過降低小鼠 NF-κB、TNF-α、IL-1β的水平發(fā)揮急性胰腺炎治療效果。

2.3.5 改善患者呼吸系統(tǒng)反應(yīng)癥狀及抑制系統(tǒng)性免疫風(fēng)暴 在改善呼吸系統(tǒng)方面，氫氣的保護(hù)作用研究是最早起步也是研究最多的。大量的實(shí)驗(yàn)研究顯示，氫氣對(duì)于肺缺血再灌注損傷[31]、機(jī)械通氣相關(guān)肺損傷[32]、膿毒癥相關(guān)肺損傷[33-34]、高氧性肺損傷慢性阻塞性肺病[35]、支氣管哮喘[36]等均有很好的治療效果。在以往呼吸系統(tǒng)疾病的應(yīng)用研究中，氫分子介入尤其是通過呼吸高濃度氫氣的方式，已經(jīng)發(fā)揮了非常顯著的治療效果。除大量動(dòng)物實(shí)驗(yàn)外，目前已有的氫分子應(yīng)用呼吸系統(tǒng)疾病的臨床試驗(yàn)，包括支氣管擴(kuò)張癥（ClinicalTrials.gov ID：NCT02765295）、氣管狹窄（NCT02961387）[37]、重度哮喘（CT02883582），以及重度慢性阻塞性肺疾?。∟CT02850185）研究，臨床效果顯著，且無副作用。因此，氫氣在改善新冠肺炎患者呼吸道相關(guān)癥狀的應(yīng)用潛力巨大。

綜上所述，目前已有的臨床和實(shí)驗(yàn)研究數(shù)據(jù)均已證實(shí)，氫氣可以作為一種清潔、便利、無污染的治療手段，通過抗炎、抗凋亡、抗氧化應(yīng)激等生物學(xué)效應(yīng)，抑制新冠肺炎患者細(xì)胞因子風(fēng)暴，從而減少重癥轉(zhuǎn)化的比例；同時(shí)通過對(duì)呼吸系統(tǒng)功能的改善，減輕患者呼吸窘迫等癥狀。這一治療方式也將有望在更多的傳染性疾病和炎癥免疫反應(yīng)疾病中得到應(yīng)用。

3 創(chuàng)傷和急救醫(yī)學(xué)

缺血再灌注（ischemia-reperfusion，I/R）損傷是組織或器官經(jīng)歷一段時(shí)間缺血之后，由于血液和氧氣重新供應(yīng)所導(dǎo)致的繼發(fā)性損傷。缺血再灌注引發(fā)的組織損傷涉及多種病理類型，包括心肌梗死、缺血性腦卒中、急性腎損傷和腸缺血等。此外，缺血再灌注損傷也是器官移植、心胸外科、血管外科、創(chuàng)傷醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域亟待解決的難題。2007年日本科學(xué)家太田成男報(bào)道，呼吸氫氣對(duì)腦卒中缺血再灌注損傷的治療效果顯著[38]，這是氫氣應(yīng)用于腦卒中治療的第一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)研究，也進(jìn)一步提示，氫氣很可能在急救醫(yī)學(xué)中發(fā)揮重要作用。該研究也成為氫醫(yī)學(xué)快速發(fā)展的奠基性工作，氫氣受到了更廣泛的關(guān)注。已有的臨床試驗(yàn)和動(dòng)物學(xué)研究均顯示，利用其抗凋亡、抗氧化等生物學(xué)效應(yīng)，通過早期介入氫氣治療，有望能夠減輕腦梗、心梗、心肺復(fù)蘇和復(fù)蘇后綜合征等造成的組織、器官損傷，并發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)功能，從而達(dá)到對(duì)該類患者急救和爭取康復(fù)時(shí)間的目的。表2 匯總了有關(guān)氫氣用于治療缺血再灌注損傷相關(guān)疾病的臨床試驗(yàn)。

表2 氫氣介入緩解缺血再灌注損傷的臨床研究匯總Table 2 Summary of clinical studies on hydrogen intervention to relieve ischemia-reperfusion injury

3.1 氫氣應(yīng)用于腦卒中治療的臨床及實(shí)驗(yàn)研究

腦卒中是全球致殘、致死的首要原因之一，而缺血性腦卒中占所有卒中的80%以上。由于腦卒中的危險(xiǎn)性巨大，致死率較高，因此氫氣應(yīng)用的相關(guān)臨床試驗(yàn)開展存在較大困難。一項(xiàng)關(guān)于腦干梗死的無對(duì)照臨床試驗(yàn)（通過日本西島醫(yī)院倫理委員會(huì)審批）對(duì)比了常規(guī)藥物依達(dá)拉奉單用組（26人）與氫氣聯(lián)用依達(dá)拉奉（8 人）的效果，MRI 和臨床指標(biāo)結(jié)果顯示氫氣與依達(dá)拉奉聯(lián)合使用可以明顯減少病人恢復(fù)正常的時(shí)間[39]。

另一項(xiàng)日本學(xué)者的臨床研究中[2]（JMACCT ID:JMA-IIA00142），采用隨機(jī)對(duì)照臨床研究，對(duì)氫氣在治療輕度-中度嚴(yán)重性急性腦梗死患者的安全性和有效性進(jìn)行了評(píng)估。綜合各項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)顯示，氫氣吸入治療對(duì)急性腦缺血患者腦組織恢復(fù)、神經(jīng)功能改善和生活質(zhì)量都有顯著的效果。以上結(jié)果提示氫氣治療急性腦梗死可能是一種安全有效的治療手段。

氫氣的療效在不同模型的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中被廣泛驗(yàn)證，有學(xué)者研究證明，在大鼠腦缺血及冠狀動(dòng)脈缺血模型中，吸入氫氣具有很強(qiáng)的抗氧化作用，對(duì)于減少腦缺血再灌注損傷導(dǎo)致的腦梗死效果顯著，其治療腦缺血的效果類似免疫抑制劑FK-506[40]。其他全腦缺血性卒中治療中，氫氣仍然能夠顯著降低病死率。Nagatani 等[41]利用雙側(cè)頸總動(dòng)脈栓塞法建立全大腦缺血模型，發(fā)現(xiàn)氫氣治療組7 天生存率對(duì)比對(duì)照組提高至50%，且氫氣可通過阻斷細(xì)胞自噬減少腦細(xì)胞凋亡。急性腦干梗死模型的研究中，造模后10～11天，氫氣組MRI顯示梗死區(qū)可顯著恢復(fù)[42]。出血性腦卒中盡管發(fā)生率較缺血性腦卒中小，但顱內(nèi)出血情況發(fā)生后往往更加兇險(xiǎn)。出血性腦卒中后24 h和72 h血腦屏障破壞和腦水腫較為明顯。Manaenko 等[43-44]研究發(fā)現(xiàn)，氫氣呼吸可以改善出血性腦卒中小鼠24 h 后腦水腫程度，改善神經(jīng)功能，推測(cè)氫氣在該疾病中發(fā)揮急性保護(hù)作用；進(jìn)一步的細(xì)胞水平研究中，顯示呼吸氫氣可以促進(jìn)組織肥大細(xì)胞激活，保護(hù)血腦屏障，從而減輕腦水腫。

3.2 氫氣在心肌缺血急救中的應(yīng)用研究

心臟驟停（cardiac arrest, CA）是全球人類面臨的重要疾病之一，世界上平均每天約有1 萬人發(fā)生心臟驟停，其中心梗也是產(chǎn)生CA 的原因之一。造成CA 患者復(fù)蘇后死亡的主要原因是復(fù)蘇后綜合征，即自助循環(huán)恢復(fù)后因全身缺血再灌注引發(fā)的多器官功能障礙或衰竭。由于氫氣在缺血再灌注損傷中強(qiáng)大的保護(hù)作用，因此是進(jìn)行心肌缺血急救的理想方案之一，相關(guān)的臨床試驗(yàn)較多在日本開展。

Yoshinori 等開展的一項(xiàng)較早的臨床研究中，評(píng)估了吸入氫氣預(yù)防經(jīng)皮冠狀動(dòng)脈介入治療后的急性心肌梗死患者再灌注損傷的安全性和有效性（UMIN000006825）[45]。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，氫氧混合氣安全性良好，在心梗急性期，吸入氫氣并不能有效減少梗塞面積；而在心肌梗死后1周和6個(gè)月獲得的心臟磁共振成像數(shù)據(jù)比較顯示，氫氣組患者左心室搏動(dòng)量明顯增加，提示氫氣對(duì)于心梗再灌注損傷的保護(hù)作用。最新的一項(xiàng)臨床研究中，Tomoyoshi 等[46]對(duì)5 名心臟驟停后成功復(fù)蘇的患者（UMIN000012381）氫氣吸入后不同時(shí)間點(diǎn)的動(dòng)脈血液中氫氣濃度、氧化應(yīng)激指標(biāo)和細(xì)胞因子水平進(jìn)行了檢測(cè)。結(jié)果顯示，氫氣療法對(duì)于心臟驟停急救有一定的應(yīng)用前景，但由于研究樣本量較少，日本學(xué)者目前正在對(duì)氫氣吸入治療心臟驟停綜合征開展大規(guī)模臨床研究（UMIN000019820）[47]，盡管目前還沒有最終結(jié)果的報(bào)道，但結(jié)合大量動(dòng)物學(xué)實(shí)驗(yàn)和前期病例報(bào)道，預(yù)計(jì)結(jié)果將會(huì)較為顯著。

吸入氫氣用于室顫大鼠的心肺復(fù)蘇研究中，發(fā)現(xiàn)氫氣能減輕缺血再灌注損傷，保護(hù)神經(jīng)功能[48]。在窒息大鼠的心肺復(fù)蘇研究中，發(fā)現(xiàn)氫氣同樣可保護(hù)復(fù)蘇后大鼠的神經(jīng)功能[49]。2014 年，Drabek 等[50]發(fā)現(xiàn)呼吸氫氣對(duì)實(shí)驗(yàn)性心臟驟停后復(fù)蘇導(dǎo)致的腦損傷具有明顯保護(hù)作用。呼吸氫氣在心臟發(fā)生室顫后6 min進(jìn)行，能明顯提高動(dòng)物存活率、減少神經(jīng)組織損傷、保護(hù)神經(jīng)功能。這種效果和低溫的治療效果類似。氫氣聯(lián)合傳統(tǒng)低溫治療CA 的大鼠模型中，大鼠CPR 后，氫氣聯(lián)合低溫治療組優(yōu)于單獨(dú)低溫組的治療效果，表現(xiàn)出全身性炎癥反應(yīng)降低（IL6 等）、較好的左室舒張末期壓和肺氣腫、心肌細(xì)胞變性衰減的減輕等[48]。另一項(xiàng)兔CA模型研究中，CPR后高劑量氫氣組72 h存活率顯著改善，減少了神經(jīng)元損傷和血漿氧化標(biāo)志物的表達(dá)[51]。日本已于2016 年將吸氫治療心臟停跳綜合征納入“日本先進(jìn)醫(yī)療B 類”體系，可用于治療心臟心肌梗塞、心臟缺血再灌注、恢復(fù)心率等癥狀。

3.3 氫氣應(yīng)用于創(chuàng)傷治療的臨床及實(shí)驗(yàn)研究

與國內(nèi)外創(chuàng)傷治療策略相比，氫分子展示出更大的優(yōu)勢(shì)和更好的應(yīng)用前景。已有的研究顯示，氫分子尤其在抗炎、抗氧化、抗凋亡等方面有益于創(chuàng)傷修復(fù)。一項(xiàng)氫氣介入治療軟組織損傷的臨床研究中（NCT01759498），受試者在軟組織損傷24 h內(nèi)立即接受治療，持續(xù)治療2周后，對(duì)比正常處理組和正常處理聯(lián)合氫氣治療組治療效果。研究發(fā)現(xiàn)，氫氣聯(lián)合治療組患者血清黏度降低，受傷肢體活動(dòng)性增強(qiáng)，屈伸程度恢復(fù)至正常關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍的時(shí)間縮短，提示氫氣在創(chuàng)傷治療中有廣闊的應(yīng)用前景[52]。在皮膚損傷修復(fù)的研究中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，氫氣能夠通過抑制 JNK、NF-B、TNF、Bax/Bcl-2、ASK-1 等炎癥、凋亡信號(hào)通路，有效改善動(dòng)物腹部/背部皮瓣等缺血再灌注損傷[53]。氫氣還能夠通過抗炎、抗氧化作用，促進(jìn)燒傷皮膚損傷修復(fù)[54]，加速口腔傷口愈合[55]，以及抑制成纖維細(xì)胞氧化應(yīng)激損傷與凋亡[56]。

外傷性腦損傷（traumatic brain injury, TBI）的致死率和致殘率較高，成為兒童、中青年人群和戰(zhàn)場(chǎng)上最主要的死亡原因之一。TBI 存活者通常表現(xiàn)為學(xué)習(xí)能力和記憶力下降。TBI 大鼠可出現(xiàn)腦水腫、神經(jīng)系統(tǒng)功能障礙和重塑時(shí)間延長等改變，其中氧化應(yīng)激是導(dǎo)致以上病理改變的重要因素。已有研究證實(shí)，吸入氫氣可以降低TBI 大鼠腦組織中的氧化產(chǎn)物，提高抗氧化酶的活性，改善腦水腫和神經(jīng)系統(tǒng)功能障礙[57]。氫氣對(duì)液壓沖擊后的大腦保護(hù)作用研究中，提示氫氣可使抗氧化調(diào)節(jié)因子升高，突觸可塑性、學(xué)習(xí)記憶力和認(rèn)知功能均有所改善[58]。本團(tuán)隊(duì)研究也發(fā)現(xiàn)，吸入氫氣對(duì)于急性TBI 大鼠腦損傷、細(xì)胞凋亡和神經(jīng)系統(tǒng)的功能恢復(fù)均有良好的治療效果[59]。

綜上可知，氫分子具有顯著抗炎、抗氧化、抗凋亡能力，有望應(yīng)用于多種缺血再灌注引起的損傷疾病包括心梗、腦梗、創(chuàng)傷等的輔助治療。而氫氣具體治療策略和效果的確認(rèn)，仍需要進(jìn)一步大規(guī)模臨床試驗(yàn)的驗(yàn)證。

4 腫瘤輔助治療

1975 年頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》上的研究發(fā)現(xiàn)，連續(xù)呼吸高壓氫氧混合氣可有效治療動(dòng)物皮膚惡性腫瘤。研究中，通過將小鼠放入氫氧高壓倉內(nèi)進(jìn)行治療，其中氫氣含量高達(dá)97.5%，連續(xù)呼吸14 天后，小鼠的惡性皮膚腫瘤得到有效治療[1]。隨著近年來氫分子效應(yīng)研究呈爆發(fā)式增長，大量結(jié)果證明氫分子在腫瘤中能夠起到一定的輔助治療作用，如可以有效緩解傳統(tǒng)放化療引起的副作用，也具有直接抑制腫瘤細(xì)胞生長的生物學(xué)效應(yīng)，這些研究結(jié)果提示將氫分子應(yīng)用于臨床治療具有巨大潛能，最新的研究發(fā)現(xiàn)氫能夠改善癌癥患者的臨床試驗(yàn)終點(diǎn)及其替代標(biāo)志物。同時(shí)，由于氫的相對(duì)分子質(zhì)量極小，容易穿透各類膜組織，可以直接與蛋白質(zhì)及相關(guān)效應(yīng)因子發(fā)生作用，因此在腫瘤治療的研究中，氫分子可能通過多種方式起到“減毒增效”抑制腫瘤的作用。

4.1 氫氣對(duì)化療藥物的“減毒”作用

已有研究中使用氫氣聯(lián)合多種抗腫瘤藥物進(jìn)行了研究，獲得一定進(jìn)展。胃腸道腫瘤常用mFOLFOX6化療方案，其中包括亞葉酸鈣、5-氟尿嘧啶和奧沙利鉑多種藥物聯(lián)用。Yang 等[60]對(duì)144名（41～86 周歲）患者隨機(jī)分為兩組，氫氣治療組（n=76）和安慰劑組（n=60），氫氣治療組在使用化療藥物前后，患者肝功生理指標(biāo)（ALT、AST 和IBIL）沒有明顯變化，維持了生理指標(biāo)的平穩(wěn)，而安慰劑組患者的ALT 和IBIL 水平經(jīng)過化療藥物治療后發(fā)生明顯變化。結(jié)果提示氫分子能夠有效保護(hù)化療患者的肝功能[60]。這些結(jié)果提示在多種藥物聯(lián)合作用的情況下，氫對(duì)正常組織器官具有一定的保護(hù)作用。

4.2 氫氣在放療治療中的“保護(hù)增效”作用

放療、化療和手術(shù)是腫瘤治療的三大手段，特別是大部分惡性腫瘤的治療，手術(shù)切除聯(lián)合放化療仍是現(xiàn)今主要的治療方案。放療后常常會(huì)產(chǎn)生胃腸道功能紊亂的副作用，患者往往出現(xiàn)惡心嘔吐、厭食等癥狀，生活質(zhì)量嚴(yán)重下降。來自韓國的臨床研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，氫氣在化療中起到保護(hù)作用。研究選取了49 名肝癌或轉(zhuǎn)移性肝腫瘤患者，其中包括33名男性和16名女性，通過給予患者氫治療來研究氫對(duì)癌癥患者放射治療后的生活質(zhì)量改善。結(jié)果顯示氫治療6 周后，參照歐盟QLQ-C30 評(píng)價(jià)體系進(jìn)行評(píng)分，患者的生活質(zhì)量顯著提高，體內(nèi)的抗氧化水平升高，活性氧自由基水平下降，同時(shí)放療對(duì)氫治療組患者產(chǎn)生的抗腫瘤作用沒有受到影響[61]。

2019 年由中國工程院院士湯釗猷主持，廣州復(fù)大腫瘤醫(yī)院院長徐克成主編，多位醫(yī)學(xué)界著名學(xué)者和臨床實(shí)踐家共同參與完成的《氫氣控癌：理論和實(shí)踐》專著中報(bào)道了近百例居家吸氫的癌癥患者的隨訪記錄[62]。通過82 例進(jìn)展期癌癥患者的真實(shí)世界研究（real world study, RWS）發(fā)現(xiàn)，呼吸高濃度氫氣能夠發(fā)揮多種生物學(xué)效應(yīng)。如男性食管癌患者、84歲女性胃癌患者和56歲肝癌男性患者在放化療治療時(shí)聯(lián)合每日吸氫，體內(nèi)腫瘤體積顯著減小，腫瘤進(jìn)展得到控制。使用呼吸氫氣治療進(jìn)行的RWS 主要選取有病理證實(shí)的Ⅲ和Ⅳ期癌癥患者，對(duì)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析表明，有57.1%的Ⅲ期患者和36.1%的Ⅳ期患者獲得體能改善，生活質(zhì)量得到一定提高。其中呼吸氫氣2～4 周后，患者的生活質(zhì)量，包括氣促、食欲不振、易疲勞、失眠以及便秘腹瀉等得到有效改善。長期吸氫后（≥3 個(gè)月），癌癥患者特別是肺癌患者的體能得到了較明顯的提高，同時(shí)腫瘤標(biāo)志物的表達(dá)也顯著降低，癌癥的進(jìn)展也得到一定的控制（Ⅲ期患者腫瘤穩(wěn)定率達(dá)到84%，Ⅳ期患者穩(wěn)定率達(dá)到49%）。同時(shí)，所有隨訪患者中有36.2%的腫瘤標(biāo)記物降低，通過比較發(fā)現(xiàn)吸氫聯(lián)合其他治療的患者較單獨(dú)吸氫患者腫瘤標(biāo)志物水平下降更明顯，達(dá)到42.5%。這些結(jié)果提示，氫氣可能從三個(gè)方面發(fā)揮作用，即術(shù)前應(yīng)用輔助后續(xù)治療、協(xié)助放化療起到“減毒增效”作用以及單獨(dú)吸氫穩(wěn)定腫瘤作為替代性治療。癌癥患者吸氫治療的真實(shí)世界研究，為氫氣應(yīng)用于臨床治療奠定了重要的實(shí)踐基礎(chǔ)。

4.3 氫氣在腫瘤免疫治療中的促進(jìn)作用

腫瘤患者體內(nèi)存在著一種免疫逃逸機(jī)制，人體免疫T 細(xì)胞表面存在著一種蛋白質(zhì)受體PD-1，當(dāng)它與正常細(xì)胞表面的PD-1配體結(jié)合后，可識(shí)別并避免對(duì)正常細(xì)胞的誤傷，而腫瘤細(xì)胞表面也可產(chǎn)生 PD-1 配體，與 T 細(xì)胞的 PD-1 受體結(jié)合后，使T 細(xì)胞將腫瘤細(xì)胞誤認(rèn)為正常細(xì)胞而產(chǎn)生免疫逃逸。因此，腫瘤患者體內(nèi)PD-1 陰性免疫T 細(xì)胞作為一類預(yù)后生理指標(biāo)，代表了較好的無進(jìn)展生存期和較長的總體生存時(shí)間。由此機(jī)制的發(fā)現(xiàn)研制的PD-1 免疫治療藥物也成為近年來治療腫瘤的有力手段。2019 年來自日本的臨床研究發(fā)現(xiàn)，呼吸氫氣對(duì)腫瘤免疫治療能起到一定的輔助作用[63]。自2014—2017 年，該項(xiàng)臨床研究中共招募了55 名晚期結(jié)直腸癌患者，聯(lián)合化療并每日居家呼吸氫氣3 h。通過對(duì)患者外周血檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)呼吸氫氣后，癌癥患者體內(nèi)具有免疫活性的PD-1陰性T 細(xì)胞數(shù)量增加，患者的無進(jìn)展生存期和總體生存時(shí)間都得到了一定改善，提示呼吸氫氣在腫瘤免疫治療中具有一定的輔助作用。

4.4 氫氣作用腫瘤的生物學(xué)效應(yīng)的基礎(chǔ)研究進(jìn)展

4.4.1 氫分子聯(lián)合放化療的研究 目前體內(nèi)體外研究已證明，氫分子在腫瘤治療中主要產(chǎn)生3 種生物學(xué)效應(yīng)：①對(duì)放化療不良副作用的緩解作用；②與輻照治療的協(xié)同作用；③對(duì)腫瘤形成及腫瘤細(xì)胞生長的抑制作用。在氫分子聯(lián)合放化療治療中，研究發(fā)現(xiàn)肺癌化療常用吉非替尼和廣譜抗腫瘤藥物順鉑與氫氣聯(lián)用后，實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的組織器官炎癥得到緩解，腫瘤模型小鼠的體重及生存率也得到提高，且對(duì)化療藥物的藥效產(chǎn)生明顯的影響[64-67]。這些結(jié)果提示在多種藥物聯(lián)合作用的情況下，氫氣對(duì)正常組織器官具有一定的保護(hù)作用。關(guān)于氫氣緩解化療引起的損傷研究中，對(duì)大鼠進(jìn)行44 Gy 照射誘導(dǎo)皮膚損傷，結(jié)果發(fā)現(xiàn)與對(duì)照組相比，氫氣組大鼠具有較高的抗氧化活性，同時(shí)損傷皮膚愈合速度也較快[68]。研究發(fā)現(xiàn)對(duì)腹部放射治療的小鼠給予氫氣處理后，小鼠的胃腸道功能得到顯著改善，胃腸道動(dòng)力及免疫水平相關(guān)基因也得到上調(diào)[67]。氫氣聯(lián)合近紅外輻照治療后，氫分子也顯示了其增效的治療效果[69]。

4.4.2 氫分子對(duì)腫瘤的抑制作用研究 隨著近年來對(duì)氫分子醫(yī)學(xué)的關(guān)注，越來越多的研究發(fā)現(xiàn)氫分子對(duì)腫瘤的形成及腫瘤細(xì)胞的生長具有一定的抑制作用。有研究使用次氮基三乙酸鐵注射誘導(dǎo)大鼠腎損傷及引發(fā)早期腫瘤形成，結(jié)果發(fā)現(xiàn)氫分子不僅能夠保護(hù)大鼠腎臟組織，同時(shí)還能抑制大鼠體內(nèi)多種腫瘤相關(guān)蛋白的表達(dá)，降低了腎細(xì)胞瘤的發(fā)病率并抑制腫瘤的生長[70]。同時(shí)，肝癌是我國最常見的腫瘤之一，由于多種原因刺激導(dǎo)致的非酒精性脂肪性肝炎是肝癌的誘因之一。小鼠體內(nèi)模型顯示，經(jīng)過氫處理后，肝臟膽固醇等肝功生理指標(biāo)趨于正常，小鼠表現(xiàn)出較強(qiáng)的抗炎癥、抗氧化應(yīng)激和抗凋亡水平。同時(shí)發(fā)現(xiàn)氫氣組小鼠腫瘤成瘤率及腫瘤大小均低于對(duì)照組及陽性對(duì)照組，上述結(jié)果均表明氫分子具有降低器官損傷和腫瘤發(fā)生率的生物學(xué)效果[71]。同時(shí)，氫分子還能夠直接抑制腫瘤細(xì)胞的增殖。針對(duì)肺癌細(xì)胞的研究表明，氫氣能夠抑制腫瘤細(xì)胞增殖、遷移及侵襲，體內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果也證明呼吸氫氣能夠顯著降低腫瘤的生長及腫瘤細(xì)胞增殖指標(biāo)Ki67、VEGF 和SMC3 的表達(dá)。這些結(jié)果提示氫氣有望作為一種新的治療方式應(yīng)用于肺癌的治療[72]。

隨著氫分子作用腫瘤細(xì)胞并抑制其生長現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，氫分子如何作用于腫瘤細(xì)胞成為近年來的研究熱點(diǎn)，氫分子對(duì)腫瘤干細(xì)胞的抑制可能是其作用的關(guān)鍵。CSCs 是一類具有持久的自我更新能力、能夠持續(xù)增殖并具有多向分化潛能，在二次移植后仍能起始腫瘤形成的細(xì)胞，是腫瘤復(fù)發(fā)、耐藥且難以治愈的重要原因。研究發(fā)現(xiàn)人卵巢癌細(xì)胞經(jīng)過氫分子處理后，難以形成腫瘤球，同時(shí)細(xì)胞Ki67 和CSCs 標(biāo)志物CD34 及血管生成水平均受到抑制，腫瘤細(xì)胞的增殖能力、侵襲水平及遷移能力顯著下降。將人源腫瘤細(xì)胞異種移植入免疫缺陷小鼠中，呼吸氫氣治療后，小鼠皮下腫瘤形成大小明顯小于對(duì)照組[73]。本研究團(tuán)隊(duì)最新研究發(fā)現(xiàn)氫氣對(duì)腫瘤的抑制是通過促進(jìn)腫瘤干細(xì)胞分化產(chǎn)生作用的。研究中對(duì)惡性腦膠質(zhì)瘤模型和肝癌原位模型及人源皮下異種移植模型小鼠進(jìn)行呼吸氫氣處理，均發(fā)現(xiàn)氫分子對(duì)腫瘤形成的抑制作用，同時(shí)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的生存時(shí)間得到延長。體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)也證明氫分子處理后，腫瘤干細(xì)胞特性指標(biāo)均顯著降低，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)氫分子能夠促進(jìn)腫瘤干細(xì)胞分化從而抑制其高侵襲等干細(xì)胞特性[74]。這一發(fā)現(xiàn)也為氫分子在放化療中“減毒增效”的作用機(jī)制起到重要的提示作用。目前，在國內(nèi)外已申請(qǐng)或開展多項(xiàng)氫氣在腫瘤相關(guān)疾病的臨床干預(yù)性研究，臨床項(xiàng)目匯總見表3。

表3 氫氣應(yīng)用于癌癥治療的臨床研究匯總Table 3 Summary of clinical studies on the application of hydrogen in cancer treatment

大量研究、臨床試驗(yàn)以及真實(shí)世界隨訪記錄表明，氫氣在多種腫瘤中具有輔助治療作用。經(jīng)過氫分子參與治療的體內(nèi)外結(jié)果表明，氫分子能夠抑制體內(nèi)活性氧自由基、恢復(fù)線粒體功能、提高抗氧化和抗炎能力，起到保護(hù)正常組織器官的作用，同時(shí)氫分子還能夠?qū)δ[瘤細(xì)胞起到一定的抑制作用（表4）。氫分子在腫瘤治療中起到的多種生物學(xué)效應(yīng)提示，氫分子可能通過改造腫瘤微環(huán)境發(fā)揮對(duì)癌癥的控制作用。大量研究均已證明腫瘤的復(fù)雜性及特異性，因此針對(duì)個(gè)體采取有效的治療方式成為腫瘤治療的難點(diǎn)，而氫分子有望通過調(diào)節(jié)整個(gè)個(gè)體及微環(huán)境產(chǎn)生作用，為未來將呼吸氫氣應(yīng)用于各種不同腫瘤的輔助治療提供了新的思路。

表4 不同氫分子介入方式在多種腫瘤輔助治療中的研究匯總Table 4 Summary of studies on the intervening mode of hydrogen in cancer adjuvant therapy

5 展望

盡管氫氣生物醫(yī)學(xué)已經(jīng)迅速發(fā)展，但氫氣更加廣泛的臨床應(yīng)用仍然受到諸多因素的制約，如氫氣的劑量效應(yīng)研究有待深化，氫氣醫(yī)學(xué)的臨床研究規(guī)模還較小，多數(shù)研究提示了氫氣對(duì)健康具有正面的改善作用，大量人群應(yīng)用氫氣的真實(shí)世界資料匯集也提示氫氣的“神奇”功能，這在醫(yī)學(xué)界是少見的現(xiàn)象。但是對(duì)于氫氣為什么具有這種“非藥治多病”的功能在學(xué)術(shù)界尚有爭論，因此更為深入的基礎(chǔ)研究和大規(guī)模臨床試驗(yàn)對(duì)于氫氣醫(yī)學(xué)更好地造福人類至關(guān)重要。

這些疾病的機(jī)理完全不同，氫氣如何發(fā)揮作用是氫醫(yī)學(xué)的核心問題。

人們對(duì)于氫氣生物醫(yī)學(xué)功能的認(rèn)識(shí)經(jīng)歷了“從惰性到神奇”的轉(zhuǎn)變。惰性和神奇是兩個(gè)極端，卻將氫分子反應(yīng)活性弱以及生物活性強(qiáng)的特性準(zhǔn)確地描述出來。惰性和神奇預(yù)示著氫氣可能在最基礎(chǔ)的生命過程層面發(fā)揮作用，而非氫氣和自由基簡單的化學(xué)反應(yīng)。從化學(xué)的角度，氫氣是惰性的，氫氣如果在生物體的溫和條件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)則應(yīng)該是與高氧化性的物質(zhì)反應(yīng)，所以研究人員多聯(lián)想到羥自由基。氫氣和羥自由基發(fā)生反應(yīng)清除自由基發(fā)揮抗氧化功能，這一假說分別在《科學(xué)》（1975）[1]、《自然》（1996）[79]和《自然-醫(yī)學(xué)》（2007）[39]上被提出來，到目前也是氫氣生物學(xué)機(jī)理方面被普遍接受的觀點(diǎn)。但是這一假說無法繞過去的問題是體內(nèi)存在眾多可以與自由基反應(yīng)的高反應(yīng)活性物質(zhì)，氫氣在數(shù)量和反應(yīng)能力都弱很多的情況下如何優(yōu)先與自由基發(fā)生反應(yīng)？

我們的觀點(diǎn)是，氫氣是生命的基本元素，很有可能在最基礎(chǔ)的生命過程層面發(fā)揮作用，已有研究從線粒體、生物酶和細(xì)胞膜功能等角度提供了初步的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。

回到生命產(chǎn)生之初，地球是一個(gè)富氫的環(huán)境，含有40%的氫氣，沒有氧氣，生命在這樣一個(gè)環(huán)境下起源和進(jìn)化，必然帶上氫氣的烙印。目前地球上依然有90%以上的生命（主要是微生物）保留有代謝氫氣的能力，也就是具有分解和產(chǎn)生氫氣的能力，這也從另一方面提供了證據(jù)。我們的腸道微生物每天都在產(chǎn)生和利用氫氣，即我們的細(xì)胞一直都是沐浴在氫氣中的。真核生物是從微生物進(jìn)化而來，在最基礎(chǔ)的生命過程層面保留氫氣的痕跡是合乎邏輯的。

2020年，馬雪梅等[80]提出，高等生物可能具有氫化酶活性，也就是合成氫氣和分解氫氣的吸氫酶和放氫酶活性，線粒體電子傳遞鏈上的酶可能是氫氣作用的重要靶點(diǎn)之一。在植物線粒體的研究中我們定位復(fù)合物Ⅰ為最有可能產(chǎn)生氫氣的位點(diǎn)[81]。在動(dòng)物細(xì)胞的研究中，我們發(fā)現(xiàn)氫氣處理可以明顯增強(qiáng)多種細(xì)胞線粒體的膜電位，表明氫氣促進(jìn)了質(zhì)子梯度的形成。

這一假說與目前主流的氫氣選擇性清除毒性自由基理論完全不同，表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

①氫氣和抗氧化。很多研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)氫氣具有抗氧化作用。線粒體的電子傳遞鏈?zhǔn)羌?xì)胞氧化應(yīng)激產(chǎn)生自由基主戰(zhàn)場(chǎng)，常規(guī)理論認(rèn)為氫氣是在自由基產(chǎn)生之后去清除自由基，但我們認(rèn)為氫氣的主要作用是通過調(diào)節(jié)線粒體來調(diào)節(jié)自由基產(chǎn)生的“閥門”發(fā)揮對(duì)抗自由基的作用，氫氣對(duì)保持細(xì)胞的穩(wěn)態(tài)發(fā)揮重要作用。兩者比較，調(diào)節(jié)閥門的作用會(huì)更強(qiáng)大，特別是在缺血再灌注等自由基的急性爆發(fā)期。

②氫氣和能量。線粒體是細(xì)胞的能量工廠，如果氫氣在“生命能量”中發(fā)揮作用，那么它將超越所有分子（包括抗氧化劑），和氧氣共同構(gòu)成高等生命細(xì)胞能量代謝的核心。

氧氣的作用是在線粒體能量代謝的最后一步接受電子形成水，是進(jìn)化過程中的一種高效能量利用方式。氫氣作為能量則更久遠(yuǎn)，在沒有氧氣的時(shí)候就已經(jīng)存在，并且形式也更多樣，氫氣可以與眾多的物質(zhì)構(gòu)成提供和接受電子的氧化還原對(duì)，從而與能量代謝聯(lián)接。隨著高等生物的進(jìn)化和氫氣在地球上的減少，高效的有氧能量代謝占據(jù)主導(dǎo)地位，并帶給高等生物進(jìn)化上的優(yōu)勢(shì)，但伴隨而來的副作用則是強(qiáng)氧化自由基的產(chǎn)生，動(dòng)物體衰老的自由基假說因此誕生。抗氧化被廣泛接受，成了抗衰老追求長壽的法寶。氫氣的選擇性抗氧化假說也因此一經(jīng)提出就廣泛被大眾所接受。

如果氫氣以能量分子的形式存在，這無疑是對(duì)現(xiàn)有理論的顛覆。但是這可以解釋“氫氣作為還原劑通過和自由基反應(yīng)清除自由基”這一假說無法解釋的很多現(xiàn)象，比如：多個(gè)用氫后白發(fā)返黑的案例、氫氣“減肥”、氫氣對(duì)腫瘤放化療的“減毒增效”作用等。

線粒體位于整個(gè)細(xì)胞能量代謝網(wǎng)絡(luò)的中心，氫氣對(duì)能量代謝的調(diào)節(jié)必然傳遞到細(xì)胞的各類信號(hào)通路。衰老主要體現(xiàn)在線粒體的老化，脂代謝、糖尿病、神經(jīng)退行性疾病等疾病的核心也在能量代謝，因此，氫氣對(duì)這類疾病產(chǎn)生影響也就容易理解了。腫瘤從某種意義上講也是一種代謝異常疾病，例如腫瘤細(xì)胞的線粒體代謝功能會(huì)被抑制，我們的研究顯示氫氣可以通過基于線粒體的代謝重編程“改造癌細(xì)胞”，這是氫氣輔助腫瘤治療的核心。

③氫氣和進(jìn)化。線粒體被認(rèn)為是內(nèi)化到細(xì)胞中的古老生物體，它的祖先具有代謝氫氣的氫化酶功能，人們普遍認(rèn)為線粒體的氫化酶功能隨著進(jìn)化丟失了。氫氣的生物學(xué)機(jī)制還沒有取得共識(shí)，我們認(rèn)為高等生物的氫化酶功能并沒有丟失，只是在目前氧氣濃度很高的環(huán)境下被抑制隱藏起來了，合適的條件下依然會(huì)發(fā)揮作用。

另外，細(xì)胞膜上可能具有代謝氫氣的酶活性[80]，離子通道也受到氫氣的調(diào)節(jié)[82]，氫氣影響生物酶的活性[83], 這里邊蘊(yùn)含的生物學(xué)意義也是未來重要的探索方向。

我們提出高等生物具有基于氫化酶的氫代謝,特別是線粒體的氫代謝功能，如果這一假說最終能被確證，人們對(duì)于基礎(chǔ)生物學(xué)的理解，對(duì)于醫(yī)學(xué)的理解，可能都需要重新思考，氫氣的作用可能正是由于發(fā)生在最基礎(chǔ)的生物學(xué)過程層面，所以影響深遠(yuǎn)。只有深入解析氫氣生物學(xué)作用的機(jī)制，才能更好地利用這一宇宙中最簡單的分子。