氢气预防细胞脱水氧化损伤

常言说，水是生命之母。缺水可以导致严重问题，细胞缺水可以表现为氧化损伤。氢气具有抗氧化作用，过去对近200种疾病和损伤进行研究，提示氢气是一种广谱抗氧化物质。不过氧化损伤是一种及其常见的损伤类型，几乎所有疾病都会涉及。过去没有对氢气脱水氧化损伤保护的研究，日本齿科大学学者最近对这一问题进行研究，结果再次证明氢水预处理能保护脱水导致的细胞严重损伤，减少脱水导致的细胞活性氧增加，预防脱水导致的细胞膜破裂。这一最新研究论文发表在开放杂志《氢》上。

Xiao L, Miwa N. Hydrogen-Rich Water Prevents Dehydration-Induced Cellular Oxidative Stress and Cell Death in Human Skin Keratinocytes[J]. Hydrogen, 2022, 3(1): 62-71.

当生物体没有足够的水来进行正常功能时就会发生脱水。在缺水期间，细胞内活性氧(ROS)的形成增加。过度产生的ROS会导致脂质过氧化、蛋白质变性和核酸改变。这些氧化损伤导致体外和体内细胞严重受损。皮肤表皮是防止身体脱水的第一道屏障。这一屏障功能主要由表皮的主要细胞——角化细胞提供。然而，在细胞和分子水平上，对脱水诱导的角质形成细胞的病理改变知之甚少。

超氧阴离子(O2·−)、羟基自由基(·OH)和过氧化氢(H2O2)是已知的ROS的有毒化学物质。氢分子(H2)作为一种新型抗氧化剂，能将有毒的ROS、羟基自由基、超氧阴离子、过氧化氢转化为无害的水。因此，理论上氢不仅可以消除脱水产生的细胞内ROS，还可以为细胞提供水分。2007年，Ohsawa等人报道了氢作为一种治疗性抗氧化剂，在培养细胞和缺血大鼠模型中选择性地减少细胞毒性氧自由基。此后，氢气和富氢水(氢水)的生物活性在人体、动物模型和培养细胞中得到了大量研究。随机对照临床试验结果显示，每日给予氢水可改善2型糖尿病患者的脂质代谢和胰岛素抵抗。健康成人饮用氢水可提高血清抗氧化能力，提高炎症反应，增强耐力，减轻运动时的心理疲劳。体内研究表明，在动物模型中饮用氢水可改善衰老相关神经退行性疾病。在我们之前的体外研究中，证明氢水可以减少氧化剂(如H2O2和过氧化异丙烯)诱导的ROS的产生和对人成纤维细胞和角质形成细胞的有害影响。产氢硅材料可抑制紫外线诱导的氧化应激、细胞死亡和三维皮肤等效物的胶原损失。纳米氢泡沫水对豆蔻肉豆蔻酸酯(PMA;内源性超氧阴离子和过氧化氢诱导剂)诱导脂肪细胞分泌炎性细胞因子。这表明氢水可以保护皮肤角质形成细胞免受脱水诱导的细胞氧化应激和损伤。然而，到目前为止，氢水对脱水诱导的培养细胞损伤的影响还有待研究。在本研究中，我们首次研究了氢水对脱水致人角质形成细胞的细胞形态、膜完整性和细胞活力的保护作用。

为了确定脱水是否会导致HaCaT细胞损伤，我们首先检测了HaCaT细胞风干48 h后的细胞活力。图1A显示，空气干燥5 min并没有引起HaCaT细胞形态的改变，而空气干燥10 min和20 min使HaCaT细胞膜收缩。风干48 h后，Giemsa染色显示，风干10、20 min后，培养中心周围细胞密度明显降低，风干20 min时尤为明显(图1B)。PrestoBlue试验结果表明，风干后48 h, 氢水预处理细胞风干5、10、20 min后的细胞存活率分别为96.5%、86.3%和27.6%(图1C)。氢水培养基预处理HaCaT细胞2 h后，风干20 min诱导的细胞形态变化明显缓解，细胞活力显著提高至对照的61.1%。这些数据表明，氢水可以减少脱水诱导的细胞死亡。

数据表明，轻度脱水可诱导细胞内ROS的产生，中度/重度脱水可使细胞损伤。氢水预处理能显著抑制脱水人角质形成细胞的ROS生成、细胞膜损伤和凋亡细胞死亡。这些结果表明，氢水可用于抑制脱水引起的人体细胞的有害作用。