氢气辐射防护剂的临床应用潜力

尽管医学诊断和癌症治疗常用电离辐射，但辐射造成的损害是不可避免的。这种损伤可分为直接损伤和间接损伤，直接损伤是由辐射能量被DNA吸收和水辐射分解过程中产生的自由基，如羟基自由基(羟基自由基)造成的。更具体地说，辐射损害不仅涉及对DNA的直接损害，而且还涉及对非DNA目标的次级损害，因为低剂量辐射损害主要是由这些间接影响造成的。氢分子(氢气)具有选择性清除羟基自由基(一种具有强氧化能力的活性氧)的潜力，是一种辐射防护剂。动物实验和临床试验表明氢气具有高度安全的辐射防护作用。本文综述了先前报道的氢气的辐射防护作用，并讨论了氢气不仅作为抗氧化剂，而且在细胞内反应包括抗炎、抗凋亡和调控基因表达等方面的机制。在这样做，我们展示了氢气作为一种新的和临床适用的辐射防护剂的前景。

电离辐射通常用于医学诊断和癌症治疗。在这些用途中，放射疗法是已知的最有效的癌症治疗之一。常规放射治疗难以控制辐射损伤，因此，调强放射治疗(IMRT)最近已被应用于。然而，IMRT也会发生各种辐射损伤。辐射对人体的有害影响可分为直接影响和间接影响。直接效应是由辐射能量直接吸收到核酸(DNA)、蛋白质和脂质中引起的分子破坏。间接效应是由水辐射分解过程中产生的羟基自由基等自由基和分子产物引起的损伤。除了对DNA的直接损伤外，对非DNA目标的次生损伤也不可忽视，因为低剂量辐射损伤主要是由这些间接作用引起的。继发性损伤包括氧化、炎症、凋亡和与细胞内反应相关基因表达的影响。

1975年，Dole等人首次报道了氢气在医学上的应用。他们报告说，吸入高压氧氢气可导致紫外线辐射诱导的小鼠鳞状细胞癌明显消退。然而，除少数研究外，尚未对氢气进行广泛的医学应用研究。2007年，Ohsawa等报道吸入氢气气体可改善脑梗死大鼠缺血-再灌注损伤。在这篇论文中，他们表明氢气是一种抗氧化剂，可以选择性地减少高氧化性活性氧(ROS)和活性氮(RNS)，如羟基自由基和过氧亚硝酸盐(ONOO−)，但不与其他ROS，如超氧阴离子(O2−)和过氧化氢反应。然而，我们需要重新了解Yanagihara等人2005年关于氢气抗氧化作用的开创性论文，该论文早于Ohsawa等的研究两年。他们报告说，摄取由电解水产生的中性富氢气水减轻了化学氧化剂引起的大鼠肝脏损伤。这些论文导致了全球对氢气的医学应用的研究。我们最近的研究表明，虽然氢气是一种活性弱的物质，但与其他抗氧化剂相比，它是唯一具有线粒体通透性和降低羟基自由基能力的分子，这在未来的医疗应用中很有前景。选择性羟基自由基清除剂可能作为辐射防护剂有潜在的医疗应用。氢气对多种疾病和疾病模型的疗效已被报道，目前关于氢气医学应用的论文达1000余篇，其中临床试验80余项。

在临床应用中，使用更安全、更有效的辐射防护剂具有非常重要的意义。许多抗辐射药物都以不同方式进行了评估。例如，许多合成和天然化合物的辐射防护作用。细胞因子如集落刺激因子(GM-CSF)、白介素1 (IL-1), IL-12,和天然化合物,如维生素C、维生素D、维生素E、褪黑素、琥珀酸、α硫辛酸和n -乙酰半胱氨酸(NAC)已报告展示放射防护效果在动物实验。许多药物仍处于不同的评估阶段，但许多还远远不是理想的辐射防护剂。然而，胺磷汀(WR2721)已经发展成为一种具有清除自由基(如羟基自由基)的辐射防护剂，是美国FDA批准用于临床的唯一一种辐射防护剂。然而，由于其剂量依赖性副作用如低血压、恶心和呕吐，该药物尚未被广泛认为是一种有用的辐射防护剂的选择。因此，可以毫不夸张地说，目前临床上尚不存在疗效高、副作用少的放射防护剂。

氢气已在许多动物研究中显示出辐射防护作用，由于氢气在临床研究中也显示没有副作用，可能是一种临床可靠的辐射防护剂。在临床试验中，Kang等报道富氢气水改善了接受放射治疗的肝癌患者的生活质量(QOL)。我们最近报道，在接受调强放疗的晚期癌症患者中，吸入氢气气体可以减少骨髓损伤，而不影响抗肿瘤作用。本文综述了先前报道的氢气的辐射保护作用，讨论了氢气不仅作为抗氧化剂，而且在细胞内反应包括抗炎症、抗凋亡和调节基因表达等方面的机制。展示了氢气作为一种新的和临床适用的辐射防护剂的前景。

图 IR辐射间接损伤效应。

Hirano, Shin-ichi; Ichikawa, Yusuke; Sato, Bunpei; Yamamoto, Haru; Takefuji, Yoshiyasu; Satoh, Fumitake. 2021. "Molecular Hydrogen as a Potential Clinically Applicable Radioprotective Agent" Int. J. Mol. Sci. 22, no. 9: 4566.

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温馨提示：根据《食品药品监督管理条例》，氢气不能替代药物治疗。