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氢气医学发展到今天，了解和认识的学者越来越多，研究领域越来越广泛。但氢气作用的分子基础并没有取得实质性进展。氢气作为一个对多种疾病和损伤具有对抗作用的生物分子，细胞内一定存在这种分子的作用靶点分子，只不过这种靶点激活模式存在争议。
多国学者的研究证实，氢分子具有抗氧化和抗细胞凋亡的作用， 能够通过清除羟基自由基(·OH) 和过氧亚硝酸盐根(ONOO-) 来减轻缺血再灌注引起的氧化损伤，在心、肝脏、肾、脑、肺、小肠等器官的缺血再灌注模型上，都证实了氢分子的作用。即可以通过减少缺血再灌注损伤而不改变血流动力学参数来减少器官的梗死体积以及保护由全身炎症引起的多器官损伤等。并且对多种伤病具有较好防治作用。氢气选择性清除羟基自由基和过氧亚硝酸盐根的特点及其抗氧化效应，在对一些疾病的防治作用中发挥了作用。但随着研究的深入，国内外学者在分析氢气对一些疾病的防治作用时感到十分困惑，许多现象难以解释。而关于氢分子的抗炎、抗细胞凋亡、调节脂代谢等作用的具体机制 及相互关系尚未明确。例如，Wood等学者提出质疑，外界给予的氢气的含量远远低于有机体内还原性物质的含量，氢分子与羟自由基发生反应的速率也远远小于体内还原性物质，难以解释在如此低的反应速率下少量氢气依然可以起到清除自由基和表现出显著的抗氧化作用这一现象。还有，在肝炎、胰腺炎、结肠炎、阻塞性黄疸、以及败血症等发病机理中，羟基自由基和过氧亚硝酸盐根并非是主要的致病因子，氢气为什么对它们也有很好的防治作用；再有，进入体内的氢气经代谢途径很快(15min左右)排出体外，但对疾病的防治作用却非常显著和持久，为什么分子氢在体内停留时间非常短暂，但是它对多种伤病的防治作用却非常高效和持久；这些问题的存在，一定程度上制约了氢气由实验研究向临床应用转化。对于氢气在浓度低和反应速率低的情况下依然可以发挥抗氧化作用的问题，我们结合羟基自由基(·OH) 与生物分子相互作用的特点和分子氢的扩散能力分析认为，·OH与生物分子反应时需要与生物分子直接紧密地接触，而水分子是生物体内含量最丰富的物质，在·OH与生物分子结合前，·OH必须穿过由水分子构成的天然屏障与生物分子相结合，才会对生物分子造成损伤。氢气与·OH反应有其优势，原因在于其分子量小，在生物介质中扩散性极高，相比机体内的其他还原性物质分子，氢气可以更好的突破水分子层与·OH发生反应。简而言之，谁越容易接触·OH，谁就将更顺利的和·OH发生反应。这些逻辑推理，在一定程度上解释了氢气虽浓度低和反应速率低，但依然可以通过清除自由基表现出显著的抗氧化作用这一现象。对于氢气生物学效应分子机制中存在的其他疑问，我们和国内外一些学者的近期研究强烈提示，氢气极有可能还有未知的重要作用机制。Itoh T等认为富氢水缓解小鼠急性皮肤过敏反应的机理可能与抑制肥大细胞FceRI介导的信号传导有关；氢气缓解小鼠风湿性关节炎可能与抑制LPS/IFNc诱导的凋亡信号激酶1的磷酸化有关，或与一氧化氮相关信号通路之间有相互作用。Song G等的报道也提示氢气可以通过影响信号分子JNK和NFк-B发挥抗氧化和抗炎症作用。氢气的生物学作用也可能与改变某些基因表达有关。Nakai等发现口服富氢水四周后，大鼠肝脏中有数百个基因上调或下调，又以与氧化还原反应相关的基因变化最为显著；Ueda等发现给动物饲养供氢食品，连续8周后细胞死亡、炎症反应、氧化应激等基因受到较大影响；Song G等研究显示，氢气能通过影响内皮细胞NFк-B活性抑制肿瘤坏死因子诱导的凝集素样氧化LDL受体1表达，促进泡沫细胞释放脂蛋白，同时能减少脂蛋白的氧化水平；Kamimura等研究发现氢气治疗二型糖尿病的机理，可能与氢气能提高肝脏的一种能够促进脂肪酸和葡萄糖的利用重要激素—成纤维细胞生长因子21(FGF21)的表达水平有关。氢气的抗氧化效应还可能有其他重要作用途径。Hiraok等实验结果发现氢气不能直接中和活性氧，但能间接通过影响生物酶活性发挥“抗氧化”的效应，认为氢气可能没有直接抗氧化作用，Keit等实验显示氢气可能具有催化氧化还原反应的氢化酶活性的作用；Naka等提出氢气抗炎症的作用与抗氧化酶HO-1作用的增强有关系。另外，最近Dick等对业内目前氧化应激的某些共识提出怀疑，认为一些疾病中氧化损伤的作用可能被夸大。例如动脉粥样硬化和冠心病、帕金森和阿尔茨默尔病等神经变性疾病、肿瘤或老龄化进程本身，在一定程度上被认为是由氧化性应激引起或加速其进展的。然而，到目前为止，没有人能直接证明一个活体内的氧化性改变，而且也不能证明这些改变与疾病进展中的关系，氧化损伤在这些疾病发生发展中不是主要的因素，仅仅是不确定的或间接的观察到氧化过程确实发生在组织中。但是，许多研究发现氢气在这些疾病中治疗效果十分显著，仅仅用氢气具有选择性抗氧化作用来解释其防治机制显然难以令人信服。综合氢气生物学效应分子机制研究的现有报道可以看出，氢气通过抗氧化、抗凋亡和抗炎的作用防治疾病的现象被普遍认可，其作用机理可能是多方面的。除了抗氧化，抗凋亡和抗炎作用机理开展了一些研究，有了部分明确的解释以外，其它如调节细胞信号传导和基因表达等机制的研究均较简单，只有一些提示性的研究结果，尚未有明确的结论。国内氢医学研究专家孙学军曾指出：氢气对疾病的预防治疗作用明确，没有任何毒性，决定了这种气体能给医疗领域带来革命。
但是对氢气效应机制不清楚不仅对氢气的应用产生负面影响，也不利用选择和优化氢气治疗疾病的方法。具有广泛应用前景决定了氢气医学的价值，对这种分子作用机制不了解决定了其学术研究价值。弄清楚氢气治疗疾病的分子基础，有望问鼎诺贝尔医学生理学奖。
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