氢医学·论文丨分子氢作为一种新型抗肿瘤剂：基因表达的可能机制
摘要
一、简介
肿瘤不受机体控制自主生长，可分为恶性和良性肿瘤。恶性肿瘤的特点是自主生长、侵袭、转移和恶病质 。良性肿瘤自主生长，但不涉及侵袭、转移和恶病质。恶性肿瘤根据其产生的器官或组织进行广泛分类：上皮细胞癌、非上皮细胞肉瘤、造血器官造血系统恶性肿瘤和间皮细胞间皮瘤 。
根据世界卫生组织 (WHO) 的外部研究机构国际癌症研究机构 (IARC) 的统计，2020 年全球约有 1900 万癌症病例和 1000 万癌症死亡 。换句话说，三分之一的男性和四分之一的女性在一生中会患上某种形式的癌症，尽管不同国家和地区之间存在细微差别。传统上，癌症的三种主要治疗方法是手术、放疗和药物治疗。细胞毒性抗癌药物，如铂类药物、抗肿瘤抗生素、烷化剂、抗代谢物和拓扑异构酶抑制剂，以及分子靶向药物，如酪氨酸激酶抑制剂和抗体药物，常用于药物治疗。此外，核酸类药物，如反义和小干扰RNA（siRNA），以及免疫检查点抑制剂，如抗程序性细胞死亡1（PD-1）抗体、抗程序性细胞死亡配体1（PD-L1）抗体和抗细胞毒性 T 淋巴细胞相关蛋白 4 (CTLA-4) 抗体，最近也被使用。然而，这些药物都没有产生令人满意的治疗效果 。随着现代医学的发展，癌症的诊断技术和治疗手段不断进步，癌症的相对生存率逐年提高。然而，它仍然是人类必须克服的主要疾病之一。
分子氢 (H 2 ) 是一种易燃、无色、无味且无毒的气体。1975 年，多尔等人。首先报道了H 2的潜在医学应用。他们表明，通过吸入 2.5% 的氧气和 97.5% 的 H 2气体进行高压治疗可以显着消退紫外线 (UV) 辐射诱导的小鼠鳞状细胞癌。2007 年，大泽等人。证明吸入 H 2气体（1-4%）可显着改善大鼠卒中模型中的脑缺血再灌注损伤 。他们发现H 2抗脑梗死的机制涉及选择性清除羟基自由基（·OH）和过氧亚硝酸盐（ONOO− )，分别是氧化活性氧 (ROS) 和活性氮 (RNS) 。Ohsawa 等人的这篇论文。导致全球对 H 2医学应用的研究；然而，柳原等人。2005 年，也就是 Ohsawa 等人的报告前两年，表明大鼠口服含有电解产生的H 2的中性电解水（1.6 ppm）可显着改善化学氧化剂引起的肝脏氧化损伤。这项工作可以被视为激发 H 2潜在医学应用的开创性研究。
H 2的医学应用研究取得了快速进展。与传统药物不同，H 2没有副作用，可有效治疗由氧化应激和慢性炎症引起的许多疾病 。在最近的一篇论文中，我们报道了 H 2是唯一能够进行线粒体易位并具有·OH清除能力的分子。ħ 2具有用于许多疾病的临床益处，包括神经系统疾病，心血管疾病，呼吸系统疾病, 糖尿病 , 肝脏和代谢综合征 。最近，许多关于 H 2 的研究报告了其抗癌功效和改善癌症治疗副作用的活性 。然而，还没有评论详细说明 H 2作为一种新型抗肿瘤剂的潜力并分析其临床应用和可能的机制。另一方面，随着癌症分子生物学的最新发展，分子遗传学研究已经阐明了 ROS 在癌症中的作用。在本文中，我们从基因表达的角度回顾了 H 2作为一种新型抗肿瘤剂的功效及其潜在机制。此外，我们展示了 H 2作为一种新型抗肿瘤剂在临床应用中的前景。
2. 癌症分子生物学
人体由大约 37 万亿个细胞组成；每天大约有 1 万亿个细胞死亡，1 万亿个新细胞诞生。这些细胞是根据基因组DNA中的遗传信息创建的，但各种因素都会导致这些基因发生突变，从而导致正常细胞发生肿瘤。即使是健康的人，每天也会在体内产生数千个癌细胞。多种物质均可诱导基因突变，包括细菌、病毒、寄生虫、化学物质、活性氧、电离辐射和紫外线。
并非所有突变细胞都会变成癌细胞，因为这些突变通过多步过程（多步致癌作用）发展为癌症 。人体有一种细胞凋亡机制，可以暂时停止细胞分裂，检查其基因中是否存在复制错误，并尝试修复这些错误，如果无法修复，则会自行杀死。还有两种致癌基因可以促进和抑制癌细胞。当细胞受到氧化应激时，p53 基因会被激活 。p53 基因作为转录激活因子，在细胞周期停滞、基因组 DNA 修复、诱导细胞凋亡、抑制癌细胞转移和血管生成中发挥重要作用 。因此，p53 基因被称为“基因组的守护者。然而，如果正常活跃的 p53 基因失活，不仅细胞分裂不会停止，而且异常细胞不会发生凋亡，癌细胞在发育后继续生长。
在超过一半的人类癌症中发现了 p53 基因的突变或缺失。此外，当 p53 基因通过甲基化（一种表观遗传变化）失活时，正常细胞就会变成癌细胞 。然而，如果身体的免疫系统因衰老或不良的生活方式选择而受到损害，免疫系统可能无法消除癌细胞，因此它们可能会继续增殖。当癌细胞长到 0.5 至 1 厘米的可见大小时，它们被称为癌症 。
3. 癌症中的氧化还原控制
一个成年人每天通过呼吸消耗大约 430 L 的氧气。然而，在这个过程中，身体会产生 2-3% 的 ROS 。正常情况下，ROS的产生及其清除系统处于平衡状态；然而，由于吸烟、饮酒、空气污染、暴露于紫外线、辐射、剧烈运动以及身心压力导致的 ROS 过量产生可诱发氧化应激，从而对身体产生多种有害影响 。人体内有四种狭义的 ROS：超氧阴离子 (O 2 − )、过氧化氢 (H 2 O2 )、单线态氧 ( 1 O 2 ) 和·OH 。细胞中产生 ROS 的主要部位是线粒体。从线粒体电子转移系统泄漏的氧气被还原以产生 O 2 -，然后通过超氧化物歧化酶 (SOD)将其转化为 H 2 O 2，然后通过过氧化氢酶等酶转化为水 。·当用电离辐射照射水分子或用紫外线照射H 2 O 2时会产生OH 。当 H 2 O 2附近有过量的铁时，发生芬顿反应，其中二价铁离子与 H 2 O 2反应形成·OH（图 1）。在这些 ROS 中，·OH 的效力大约是 O 2 - 的100 倍，并且能够直接氧化核 DNA 和 mtDNA，但 H 2可以通过将其转化为水分子来清除线粒体中产生的大量·OH。
图 1. 分子氢 (H 2 ) 的选择性作用。超氧阴离子 (O 2 - ) 是由从线粒体电子转移系统泄漏的氧气产生的。O 2 -进一步转化为过氧化氢（H 2 O 2）。然而，当用电离辐射照射水分子或用紫外线照射H 2 O 2 时，会产生羟基自由基（·OH）。H 2可以清除和解毒线粒体和其他细胞器中产生的大量·OH，将其转化为水分子（·OH + H 2 → H· + H 2 O）。
以前的研究表明，癌症的主要原因是基因组 DNA 的异常。由 ROS 引起的氧化应激有助于致癌过程的遗传改变 。例如，许多致癌模型显示，在该过程的早期，靶器官中 8-羟基-2'-脱氧胍 (8-OHdG) 水平升高 。8-OHdG 是脱氧鸟苷 (dG) 的羟基化形式，是 DNA 的碱基之一。由于 dG 在 DNA 的四个碱基中具有最低的氧化还原电位，因此容易被 ROS 氧化。8-OHdG 是 100 多种 DNA 修饰碱基之一，在氧化应激期间产生的数量最多 。8-OHdG 可以作为生物标志物来定量反映体内氧化应激，因为它具有化学稳定性，并且在不经历二次代谢的情况下被排放到血液和尿液中 。氧化应激也与电离辐射引起的细胞损伤和致癌作用有关。在最近的一篇综述中，我们证明 H 2的辐射防护作用可能不仅涉及·OH 的直接清除，还涉及通过基因表达调节的抗氧化、抗炎和抗凋亡作用 。
抑癌基因p53的蛋白产物不仅抑制癌症的发生发展，而且对各种细胞应激反应，如缺氧、病毒感染、代谢应激、内质网应激、氧化应激等。p53 还充当转录因子，具有细胞周期停滞、DNA 修复、血管生成抑制、衰老诱导和凋亡诱导等作用。由于细胞压力是癌症的一个原因，p53 通过这些压力反应抑制癌症的发展和进展 。特别是，氧化应激引起 p53 基因激活的机制在被视为身体维持体内平衡的机制时具有重要意义。另一方面，有报道称p53通过与应激反应不同的功能参与T细胞淋巴瘤的各种现象，如DNA修复、线粒体蛋白的维持和核糖体生物发生的调节。不涉及转录因子。p53 基因的甲基化是 p53 基因失活的主要机制之一，是典型的由 DNA 甲基转移酶 (DNMT) 诱导的表观遗传变化 。目前，阿扎胞苷是一种主要的 DNA 甲基化抑制剂，正在接受骨髓增生异常综合征 (MDS) 的临床研究 。
4. 癌症、慢性炎症与衰老的关系
炎症是一种组织修复机制，可维持体内平衡以应对感染和组织损伤 。急性炎症是短暂的和可逆的，而慢性炎症是由于某些疾病延迟炎症引起的 。目前的流行病学证据表明，多达 25% 的癌症与慢性感染和慢性炎症有关 。慢性炎症与氧化应激密切相关，线粒体特异性自由基清除剂可用于控制慢性炎症。在最近的一篇综述中，我们发现线粒体中产生的·OH 诱导线粒体 DNA (mtDNA) 的氧化应激，并且这种氧化的 mtDNA 诱导核苷酸结合和寡聚化结构域样受体家族包含 3 (NLRP3 ) 炎性体 。由于 NLRP3 激活触发了导致促炎细胞因子释放的一系列事件，例如白细胞介素 (IL)-1β 和 IL-18，我们提出 H 2改善慢性炎症疾病的机制可能部分涉及，清除线粒体中产生的·OH 。另一方面，炎症和癌症之间的关系被描述为炎症先于癌细胞的外源性途径，以及癌基因突变等癌细胞变化先于炎症的内源性途径。然而，癌症与炎症之间的关系很复杂，需要进一步研究。
衰老可分为两类：时间性衰老和细胞衰老。细胞衰老是正常细胞由于分裂能力有限而停止增殖。这被认为是由染色体末端结构端粒缩短引起的 。然而，最近的研究表明，细胞衰老不仅由端粒缩短引起，还与氧化应激和致癌基因的激活有关，这些都会导致严重的DNA损伤。细胞衰老导致一种称为衰老相关分泌表型 (SASP) 的现象，通过分泌炎性细胞因子、趋化因子和细胞外基质降解酶，促进炎症和致癌作用 。这表明细胞衰老的积累可能在慢性炎症和癌症的发展中起作用。
5. H 2 的抗肿瘤作用
关于H的抗肿瘤效果的报告2可大致分为文献在细胞或动物模型中研究其功效，并且这些调查在人类肿瘤中其临床疗效（表1和表2）。前者可分为使用培养的癌细胞、动物特异性肿瘤细胞系移植（同种异体移植）、免疫功能低下动物中人类肿瘤细胞系的异种移植物或通过暴露于紫外线或电离辐射在动物体内诱发的肿瘤的研究 。也有报道称，用高脂肪饮食喂养动物会诱发非酒精性脂肪性肝炎 (NASH)，并评估其在肝癌进展中的疗效 。此外，由于癌症的生长伴随着血管生成，培养细胞对血管生成的作用也有报道。以下是研究H 2对癌症功效的文献报告的总结。
表 1. 分子氢 (H 2 ) 在细胞模型和动物模型中的抗肿瘤作用总结。
表 2. 分子氢 (H 2 ) 在人体临床试验中的抗肿瘤作用总结。
5.1. 细胞或动物模型中的抗肿瘤作用
5.1.1. 细胞模型中的抗肿瘤作用
斋藤等人。据报道，在无细胞系统中，中性富氢电解水（NHE 水，0.5–1.1 ppm）减少了 ESR 中的·OH 。他们还研究了 NHE 水对人舌癌细胞 HSC-4 和正常人舌上皮样细胞 DOK 的影响 。结果表明，NHE 水降低了 HSC-4 细胞的集落形成率和集落大小，但不抑制 DOK 细胞的集落形成率和集落大小。对于人纤维肉瘤细胞 HT-1080，NHE 水可抑制重建的基底膜的增殖、细胞变性和侵袭。此外，NHE 水减少了 HSC-4 和 HT-1080 细胞中的细胞内总 ROS 。
斋藤等人。在另一篇论文中报道了铂纳米胶体 (Pt-nc) 和溶解氢的水（HD 水，1.0-1.3 ppm）对 HSC-4 和 DOK 细胞的综合影响 。HD水和Pt-nc的组合使用DPPH（二苯基-苦基肼）自由基清除方法增强了ROS的清除效果。此外，与单独的 HD 水或单独的 Pt-nc 相比，该组合显着降低了 HSC-4 细胞的集落形成率和集落大小，而它不影响 DOK 细胞的集落。这些结果表明，增强的抗氧化作用可能是 HD 水和 Pt-nc 组合增强细胞生长抑制机制的部分原因。
浅田等。还报道了纳米气泡 H 2水（1.1-1.5 ppm）与铂胶体在艾氏腹水瘤 (EAT) 细胞中的应用导致 ROS 产生和细胞增殖的抑制 。从细胞数量的减少、细胞收缩和细胞凋亡来看，这种联合效应比单独使用H 2水或单独使用铂胶体的效果更明显。此外，这种对细胞增殖的抑制作用与 42°C 的热疗结合增强，这表明补充有铂胶体的纳米气泡 H 2水可能是一种有效的抗肿瘤剂。
斋藤等人。还发现在 EAT 细胞中联合使用 HD 水（1.0-1.5 ppm）和 Pt-nc 对细胞增殖有抑制作用，但这种作用在过氧化氢酶存在下显着减弱 。该组合还诱导细胞周期停滞，G1 期细胞百分比减少，G2/M 期细胞增加。此外，细胞内 ROS 水平在 H 2加 Pt-nc 处理后立即显着增加，而在单独的H 2或 Pt-nc 处理后没有发生同样的情况。基于这些结果，他们认为 HD 水和 Pt-nc 的组合对细胞增殖的抑制作用可能涉及 H 2 O的瞬时和显着生成。。
加藤等人。据报道，电解H 2水（0.6 ppm）与纳米铂-聚（N-乙烯基-吡咯烷酮）胶体（PVP-Pt）相结合，显着增强了人食管癌衍生细胞KYSE70的生长抑制。他们证明 6- O-棕榈酰抗坏血酸 (Asc6Palm) 和 PVP-Pt 在电解 H 2水中的共存稳定了酯化的抗坏血酸，并增加了细胞对 PVP-Pt 的摄取，从而抑制了细胞增殖。
另一方面，香川等人。研究了 Pd-Ni 储氢合金 (HSA) 对培养的癌细胞（HeLa、H1299、SW 和 DLD1）和正常细胞（MDCK、GP8 和 NIH3T3）的影响。结果表明，HSA对正常细胞没有影响，而对靠近表面的癌细胞有致死作用。从这些结果中，他们推断HSA表面形成的氢自由基引起了癌细胞的特征变化，H 2的释放可能是其杀伤癌细胞作用的原因。
5.1.2. 动物模型中的抗肿瘤作用
Runtuwene 等人报道了H 2的抗肿瘤作用。在体内和体外研究中使用结肠 26，一种小鼠结肠直肠癌衍生细胞系 。小鼠口服摄入H 2水（0.25 或1.6 ppm）与5-氟尿嘧啶（5-FU）的组合。与单独使用H 2水或单独使用 5-FU相比，该组合提高了小鼠的存活率。H 2水还显示出显着的 ROS 清除作用，并且与单独使用相比，该组合还提高了培养细胞的存活率。培养细胞中的蛋白质印迹分析表明，该组合增加了磷酸化一磷酸腺苷活化蛋白激酶 (p-AMPK)、凋亡诱导因子 (AIF) 和 caspase-3 的表达，表明 H 2水通过活化具有抗肿瘤特性凋亡途径 。
肺癌是世界上最常见和最致命的恶性肿瘤之一。由于其高转移潜能和耐药性，肺癌患者的预后较差。王等人。研究了 H 2气体（20-80%）对人肺癌细胞系 A549 和 H1975的生长抑制作用及其机制 。他们还研究了异种移植 A549 细胞的小鼠每天吸入 H 2气体 (60%) 2 小时的抗肿瘤作用和机制。结果表明，H 2气体在体外以浓度依赖性方式抑制细胞增殖和增强细胞凋亡，并在体内显着抑制肿瘤生长。此外，H 2气体抑制ROS的表达并增加肺组织中SOD、IL-1β、IL-8、IL-13和肿瘤坏死因子-α（TNF-α）的表达。体内实验的免疫组织化学染色也证实了 H 2对 SMC3 表达的抑制。王等人。表明 H 2可能通过下调 SMC3 的表达来抑制肺癌进展，SMC3 是染色体浓缩的调节剂。
赵等人。合成氢化钯 (PdH) 纳米晶体以开发肿瘤靶向光声成像 (PAI) 引导的氢热疗法。为了评估使用 PdH 纳米晶体的氢热疗法，使用了两种模型：一种将 4T1 乳腺癌细胞皮下注射到小鼠后爪腔中，另一种将 B16-F10 黑色素瘤细胞皮下注射到裸鼠后爪中. 在植入每个肿瘤后，注射 PdH 纳米晶体，然后定期进行激光照射以研究抗肿瘤作用。结果表明，PdH纳米晶注射和激光照射的结合显示出对肿瘤体积和重量的显着抑制。此外，在使用HeLa人宫颈癌细胞和HEK-293T人胎肾细胞的细胞培养实验中，PdH纳米晶和激光照射的组合对HeLa细胞有很强的抑制作用，但对HEK-293T细胞没有抑制作用。根据这些结果，赵等人。据报道，光热疗法增强了局部产生的 H 2气体在癌症治疗中是有效的。
胶质母细胞瘤（GBM）是最常见的原发性恶性脑肿瘤类型。刘等人。使用大鼠原位神经胶质瘤模型和小鼠皮下异种移植模型研究了 H 2气体（67%）对 GMB的抗肿瘤作用。每天两次吸入 H 2气 1 小时导致两种模型中 GMB 肿瘤的显着生长抑制和大鼠模型中存活的显着延长。干细胞（CD133 和巢蛋白）、增殖（ki67）和分化（CD34）标志物的免疫组织化学和免疫荧光染色表明，吸入 H 2气体显着降低了两种模型中的这些标志物。吸入 H 2气体还显着增加了分化标志物胶质纤维酸性蛋白（GFAP）的表达。在使用培养细胞的体外研究中获得了类似的结果。根据这些结果，刘等人。得出结论，H 2通过胶质瘤干细胞样细胞的分化抑制 GBM 的生长。
杨等人。报道了通过末端蛋白gasdermin D（GSDMD）途径的细胞焦亡可能参与H 2对子宫内膜癌发挥其抗肿瘤作用的机制。在体外培养人子宫内膜癌细胞系并异种移植到小鼠体内的实验系统中研究了H 2的抗肿瘤作用和机制。结果表明，在使用培养细胞系的体外实验中，富含H 2 的水 (1.2 ppm) 增加了 ROS 的产生、焦亡相关蛋白的表达、TUNEL 阳性细胞的数量和 GSDMD 的表达。小鼠体内实验也表明，口服 H 2-富水降低了肿瘤的体积和重量，并且在富H 2水组小鼠的肿瘤组织切片中观察到NLRP3、caspase-1和GSDMD的阳性表达。杨等人。据报道，H 2抑制子宫内膜癌生长的机制涉及通过ROS/NLRP3/caspase-1/GSDMD的热解途径。
5.1.3. 紫外线或电离辐射模型中的抗肿瘤作用
如上一节所述，Dole 等人。《科学》杂志报道了高压吸入 5% 氧气和 97.5% H 2气体对紫外线照射诱导的小鼠鳞状细胞癌的疗效 。与对照小鼠和接受高压吸入 5% 氧气和 97.5% 氦气的组中的小鼠相比，H 2组中的小鼠表现出对鳞状细胞癌的生长和消退的显着抑制。多尔等人。在这篇论文中还提出了 H 2气体爆炸的可能性。同时，他们提出抗肿瘤作用的机制可能涉及H 2选择性消除·OH. 如上一节所述，本文首次报道了 H 2气体作为抗肿瘤剂的潜在医学应用。
赵等人。报道了富含H 2 的盐水 (1.2 ppm) 对 BALB/c 小鼠中电离辐射诱导的胸腺淋巴瘤的保护作用。对照组接受电离辐射4周，H 2组在每次电离辐射治疗前5 min腹腔注射富H 2生理盐水。与对照组相比，H 2组小鼠存活率显着提高，淋巴瘤发病率降低。H 2组还显示出抑制外周血单核细胞 (PBMC) 中 ROS 的产生。此外，H 2组显示血浆中丙二醛 (MDA) 减少，SOD 和谷胱甘肽 (GSH) 增加 。这些结果表明H 2可能具有对抗由电离辐射诱发的癌症的功效。
5.1.4. 在 NASH 模型中抑制致癌作用
氧化应激与从简单脂肪肝到 NASH、纤维化和肝癌的发病机制密切相关。卡瓦伊等人。在 STAM 小鼠模型中研究了 H 2对肝癌发生进展的抑制作用。两天大的小鼠接受单剂量链脲佐菌素治疗以减少胰岛素分泌，并从 4 周龄开始喂食高脂肪饮食。将富含H 2 的水（1.6 ppm）施用于STAM小鼠8周，并检查肝脏肿瘤的数量和大小。与对照组相比，富含H 2 的水组显示肿瘤的数量和大小显着减少。肝脏中增殖细胞核抗原 (PCNA) 的免疫组织化学染色显示，富含H 2 的水组中 PCNA 阳性细胞核的数量显着低于对照组。这些结果表明富含H 2 的水可以抑制脂肪肝向NASH、纤维化和肝癌的进展。
5.1.5. 对血管生成的抑制作用
血管内皮生长因子 (VEGF) 是肿瘤血管生成的关键介质。肿瘤细胞暴露于比正常细胞更高的氧化应激。细胞内氧化还原状态与VEGF的表达模式密切相关。叶等人。报道了通过水电解获得的电解还原水 (ERW) 对血管生成的影响及其使用培养细胞的机制。在人脐静脉血管内皮细胞 (HUVEC) 和人二倍体胚胎肺成纤维细胞 (TIG-1) 的共培养实验中，ERW 显着抑制血管生成。ERW 还减少了 H 2 O 2的释放来自 A549 细胞并减少 VEGF 转录和蛋白质分泌。此外，ERW 抑制细胞外信号调节激酶 (ERK) 的激活，后者参与 VGEF 表达的调节。基于这些结果，Ye 等人。表明ERW 可能通过ERK 的失活减少VEGF 基因转录和蛋白质分泌。
5.2. 人体临床试验中的抗肿瘤作用
过氧化物酶体增殖物激活受体 γ 共激活因子-1α (PGC-1α) 的失活导致线粒体功能降低，从而导致 CD8 + T 细胞耗竭和抗肿瘤免疫力降低。由于 H 2已被报道导致 PGC-1α 的激活，Akagi 等人。在一项为期 3 个月的吸入研究中，研究了 H 2气体（67%）对 55 名 IV 期结直肠癌患者的免疫功能的影响 。结果表明，H 2气体减少了耗尽的终端PD-1 + CD8 + T 细胞并增加了活化的PD-1 - CD8 +外周血中的 T 细胞，显着提高无进展生存 (PFS) 和总生存 (OS)。根据这些结果，Akagi 等人。表明 PD-1 + CD8 + T 和 PD-1 − CD8 + T 细胞之间的平衡对癌症预后很重要，耗尽的 CD8 + T 细胞的恢复可能参与了 H 2气体发挥其抗肿瘤作用的机制效果 。
由于有人提出H 2气可能通过激活线粒体来改善癌症患者的预后，Akagi 等人。研究了 Nivolumab 与 H 2气组合的效果，H 2气与线粒体激活剂具有协同作用。在接受 Nivolumab 治疗的 56 名肺癌患者中，42 名接受了长达 60 个月的吸入 H 2气体（67%）。结果显示，接受 Nivolumab 加 H 2气体吸入治疗的患者的OS 明显长于单独接受 Nivolumab 治疗的患者 。还测量了这些患者的辅酶 Q10 (CoQ10) 水平作为线粒体功能的标志物，并对 CoQ10 水平和 PD-1 + Tim-3 进行了多变量分析+末端 CD8 + T 细胞 (PDT + ) 进行。基于此分析，Akagi 等人。表明 H 2气体可能通过增加线粒体 CoQ10 和降低 PDT +来增强 Nivolumab 的临床疗效。
陈等人。82 名癌症患者每天吸入 H 2气体至少 3 小时（67%），持续至少 3 个月 。34% 的患者仅接受 H 2气体吸入治疗，但其余 66% 的患者使用几种小剂量抗癌药物作为 H 2气体吸入的辅助手段。4 周后，41.5% 的患者生活质量 (QOL) 有所改善，包括疲劳、失眠、食欲和疼痛的改善。吸入H 2气体后 21 至 80 天（中位数为 55 天）出现完全和部分缓解，总体疾病控制率为 57.5%。III期患者的疾病控制率明显高于IV期患者（分别为83.0%和47.7%），其中胰腺癌患者的疾病控制率最低。根据这些结果，Chen 等人。得出结论，H 2气体吸入是一种可以改善癌症患者生活质量并抑制癌症进展的治疗方法。
陈等人。还报道了 H 2气体 (67%) 吸入疗法对原发部位在肝脏的转移性胆囊癌患者的案例研究结果。在 1 个月的 H 2气吸入治疗期间（2-6 小时/天），胆囊癌和肝癌继续进展并并发肠梗阻。但在H 2气治疗的同时，肠梗阻的对症治疗逐渐好转，腹腔内转移灶逐渐减少。此外，患者的贫血状况有所改善，其淋巴细胞和肿瘤标志物恢复到正常水平。他们报告说，患者在吸入H 2气体两个半月后能够恢复正常生活，并且在 10 多个月后仍然活着。
肺癌是一种转移性很强的癌症，能够扩散到对侧的肺、骨和脑。因此，陈等人。还报告了一项病例研究的结果，该患者的脑肿瘤有多处肺癌转移。患者接受了没有效果的标准治疗，转移灶从肺部转移到大脑、骨骼、肾上腺和肝脏。在每天使用 H 2气（67%）单药治疗 4 个月后，每天 2-6 小时，几个脑肿瘤的大小显着减小，与脑肿瘤相关的脑积水的脊髓液量也显着减少。他们报告说，一年后，所有脑肿瘤都消失了，肺癌和肝癌的体积增加得到了控制。
陈等人。将 58 例晚期非小细胞肺癌患者分为 5 组：对照组（10 例）、单纯H 2组（10 例）、H 2加化疗（10 例）、H 2加靶向治疗（18 例）和 H 2加免疫治疗（10 例）。除对照组外的所有组均接受 H 2气体吸入（67%），每天 4-5 公顷，持续 5 个月。在治疗的前五个月内，对照组的症状患病率逐渐增加，而四个治疗组的患病率逐渐下降。16 个月的随访表明，单独的 H 2无进展生存率、H 2加化疗、H 2加靶向治疗、H 2加免疫治疗组均显着高于对照组。在联合治疗组中，药物的大部分副作用都减少或消除了。根据这些结果，Chen 等人。得出的结论是，吸入 H 2气体可用于减少肿瘤进展并减轻患者的药物副作用。
陈等人。还招募了 20 名非小细胞肺癌患者，并评估了外周血淋巴细胞亚群的免疫衰老，包括 T 细胞、自然杀伤 T 细胞和 γ-δ (γδ) T 细胞。在等待治疗试验期间，患者每天吸入H 2气体4 h （67%），持续2周，均未接受标准治疗。H 2处理2周后，衰竭和衰老的细胞毒性T细胞减少到正常范围内，杀伤性Vδ1细胞增加。异常减少的指标包括功能性辅助 T 细胞和细胞毒性 T 细胞、Th1、总自然杀伤 T 细胞、自然杀伤和 Vδ2 细胞。基于这些结果，他们报告说 H 2 的2 周气体吸入可以显着逆转晚期非小细胞肺癌患者的适应性和先天免疫衰老 。
6. H 2抗肿瘤作用的可能机制
许多细胞，动物和临床研究已经显示使得h 2具有优异的抗肿瘤作用。然而，关于H的抗肿瘤作用机制的报道很少。2 . 基于这些报道，我们提出H 2的抗肿瘤作用机制可能不仅涉及·OH的直接清除，还涉及通过基因表达调节的抗氧化、抗炎、细胞凋亡或细胞焦亡等间接作用。（图2）。
图 2. 分子氢 (H 2 )抗肿瘤作用的可能机制。H 2直接清除羟基自由基 (·OH)。H 2还通过间接调节基因表达表现出抗氧化、抗炎和凋亡作用。通过这些直接和间接的作用，H 2可能表现出抗肿瘤作用。H 2: 分子氢; ·OH：羟基自由基；ROS：活性氧；MDA：丙二醛；SOD：超氧化物歧化酶；GSH：谷胱甘肽；8-OHdG：8-羟基-2'-脱氧胍；p-AMPK：磷酸化的单磷酸腺苷活化蛋白激酶；AIF：凋亡诱导因子；TUNEL：TdT 介导的洋地黄毒苷（生物素）-dUTP 缺口末端标记；SDMD：gasdermin D；ERK：细胞外信号调节激酶；IL-1β：白介素-1β；IL-8：伊特白介素-8；TNFα：肿瘤坏死因子-α。
许多论文已经报道了H 2的抗肿瘤作用中·OH 或总ROS 产生的抑制作用。王等人。据报道，在 H 2的抗肿瘤作用中，增加 SOD 活性，抑制 IL-1β、IL-8、TNF-α 的表达并增强细胞凋亡。赵等人。据报道，H 2增加 SOD 和 GSH 活性，同时减少 MDA ，Yang 等人。据报道，H 2增强细胞焦亡。另一方面，就与这些抗肿瘤作用相关的基因表达而言，Runtuwene 等人。通过蛋白质印迹分析报道了在 H 2的抗肿瘤作用中 p-AMPK、AIF 和 caspase-3 的表达增加。王等人。报道了在蛋白质印迹分析和免疫组织化学分析中H 2抑制 SMC3 表达，以及 Yang 等人。据报道，在检查 mRNA 表达的实验中，H 2增加了 GSDMD 的表达。叶等人。据报道，在使用培养细胞进行血管生成的实验系统中，ERK 激活的抑制作用与 VGEF 表达的调节有关。此外，Kawai 等人。证明在另一个由高脂肪饮食诱导的 NASH 实验模型中，饮用 H 2水显着降低了 8-OHdG 的血浆水平 。
Akagi等人报道了H 2气体在人体临床试验中的抗肿瘤作用机制。和陈等人。在癌症患者中，由于 PGC-1α 的失活，线粒体功能降低。然而，他们报告说，吸入 H 2气体通过增加 PD-1 - CD8 + T 细胞来激活 PGC-1α 和抗肿瘤免疫。同样，陈等人。据报道，吸入 H 2气体可改善癌症患者的适应性和先天免疫衰老 。尽管仅报道了癌症患者的抗肿瘤免疫力下降，但这种下降可能归因于线粒体功能受损，其中一个因素是氧化应激。众所周知，ROS 诱导的氧化应激会导致 mtDNA 突变和 mtDNA 水平下降，最终导致线粒体功能障碍，包括呼吸链功能障碍。神村等。据报道，PGC-1α 基因的增强表达与肥胖小鼠模型中H 2水给药增强脂肪代谢的机制有关 。虽然需要进一步详细的机制研究，但 H 2激活抗肿瘤免疫是可能的气体不仅涉及·OH的直接清除，还涉及通过基因表达调控的生物防御机制（图2）。
据报道，H 2与水溶液中·OH的反应速度比与DNA、氨基酸、糖和GSH的反应速度慢得多。然而，·OH和H 2在水溶液中的反应速率不适用于细胞质和细胞核中高浓度的生物成分。由于H 2是最小的分子并且具有很高的扩散速率，因此H 2进入线粒体和细胞核的扩散速率可能有贡献；H 2可以通过生物膜扩散到线粒体，这是·OH产生的主要部位，并修复mtDNA中的突变。然而，由于·OH的半衰期很短，线粒体中产生的·OH不太可能迁移到细胞核中并与核DNA发生反应。相反，核内的水分子通过辐射激发产生的·OH 有可能与DNA 发生反应。此外，细胞核中的H 2 O 2可通过紫外线照射或Fenton反应的增强产生·OH，这种·OH也可能引起核DNA的突变。因此，H 2可以有效地减少不仅在线粒体中而且在细胞核中产生的·OH，从而保护核DNA免于突变。
7. H 2作为抗肿瘤剂的前景
药物治疗（化疗）是癌症最重要的治疗选择之一。抗肿瘤药物的化疗可以单独使用，也可以与手术前或手术后放疗联合使用。烷化剂 、代谢拮抗剂、抗肿瘤抗生素和植物生物碱 在临床上长期用作抗肿瘤剂，但这些药物不仅会损害癌细胞，还会损害正常细胞。在研究了这些药物的副作用机制的同时，还开发了它们的衍生物和副作用较少的新型抗肿瘤药物，副作用的问题没有得到圆满解决。最近，分子靶向药物被开发出来，核酸药物和免疫检查点抑制剂也被引入。然而，尽管治疗选择不断扩大，但对疗效和安全性的担忧仍然存在，需要具有更高疗效和可靠安全性的新型抗肿瘤药物的出现。
ROS 诱导的氧化应激可导致正常细胞发生突变并促进其转化为癌细胞 。ROS 还促进促进癌症发生和进展的因素的稳定 。因此，通过抗氧化剂消除体内ROS并减少氧化应激的方法有望用于癌症的预防和治疗。因此进行了一项补充维生素 E 的大型临床试验 。然而，结果却出乎意料：服用维生素 E 的患者前列腺癌的发病率显着增加。对癌症小鼠模型的研究也证实了补充 N-乙酰半胱氨酸和维生素 E 对癌症发展的加速作用。DeNicola 等人报道了这些抗氧化剂促进癌症生长的机制。和 Schafer 等人。从这些结果可以看出，抗氧化剂对癌症的作用是双重的，根据条件，它们可能会抑制或促进癌症的发展。
体内最丰富的ROS是O 2 -，其次是H 2 O 2，但·OH的氧化能力最强。除 H 2 外，大多数抗氧化剂对·OH 没有选择性，但它们能够清除 O 2 -和 H 2 O 2，它们在体内起着重要作用，例如感染控制和信号转导 。另一方面，H 2仅清除·OH，这是线粒体中最丰富的ROS形式，对其他ROS如O 2 -或H 2 O 2没有直接清除作用。H 2的小分子尺寸使其能够快速穿过细胞膜并扩散到细胞质中。然后它会在短时间内到达细胞的细胞核和线粒体，并保护核 DNA 和 mtDNA 。然而，其他抗氧化剂对细胞的渗透性比 H 2低得多。ROS 选择性和细胞内动力学的这种差异可能是 H 2显示抗肿瘤作用的原因，而其他抗氧化剂根据条件具有抗肿瘤和促癌作用。
赤木等人。据报道，H 2气体的抗肿瘤作用机制涉及 PD-1 + CD8 + T 细胞的减少和 PD-1 - CD8 + T 细胞的增加 。基于这些结果，可以假设H 2也表现出促炎活性。在许多研究中发现了矛盾的作用，因为 H 2可以表现出促炎活性和免疫增强作用，同时它还具有抗炎和免疫抑制作用。这似乎是矛盾的，但根据实验条件，H 2可以被认为是双面的。换句话说，H 2显示出对炎症系统的促炎活性和抗炎作用，以及对免疫系统的增强和抑制作用（免疫调节活性）。这表明 H 2对炎症和免疫的影响总是作为增强剂或抑制剂来维持身体的稳态。
在这项H 2抗肿瘤作用的研究中，使用了多种应用方法来摄取H 2 ，包括吸入H 2气体、摄取富含H 2 的水和腹膜内注射富含H 2 的盐水。这些给药方法中的每一种都有其自身的特点，但我们相信吸入 H 2气体可以以时间依赖的方式提供最高量的 H 2。这是因为吸入H 2气体的最大血液和组织浓度 (Cmax)低于其他给药途径，而曲线下面积 (AUC) 极高。另一方面，我们可以将这些研究分为两组：分别检查 H 2单独作用的研究和检查 H 2与其他药物联合作用的研究。例如，该组合研究包括H的组合2溶解的水与铂胶体，H的组合2水与5-复和H的组合2气体与Nivolumab。由于所有这些检查组合效应的研究都显示出比单独使用 H 2更大的效果，因此可以假设 H 2的组合并且这些药剂弥补了单独H 2作用的缺点并显示出相加或协同作用。
H 2的研究历史非常悠久，因为Dole 等人首先报道了H 2的抗肿瘤作用。1975 年。然而，直到最近才报道H 2显示出抗肿瘤活性，特别是在体内和人体临床研究中，并且 H 2的抗肿瘤特性尚未得到强调。如在该审查所概述，H 2已经证明在多种细胞模型，动物模型和人类临床试验[优良的抗肿瘤活性的。H 2的医学应用已发表论文1000余篇，其中人体临床试验报告80余篇。这些论文证实H 2对多种疾病非常有效并且不存在安全问题。在癌症药物治疗领域，新药，如核酸药物和免疫检查点抑制剂 正在开发中，但其有效性和安全性存在许多问题。因此，H 2作为一种新型抗肿瘤药物的临床应用可能会在癌症治疗领域开辟一条新的道路。
8. 结论
ħ 2已被报道有许多疾病优异疗效和安全性。近来，已有多项关于H 2抗癌功效和改善癌症治疗副作用的研究报道 。然而，还没有综述概述 H 2作为具有临床应用的新型抗肿瘤剂的潜力并对其机制进行分析。在本文中，我们从基因表达的角度回顾了 H 2作为一种新型抗肿瘤剂的功效和机制。H 2在细胞模型、动物模型和人体临床试验中显示出优异的抗肿瘤功效，和功效的机理可能涉及不仅是H 2对·OH的直接清除，而且是通过基因表达调控的间接生物防御机制。H 2 作为一种抗肿瘤药物已显示出优异的疗效和安全性，其临床应用可能为抗癌提供一种新的治疗策略。