本研究来自韩国延世大学原州医学院环境医学生物学系Kyu-Jae Lee教授。 该研究是使用细胞学研究的结果，主要是利用各种指标证明了2%氢气对细胞具有保护作用，损伤模型是过氧化氢和LPS，分别代表典型的氧化应激和炎症损伤因子。由于呼吸道细胞本身具有特殊性，如吸入氢气时氢气和这类细胞直接接触。2%可以代表吸入浓度，当然其他组织如血管和器官组织，要达到类似剂量，就需要更高浓度才属于类似剂量。李教授更多工作是应用推广，他在韩国参与氢气疗养院的允许，其中许多皮肤病的患者，都取得了非常不错的效果。研究方面相对薄弱，这一研究是他们比较深入的论文，和中国美国日本的工作有一定差距。图 氢气处理过程的模式图. (A) Power supply was set at around 9 volt; (B) H2 gas generator (produces 2% H2 gas); (C) Panaqua cube (contains culture plate for supplying H2 gas); (D) Cell culture plate; (E) H2 gas meter .氢气处理系统由韩国京畿道GOOTZ株式会社设计并提供。细胞培养或多孔板放置在氢气处理系统中。在稳压电源控制下，氢气发生器给细胞培养密封盒供气，氢气浓度分析装置（可燃气体分析仪）检测培养室内氢气浓度。将细胞暴露在氢气培养室内30分钟或60分钟。氢气处理后细胞转移到普通细胞培养箱内37◦C孵育24小时后进行后续实验。氧化应激在气道疾病的发展中起着至关重要的作用。最近氢(氢气)气的抗氧化性能得到了研究。本研究探讨了氢气在氧化应激诱导的肺泡和支气管气道损伤中，用过氧化氢和脂多糖(LPS)刺激A549和NCI-H292细胞。结果表明，2% 氢气使细胞从氧化应激中恢复。通过检测活性氧(ROS)、一氧化氮(NO)、抗氧化酶(过氧化氢酶、谷胱甘肽过氧化物酶)、胞内钙和丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)信号通路等指标分析氧化还原谱。首先用过氧化氢和LPS，但随后用氢气。此外，氧化应激标志物，包括ROS和NO的水平在诱导时升高，但在氢气处理后降低。此外氢气气抑制氧化应激诱导的MAPK激活，维持钙稳态。这项研究表明氢气可拯救过氧化氢和脂多糖诱导的氧化应激，可能是一种潜在的气道疾病干预。氧化应激是指细胞内活性氧(ROS)和抗氧化剂的不平衡，导致氧化还原稳态紊乱和细胞损伤。氧化应激可触发包括肺部疾病在内的各种疾病的病理条件。肺上皮细胞经常暴露于各种应激诱导物中，是ROS的主要靶细胞。在气道上皮细胞中，ROS及其反应参与哮喘、肺纤维化、呼吸窘迫等多种肺部疾病的病理生理，并刺激肺功能、气道重塑和粘液分泌的损害。正常情况下，肺上皮细胞受到细胞内外高抗氧化水平的保护。包括A549细胞在内的气道上皮细胞帮助物质(如水和电解质)通过肺泡。此外，A549细胞降低表面张力，防止呼吸过程中肺泡塌陷。同样，NCI-H292细胞在支气管中产生粘液和蛋白质，为免疫反应形成一个紧密的屏障。研究表明过氧化氢和脂多糖(LPS)可作为一种强氧化剂诱导氧化应激和炎症。暴露于这些化合物后，肺泡和支气管上皮细胞如A549和NCI-H292对氧化应激引起的肺损伤反应敏感。 一项研究表明，接触过氧化氢在A549细胞中，胞内钙(Ca2+)导致有丝分裂阻滞和细胞凋亡。此外，另一项研究显示，LPS激活人气道NCI-H292细胞内质网应激，诱导细胞凋亡，导致急性肺损伤。在病理和生理条件下，线粒体主要负责ROS的产生。大约2%的ROS从线粒体所利用的全部氧气中释放出来。活性氧生成异常对细胞的正常功能和调节具有有害影响。类似地，活性氮物种(RNS)，包括一氧化氮(NO)及其衍生物过氧亚硝酸盐(ONOO-)，作为一种强大的氧化剂，可以破坏许多生物分子。此外，细胞将主要以谷胱甘肽过氧化物酶(GPx)和过氧化氢酶(CAT)等酶为基础的抗氧化剂防御系统转化为活性形式，以防御ROS[14]对细胞造成的损伤。此外，有丝分裂原活化蛋白激酶(MAPK)信号在响应各种细胞刺激时被激活。MAPK的三个主要亚家族是c-Jun n端激酶(JNK)、细胞外信号调节激酶(ERK)和p38。它们可以通过刺激应激(包括氧化应激)来促进细胞死亡。因此，抑制这些标志物可以增加的存活率。因此，毫无疑问，氧化应激在气道疾病的进展中起着至关重要的作用。因此，评估强抗氧化剂的辅助作用的研究兴趣近年来不断增加，以缓解这些问题。研究表明，氢气是一种受生理调节的气体分子，具有抗氧化、抗炎、抗凋亡和信号调节特性。由于氢气能中和和转化高活性氧化剂，如羟自由基( ·OH)和ONOO-，氢气对人体健康有益。氢气能够抑制活性氧，同时维持细胞内的代谢氧化还原反应，并容易针对细胞器，包括线粒体和细胞核。几项研究报告称氢气抑制氧化应激引起的各种器官损伤，如大脑、肝脏和心脏，毒性最小。先前的一项研究报告称，氢气保护细胞抵抗ROS和辐照培养上皮细胞引起的凋亡损伤。在本研究中，我们试图探索氢气利用A549和NCI-H292对肺泡和支气管上皮细胞氧化应激的保护作用。此外，本研究旨在确定氢气通过MAPK信号通路对氧化应激的影响。2. 研究方法和研究结果（略），具体内容请阅读原文。本研究探讨了氢气气道上皮细胞系上的气体。几项研究表明，氢气通过提高不同细胞系的抗氧化水平，对氧化应激有有益的作用。此外，氧化应激在肺损伤中起作用。安全有效的氢气处理在1-4%范围内，而4-75%代表爆炸性水平。Yu等人在2017年报告称，通过使用2%的氢气通过降低羟自由基水平减轻PC12细胞中的氧毒性。同样，Zhou等人进行的另一项研究报告称，暴露2%的氢气对AR42J细胞的作用显著降低炎症因子水平和氧化损伤。除此之外，使用2% 氢气的安全性也通过Ohta等人的工作得到了证实。此外，包括A549在内的气道上皮细胞是肺泡细胞，它们通过降低表面张力来防止肺泡塌陷，而位于支气管的NCI-H292细胞通过分泌粘液和蛋白质作为感染的主要屏障。在这里，我们的研究揭示了2%的氢气通过抑制MAPK信号通路蛋白作用于肺泡(A549)和支气管(NCI-H292)上皮细胞。具体来说，我们的研究重点是2% 氢气的抗氧化作用，通过在特定时间和浓度下气道上皮细胞系活性氧、NO、抗氧化剂、细胞内钙离子和MAPK信号通路蛋白验证了这一效应。首先，我们研究了氢气处理对过氧化氢和LPS。一些研究利用过氧化氢和LPS同时刺激细胞氧化应激和炎症。过氧化氢通过刺激NADPH氧化酶，LPS被细胞检测到并激活NADPH氧化酶和核因子κB (NF-κB)，这两种物质都会引起炎症。 如预期那样，我们观察到用过氧化氢和LPS降低了细胞活力。然而，氢气导致两种细胞系的生存能力都有明显的时间依赖性的增加。这些发现支持了我们的假设，即2% 氢气降低过氧化氢以及脂多糖诱导的支气管和肺泡上皮细胞死亡。同样，ROS和RNS是信号传导过程中必不可少的调节介质，在低浓度下维持适当的细胞活性非常重要。 ROS和NO生成的增加会导致细胞氧化还原状态不稳定，对细胞造成不可逆的有害损害，导致细胞凋亡。因此，我们评估了过氧化氢氢气气治疗。我们证明了氢气处理抑制了过氧化氢和LPS引起的气道上皮细胞ROS和NO水平升高。我们还证明了氢气的持续时间越长治疗对恢复ROS和NO平衡更有效。氢气迅速通过细胞膜扩散，到达细胞器，最终降低自由基的水平。 这些结果得到了研究的支持，研究发现氢气能抑制肺损伤时产生的活性氧和自由基的有害作用。这些发现表明，在肺泡和支气管上皮细胞中过量产生ROS和NO的有害影响可以用氢气。此外，CAT和GPx等抗氧化酶可以选择性地清除不同类型的ROS，有助于ROS的解毒。过氧化氢被CAT转化为水和氧。GPx也有助于催化过氧化氢和有机氢过氧化物。 CAT和GPx酶帮助细胞清除自由基。 与这些研究结果一致的是，我们的发现揭示了暴露于氢气不同时间间隔对氧化和炎症胁迫诱导后CAT、GPx等抗氧化酶活性的影响。此外，细胞损伤根据毒性程度导致钙流失，可以是可逆的，也可以是不可逆的。因此，在本实验中，我们使用过氧化氢和LPS诱导细胞毒性，观察到钙离子的增加。氢气可以逆转这一变化。这一结果也得到了研究的支持，研究发现过氧化氢增加细胞内钙过载，氢气可能通过改变自由基来调节钙水平。最后，我们重点研究了MAPK信号通路，以更好地了解氢气治疗后的氧化应激机制。一些研究表明，MAPK蛋白在细胞外信号转化为细胞反应中是必不可少的。MAPK信号通路包括JNK、ERK和p38蛋白，是参与细胞功能的三个主要途径之一。JNK和p38，通常被称为应激激酶，在响应各种细胞和环境应激时同时被激活，而ERK 1/2在响应生长刺激时被激活。这三种途径都受到过氧化氢和LPS应激诱导。我们观察到氢气减少过氧化氢和LPS诱导的MAPK信号通路蛋白JNK, ERK, p38，改变与时间相关。这些结果为氢气在过氧化氢和LPS诱导的氧化应激通过MAPK信号通路。综上所述，用氢气挽救或恢复氧化应激到诱导前水平，这取决于不同的细胞系，诱导方法和时间的氢气气治疗。此外，60分钟的氢气在这项研究中发现，气体处理比30分钟处理更有效。研究结果表明，氢气保护支气管和肺泡上皮细胞对抗氧化应激。此外，在两种细胞系中，接触过氧化氢和LPS诱导后，MAPK通路中的氧化应激标志物和蛋白发生改变。这些变化可被氢气抑制。这一发现为减少氧化应激对支气管和肺泡上皮细胞的损伤提供了一种有效的方法。然而，还需要进一步的研究来充分阐明氢气体内和临床研究的功能。然而，据我们所知，这是第一次报道氢气在支气管和肺泡上皮细胞过氧化氢和脂多糖诱导的氧化应激。You, I.-S.; Sharma, S.;Fadriquela, A.; Bajgai, J.; Thi, T.T.;Rahman, M.H.; Sung, J.; Kwon, H.-U.; Lee, S.-Y.; Kim, C.-S.; et al. Antioxidant Properties of Hydrogen Gas Attenuates Oxidative Stress in Airway Epithelial Cells. Molecules2021, 26, 6375.
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