氢气生物学机理（7）：写在线粒体前

上周末参加会议做了这样一张片子，可以作为我对于氢气生物学的思考。有五个主题词（句）

一是“氢分子”。这是主角。

二是“非药理（调理）多病”。氢气现在还不被称为药物，但确实有很多疾病可以从使用氢气受益，这在医学界是少见的现象。

三是“从惰性到神奇”。惰性和神奇是两个极端，却是将氢分子反应活性弱以及生物活性强的特性准确地描述出来。

这么多疾病的机理完全不同，氢气怎么可能都有作用？这是很多人的疑问。

这个问题的回答我认为应该从哲学的角度思考。惰性和神奇必然预示着氢气应该在最基础的生命过程层面发挥作用，不可能是简单的氢气和自由基的化学反应。

从化学的角度，氢气是惰性的。氢气如果在生物体的温和条件下发生化学反应则应该是与高氧化性的物质反应，所以也就很自然会想到羟自由基。氢气和羟自由基发生反应清除自由基发挥抗氧化功能，这一想法分别在Science（1975）、Nature（1996）和Nature Medicine（2007）被提出来，到目前也是氢气生物学机理方面被普遍接受的观点。

我的观点是，用如此简单的化学反应来理解的话有点太小看神奇的氢分子了。

从哲学的角度，氢气是生命的基本元素。回到生命产生之初，我们的地球是一个富氢的环境，含有40%的氢气，没有氧气，生命在这样一个环境下起源和进化，必然带上氢气的烙印。目前地球上依然有90%以上的生命（主要是微生物）保留有代谢氢气的能力，也就是具有分解和产生氢气的能力，也从另一方面提供了证据。其实我们的肠道微生物每天都在产生和利用氢气，也就是说我们的细胞一直都是沐浴在氢气中的。真核生物是从微生物进化而来，在最基础的生命过程层面保留氢气的痕迹是合乎逻辑的。

从氢元素出发，最基础的生命过程包括什么呢？这就是第四和第五个主题词：

四是“酶”。生命体内众多的生物化学反应之所以能够有条不紊高效率地进行，就是由于大多数生命的反应都是在酶的催化下进行。酶的活性中心具有特殊的微环境和高反应活性，特别是氢键网络和特殊分子结构的存在，氢分子是有可能进入酶分子内发挥作用的。我们发现氢气可以提高乙酰胆碱酯酶和辣根过氧化物酶的酶活性，并进行了初步的分析，提示氢分子可能通过生物酶影响更多的生化反应和生命过程。

五是“能量”。氢气是惰性的很高冷，要打开两个氢原子之间的连接需要很大的能量，这也是为什么化学家要去找自由基和氢气配对。但是有一类酶可以让氢气在温和的条件下打开“心扉”，所谓的柔能克刚，这就是氢化酶。一旦氢气分子被打开变成质子（H⁺）和电子（e），能量就被传递出来，生命体所有的能量转换都能追踪到电子从一种分子到另一种分子的流动。真核细胞线粒体的复合物I与氢化酶有很多相似的结构，线粒体是细胞的能量工厂，是否可能还有氢化酶的活性呢？

基于这样的思考，我们在真核细胞里寻找能够代谢氢气的线索。我们发现植物的线粒体可以产生氢气，在动物细胞的线粒体也发现了代谢氢气的线索。另外，我们发现细胞膜上可能具有代谢氢气的酶活性，离子通道也可能受到氢气的调节。氢气的作用可能正因为发生在这些最基础的生物学过程层面，所以影响深远。

我们提出“以线粒体为代表高等生物可能依然保留氢代谢功能”的假说，现在的证据还比较初步。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。

下一篇将重点介绍关于氢气和线粒体。