氫科學

氫氣可以預防細胞脫水氧化損傷？看看研究結果如何？

發布日期：2023-03-23 瀏覽次數（）

常言說，水是生命之母。缺水可以導致嚴重問題，細胞缺水可以表現為氧化損傷。氫氣具有抗氧化作用，過去對近200種疾病和損傷進行研究，提示氫氣是一種廣譜抗氧化物質。

不過氧化損傷是一種及其常見的損傷類型，幾乎所有疾病都會涉及。過去沒有對氫氣脫水氧化損傷保護的研究，日本齒科大學學者最近對這一問題進行研究，結果再次證明氫水預處理能保護脫水導致的細胞嚴重損傷，減少脫水導致的細胞活性氧增加，預防脫水導致的細胞膜破裂。這一最新研究論文發表在開放雜志《Hydrogen》上。

Xiao L, Miwa N. Hydrogen-Rich Water Prevents Dehydration-Induced Cellular Oxidative Stress and Cell Death in Human Skin Keratinocytes[J]. Hydrogen, 2022, 3(1): 62-71.

當生物體沒有足夠的水來進行正常功能時就會發生脫水。在缺水期間，細胞內活性氧(ROS)的形成增加。過度產生的ROS會導致脂質過氧化、蛋白質變性和核酸改變。這些氧化損傷導致體外和體內細胞嚴重受損。皮膚表皮是防止身體脫水的第一道屏障。這一屏障功能主要由表皮的主要細胞——角化細胞提供。然而，在細胞和分子水平上，對脫水誘導的角質形成細胞的病理改變知之甚少。

超氧陰離子(O2??)、羥基自由基(?OH)和過氧化氫(H2O2)是已知的ROS的有毒化學物質。氫分子(H2)作為一種新型抗氧化劑，能將有毒的ROS、羥基自由基、超氧陰離子、過氧化氫轉化為無害的水。因此，理論上氫不僅可以消除脫水產生的細胞內ROS，還可以為細胞提供水分。

2007年，Ohsawa等人報道了氫作為一種治療性抗氧化劑，在培養細胞和缺血大鼠模型中選擇性地減少細胞毒性氧自由基。此后，氫氣和富氫水(氫水)的生物活性在人體、動物模型和培養細胞中得到了大量研究。

隨機對照臨床試驗結果顯示，每日給予氫水可改善2型糖尿病患者的脂質代謝和胰島素抵抗。健康成人飲用氫水可提高血清抗氧化能力，提高炎癥反應，增強耐力，減輕運動時的心理疲勞。體內研究表明，在動物模型中飲用氫水可改善衰老相關神經退行性疾病。

在我們之前的體外研究中，證明氫水可以減少氧化劑(如H2O2和過氧化異丙烯)誘導的ROS的產生和對人成纖維細胞和角質形成細胞的有害影響。產氫硅材料可抑制紫外線誘導的氧化應激、細胞死亡和三維皮膚等效物的膠原損失。

納米氫泡沫水對豆蔻肉豆蔻酸酯(PMA;內源性超氧陰離子和過氧化氫誘導劑)誘導脂肪細胞分泌炎性細胞因子。這表明氫水可以保護皮膚角質形成細胞免受脫水誘導的細胞氧化應激和損傷。然而，到目前為止，氫水對脫水誘導的培養細胞損傷的影響還有待研究。在本研究中，我們首次研究了氫水對脫水致人角質形成細胞的細胞形態、膜完整性和細胞活力的保護作用。

為了確定脫水是否會導致HaCaT細胞損傷，我們首先檢測了HaCaT細胞風干48 h后的細胞活力。圖1A顯示，空氣干燥5 min并沒有引起HaCaT細胞形態的改變，而空氣干燥10 min和20 min使HaCaT細胞膜收縮。風干48 h后，Giemsa染色顯示，風干10、20 min后，培養中心周圍細胞密度明顯降低，風干20 min時尤為明顯(圖1B)。

PrestoBlue試驗結果表明，風干后48 h, 氫水預處理細胞風干5、10、20 min后的細胞存活率分別為96.5%、86.3%和27.6%(圖1C)。氫水培養基預處理HaCaT細胞2 h后，風干20 min誘導的細胞形態變化明顯緩解，細胞活力顯著提高至對照的61.1%。這些數據表明，氫水可以減少脫水誘導的細胞死亡。

數據表明，輕度脫水可誘導細胞內ROS的產生，中度/重度脫水可使細胞損傷。氫水預處理能顯著抑制脫水人角質形成細胞的ROS生成、細胞膜損傷和凋亡細胞死亡。這些結果表明，氫水可用于抑制脫水引起的人體細胞的有害作用。

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