Hydrogen attenuates radiation-induced intestinal damage by reducing oxidative stress and inflammatory response

氫通過減少氧化應激和炎癥反應來減輕輻射引起的腸道損傷

來源：International Immunopharmacology 84 (2020) 106517

 

1. 論文摘要核心內容

 

本研究證實 氫氣（H?）通過清除羥基自由基（·OH）和抑制線粒體凋亡通路，顯著減輕輻射誘導的腸道損傷：

 

體內效果：富氫鹽水（Hs）提高輻射小鼠生存率（圖1B），改善體重和攝食量（圖1C-D），減輕腸黏膜損傷（圖2A），降低炎癥因子（TNF-α、IL-6）和氧化應激標志物（MDA、8-OHdG）（圖3）。

 

 

 

 

體外機制：富氫培養基（Hm）抑制IEC-6細胞ROS生成（圖4），維持線粒體膜電位（圖6A），阻斷細胞色素c釋放（圖6B）及caspase-3/9活化（圖6C），從而減少細胞凋亡（圖5）。

 

 

 

 

核心結論：氫氣通過抗氧化和抗凋亡雙重作用保護腸道，為放療副作用提供新型防護策略。

 

2. 研究目的

 

1.驗證氫氣能否緩解 輻射誘導的腸道損傷（如黏膜破壞、炎癥反應）。

2.闡明氫氣作用的 分子機制（聚焦ROS清除和線粒體凋亡通路）。

3.評估氫氣在 動物模型（致死/亞致死劑量輻射）和 細胞模型（IEC-6腸上皮細胞）中的保護效果。

 

3. 研究思路

 

1.體內實驗：

 

致死劑量輻射（15 Gy）：監測生存率、體重、攝食量（圖1B-D）。

 

亞致死劑量輻射（10 Gy）：分析腸黏膜病理（HE/BrdU/TUNEL染色，圖2）、血漿標志物（DAO/iFABP，圖2D-E）、氧化應激（SOD/MDA/8-OHdG，圖3A-C）及炎癥因子（TNF-α/IL-6/MPO，圖3D-F）。

2.體外實驗：

 

輻射損傷模型（6 Gy IEC-6細胞）：檢測ROS（DCFH-DA/DHE，圖4）、細胞凋亡（Annexin V/PI，圖5D）、線粒體功能（JC-1，圖6A）及凋亡蛋白（Bax/Bcl-2/cytochrome c，圖6B-D）。

3.氫氣遞送驗證：

 

使用Unisense電極實時監測腸道黏膜氫濃度動態變化（圖1A）。

 

4. 關鍵數據及研究意義

(1) 氫氣遞送與藥代動力學（圖1A）

 

 

數據：腹腔注射Hs后5分鐘，腸道氫濃度達峰，25分鐘恢復基線。

 

意義：首次量化氫氣在靶組織的分布，為給藥方案提供依據。

 

(2) 生存與腸道功能改善（圖1B-D）

 

 

數據：Hs組生存率顯著提高（p=0.027），體重和攝食量高于輻射對照組（Rc）。

 

意義：氫氣緩解輻射導致的惡病質，直接提升生存質量。

 

(3) 腸黏膜保護（圖2）

 

 

數據：Hs減輕絨毛縮短/隱窩消失（HE染色），增加BrdU?增殖細胞，減少TUNEL?凋亡細胞。

 

意義：氫氣促進腸上皮再生，維持屏障完整性。

 

(4) 氧化應激與炎癥抑制（圖3）

 

 

數據：Hs提升SOD活性，降低MDA、8-OHdG、TNF-α、IL-6及MPO（中性粒細胞浸潤標志）。

 

意義：氫氣通過清除·OH阻斷氧化損傷鏈式反應，減輕全身炎癥。

 

(5) 細胞凋亡通路調控（圖4-6）

 

 

數據：Hm抑制ROS爆發（圖4），阻止線粒體膜電位崩潰（圖6A）、細胞色素c釋放（圖6B），下調Bax，上調Bcl-2/Bcl-xl（圖6D），抑制caspase-3/9活化（圖6C）。

 

意義：氫氣靶向線粒體凋亡通路，是核心保護機制。

 

5. 結論

 

1.氫氣有效防護輻射腸損傷：降低死亡率，改善腸道結構與功能。

2.機制明確：清除·OH減輕氧化應激，阻斷線粒體凋亡通路。

3.臨床潛力：氫氣作為選擇性抗氧化劑，安全性高，具轉化價值。

 

6. 丹麥Unisense電極的核心價值

(1) 技術突破性應用

 

 

原位氫濃度動態監測：

 

采用 Unisense氫微電極（檢測限未明，但達μM級精度）實時測量小鼠腸道黏膜氫濃度（圖1A）。

 

關鍵意義：首次揭示腹腔注射Hs后 氫在靶組織的藥代動力學特征（5分鐘達峰，25分鐘消退），為給藥時機提供直接證據。

 

(2) 科學貢獻

 

 

驗證氫氣遞送效率：

 

Unisense數據證實Hs能快速遞送氫至腸道黏膜（圖1A），排除“氫氣無法抵達靶部位”的質疑。

 

結合療效數據（如生存率提升），確立 氫濃度-療效正相關（補充數據示延遲30分鐘給藥失效）。

 

(3) 研究啟示

 

 

氫氣治療研究金標準：

 

Unisense的 毫秒級響應與 組織兼容性 為氣體治療研究設立技術標桿。

 

推動 實時藥代動力學監測范式，克服傳統離體檢測的時空局限性。

 

總結

 

本研究通過 Unisense電極的精準氫濃度監測，結合多尺度實驗，揭示氫氣通過清除·OH和阻斷線粒體凋亡通路減輕輻射性腸損傷。其技術價值在于：

 

1.遞送機制可視化：Unisense數據（圖1A）為氫氣靶向遞送提供不可替代的直接證據。

2.治療時間窗界定：氫濃度動態變化與療效關聯（補充圖1），指導臨床給藥方案優化。

3.方法學創新：在氣體治療領域，Unisense類原位傳感器是銜接氣體遞送與生物效應的關鍵工具。

 

這一工作不僅深化了氫氣輻射防護的機制認知，也為放療并發癥防治提供了新思路。