氢水治疗类风湿关节炎的研究

原创:孟嘉  氢思语

这是主要参考南京总医院的一篇研究生论文摘要,对于帮助大家理解氢气治疗类风湿关节炎有一定帮助,如果有兴趣,可以查看论文全文。

氢气作为一种有效的抗氧化抗炎症物质,对炎症反应为病理基础的疾病都可能具有治疗作用。类风湿关节炎是一种自身免疫性疾病,虽然对其分子机制并没有完全清楚,但自身免疫系统功能紊乱导致的病理炎症反应是其核心过程。临床上采用各种手段阻断炎症反应也确实能缓解病情,是治疗该疾病的基本策略。但是过去的抗炎症工具往往存在价格高或副作用大的问题。氢气作为一种对人极其安全几乎没有毒副作用的物质,对炎症性疾病治疗存在先天优点。日本学者也进行了初步的临床试验,初步显示氢气对类风湿关节炎存在有效性。但关于氢气治疗类风湿关节炎的基本理论基础和临床前研究证据仍然缺乏,这不利于人们理解和进一步研究该疾病。该研究生论文对于丰富临床前研究,为氢气治疗类风湿关节炎的临床研究奠定了重要基础。

参考文献

Meng Jia,. Molecular hydrogen decelerates rheumatoid arthritis progression through inhibition of oxidative stress.[J]. American journal of translational research,2016,8(10).

氢气在治疗类风湿关节炎中的作用及机制研究[D]. 孟嘉.第二军医大学 . 2017 

关键研究结果:图片来自国外发表论文附图。

A正常动物,B关节炎动物,C关节炎氢水治疗后

A正常动物,B关节炎动物,C关节炎氢水治疗后。

病理结果,A正常,B关节炎,C氢水治疗后

病理结果,A正常,B关节炎,C氢水治疗后。

如下是摘要和氢思语点评。

一、研究背景与目的

类风湿关节炎(Rheumatoid arthritis)是以关节滑膜慢性炎症为特殊表现的系统性自身免疫性疾病。类风湿关节炎在欧美国家发病率高达0.5-2.0%,而在我国其发病率也达到了0.32-0.38%。类风湿关节炎发病机制复杂,受多种因素的影响,这些因素导致机体免疫调节失衡和过度的炎症反应,从而引起关节结构的破坏。

氧化应激(Oxidative stress)参与类风湿关节炎的发病过程,对类风湿关节炎病理机制影响较大。类风湿关节炎的氧化损伤主要由活性氧和活性氮所致,它们是机体在新陈代谢过程中生成的有害自由基。氧化应激可引起类风湿关节炎患者体内的氧化标记物如丙二醛(malondialdehyde,MDA)、8-羟基脱氧鸟嘌呤(8-hydroxy-2’-deoxyguanosine,8-OHdG)、蛋白羰基(protein carbonyl)等水平升高。氧化应激还能激活经典的核转录因子-κB(NF-κB)信号通路。氧化应激也可以改变谷胱甘肽(GSH)的氧化还原状态,促使NF-κB抑制因子(IκB)失活,进而异位到胞核内。

氢气(Hydrogen)是自然界广泛存在的无色、无味的气体。其具有选择性抗氧化作用,可选择性中和活性氧。但是,氢气具体选择性抗氧化作用机制目前仍不清楚,其影响发挥枢纽调节作用的上游分子也并不了解。和炎症关系密切的核转录因子-κB(Nuclear factor kappa B,NF-κB),与细胞增殖、凋亡紧密联系的丝裂原活化蛋白激酶(Mitogen-activated protein kinase,MAPKs),与成纤维细胞强效的趋化因子-转化生长因子(Transforming growth factorβ1,TGF-β1),这些都是目前知道的氢气抗氧化应激途径中的发挥重要作用的因子。Keap1/Nrf2/ARE信号通路是机体在抗氧化应激反应中的重要通路,是近几年抗氧化研究领域中的热点通道。氢气可以通过Nrf2发挥其选择性抗氧化的作用,但是氢气是通过哪种途径诱导Nrf2产生效应呢,这个具体的机制还是目前氢气医学研究的热点与难点。因为氢气的选择性抗氧化作用,所以氢气也被应用于类风湿关节炎治疗上。国外学者报道了在类风湿关节炎患者中,氢气治疗后关节活动度评分(Disease activityscore-28,DAS28)和血液中的炎症性指标都有了明显的改善。但是氢气对于成纤维样滑膜细胞(Fibroblast-like synoviocytes,FLS)的抗氧化作用如何,及其对FLS增殖、凋亡及其相关的信号的信号通道的影响未见报道。此外,氢气通过何种信号通道对FLS发生作用也未见报道,其与MAPK、NF-κB等信号因子有无关系尚不明确。而氢气作用于氧化应激疾病中的重要的抗氧化信号通道Nrf2,是否也参与了其对类风湿关节炎疾病的抑制过程也需要进一步研究。

二、研究内容与方法

利用异种II型胶原乳剂,在小鼠背部、尾部多点皮下注射,建立CIA小鼠模型。通过形态学观察小鼠足部、尾部的表现,以评价建模的好坏。通过AI评分、形态学和病理学观察,以评价氢气对CIA小鼠模型类风湿病情缓解的情况。选用MH7A类风湿滑膜成纤维细胞,通过双氧水处理细胞,制造体外氧化应激的环境。并予以富氢培养基干预,通过观察细胞增殖的情况,抗氧化应激系统(SOD和GSH)表达、DNA氧化损伤指标(8-OHdG),来判断氢气对FLS氧化应激反应的影响。同时,我们检测了MAPK、NF-KB和TGF-β1,以评价MAPK通道和TGF-β1对FLS氧化应激反应有无影响。选用从儿童皮肤中分离的成纤维细胞,通过双氧水处理细胞,制造体外氧化应激的环境。并予以富氢培养基干预,通过观察细胞增殖的情况;利用Annexin V/PI检测早期细胞凋亡和坏死的结果;借助双氢溴乙啶(Dihydroethidium,DHE)和2’7’二氯氢化荧光素乙二脂(2’,7’-Dichlorodihydrofluorescein diacetate,DCFH-DA)观察细胞内活性氧的生成情况;通过Elisa分析氧化产物MDA、抗氧化应激系统(SOD和GSH)表达、DNA氧化损伤指标(8-OHdG)。从而判断氢气对成纤维细胞氧化应激反应的影响。同时,我们利用Western blot分析Nrf2、CATA、γ-GCS的蛋白表达的情况,以评价Nrf2信号通道对成纤维细胞的氧化应激反应有无影响。

三、研究结果与结论

在此项研究中,我们得到了以下结果:

1、病理结果显示氢水治疗有效。

正常对照组小鼠标本无滑膜细胞增殖、炎性细胞浸润、血管翳产生以及骨侵蚀等表现;CIA模型组有明显增生的滑膜组织、炎性细胞的浸润、血管翳的产生以及部分骨质受到侵蚀;富氢水治疗组则表现出少量增殖的滑膜细胞,中性粒细胞有少量浸润和轻微的骨侵蚀表现。病理评分提示富氢水治疗组较CIA模型组小鼠在各项指标病理评分上明显降低。

2、肉眼观察发现氢水治疗有效。

CIA组小鼠在30天(疾病早期)的时候有部分小鼠前足出现红肿,后发展到后足。在40天(疾病中期)时候肿胀出现高峰。而富氢水治疗组的小鼠肢体红肿的程度出现的时间晚于CIA模型组,其肿胀的程度也明显小于CIA模型组。CIA模型组小鼠在14天左右(即疾病早期),开始出现关节炎指数(Arthritis index,AI)升高;在21天,达到峰值,后逐渐下降。富氢水治疗组AI指数升高的时间和CIA组一致,但升高的幅度明显小于CIA模型组小鼠。

3、MH7A细胞存活率用MTT法检测,证明氢气对细胞存活有帮助,可能是氢气发挥上述效果的细胞基础。

结果是:与对照组相比,在加入H2O2后细胞增殖显著增强,并随时间延长,增殖速度加快。而加入氢气后细胞增殖受到了明显的抑制。

4、采用Elisa检测方法,证明氢气对氧化应激指标和各种抗氧化系统产生了影响,可能是氢气发挥作用的分子基础。就是氢气激活抗氧化,降低氧化应激,控制了炎症反应,发挥了作用。

发现类风湿滑膜成纤维细胞在应用双氧水处理后8-OHDG升高了,抗氧化系统中的SOD和GSH降低了。在加入富氢培养基以后,减少了氧化产物8-OHDG的含量,增加了SOD和GSH含量。同时发现,氢气抑制了MAPK、NF-κB和TGF-β1的表达。

5、对于成纤维细胞,术后24h结果提示双氧水(H2O2)处理造成氧化应激模型组,与其他各组相比较,有较高的凋亡发生率。加入氢气组自发凋亡率和H2O2处理组相比有所下降。

6、活性氧检测提示经H2O2处理的成纤维细胞内活性氧水平明显升高,经氢气处理后,可以显著降低细胞活性氧水平。采用Elisa方法检测发现,细胞在应用H2O2处理后8-OHDG和MDA升高了,GSH和SOD降低了。而加入富氢培养基后可以减少氧化产物8-OHDG和MDA含量,增加GSH和SOD含量。

7、采用western blot检查发现,加入H2O2后成纤维细胞Nrf2和γ-GCS降低,CATA也降低了。而加入氢气以后Nrf2和γ-GCS恢复正常,CATA水平也升高了。

通过上述研究结果,我们证实氢气通过抑制机体过度的氧化应激反应,可以有效的抑制类风湿关节炎疾病的发生。氢气可以激活体内的抗氧化系统,对MAPK、NF-κB和TGF-β1的表达有抑制作用。同时也激活了Nrf2信号通道。因此,氢气调节类风湿关节炎的氧化应激的作用机制也是非常复杂。

总结点评:

该研究从细胞,分子生物学和动物关节炎模型等不同研究水平上,证明了氢气对动物模型关节炎具有治疗作用,并从细胞生存,各种氧化应激和抗氧化系统,相关氧化应激调控分子信号通路,特别是氧化应激核心转录因子Nrf2信号通道,进行了全面研究和分析。这一研究对于理解氢气治疗关节炎提供了理论证据支持,有利于人们理解氢气治疗关节炎的逻辑基础。

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