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氢气的这个作用这个不得了

干细胞是当今生物医学领域红的发紫的研究领域,关键是许多急性和慢性几乎不可能治愈的疾病如糖尿病、帕金森的治愈,都依赖于干细胞的发展和成功。遗憾的是,氢气和干细胞相关的研究比较少,当然也不是完全没有。这里介绍来自美国学者关于氢气对抗人类干细胞体外培养过程老化的研究。

氢气可以延长体外复制寿命并保护分化和分泌能力,这是来自美国俄亥俄州立大学干细胞与再生医学研究中心晴久川崎等的研究,论文2010年发表在BBRC。特别注意的是,该研究是人类供血者的骨髓培养细胞,代表氢气对人类细胞的效应。这一研究有非常重要的启示意义。

氢气的这个作用这个不得了

用骨髓间充质干细胞进行细胞改善是再生医学的重要手段。但是骨髓间充质干细胞数量有限,需要体外增殖才能使用,这种体外增殖操作可导致细胞老化,造成分化、增殖和改善作用的丢失,这是影响干细胞改善的重要因素。氧化应激是导致细胞在体和离体老化的关键因素,减少氧化应激是避免干细胞老化的重要策略。

氢气医学效应广泛,其主要作用基础是具有选择性抗氧化,能减少各自因素导致的细胞和组织氧化应激损伤,但是关于氢气对干细胞关系的研究比较少见,日本学者曾经发现氢水饮用可以避免束缚应激导致的大脑神经干细胞数量减少,但氢气对体外培养干细胞老化十分有作用少有研究。本研究假定氢气能保护细胞体外增殖过程的老化。通过在培养系统中(气体介质)增加3%氢气的办法,发现可在对细胞培养早期克隆形成和复制寿命均有改善作用,同时能保护细胞分化和旁分泌能力。非常有意思的是,该研究发现氢气并没有减低羟基自由基,对蛋白和核酸氧化损伤指标也没有影响,提示氢气对骨髓间充质干细胞的上述作用与其抗氧化作用无关。

这个文章提供了一种氢气效应细胞学研究手段,含3%氢气的混合气持续培养的方法,这与日本学者最早研究的细胞学方法明显不同,也更人性化,比较容易实现,但要注意的是两者的氢气浓度相差十分大,这个3%在日本学者的研究中应该属于没有效果的浓度,但这个研究是长时间培养的。

因此,从这个角度考虑,氢气的作用与浓度、作用时间有非常大的关联性,这就更说明氢气是一种十分强大的生物活性分子。更值得称道的是,这个研究没有看到氢气的抗氧化作用,这又给我们的研究带来了更多遐想的空间。

氧化应激是加速细胞衰老的重要因素,细胞学和在体研究都有相关证据。减少氧化应激或补充抗氧化剂如维生素C能增加细胞体外复制次数,延长细胞寿命。体外骨髓间充质干细胞也具有类似效应。氢气具有选择性中和羟基自由基,羟基自由基是体内作用最强的活性氧,氢气能延长骨髓间充质干细胞寿命,并使这些体外细胞保持分化潜力和旁分泌功能。氢气处理也能增强提高体外制备过程中早期干细胞克隆形成。

氢气的这个作用这个不得了

图 氢气处理对体外克隆形成的影响

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SA-b-gal是代表细胞衰老的标志物,含量越多代表细胞老化越严重,现在这个结果说明,氢气处理(G图下排,上排没有处理的色很深)可以限制改善干细胞的老化,F是该指标的量化结果,氢气抗衰老效果十分显著。

然而,3%氢气改善并没有减少羟基自由基、蛋白质氧化羰基化和8-OHdG水平。这说明氢气对体外干细胞作用的基础仍然不清除,也可能是3%氢气浓度太低,不足以清除羟基自由基,但具有提高骨髓间充质干细胞增殖的效果。也有人提出氢气生物学作用可能存在更复杂的基础,这一研究也支持这一观点。

氢气改善没有减少骨髓间充质干细胞旁分泌活动,但分泌成分发生了改变。例如,氢气改善能增加碱性成纤维细胞生长因子bFGF和肝细胞生长因子分泌,但降低了血管内皮细胞生长因子VEGF的分泌。氢气改善能增加吲哚胺2,3-双加氧酶-1IDO的表达,减少前列腺素E2水平,这两种物质改变都和抗炎症作用有关。

氢气改善骨髓间充质干细胞的作用提示氢气具有抑制血管形成,抗炎症和免疫调节作用。但是这些研究还不足以说明氢气的在体效应与此有关。研究还发现氢气的效应具有可逆性,但是5天后仍然可以观察到一些残余的影响,表明骨髓间充质干细胞经氢气处理后移植到身体内仍然会有一定作用。

氢气的这个作用这个不得了

Fig. 2. Effects of H2 exposure on the osteogenic and adipogenic differentiation of MSCs. 氢气处理对干细胞分化能力的影响

总之,研究证明氢气处理可以增强和保护骨髓间充质干细胞制备早期祖细胞的体外复制,延长骨髓间充质干细胞寿命,保护细胞分化潜力和分泌功能,但是这种效应并不是经过中和羟基自由基和抗氧化实现的。氢气干细胞生物学效应值得研究,其作用机制仍然需要进一步探索。

如下自文章图3的部分结果也很重要,能体现氢气的作用强度很强大!

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说明氢气抗炎症效果十分明显!!!

Kawasaki H, Guan J K. Hydrogen gas treatment prolongsreplicative lifespan of bone marrow multipotential stromal cells in vitro whilepreserving differentiation and paracrine potentials[J]. Biochemical &Biophysical Research Communications, 2010, 397(3):608-613.

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