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學術論文

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氫水保護心臟功能的細節

文章來源:孫學軍 氫思語發布日期:2021-12-04 15:41瀏覽次數:
  內容僅限于知識科普,不代表對本公司產品的宣傳。
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該研究發現14天飲用氫水可以保護高脂肪飲食肥胖小鼠心臟功能,特別是能調節脂肪組織比例,優化能量代謝,并能保護心臟功能,其中心臟功能專業性比較強,沒有詳細介紹,但讀者說不過癮,希望能對這個內容適當解釋,我其實對這個方面的研究也不夠專業,只能現學現賣了。

3.5。攝入氫水可減輕肥胖小鼠的代謝性心肌病

攝入氫水有助于調節肥胖小鼠的代謝性心肌病的形態學和功能。

(1)心肌肥厚的形態學調節

在40倍的放大率下評估HE染色的心肌細胞,氫水組心肌細胞的平均寬度比對照組明顯縮小了0.78倍(分別為11.8±0.58和15.1±0.69)(圖5a,b)。

氫水保護心臟功能的細節

圖5。肥胖小鼠灌胃14 d后心臟形態學特征。(a,b) 對照組和氫水組肥胖小鼠心肌細胞的HE染色特征和寬度。柱狀圖表示每幅圖像中心肌細胞的寬度。N = 7或8;* * p <0.01。(c,d) LV Ser1177p-eNOS+心肌橫斷面HE染色圖像。柱狀圖顯示了每張圖像中Ser1177p-eNOS+心肌區域占心臟區域的百分比。N = 4或5;* p <0.05。(e–g)用isolectin B4-Alexa Fluor 488染色的左室毛細血管橫斷面圖像。柱狀圖顯示毛細血管計數/mm2和管腔內短軸直徑。(e–g)用isolectin B4-Alexa Fluor 488染色的左室毛細血管橫斷面圖像。柱狀圖顯示毛細血管計數/mm2和管腔內短軸直徑。N = 6或7;ns,不重要;* p <0.05。(h-j)以αSMA-Alexa Fluor 594染色的左室小動脈橫斷面圖像。柱狀圖顯示動脈計數/mm2和腔內短軸直徑。N = 7或8;ns,無差異;* * p <0.01。(k)在氫水或對照處理的肥胖小鼠中,蘇木精和8- ohdg染色的心臟特征。對照或氫水面板中的黃色邊框圖像在左下角的黃色邊框插入的每個圖像中被放大。雙染色(深棕色)和蘇木精染色(藍色)的細胞核顯示8-OHdG+和8-OHdG-細胞。(l) 氫水組和對照組小鼠心臟8-OHdG+和8-OHdG-細胞密度;n = 4;* p <0.05。

(2)氫水促進肥胖小鼠心肌細胞eNOS磷酸化

與對照組相比,氫水組中eNOS Ser1177磷酸化的心肌細胞所占據的左室區域顯著延長了1.7倍(每切片分別為50.5%±5.1%和29.2%±5.1%)(圖5c,d)。

(3)氫水組肥胖小鼠心臟動脈和毛細血管擴張

氫水和對照組間用isolectin B4-Alexa Fluor 488染色的心臟毛細血管計數沒有顯著差異(分別為220.7±60.2 vs. 215.3±54.6/mm2)(圖5e,f)。相反,氫水組的平均短軸直徑比對照組顯著增加了1.3倍(分別為4.2±0.52和3.3±0.65)(圖5e,g)。

進一步計算平均短軸直徑和α-SMA抗體染色的小動脈數量。心臟小動脈的這些特征與毛細血管相似。氫水組和對照組間動脈計數差異無統計學意義(52.0±14.0 vs. 54.8±7.6/mm2)(圖5h,i)。相反,氫水組的平均短軸直徑比對照組顯著增加了1.4倍(8.0±1.67 vs. 5.6±0.92)(圖5h,j)。

(4)氫水減輕了氫水組肥胖小鼠的心臟氧化應激

與WAT病例中觀察到的特征相似,氫水組與對照組相比,8-OHdG+細胞有減少的趨勢(1977±361/mm2 vs. 3021±1280/mm2),但差異無統計學意義(圖5k,l,表S6)。與對照組相比,氫水組8-OHdG-細胞數量明顯增加(620±307/mm2 vs 124±119/mm2),表明氫水減輕了肥胖小鼠的心臟氧化應激。

(5)氫水可調節肥胖小鼠的心臟功能

M型超聲心動圖測量左室參數SWT、LVEDD、LVESD、PWT評估心功能(圖6a、b)。兩組間心率無明顯差異(圖6c,表S7)。值得注意的是,與對照組相比,氫水組每克體重的LV質量降低了0.8倍(分別為3.64%±0.54% vs 4.57%±0.20%)(圖6d,表S7)。與對照組相比,氫水組EF%顯著恢復(分別為40.1%±5.54% vs. 22.8%±2.53%)(圖6e,表S7), EF%也顯著恢復(90.3%±4.1% vs. 75.3%±4.4%)(圖6f)。

氫水保護心臟功能的細節

圖6。對照和氫水對肥胖小鼠心臟生理功能的影響。

(a)小鼠超聲心動圖M型圖評價心功能的參數(LVEDD、LVESD、左室SWT、左室PWT)。(b) 對照組和氫水組肥胖小鼠心臟心電圖M型圖。(c)心率。(d) LV質量/體重 (mg/g)計算公式:LV質量(mg/g) = [(LVEDD + SWT + PWT)3−LVEDD3] × 1.055/體重。(e) %分數縮短(FS%) = [(LVEDD−LVESD)/LVEDD] × 100%。(f) %射血分數(EF%) = [(LVEDD−LVESD)3]/LVEDD3] × 100%;ns,無差異;* p <0.05。

3.6。內皮祖細胞生物活性在氫水集團得到調節

內皮祖細胞集落形成試驗

PBMCs或分離的BM-KSL細胞在含有甲基纖維素的培養基中培養加入20 ng/mL的干細胞因子, 50 ng/mL的血管內皮生長因子, 20 ng/mL的白細胞介素-3, 50 ng/mL的堿性成纖維細胞生長因子,將50 ng/mL表皮生長因子受體、50 ng/mL胰島素樣生長因子-1 、2 U/mL肝素和10%胎牛血清置于35 mm Falcon™原代細胞培養皿上培養8天。每皿5 × 105個細胞接種PBMCs,每皿500個細胞接種BM-KSL細胞。EPCs的集落形成單位為small- epc - cus或大型epc - cus;用倒置顯微鏡在40倍放大下目視檢查,如先前報道的。分化率以pc - cus占總pc - cus的百分比計算。

與對照組相比,氫水組每毫升循環血液pEPC、dEPC和總EPC集落數分別增加了2.0-、4.0-和2.5倍(圖7a、b、表S8)。與對照組相比,氫水組中500個BM-KSL細胞產生的dEPC和總EPC集落數分別增加了1.4倍和1.1倍,而pEPC集落數沒有顯著差異(圖7c,表S8)。進一步,以500個BM-KSL細胞產生的EPCs總數中dEPC集落數的百分比計算從BM-KSL細胞中分化出的EPCs的分化等級。氫水組EPCs分化程度明顯高于對照組(分別為27%和22%)(圖7d,表S8)。與對照組相比,氫水組從右股骨和脛骨分離的總KSL細胞中pEPC、dEPC和總EPC集落數增加了1.3-、1.8-和1.4倍(圖7a,e,表S8)。這些發現表明,氫水恢復了EPC動員進入循環,以及從骨髓來源的血管生成干細胞的擴張和分化。

氫水保護心臟功能的細節

Figure 7. The biological properties of EPCs in DIO mice treated with hydrogen water for 14 days. (a) Representative images of pEPC-CFUs and dEPC-CFUs in methylcellulose culture medium. (b–e) The counts and differentiation degree of EPC-CFUs between the 對照 and 氫水 groups. EPC-CFU counts per mL blood (b), originated from 500 BM-KSL cells (c), originated from whole BM-KSL cells in the left femur and tibia (e). (d) The EPC differentiation degree calculated using the ratio of dEPC-CFUs/total EPC-CFUs (pEPC-CFUs + dEPC-CFUs) in (c). The clear and gray columns indicate pEPC-CFUs and dEPC-CFUs, respectively; ns, not significant; * p < 0.05, ** p < 0.01, *** p < 0.001.

4. 討論

本研究旨在確定氫水是否可緩解肥胖小鼠的心血管功能障礙。結果顯示,即使是相對較短的時間(2周)飲用氫水, 肥胖小鼠的心臟功能和血管生物活性都得到了恢復,這將炎癥效應與脂肪組織聯系起來。慢性心血管疾病肥胖小鼠攝入氫水增加了心肌細胞內eNOS磷酸化,導致毛細血管和小動脈顯著的心血管擴張,進而產生心臟保護。此外,氫水恢復EPCs的動力學(即從骨髓中的擴增、分化和動員)。氫水的心血管保護作用的分子機制與脂肪組織重塑有關,但與降低高血糖無關。

4.1。棕色脂肪激活和白色脂肪棕色化

在一些之前的研究中報道,肥胖小鼠的棕色脂肪或白色脂肪作為炎癥的一個重要來源,導致糖尿病性心肌病伴肥胖。據報道,攝入氫水可以通過抑制NF-kβ來降低受損大鼠肺中TNF-α和IL-1β的蛋白水平,從而減輕炎癥。

在整個2周的觀察期間,對照組和氫水組的體重增加相似,而氫水組的棕色脂肪質量與體重百分比顯著增加,而白色脂肪質量的%比值沒有變化(圖2a,圖3)。

雖然對照組在2周的觀察期間PPBS沒有變化,但氫水組在第14天與預處理第0天相比,該參數有所下降(圖2b)。

氫水飲用14天沒有顯著減少促炎細胞因子的基因表達水平的腫瘤壞死因子-α和IL - 1β在蝙蝠或窟與對照組相比,雖然傾向于基因表達水平降低,這可能變得明顯由于延長調節期。

Kamimura等報道,即使74周攝入氫水對肥胖小鼠的體重也沒有影響。在攝入氫水3個月時,可調節高血糖、高胰島素血癥和血漿甘油三酯水平,降低糖尿病db/db小鼠的體重??紤]到這些參考文獻,在本研究中,延長氫水時間可能是調節高血糖水平的必要條件。

據報道,攝入氫水會上調胃饑餓素基因表達,這是一種在胃中分泌的促食欲和成脂肽激素。高脂肪飲食增加了小鼠胃粘膜中饑餓素表達細胞,導致肥胖。正如之前的研究所指出的,高脂肪飲食攝入和喂食高脂肪食物可能會增加胃饑餓素,這可能會消除高脂肪食物對體重或白色脂肪質量的有益影響。

相反,db/db小鼠肝臟中與能量消耗的脂質代謝相關的基因(Pgc-1a, Fgf21)的表達在氫水開始后的第14天確實得到促進。在第14天時,攝入氫水可以恢復肥胖小鼠肝臟中儲存的過量脂質。這些發現和本研究的結果表明,與葡萄糖代謝相比,攝入氫水能更好地恢復脂肪代謝向能量消耗的轉變。

值得注意的是,氫水調節了活性氧誘導的肥胖小鼠白色脂肪中的DNA損傷,表明氫水發揮了生物學效用(圖3h,i)。氫水還與生熱基因Ucp-1、Vegf和eNos表達上調有關,這些基因促進肥胖小鼠的脂肪組織重塑和隨后的BAT激活或WAT褐變[36,37,38]。

此外,在本研究中,eNos的表達增加,促進了氫水組肥胖小鼠白色脂肪中Ucp-1和Vegf的表達(圖4),表明氫水加速了肥胖小鼠白色脂肪的褐變和棕色脂肪的激活,以避免CVD。

4.2。氫水的心血管保護作用

新的證據證明肥胖的棕色脂肪激活或白色脂肪褐變有利于心血管健康,并降低CVD的風險。

關于氫氣的分子機制,Thoonen等報道了棕色脂肪中的UCP-1可以逆轉兒茶酚胺誘導的心肌病。從野生型小鼠分離的棕色脂肪移植恢復兒茶酚胺誘導的心肌病,導致Ucp-1-/-小鼠纖維化。此外,Ucp-1的過表達也阻止了高血糖的影響,Ucp-1是一種氧化磷酸化的特異性蛋白解耦器,能夠破壞質子的電化學梯度。此外,BAT中Ucp-1表達的減少促進了活性氧的生成。

最近報道在Ucp-1基因表達紊亂的肥胖大鼠中,白色脂肪(心臟VAT)可以激活心肌器官培養系統中活性和纖維化受損的肥大心肌細胞。

根據研究,Ucp-1表達上調可能是氫水導致棕色脂肪細胞或褐變白色脂肪保護心臟功能的分子機制,而氫氣減少活性氧可能是產生這種作用的基礎(圖4)。在本研究中,攝入氫水促進了肥胖小鼠心肌(eNOS- ser 1177磷酸化)和脂肪組織的eNOS激活(圖5c,d),特別是棕色脂肪 eNOS表達(圖4)。然而,需要進一步研究確定氫水是直接或通過上調棕色脂肪或白色脂肪褐變中的Ucp-1來促進心肌中的eNOS磷酸化。

氫水組肥胖小鼠心肌細胞中eNOS-Ser 1177的活化(磷酸化)促進了NO的生成,而負向抑制活性氧的產生(圖5k,l),增強了NO的生物活性,增強心功能,并具有血管擴張的心血管保護作用。事實上,超聲心動圖顯示氫水組肥胖小鼠左室收縮功能降低,表明心肌肥厚恢復(圖6)。

4.3。氫氣激活內皮祖細胞生物活性

在本研究中,氫水促進了EPCs進入循環的動員,以及BM中的擴張和分化(圖7)。

先前研究報道了人類和小鼠代謝綜合征中骨髓衍生EPCs的功能障礙。外源性NO可恢復EPC功能障礙。在本研究中,氫水促進了肥胖小鼠脂肪組織和心肌的eNOS激活,增加NO生成。氫水在肥胖小鼠中的抗氧化作用可能通過eNOS激活內皮祖細胞誘導內源性NO產生,從而提高內皮祖細胞生物活性。

4.4。關于堿性效應

本研究中使用的氫水中也含有由氫氣供體棒中水與鎂反應產生的Mg(OH)2,導致pH增加到10左右,從而產生堿性溶液。因此,研究氫分子與堿性離子的協同效應是今后研究的重點。此外,Jackson等最近報道,富氫水改善了高脂肪飲食誘導的非酒精性肝病模型中的脂肪肝,但pH為11的堿性電解水沒有改善脂肪肝,這可能是由于富氫水中的氫氣。先前研究表明,氫氣而不是堿性可上調過氧化物酶體脂肪酸?;o酶a氧化酶,這是一種速率限制酶,用于極長鏈脂肪酸在過氧化物酶體中的β氧化,促進脂質代謝。

值得注意的是,在本研究中,對照和氫水在添加前和添加后的pH值沒有觀察到差異。因此,這些效應被認為源自于氫水的攝入量。

4.5。研究的局限性

由于對照的效果沒有與未經處理的水進行比較,因此不能排除氫水與堿性Mg(OH)2協同作用的可能性。此外,關于氫水的機制,脂肪組織UCP-1對肥胖小鼠內皮祖細胞生物活性的影響尚不清楚。

5. 結論

我們首次表明,肥胖小鼠攝入氫水通過白色脂肪褐變和棕色脂肪激活能量消耗表型發揮心血管保護作用。因此,氫水為代謝綜合征患者提供了預防冠心病的策略。