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氢气可以促进肌肉细胞中葡萄糖的摄取

时间:2013-01-21 16:28:00

      氢气具有胰岛素样效应,可以治疗一型糖尿病。

  关于氢气的效应,研究最充分的是其抗氧化效应,但对其他生物学效应,特别是细胞内信号分子的影响研究并不深入。最近日本学者在Plos One发表一篇文章,证明氢可以通过促进胰岛素受体以及下游信号分子,促进葡萄糖的摄取。

  该研究最显著的特点是开展了高中低三种跨度较大的剂量效应分析,对不同层次的细胞内信号分子进行了分析,开展的细胞学研究也很具有特色。但文章也出现一些结果和过去的报道存在冲突,例如发现对肥胖没有效果(太田教授报道有抗肥胖效果)。而且对氢气为什么存在多位点的生物学效应没有给出合理的解释,对不同细胞存在不同效应也没有深入分析。但无论如何,这一研究是氢分子医学领域相对高质量的研究,建议全文认真阅读。

  糖尿病(DM)的特征是异常的胰岛素分泌、碳水化合物脂质代谢紊乱和慢性高血糖。DM的总人数2000年为1.71亿,预计2030年将达到3.66亿。因此,治疗糖尿病的各种疗法,包括替代医学一直受到临床研究的重视。胰岛素样生长因子1(IGF-1)的生理效应和胰岛素类似,曾经一度认为可以代替胰岛素治疗糖尿病,但是最近的研究发现IGF-1可以导致糖尿病性视网膜病变。进行性糖尿病目前唯一的治疗方式仍是胰岛素。

  胰岛素通过结合肝脏和肌肉等细胞膜上特异性胰岛素受体发挥作用,胰岛素受体的作用方式符合典型的受体酪氨酸激酶模式,结合胰岛素-受体激活,磷酸化受体后底物,产生效应。胰岛素受体是由一个异型四聚体膜蛋白。由两个细胞外a亚单位和两个跨膜的b亚单位通过二硫键连接组成。胰岛素与细胞外a亚单位结合,导致b亚单位自身磷酸化,激活b亚单位细胞内的酪氨酸激酶域。激活的胰岛素受体(酪氨酸激酶)使将胰岛素受体底物(insulin receptor substrate,IRSs)上具有重要作用的十几个酪氨酸残基磷酸化,磷酸化的IRSs能够结合并激活下游效应物如PI3K。有学者把胰岛素受体、胰岛素受体底物和PI3K称为胰岛素信号作用临界结节(critical nodes)。PI3K激活后通过提高磷脂酰肌醇三磷酸浓度激活下游分子Akt和蛋白激酶C (PKC),促进葡萄糖摄取。

  氢气是质量最小的气体分子,在许多动物包括人类的大肠内,细菌可以产生一定的氢气,这些氢气可以被机体摄取(14%),然后经过循环和呼吸释放到体外。呼吸气体中检测氢气浓度可以用于某些疾病的诊断,例如小肠细菌过度增生、乳糖和果糖不耐受等。Gharib等曾经报道大量氢气通过抗氧化对抗寄生虫引起的肝脏损伤。Ohsawa等报道氢气具有选择性抗氧化作用,可以保护脑缺血再灌注损伤。随后有人分别报道氢气对各类缺血再灌注损伤、动脉硬化、胰腺炎、巴金森病和一型过敏反应具有治疗作用。现在已经有超过300篇相关报道。尽管许多研究都分析了氢对糖尿病治疗的抗氧化作用,但是很少有研究报道关于氢对糖尿病的其他作用(许多疾病的研究都存在类似的情况,这个研究启示我们可以对许多疾病开展更广泛更细致的研究)。这个研究中,作者首先用小鼠C2C12成肌细胞和人类肝癌Hep G2细胞,然后用STZ诱导、高脂饮食诱导和基因缺陷db/db等三种糖尿病动物模型,体内外观察氢气在葡萄糖代谢的作用,并进行分子水平的分析。研究方法最重要的是关于不同浓度的氢溶液制备方法。他们选择三种不同的浓度,高浓度、低浓度和常规浓度。其中高浓度的饮水和生理盐水采用0.4 MPa处理24小时,氢浓度为0.8 mM;低浓度采用常压处理24小时,浓度为0.08 mM(请注意,根据我们的经验这个浓度可能不正确,或者水的深度太大,如果水的深度大,那么加压也无法达到0.8mM);常规浓度0.075–0.125 mM的水由VANA Co., Ltd. (Yamanashi, Japan)公司每日提供。

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