Hydrogen Attenuates Inflammation by Inducing Early M2 Macrophage Polarization in Skin Wound Healing

氫氣通過誘導皮膚傷口愈合中早期 M2 巨噬細胞極化來減輕炎癥

期刊：Pharmaceuticals

 

年份：2023

 

DOI：https://doi.org/10.3390/ph16060885

 

摘要核心內容

 

本研究通過小鼠背部全層皮膚缺損模型，探究氫氣（H?）吸入對炎癥期傷口愈合的影響。研究發現：

 

H?促進早期傷口愈合：顯著減少炎癥細胞浸潤，改善傷口床狀態（圖1D-E）。

 

誘導M2巨噬細胞極化：在傷口后第2-3天（比常規愈合提前2-3天）促進M1向M2表型轉化（圖3B-C）。

 

調節炎癥因子：降低血清促炎因子（IL-1β、TNF-α、IL-6），提升抗炎因子IL-10水平（圖5）。

 

 

非依賴抗氧化機制：H?的效果優于抗氧化劑NAC，表明其作用超越單純ROS清除（圖3F）。

 

結論：H?通過早期誘導M2巨噬細胞極化減輕炎癥，為臨床傷口護理提供新策略。

 

研究目的

 

驗證H?對巨噬細胞極化的影響：探究H?是否在炎癥期（傷口后1-3天）加速M1向M2轉化。

 

區分作用機制：對比H?與抗氧化劑NAC的效果，明確H?是否依賴抗氧化途徑。

 

闡明細胞來源：確認外周血單核細胞是否為H?誘導的M2巨噬細胞來源。

 

研究思路

 

動物模型建立：

 

構建小鼠背部全層皮膚缺損模型（圖1C），分為H?吸入組、NAC處理組和對照組。

 

H?組每日吸入66%H?+33%O?混合氣2小時（圖1A-B）。

 

時間序列分析：

 

在傷口后24、48、72小時取樣，檢測炎癥細胞浸潤（H&E染色）、巨噬細胞極化（免疫熒光）、血清細胞因子（ELISA）及轉錄組變化。

 

體外驗證：

 

使用THP-1細胞模擬巨噬細胞極化，H?飽和培養基處理（圖3E-F）。

 

機制排除：

 

通過Unisense微電極確認H?處理組與對照組培養基氧含量一致，排除氧濃度干擾（方法4.5）。

 

關鍵數據及其研究意義

 

H?減少炎癥細胞浸潤（圖1E，圖2）

 

 

數據：H&E和IHC染色顯示，H?組傷口近端組織在72小時內炎癥細胞（T/B淋巴細胞）浸潤顯著低于對照組（p<0.05）。

 

意義：證實H?早期抑制炎癥反應，為后續巨噬細胞極化研究奠定基礎。

 

H?提前誘導M2巨噬細胞極化（圖3）

 

數據：

 

免疫熒光：H?組第3天M2巨噬細胞比例達70%（對照組<40%），M2/M1比值顯著升高（圖3B-C）。

 

qRT-PCR：M2標志基因（CD163）表達上調（p<0.05）（圖3D）。

 

意義：首次揭示H?在傷口后第3天（而非常規第5-7天）完成M1向M2轉化，加速炎癥消退。

 

轉錄組與細胞因子譜驗證（圖4-5）

 

 

數據：

 

CIBERSORT分析：H?組單核細胞增多，M2巨噬細胞比例升高（圖4C）。

 

血清因子：H?組第3天促炎因子（IFN-γ、IL-6）下降，抗炎因子IL-10升高（圖5F）。

 

意義：多維度證實H?通過調節免疫細胞分布和細胞因子平衡促進抗炎微環境。

 

H?作用超越抗氧化機制（圖3F）

 

數據：H?組M2極化效果顯著優于NAC組（p<0.05），且NAC組M2比例滯后。

 

意義：H?的促愈合機制不依賴ROS清除，可能涉及直接調控巨噬細胞表型轉換。

 

結論

 

核心發現：H?通過誘導早期（傷口后第3天）M2巨噬細胞極化，縮短炎癥期，加速傷口愈合。

 

機制創新：H?的作用獨立于抗氧化途徑，可能通過調節單核細胞募集和極化相關基因（如STAT6、TGF-β）實現。

 

臨床價值：為慢性難愈性傷口（如糖尿病足潰瘍）提供新型氣體治療策略。

 

丹麥Unisense微電極的應用意義

 

技術原理與實驗設計

 

測量原理：Unisense微電極基于電化學還原反應（H?→2H?+2e?），實時檢測溶解H?濃度（μM級精度）。

 

實驗場景：用于驗證H?飽和培養基的溶解H?濃度（方法4.5），確保體外實驗中H?處理組與對照組氧含量一致（排除氧干擾）。

 

關鍵研究意義

 

排除混雜因素：

 

證實H?處理未改變培養基氧分壓，避免氧濃度差異對巨噬細胞極化的潛在影響（如缺氧誘導M2極化）。

 

為“H?直接調控極化”的結論提供關鍵支撐（圖3F）。

 

量化H?遞送效率：

 

精確測定溶解H?濃度，確保體外實驗與體內吸入治療的H?生物可利用度一致性。

 

技術優勢：

 

高靈敏度：可檢測低至nM級H?濃度，適用于細胞微環境監測。

 

實時動態：秒級分辨率捕捉H?擴散動力學，優于傳統氣相色譜等終點檢測。

 

局限性與拓展方向

 

空間分辨率限制：單點測量難以反映組織內H?梯度分布（如傷口中心與邊緣）。

 

未來應用：結合活體成像技術，可實時監測傷口局部H?濃度與巨噬細胞表型的時空關聯。

 

總結

 

Unisense微電極在本研究中作為質量控制工具，通過精準量化溶解H?濃度，排除了氧分壓對實驗結果的干擾，為“H?直接誘導M2極化”的機制結論提供了不可替代的技術支持。其高靈敏度和實時性優勢，為氣體分子（H?、CO等）在免疫調控研究中的應用樹立了嚴謹的方法學標準。