氫氣對肺組織基因表達的影響
已有1193次閱讀 2012-8-8 18:03 | 系統分類: 科研筆記 | 關鍵詞:基因氫氣office style影響
氫氣治療疾病的機制研究已經成為目前氫氣生物學研究的重點，前幾天剛剛有瑞典學者關於神經系統治療方面的機制研究，重點從免疫細胞因子角度的基因表達進行分析，認為氫氣可以通過提高抗炎症因子IL-10或Nrf2等抗氧化調節基因的表達發揮抗氧化和抗炎症作用。
最近發表在BBRC上的一篇關於氫氣基因表達調節的研究來自美國匹茲堡大學。該研究組在Nakao帶領下，是美國氫氣生物學研究最活躍的小組，他們主要研究氫氣對各類器官移植後損傷的預防和治療作用。早在2008年他們曾報導氫氣呼吸對小腸移植後損傷的預防作用，並在該研究中首先證明了氫氣的抗炎症作用。2009年他們又報導了氫氣對心臟移植後損傷的治療作用。2010年他們報導了飲用氫氣水對腎臟移植後腎病的治療作用，2011年他們報導了飲用氫氣水對血管移植後內皮細胞增生的研究，也報導了呼吸氫氣對肺器官移植後損傷具有保護作用。
由於氫氣作用分子機制研究的相對滯後，限制了氫氣生物學效應的研究深度，甚至間接對氫氣的臨床應用都會帶來不利影響，因此加強氫氣生物學效應細胞和分子機制的研究已經成為該領域的重要內容。研究氫氣的分子機制，最重要的一個手段是觀察氫氣對正常機體的影響，本研究的最大特點就是讓正常動物呼吸3小時2%氫氣，然後處死動物對肺組織進行4小時的冷缺血處理（損傷前治療）觀察肺臟組織的基因表達譜改變，對36,512個目標基因表達情況的分析結果發現，和呼吸同樣濃度的氮氣比較，呼吸氫氣可以使肺組織中有229個目標基因發生了顯著改變，其中表達上調的基因數量為182個，表達下調的基因數量為47個。在這些發生改變的基因中，特別有意思的是有4類可能和氫氣的生物學效應關係密切的改變。分別是肺表面活性物質相關分子、ATP合成酶類和應激反應分子。肺表面活性物質是維持肺泡功能非常關鍵的物質。ATP是細胞能量交換的貨幣單元，是維持細胞存活和功能的關鍵物質，氫氣可以增加ATP合成的酶可能是氫氣保護細胞免受損傷的重要原因。應激反應分子的代表是MAPK系統，氫氣可以使MAPK中的JNK/ERK/P38共同下調，而且使HSP70表達上調。在所有受到影響的基因中，變化最明顯的是CC16,其次是SP-A, SCGB3A2和HSD11β1。這些基因在肺功能和肺組織炎症反應等方面具有重要作用，可能是氫氣生物學效應的基礎。
該研究除上述基因表達的研究，對部分基因的變化進行蛋白表達的分析，也對肺臟移植後的組織病理學改變進行了分析。這一研究對解釋氫氣的生物學效應提供了新的基因表達證據，給將來的研究帶來了新的分子目標，將給氫氣生物學效應機制的研究奠定重要基礎。過去曾經有學者觀察長期給氫氣對肝臟基因表達改變的研究，但該研究屬於長期觀察，慢性給氫氣，很難以分析氫氣的直接基因效應。
當然仍存在遺憾的是，這一研究仍沒有回答氫氣的作用分子細節，就是氫氣是通過什麼途徑影響這些基因的表達，而有由於觀察的變化是缺血後4小時，這種變化包含著缺血對基因表達的影響，氫氣也許是通過保護缺血損傷“間接影響”到這些基因表達的改變。但無論如何，這一研究給出了新的證據和解釋，仍不失為一篇重要文獻。
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Profiling molecular changes induced by hydrogen treatment of lung allografts pri.pdf (950.65 KB,下載次數: 0)
Profiling molecular changes induced by hydrogen treatment of lung allografts prior to procurement
Abstract
We previously demonstrated that donor treatment with inhaled hydrogen protects lung grafts from cold ischemia/reperfusion (I/R) injury during lung transplantation. To elucidate the mechanisms underlying hydrogen’s protective effects, we conducted a gene array analysis to identify changes in gene expression associated with hydrogen treatment.
Methods
Donor rats were exposed to mechanical ventilation with 98% oxygen and 2% nitrogen or 2% hydrogen for 3 hours before harvest; lung grafts were stored for 4 hours in cold Perfadex. Affymetrix gene array analysis of mRNA transcripts was performed on the lung tissue prior to implantation.
Results
Pretreatment of donor lungs with hydrogen altered the expression of 229 genes represented on the array (182 upregulated; 47 downregulated). Hydrogen treatment induced several lung surfactant-related genes, ATP synthase genes and stress-response genes. The intracellular surfactant pool, tissue adenosine triphosphate (ATP) levels and heat shock protein 70 (HSP70) expression increased in the hydrogen-treated grafts. Hydrogen treatment also induced the transcription factors C/EBPα and C/EBPβ, which are known regulators of surfactant-related genes.
Conclusion
Donor ventilation with hydrogen significantly increases expression of surfactant-related molecules, ATP synthases and stress-response molecules in lung grafts. The induction of these molecules may underlie hydrogen’s protective effects against I/R injury during transplantation.
Highlights ► Gene array analysis was performed to begin elucidating the mechanisms underlying the protective effects of donor hydrogen treatment during lung transplantation. ► Hydrogen activated C/EBPα and C/EBP β and induced lung surfactant-related genes. ► Hydrogen induced ATP synthase genes and increased ATP level in lung graft tissue. ► Hydrogen induced stress-response molecules and inactivated MAPKs.