福州大学ACS Nano：氢气疗法

【研究背景】

自1998年诺贝尔生理医学奖授予NO治疗心血管疾病以来，气体疗法逐渐开始兴起。通过严格控制其浓度，可以利用NO、CO、SO2、H2等气体杀死恶性细胞。其中一些气体作为微量元素存在于人体中，并在各种信号通路中充当信号分子。此外，它们的副产物几乎没有副作用，这使气体治疗成为一种安全有效的临床应用选择。H2一直被认为是一种相对惰性的气体，不会影响体内的氧化还原代谢反应或活性自由基（ROS）等，但最近的研究发现，H2可以与羟基自由基(·OH)和过氧亚硝酸根阴离子(ONOO−)相互作用并清除这二者。此外，1975年报道了H2的第一次治疗用途，他们发现高压H2会使携带肿瘤的无毛白化小鼠的鳞状癌细胞消退。从那时起，在动物模型和临床试验中的大量研究报道了H2的抗氧化、抗炎、抗细胞凋亡和抗肿瘤功能。理论上，如果可以在疾病部位控制H2持续产生和强力释放，则治疗效果将大大提高。此外，尽管H2具有显着的抗肿瘤作用，但其潜在的机制尚未阐明。

【成果简介】

近期，福州大学杨黄浩教授、宋继彬教授联合美国国立卫生院陈小元教授讨论了H2的治疗效用及其可能的机制，主要关注通过靶向纳米载体递送H2用于癌症治疗的可能性，文章最后讨论了目前H2疗法的挑战，并对这个新兴领域提供了一些前瞻性见解。该成果近日以“Hydrogen Gas from Inflammation Treatment to Cancer Therapy” 为题发表在知名期刊ACS Nano上。

【图文导读】

在这篇前瞻性文章中，作者讨论了H2的治疗作用及其可能的机制，主要关注通过纳米载体靶向传递H2用于癌症治疗的可能性。

图一：氢气治疗载、应用及可能机理

H2治疗的载体、H2发生器、H2治疗的应用范围以及其可能的机理示意图。

最佳浓度和氢气作用途径

吸入的含氢空气（HCA）中的H2浓度目前不超过4％。低H2浓度已显示出对眼睛局部炎症、耳、鼻、和肝以及胰腺炎治疗、全身性炎症综合征、败血症、和神经退行性疾病的治疗效果。1975年发现高浓度的H2可以抑制肿瘤的生长。

氢气疗法的机制-抗氧化

H2的治疗作用的具体机制尚不清楚。现有研究发现，氢气的抗氧化作用最初归因于选择性去除•OH和ONOO-，而现有研究表明，H2激活内源性抗氧化酶，或者是通过调节自由基依赖性氧化磷脂的产生来调节某些基因通过Ca2+信号转导途径的转录，从而减轻氧化应激损伤。

氢气疗法的机制-抗炎

H2可通过下调促炎细胞因子如白细胞介素（IL）-1β，IL-6和肿瘤坏死因子-α（TNF-α），其他炎症介质如巨噬细胞趋化因子1，以及促炎转录因子来抑制氧化应激引起的炎症组织损伤。

氢气疗法的抗肿瘤机制

基于已知的H2的抗氧化和抗炎作用，可以推测H2通过破坏肿瘤微环境的氧化还原状态，激活非依赖性caspase凋亡途径，和减少脂质氧化等方式来抑制肿瘤生长。但是还需要进一步的研究来探索H2的抗肿瘤作用。超小尺寸纳米粒子的被动靶向和非常适合于主动靶向的修饰，使其成为理想的药物递送系统。在H2疗法中使用纳米材料有两种策略，即氢气载体和氢气发生器。将纳米材料和H2疗法结合是十分有前景的氢气治疗方式。

氢气疗法的协同作用

H2疗法可以与容易导致全身性炎症的传统的癌症治疗方式，例如手术切除、化学疗法和放射疗法等协同，来促进组织功能的恢复。虽然确切的机制仍有待阐明，但H2与常规治疗方式的协同作用对肿瘤治疗非常有希望。

图二：氢气疗法的协同作用

（a）H2的合成和近红外控制释放以及PdH0.2纳米晶体的热产生的示意图。在（b）模拟体液和（c）HeLa细胞中的H2释放，使用亚甲蓝（MB）作为活性H2的氧化探针检测（*P