這是2020年的一篇文章，作者來自廈門大學(xué)，基本的思路是研究對心肌梗塞動物模型氫氣的治療效果，不過第一作者曾經(jīng)在多年前發(fā)表過2篇相關(guān)研究，也算是系列研究。
急性心肌梗死已成為全球范圍內(nèi)的主要死亡原因之一。美國每年就有100多萬名患者因急性心肌梗死(AMI)或冠心病而住院治療。在中國和印度等發(fā)展中國家急性心肌梗死的發(fā)病率急劇上升。過去的30年死亡總?cè)藬?shù)穩(wěn)步下降，但在過去的十年已經(jīng)穩(wěn)定，短期死亡率范圍從5%到6%。
盡管有效再灌注治療已經(jīng)有所進步和成績，但缺血再灌注損傷仍然對患者心臟帶來危害，甚至?xí)l(fā)生不良事件。
前期研究探討了各種后適應(yīng)對減少再灌注相關(guān)損傷的保護作用。在經(jīng)皮冠狀動脈介入治療過程中，可通過病變部位反復(fù)擴張實現(xiàn)后適應(yīng)，但其使用受到并發(fā)癥的限制，如斑塊破裂、血栓形成、栓塞和冠狀動脈剝離。
因此，藥物后處理的潛在效益得到了探索。氫氣選擇性拮抗活性氧，如羥基自由基和過氧亞硝酸鹽陰離子。線粒體是參與氧自由基形成的主要細胞器，復(fù)合體III是活性氧形成的主要部位。前期的研究表明，氫氣鹽水水可顯著降低大鼠心肌細胞氧自由基水平及心肌梗死面積。但對于氫氣與線粒體呼吸鏈復(fù)合體III的關(guān)系研究較少。
線粒體復(fù)合體III是細胞內(nèi)活性氧產(chǎn)生的最主要部位，我們假設(shè)這一過程可能會受到氫氣的影響。本研究采用體內(nèi)缺血再灌注損傷大鼠模型，研究氫氣生理鹽水后處理對線粒體復(fù)合體III活性的影響。富氫氣鹽水水是根據(jù)孫等的研究制備的。用4 M的NaOH調(diào)節(jié)生理鹽水和富氫氣鹽水水的pH至7.4?？姑顾?/span>A購自北京中盛瑞泰科技有限公司，于注射前1小時配制。除假手術(shù)組外，其余大鼠均進行急性心肌缺血45分鐘后再灌注。在所有組中，藥物使用微型注射器注射到梗死區(qū)周圍的心肌組織。
將大鼠隨機分為4組:
1）手術(shù)組，切開、分離、穿刺左冠狀動脈，不結(jié)扎。治療45 min后，向心臟前壁注射60μL生理鹽水；
2）缺血再灌注損傷組，成功缺血45min后迅速調(diào)整壓力泵至0atm，取下球囊。立即在缺血部位三點共注射60μL生理鹽水，持續(xù)維持再灌注；
3）氫氣鹽水水后處理(Hyd)組，成功缺血45min后迅速調(diào)整壓力泵至0atm，取下球囊。立即在缺血部位三點共注射60μL飽和鹽水，維持持續(xù)再灌注；
4）氫氣+抗霉素A (Ant)組，成功缺血45 min后迅速調(diào)整泵至0 atm，取下球囊。缺血部位3點分別注射60μL的飽和鹽水和60μL的抗霉素A，維持再灌注。在再灌注后5 min、6 h、24 h，每組8只大鼠處死，采集心肌和血液。大鼠腹腔注射戊巴比妥鈉(46 mg/kg)麻醉。麻醉成功后，對大鼠實施脊髓脫位安樂死。
心臟組織被切除，進行如下所述測量:1)活性氧,丙二醛(MDA)的含量羥基自由基(·OH)和超氧化物歧化酶(SOD)活性測定5分鐘后再灌注；2)檢測細胞色素b (Cyt-b) mRNA水平和復(fù)合物III活性，評價復(fù)合物III的功能;3)測定線粒體腫脹和膜電位，間接評價線粒體通透性過渡孔(mPTP)開口；4)再灌注6 h后測定細胞色素c (Cyt-c)和細胞色素b (Cyt-b)的表達水平；5)再灌注24h后測定凋亡指數(shù)；6)再灌注24 h后，采用即刻染色法測定心肌血清標志物水平和梗死面積。
許多研究關(guān)注缺血再灌注損傷的病理生理和調(diào)控機制，并設(shè)計了多種策略來預(yù)防其發(fā)生。這些策略包括缺血后處理和藥理學(xué)后處理策略。然而，缺血后處理可導(dǎo)致有害的后果，如遠端栓塞。相比之下，藥理學(xué)后處理具有良好的效果。
氫氣曾被認為是一種對生物系統(tǒng)沒有顯著影響的生理惰性氣體，2007年，Ohsawa等人表明，在腦缺血再灌注后24h，氫氣顯著降低腦梗死體積。他們的研究促使研究氫氣后處理的潛在治療作用。氫氣具有通過各種生物屏障的強滲透性，進入體內(nèi)各種組織的能力，以及良好的生物安全性，沒有顯著副作用，使其成為一種極好的候選治療性醫(yī)用氣體。
本研究結(jié)果表明，氫氣鹽水后處理在大鼠缺血再灌注損傷模型中發(fā)揮了心肌保護作用，其機制可能與氫氣對活性氧的選擇性拮抗有關(guān)。線粒體是心肌細胞中最重要的細胞器之一，占細胞總體積的45%。除缺血再灌注外，氧自由基主要來源于線粒體，其中呼吸鏈復(fù)合體III是活性氧生成的主要部位?？紤]到活性氧在缺血再灌注損傷中的重要作用，我們假設(shè)后適應(yīng)過程中活性氧水平和類型的變化可能與呼吸鏈復(fù)合體III的功能和結(jié)構(gòu)變化有關(guān)。在本研究中，與缺血再灌注組相比，Hyd組的呼吸鏈復(fù)合體III活性明顯提高，自由基的生成減少，尤其是大量釋放會造成組織損傷的·OH。
Cyt-b是復(fù)合體III的重要組成部分，它將電子從輔酶Q傳遞給硫鐵蛋白。在本研究中，Hyd組再灌注5 min和6 h后Cyt-b蛋白表達水平明顯高于缺血再灌注組，說明富氫氣生理鹽水后處理對復(fù)合體III結(jié)構(gòu)有保護作用。
抗霉素A可抑制循環(huán)電子流的兩種途徑之一，已被廣泛用于表征線粒體呼吸鏈。自1963年以來，當鐵氧還蛋白被確定為該途徑中的電子供體時，抗霉素A就被用于表征循環(huán)電子流。雖然抗霉素A抑制復(fù)合物III的功能，但不影響Cyt-b的表達，正如本研究的結(jié)果所證明的那樣。這表明復(fù)合物III的活性并不完全依賴于Cyt-b的表達水平，可能是因為抗霉素A雖然阻斷了復(fù)合物III的電子轉(zhuǎn)移，但并不影響復(fù)合物III的結(jié)構(gòu)。
mPTP是一種位于線粒體膜上的蛋白質(zhì)復(fù)合物，被認為是細胞保護通路[32]的最終效應(yīng)器。mPTP的打開導(dǎo)致線粒體膜空間滲透壓升高，隨后線粒體腫脹和外膜破裂。某些促凋亡因子，如Cyt-c，從膜空間釋放到細胞質(zhì)，觸發(fā)細胞凋亡。如果mptp在短時間內(nèi)大量打開，上述變化將導(dǎo)致能量生成的改變和細胞凋亡、壞死的死亡。最近，氫氣分子被用于與氧化和炎癥應(yīng)激相關(guān)的各種疾病的臨床前和臨床研究，如輻射誘發(fā)心臟病、缺血再灌注損傷和心肌和腦梗死。
氫氣能良好地調(diào)節(jié)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和基因表達，導(dǎo)致促炎細胞因子的抑制、過量活性氧的產(chǎn)生和Nrf2抗氧化轉(zhuǎn)錄因子的激活。此前有研究表明，氫氣生理鹽水可緩解缺血再灌注誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)和凋亡，并有助于自噬相關(guān)蛋白的表達，該蛋白可能通過Pink1/ parkin介導(dǎo)的線粒體自噬作用。缺血預(yù)處理和缺血后處理(I-PostC)可誘導(dǎo)內(nèi)源性保護機制減輕缺血再灌注損傷。本研究發(fā)現(xiàn)，富氫氣生理鹽水的保護作用被復(fù)合物III阻滯劑顯著削弱。雖然Ant組Cyt-c的表達水平與缺血再灌注組相似，但Ant組mPTP開放和凋亡水平明顯降低。這些結(jié)果表明，氫氣對心肌的保護作用可能在很大程度上歸因于復(fù)合物III的活性。
上述結(jié)果表明，復(fù)合體III可能在富氫氣生理鹽水的藥理后處理中發(fā)揮重要作用。
然而，富氫氣鹽水水誘導(dǎo)的保護作用并沒有完全被復(fù)合物III的藥理抑制所消除，這表明參與了其他調(diào)控途徑。Cyt-b亞型在本研究中沒有量化，未來的研究應(yīng)調(diào)查這些亞型的相對貢獻。本研究的另一個局限性是缺乏對抗霉素A對SOD和·OH濃度影響的評估。總之，富氫氣生理鹽水后處理可提高缺血再灌注損傷大鼠復(fù)合體III活性水平和線粒體跨膜電位，減輕心肌細胞凋亡。
本研究提出氫氣后適應(yīng)的概念，這有一些膽量，但氫思語認為不太妥當。適應(yīng)一般是生物體對外界傷害的對抗反應(yīng)，最經(jīng)典的就是低氧和缺血預(yù)適應(yīng)，就是對組織和個體進行缺血缺氧的處理，能誘導(dǎo)組織和個體耐受缺血缺氧的能力。這種現(xiàn)象后來進一步研究發(fā)現(xiàn)后適應(yīng)和遠適應(yīng)現(xiàn)象。但所有適應(yīng)都是傷害刺激激活生物組織本身的反應(yīng)。氫氣作用是對損傷的直接中和。理論上不具有誘導(dǎo)適應(yīng)的作用。只有一種研究和適應(yīng)相關(guān)，就是氫氣能啟動內(nèi)源性抗氧化效應(yīng)，但是這不是最主流的觀點。且作者也沒有從這個角度進行探討。
參考文獻
Zhang, Guoming; Sun, Yuanyuan; Wang, Yu; Li, Xiaoyan; Li, Tiande; Su, Shaoping; Xu, Lin; Shen, Hong (2013). Local Administration of Lactic Acid and a Low Dose of the Free Radical Scavenger, Edaravone, Alleviates Myocardial Reperfusion Injury in Rats. Journal of Cardiovascular Pharmacology, 62(4), 369–378.
Zhang G, Gao S, Li X, et al. Pharmacological postconditioning with lactic acid and hydrogen rich saline alleviates myocardial reperfusion injury in rats[J]. Scientific reports, 2015, 5(1): 1-8.
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