研究表明，氢对几乎所有器官都具有生物学效应，它具有抗氧化、抗炎和抗衰老作用，并有助于调节自噬和细胞死亡。肺部作为气体交换的主要器官，经常暴露在各种有害的环境刺激物中，短期或长期接触这些有害物质，往往会导致肺部损伤，引发呼吸道和肺部疾病。
急性和慢性呼吸道疾病的发病率和死亡率都很高，已成为全球主要的公共卫生问题，新冠疫情就是最为典型的证明。越来越多的研究表明，氢气可以保护肺部免受多种疾病的侵害，包括急性肺损伤、慢性阻塞性肺病、哮喘、肺癌、肺动脉高压和肺纤维化。
研究进展
我国学者傅志玲和张进总结整理了氢气对于肺部疾病的治疗作用，该成果发表在2022年的《浙江大学学报(生物医学与生物技术)》英文版上。
氢气的作用机理
1、抗氧化
活性氧 和活性氮 (RNS) 是身体活动中能量代谢的副产物。在正常情况下，它们在免疫防御、信号传递过程和从营养物质中提取能量等方面发挥着关键作用。但是，如果 ROS 和 RNS 的产生超过机体的抗氧化能力，或者机体的抗氧化能力下降，就会发生氧化应激损伤器官。氢分子的抗氧化作用主要由以下机制介导:
①氢分子量低于其他常见的抗氧化剂，可以选择性地与强氧化剂发生反应，并且很容易穿透生物膜(如细胞核和线粒体膜)，同时不影响身体代谢中正常的氧化还原反应;
②氢分子还能调节并诱导许多抗氧化酶和蛋白酶体的表达，增加抗氧化酶SOD、CAT和髓过氧化物酶 的活性;
③氢分子可阻断细胞凋亡信号调节激酶1 信号通路，及其下游信号分子 p38丝裂原活化蛋白激酶，从而抑制烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸 (NADPH)氧化酶活性，减少自由基的产生。
2、抗炎
急性和持续的慢性炎症是许多肺部疾病的发病基础。氢对肺组织的保护作用，是通过其抗炎作用介导的。它能抑制促炎因子肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、白细胞介素(IL)-1β、IL-6、核因子-κB(NF-κB)和高迁移率族蛋白B1 (HMGB-1)，同时增加抗炎因子IL-10的表达;促进病灶处巨噬细胞的吞噬作用，抑制中性粒细胞和M1巨噬细胞向病灶聚集;通过调节信号通路(Nrf2/HO-1/HMGB-1通路)减轻多种微生物败血症引起的内皮功能障碍和肺损伤。
氢产生的生物效应示意图
3、调节自噬
自噬是真核生物中进化保守的对细胞内物质进行周转的重要过程。但是，自噬紊乱会导致细胞损伤甚至死亡。氢在自噬的调节中具有双重作用。
在病理条件下，自噬被激活，但不足以克服压力。氢气通过促进自噬来维持体内平衡和减轻压力的影响，从而发挥保护作用。然而，过度自噬会破坏细胞内稳态，适当抑制自噬起到保护作用。研究表明，氢气通过抑制过度自噬，来减轻脂多糖诱导的急性肺损伤(ALI)。
4、对细胞的作用
氢分子通过减少炎症和氧化损伤来降低细胞凋亡率，并保护线粒体功能;通过抑制自噬，提高细胞存活率并抑制细胞凋亡。
同时，氢在特定条件下能促进细胞凋亡。例如，氢气可以增加肺癌早期和晚期细胞凋亡率，能促进体内癌细胞的清除，减少细胞增殖，促进癌细胞凋亡。
5、抗衰老
衰老被认为是各种疾病发展、进展的主要因素。氢可以降低衰老相关蛋白，如β-半乳糖苷酶、p53和p21的表达， 抑制sirtuin3表达的下调，以及减少氧化应激损伤，从而延长细胞寿命。
氢气对肺部疾病的保护作用
1、急性肺损伤
感染新冠后，一个严重的症状就是急性呼吸窘迫综合征 ，其特征是肺部过度炎症反应和严重的气体交换功能障碍、肺泡-毛细血管屏障、以及肺水肿。
氢气可以减轻肺组织的炎症程度，抑制早期和晚期NF-κB激活介导的炎症和肺细胞凋亡。除了单独使用时的良好疗效外，氢气与NO结合，可以增强因脂多糖诱导的ALI 的治疗效果。
正常情况下，肺泡上皮细胞是防止肺水肿的重要屏障。氢气可以减轻因脂多糖造成的肺上皮屏障功能障碍;富氢生理盐水能显着增加AQP-1和AQP-5的表达，减轻肺上皮细胞损伤，从而保护肺上皮屏障功能;氢气还可以抑制mTOR/TFEB信号通路，从而增加自噬，减轻ALI中LPS诱导的内皮功能障碍和细胞凋亡。
2、慢性阻塞性肺病
COPD包括慢性支气管炎和肺气肿，通常会导致呼吸困难和运动耐量降低，从而降低生活质量，增加死亡率。氧化应激和炎症在COPD的发病过程中起着重要作用，而吸烟、特别是长期吸烟，是最常见的风险因素。
氢气可以减少吸烟引起的肺功能下降、肺气肿、炎症、气道重塑和气管上皮杯状细胞增生，显著减少支气管肺泡灌洗液中的炎症细胞，改善心血管功能，降低右心室肥厚指数。
一项临床试验表明，哮喘或COPD患者吸入氢气45分钟，可降低患者外周血和呼出气冷凝物中的促炎因子水平;同时，氢气可以轻松快速地到达肺细胞，并直接作用于肺部，从而产生良好的治疗效果，所以氢气是COPD的一种新型预防和治疗措施。
3、哮喘
哮喘是一种与气道炎症相关的慢性复杂肺部疾病，会导致气道高反应性、气流受限和气道重塑。
氢气可以减轻哮喘中的炎症和氧化应激。吸入氢气可减少支气管肺泡灌洗液 中的嗜酸性粒细胞和淋巴细胞，显著降低血清中的促炎因子，增加抗氧化酶 SOD的活性，降低丙二醛(MDA)和髓过氧化物酶(MPO)水平。
在哮喘中，肺泡巨噬细胞的吞噬能力显著降低，而这种有缺陷的吞噬作用可通过吸入氢气来逆转。气道重塑会导致气道壁结构和功能持续改变，最终导致肺功能逐渐丧失，而氢气可有效减轻气道重塑。
氢气对各种肺部疾病的作用
4、肺癌
肺癌是最常见的致死性恶性肿瘤之一，越来越多的临床试验已经证实了氢气对癌症的疗效。氢促进肺癌细胞凋亡，包括早期和晚期细胞凋亡;氢气可以减轻化疗、放疗等传统抗癌疗法的副作用，提高生活质量;氢气非常适合治疗晚期癌症，能显著改善患者的身体状况，减轻疲劳、失眠、厌食和疼痛，降低肿瘤标志物水平。因此，作为一种简单、低成本、安全的治疗方法，氢气治疗肺癌非常有前途。
5、肺动脉高压
肺动脉高压 是慢性肺病的一种进行性并发症，虽然治疗能改善PAH患者的预后，但发病率和死亡率仍然很高。氢气治疗有效缓解平滑肌细胞增殖，增加血管密度，减轻肺动脉和右心室肥大。
6、肺纤维化
肺纤维化严重影响人体呼吸功能，表现为干咳、进行性呼吸困难，且随着病情和肺部损伤的加重，患者呼吸功能不断恶化。病理学包括慢性炎症、细胞外基质 (ECM) 过多沉积和肺组织瘢痕形成。
其中，特发性肺纤维化发病率和死亡率逐年增加，诊断后的平均生存期仅2.8年，死亡率高于大多数肿瘤，被称为一种“类肿瘤疾病”。有证据表明上皮-间质转化(EMT)在器官纤维化中具有重要作用。TGF-β 是一种主要的EMT诱导剂，在IPF的病理过程中对肺上皮具有促纤维化作用。
考虑到IPF和其他类型PF的潜在机制之间存在大量重叠，因此氢可以通过相关途径干扰IPF的发病过程，这也是目前IPF治疗方面的主要研究方向之一。
研究结论
越来越多的证据表明，氢具有广泛的生物学效应。它调节氧化应激、炎症、自噬、程序性细胞死亡和衰老过程。
临床试验已经清楚地证明了氢气对许多器官和系统的保护作用，特别是氢气对各种肺部疾病具有保护作用。氢气除了对肺部有直接的保护作用外，还通过对其他组织器官的保护作用间接保护肺组织。由于氢气安全、方便和简单的特性，氢产品是治疗多种肺部疾病的非常有前途的候选者。
参考资料
Zhiling FU , Zhang J .Molecular hydrogen is a promising therapeutic agent for pulmonary disease. 浙江大学学报(英文版)B辑:生物医学与生物技术, 2022, 23(2):21.
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