器官移植中的缺血再灌注損傷(缺血再灌注損傷)一直是器官保護領域的一個重要研究熱點。氫作為一種抗氧化劑，已被證明具有抗炎、抗氧化和抗凋亡作用。本文就氫對器官移植中缺血再灌注損傷的保護作用進行綜述，為今后的臨床研究提供線索。Yang F, Lei Y, Liu R, et al. Hydrogen: Potential Applications in Solid Organ Transplantation[J]. Oxidative Medicine and Cellular Longevity, 2021,缺血再灌注損傷是器官移植最常見的臨床并發癥之一。損傷機制包括細胞離子改變、線粒體代謝、活性氧系統激活、各種炎癥反應等病理生理變化。嚴重者甚至可能導致原發性移植物功能障礙，延長住院時間，大大增加實體器官移植受者的死亡風險。雖然臨床上已經開發出各種離體器官保護平臺，如體外肺灌注(EVLP)和Life Port Liver Transporter ( LIFESPORT)等，器官保存液也得到了廣泛的研究和改進，但并不能完全預防缺血再灌注損傷。移植物缺血導致有害的活性氧產生。然而，再灌注過程中的再氧過程是產生大多數活性氧、激活補體系統和啟動炎癥反應的原因。移植過程中血管供應的阻斷導致內皮細胞嚴重缺氧，內皮細胞成為活性氧的重要來源和靶點。線粒體功能障礙、中性粒細胞起始、黃嘌呤氧化酶和NADPH氧化酶在這一過程中發揮關鍵作用。反過來，過量的氧化劑通過誘導DNA、蛋白質和脂質過氧化導致組織損傷和細胞死亡。因此，使用抗活性氧藥物是減少器官移植過程中缺血再灌注損傷的重要策略。氫在自然界中分布廣泛，在空氣中濃度為0.00006%[0.6ppm]。在生理狀態下，人體腸道菌群可以產生大量的氫氣，氫氣參與人體的生理過程，最終由肺部排出或代謝產生無毒的水。氫的選擇性抗氧化功能已在以往的研究中得到證實;隨著研究的加強，氫被證實具有多種作用，如抗炎、抗氧化和抗凋亡作用。近年來，氫的使用已成為醫療中氣體使用的重要組成部分。氫已被用于各種疾病模型和治療研究，包括實體器官移植中的缺血再灌注損傷。然而，氫治療實體器官移植缺血再灌注損傷的具體機制目前尚不完全清楚。目前已有的實驗和研究發現其機制可能與其選擇性抗氧化作用、減少炎癥反應、抑制細胞凋亡有關。其在實體器官移植中的應用研究進展如下(表1)。缺血再灌注損傷引起的原發性反射性移植物功能障礙是肺移植受者的常見臨床并發癥之一，發生率高達30%，大大增加了肺移植受者的死亡風險。因此，肺功能的維持對這些受者至關重要。為了確定氫對肺移植的保護作用，已經進行了多項研究，主要體現在供肺的前出口過程、冷缺血期和移植過程中。保護供體肺一直是當務之急，有效的措施可以擴大供體來源。既往研究發現供體吸入氫氣可提高移植肺的順應性和氧指數。其發生機制主要通過以下途徑:(1)抗氧化作用。在肺移植腦死亡大鼠模型中，2%的氫供體和受體通風抑制丙二醛和myeloperoxidase-mediated抑制血紅素oxygenase-1和增加超氧化物歧化酶(sod)的活性和其他抗氧化劑,保護肺功能。(2)對凋亡的影響。在心腦死亡動物模型中，吸入2-3%氫能有效調節抗凋亡蛋白Bcl-2和促凋亡蛋白Bax的表達，從而抑制Caspase-3陽性細胞引起的凋亡過程。無論在心臟死亡模型還是腦死亡模型中，吸入氫都能有效降低IL-8、IL-6、TNF-α等促炎因子的表達水平，從而在提取肺之前減輕供體的肺損傷。此外，Tanaka等人對氫預處理的移植供體進行測序，發現氫處理誘導具有抗炎和抗氧化作用的蛋白(包括Clara細胞)表達，并增加細胞內組織三磷酸腺苷(ATP)和熱休克蛋白70 (HSP70)表達水平。氫處理還誘導表面活性劑調控C/EBPA和C/EBPB轉錄因子的表達。以上基因變化為我們以后探索能量代謝和表面活性劑相關途徑提供了有效線索。冷缺血期肺的治療包括器官保護液的儲存和EVLP平臺的修復。(1)氫在離體肺器官保存液中的應用。作為肺移植供體保護的重要組成部分，器官保存液的不斷優化一直是臨床研究的熱點。保存在液體中的富氫器官也可以單獨保護肺部。Masao等人在富氫灌注液中保存了犬或大鼠肺移植模型提供的供肺。與對照組相比，供體肺在移植肺中保持了較高的氧分壓，血管周圍水腫更少。富氫保存液一方面可以降低促炎細胞因子(TNF-α和IL-1β) mRNA的表達，另一方面可以抑制氧化應激指標8-OHdG的表達。這一效應被證明是通過Nrf2-HO-1途徑實現的。此外，氫氣還可以通過擴大器官保存液中供體肺的浸潤，改善移植肺的靜態P-V曲線和組織學評分。Zhang等在肺移植模型中使用肺微血管內皮細胞模擬缺血再灌注損傷。這一作用可能是通過抑制p38絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)和核因子-κB (NF-κB)通路來達到肺微血管內皮細胞(PMVECs)炎癥損傷的目的。(2)氫氣在EVLP平臺中的應用。在離體肺中，EVLP作為肺修復的重要武器，目前在臨床實踐中得到越來越廣泛的應用。早在2014年，Entaro等人就發現2%的氫組顯著上調了EVLP修復過程中有助于肺部的線粒體相關基因，如血紅素氧化酶-1 (HO-1)、過氧化物酶體增殖物激活受體-γ共激活因子(pgC-1α)和核呼吸因子-1 (Nrf-1)。同時，線粒體復合物I和II的酶活性以及線粒體復合物IV的活性均顯著升高，提示氫對供肺功能的保護作用可能是由于線粒體氧化應激干預實現肺保護。隨后，Haam的團隊證明，在EVLP中使用氫作為干預，可以降低肺血管阻力指數，降低炎癥因子如IL-1β、IL-6、IL-8和TNF-α的表達，并顯著減少凋亡。同時，氫干預組中所有MAPK相關酶的磷酸化水平均較低，提示EVLP過程中氫的變化可能是通過MAPK通路實現的。后續研究證實，氫對移植肺的保護作用不僅存在于EVLP期間，也存在于供體移植后。(3)氫在肺移植手術中的應用。孟和Kawamura等也將氫應用于動物模型肺移植，發現氫可以降低移植物的脂質過氧化，減少IL-6等炎癥因子的產生，并顯著減少肺組織中巨噬細胞的浸潤。Kawamura等研究發現，氫組缺血再灌注2 h后與凋亡相關的Bcl-2、Bcl-XL mRNA顯著上調，再灌注6 h后Bcl-2、Bcl-XL蛋白升高，提示氫的抗凋亡作用在肺移植過程中起著重要的保護作用。目前，關于氫在肝移植中對缺血再灌注損傷影響的研究主要集中在供肝的器官保存液和肝移植過程中。在肝移植后缺血再灌注損傷動物模型中，富氫保存液一方面可以改善供肝的氧化還原狀態，并通過抑制細胞質MKK4/JNK介導的細胞死亡通路，上調HO-1的表達，從而為供肝提供更好的功能和形態保護。另一方面，Shimada等發現用富氫保存液再灌注供肝可以在早期保護線粒體功能，抑制隨后的氧化應激和炎癥級聯，從而減少肝臟再灌注損傷。動物模型肝移植開始時持續吸入2%氫1 h可通過激活NF-κB信號通路調節大鼠肝臟缺血再灌注損傷的保護作用。目前關于氫在腎移植中的研究相對較少，大多集中在改善器官保存液方面。Abe等人認為富氫UW溶液在早期降低移植腎的氧化應激，減少腎小管凋亡和間充質巨噬細胞浸潤。組織病理學上，富氫UW液治療減少腎小管損傷并抑制間質纖維化的進展。Kobayashi和Sano在移植后溶解氫液輸注中促進了腎的保存。實驗組移植后6天檢測腎血流，膀胱檢測尿液。這些研究表明了氫在腎缺血再灌注損傷中的潛力，但這仍有待更多的研究證實。在小腸移植的研究中，氫也有抗氧化和抗炎作用。Shigema等和Yamamoto等使用夜光富氫溶液對移植腸進行腸灌注，可顯著抑制氧化指數、丙二醛和8-羥基脫氧鳥苷水平。富氫溶液組(HRGS)誘導型一氧化氮合酶、白細胞介素-6等促炎細胞因子mRNA和蛋白水平顯著降低。在HRGS組中，隱窩細胞凋亡明顯受到抑制，小腸絨毛更加完整。Buchholz等人還證明，氫治療通過調節增加的抗氧化能力和肌紅蛋白加氧酶-1，減輕腸道缺血再灌注損傷并提高生存率。血紅素加氧酶-1在很大程度上受到氧化還原敏感轉錄因子，核因子rbc -2相關因子2 (Nrf2)的調控。因此，OH-1可以作為未來腸移植氫研究的靶點。研究還發現，氫預處理增加了胃腸道活性，改善了腸移植物空腸平滑肌的收縮性，抑制了大量上皮細胞的黏膜侵蝕和脫落，維持了基本通透性。這些發現進一步支持了在小腸移植中氫治療可以保持腸道黏膜的完整性，同時保持胃腸道活動，減少術后并發癥的觀點。氫在心臟移植缺血再灌注損傷中的主要應用是吸入氫處理和富氫水處理。目前的研究表明，富氫器官保護液或吸入氫預處理一方面可以調節缺血心肌氧化應激標志物Box1蛋白和血清高流動性組8-羥基-2 -脫氧鳥苷(8-OHDG)，增強心肌組織的抗氧化能力。另一方面，氫處理可以調節凋亡相關分子的mRNA和蛋白表達水平，如促凋亡分子Bax和Bcl-2，從而減少凋亡。在心肌組織缺血再灌注過程中，大量活性氧的產生會影響線粒體穩態。線粒體是細胞內活性氧產生的主要場所，也是活性氧產生的目標，但為大多數細胞產生正常心臟功能和ATP的能量。在心臟移植中使用富含氫的器官保護劑可以保護線粒體并促進線粒體增殖。富氫器官保護液激活ATP合酶和線粒體生物遺傳基因，維持移植組織中ATP水平。同時，在富氫保護液干預組中，PGC-1α、NRF-1、PPAR-G等線粒體相關基因顯著上調，甚至HO-1的基因和蛋白表達也上調。PPAR- g調控HO-1表達，HO-1通過核因子紅系2相關因子(NRF)促進NRF-1基因表達激活線粒體，提示富氫保護液可能通過PPAR-α/HO-1信號通路實現保護供體心臟的作用。氫的保護作用在基礎研究中逐漸得到證實。然而，導致這些效應的確切機制仍未被完全理解。然而，這些基本發現可能為氫在移植物缺血再灌注損傷治療中的應用提供線索。過去氫氣只以氣態給予，這明顯限制了其臨床應用。目前，氫氣輸送已發展成液態、氣態、固態等多種形式，并已進入其他臨床領域，具有很強的臨床應用前景。目前關于氫和非實體器官移植的研究較少，這可能是未來的研究方向。還需要進一步的動物研究和初步的人類臨床試驗，以奠定基礎，在不久的將來，氫非常有希望作為一種常用藥物獲得臨床應用。
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