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马雪梅教授谈氢生物学(2):机理研究探索

“氢璞” 开篇语:璞意“璞玉浑金、返璞归真”,与氢气也正相合。二十一世纪的第二个十年快要过去了,今天活力氢源董事长宁淳问我是否有自己的公众号,忽然感觉自己有点生活在上个世纪,也忽然来了兴致。宁总建议建一个发表“严肃氢气研究文章”的公众号,深以为然,取名“氢璞”。
 

首篇文章回顾2020年关于氢生物学机理的基础研究,之后会从几个方面先围绕氢气机理作一个专题。
 

马雪梅教授谈氢生物学(2):机理研究探索
 

2020年快要过去了,受新冠疫情的影响,今年是非常特殊的一年,同时也是氢医学有重要意义的一年,在这一年,氢氧呼吸疗法进入国家新冠肺炎诊疗方案,氢医学众多企业踊跃捐赠氢产品,献出“氢人”的爱心。氢医学并不是突然冒出来的,氢气在生物医学领域,已经有超过1600篇的学术论文发表,有80多项国家自然科学基金项目获批,有60多项临床研究正在进行或已经完成,其中包括新冠肺炎、癌症、代谢性疾病、心脑血管疾病、神经退行性疾病等,研究显示超过百余种疾病可能从使用氢气受益。
 

我喜欢用“从惰性到神奇”来形容氢气。然而,经常遇到很多人提出疑问:氢气真的能治病?这么多疾病的机理完全不同,怎么可能?会不会是又一个骗局?
 

作为这个领域的研究人员我们应该去回应这些问题。在2020年元旦这天我总结了北京工业大学氢生物学研究团队几年来的成果,写了“氢气生物学作用的生物酶基础”的观点发表在中文期刊“生物技术进展”2020年第一期上。文中我提出了高等生物可能具有氢化酶活性,也就是合成氢气和分解氢气的吸氢酶和放氢酶活性,线粒体电子传递链上的酶可能是氢气作用的重要靶点之一,这一假说与现在主流的氢气选择性清除毒性自由基理论完全不同。
 

2020年元月1日写这篇文章的一个原因是我当时正在骨折恢复期,在家休养刚好可以静下心来系统思考;另一个原因是我因骨折手术住院和恢复期间一直在用氢气,希望亲自测试动物实验的结果到临床会怎样,这可能是全球第一例氢气在外科手术的临床实验,亲身的经历给了我更多的思考。在新冠疫情期间北京工业大学联合港安健康向湖北捐赠氢产品。
 

提出高等生物细胞特别是线粒体具有氢化酶活性的假说并非一时的心血来潮,我的团队在2014年发布“氢气保护有机磷农药造成的脑损伤”的研究时就发现一些与主流选择性抗氧化理论不同的结果,在2017和2018年氢分子生物医学分会的年会上我部分公开了我们的研究数据和思考,并在2020年上海交通大学举办的”第三届氢科学学术会议”上进一步阐述,2020年我的团队还公开了多篇围绕机理的研究论文,虽然不是很成熟,但毕竟迈出了第一步。因为走了一条与绝大多数人不同的研究道路,要克服的挑战和压力是巨大的,这种压力不仅仅是科学上的。幸运的是即使在最艰难的时候,我也得到了很多朋友在各个层面的鼓励和支持。
 

下边简单分析一下,以线粒体为中心高等生物具有氢化酶活性这一假说能否解释氢气众多的功能。
 

1、氢气和抗氧化:很多的研究已经发现氢气具有抗氧化的作用,我也认为氢气具有抗氧化作用。线粒体的电子传递是细胞氧化应激产生自由基的主战场,常规认为氢气是在自由基产生之后去清除自由基,我认为氢气的主要作用是通过调节线粒体来调节自由基产生的“阀门”发挥对抗自由基的作用,氢气对保持细胞的稳态发挥重要作用。两者比较,调节阀门的作用会更强大,特别是在自由基的急性爆发期,想像一下,在水管破裂之后我们是去关阀门还是去把流出来的水吸走,哪一个更有效!
 

2、线粒体位于整个细胞能量代谢网络的中心,氢气对能量代谢的调节必然传递到细胞的各类信号通路。衰老主要体现在线粒体的老化,脂代谢、糖尿病、老年痴呆等疾病的核心也在能量代谢,氢气对这类疾病产生影响也就容易理解了。肿瘤从某种意义上讲也是一种代谢异常疾病,例如肿瘤细胞的线粒体代谢功能会被抑制,我们的研究显示氢气可以通过基于线粒体的代谢重编程“改造癌细胞”,这是氢气辅助肿瘤改善的核心。
 

3、线粒体被认为是内化到细胞中的古老生物体,它的祖先具有代谢氢气的氢化酶功能,人们普遍认为线粒体的氢化酶功能随着进化丢失了。氢气的生物学机制还没有取得共识,我认为高等生物的氢化酶功能并没有丢失,只是在现在氧气浓度很高的环境下被抑制隐藏起来了,合适的条件下依然会发挥作用。我们提出的高等生物具有基于氢化酶的氢代谢特别是线粒体的氢代谢功能,如果这一假说最终能被确证,人们对于基础生物学的理解,对于医学的理解,可能都需要重新思考,氢气的作用可能正是由于发生在最基础的生物学过程层面,所以影响深远。只有深入解析氢气生物学作用的机制,才能更好地利用这一宇宙中最简单的分子。
 

另外,细胞膜上可能具有代谢氢气的酶活性,离子通道也受到氢气的调节,这里边蕴含的生物学意义也是未来重要的探索方向。
 

几年来,我们北京工业大学团队提出了氢气作用机制的新假说,并为这一假说提供了几方面的初步实验证据。我也希望更多的朋友关注这一方向,共同努力解决这个重要的基础理论问题,为氢生物学更好地服务社会尽微薄之力。
 

最后,借用我的一位长辈、也是氢医学的受益者写的一幅字表达对2021年美好的祝愿:懂氢用氢 养卿护卿!
 

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