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氫氣輻射防護劑的臨床應用潛力

文章來源:孫學軍 氫思語發布日期:2021-05-15 10:18瀏覽次數:
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盡管醫學診斷和癌癥改善常用電離輻射,但輻射造成的損害是不可避免的。這種損傷可分為直接損傷和間接損傷,直接損傷是由輻射能量被DNA吸收和水輻射分解過程中產生的自由基,如羥基自由基(羥基自由基)造成的。更具體地說,輻射損害不僅涉及對DNA的直接損害,而且還涉及對非DNA目標的次級損害,因為低劑量輻射損害主要是由這些間接影響造成的。氫分子(氫氣)具有選擇性清除羥基自由基(一種具有強氧化能力的活性氧)的潛力,是一種輻射防護劑。動物實驗和臨床試驗表明氫氣具有高度安全的輻射防護作用。本文綜述了先前報道的氫氣的輻射防護作用,并討論了氫氣不僅作為抗氧化劑,而且在細胞內反應包括抗炎、抗凋亡和調控基因表達等方面的機制。在這樣做,我們展示了氫氣作為一種新的和臨床適用的輻射防護劑的前景。

電離輻射通常用于醫學診斷和癌癥改善。在這些用途中,放射療法是已知的最有效的癌癥改善之一。常規放射改善難以控制輻射損傷,因此,調強放射改善(IMRT)最近已被應用于。然而,IMRT也會發生各種輻射損傷。輻射對人體的有害影響可分為直接影響和間接影響。直接效應是由輻射能量直接吸收到核酸(DNA)、蛋白質和脂質中引起的分子破壞。間接效應是由水輻射分解過程中產生的羥基自由基等自由基和分子產物引起的損傷。除了對DNA的直接損傷外,對非DNA目標的次生損傷也不可忽視,因為低劑量輻射損傷主要是由這些間接作用引起的。繼發性損傷包括氧化、炎癥、凋亡和與細胞內反應相關基因表達的影響。

1975年,Dole等人首次報道了氫氣在醫學上的應用。他們報告說,吸入高壓氧氫氣可導致紫外線輻射誘導的小鼠鱗狀細胞癌明顯消退。然而,除少數研究外,尚未對氫氣進行廣泛的醫學應用研究。2007年,Ohsawa等報道吸入氫氣氣體可改善腦梗死大鼠缺血-再灌注損傷。在這篇論文中,他們表明氫氣是一種抗氧化劑,可以選擇性地減少高氧化性活性氧(ROS)和活性氮(RNS),如羥基自由基和過氧亞硝酸鹽(ONOO−),但不與其他ROS,如超氧陰離子(O2−)和過氧化氫反應。然而,我們需要重新了解Yanagihara等人2005年關于氫氣抗氧化作用的開創性論文,該論文早于Ohsawa等的研究兩年。他們報告說,攝取由電解水產生的中性富氫氣水減輕了化學氧化劑引起的大鼠肝臟損傷。這些論文導致了全球對氫氣的醫學應用的研究。我們最近的研究表明,雖然氫氣是一種活性弱的物質,但與其他抗氧化劑相比,它是唯一具有線粒體通透性和降低羥基自由基能力的分子,這在未來的醫療應用中很有前景。選擇性羥基自由基清除劑可能作為輻射防護劑有潛在的醫療應用。氫氣對多種疾病和疾病模型的療效已被報道,目前關于氫氣醫學應用的論文達1000余篇,其中臨床試驗80余項。

在臨床應用中,使用更安全、更有效的輻射防護劑具有非常重要的意義。許多抗輻射藥物都以不同方式進行了評估。例如,許多合成和天然化合物的輻射防護作用。細胞因子如集落刺激因子(GM-CSF)、白介素1 (IL-1), IL-12,和天然化合物,如維生素C、維生素D、維生素E、褪黑素、琥珀酸、α硫辛酸和n -乙酰半胱氨酸(NAC)已報告展示放射防護效果在動物實驗。許多藥物仍處于不同的評估階段,但許多還遠遠不是理想的輻射防護劑。然而,胺磷汀(WR2721)已經發展成為一種具有清除自由基(如羥基自由基)的輻射防護劑,是美國FDA批準用于臨床的唯一一種輻射防護劑。然而,由于其劑量依賴性副作用如低血壓、惡心和嘔吐,該藥物尚未被廣泛認為是一種有用的輻射防護劑的選擇。因此,可以毫不夸張地說,目前臨床上尚不存在療效高、副作用少的放射防護劑。

氫氣已在許多動物研究中顯示出輻射防護作用,由于氫氣在臨床研究中也顯示沒有副作用,可能是一種臨床可靠的輻射防護劑。在臨床試驗中,Kang等報道富氫氣水改善了接受放射改善的肝癌患者的生活質量(QOL)。我們最近報道,在接受調強放療的晚期癌癥患者中,吸入氫氣氣體可以減少骨髓損傷,而不影響抗腫瘤作用。本文綜述了先前報道的氫氣的輻射保護作用,討論了氫氣不僅作為抗氧化劑,而且在細胞內反應包括抗炎癥、抗凋亡和調節基因表達等方面的機制。展示了氫氣作為一種新的和臨床適用的輻射防護劑的前景。

圖 IR輻射間接損傷效應。

Hirano, Shin-ichi; Ichikawa, Yusuke; Sato, Bunpei; Yamamoto, Haru; Takefuji, Yoshiyasu; Satoh, Fumitake. 2021. "Molecular Hydrogen as a Potential Clinically Applicable Radioprotective Agent" Int. J. Mol. Sci. 22, no. 9: 4566.