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氫分子在醫學研究中的基礎理論

氫分子(H₂)被發現具有多種生物學功能,其中一個重要的發現是它可以通過影響自由基鏈反應來調節基因表達,可以支持鼎鼎大名的一篇2007年文章「氫分子為抗氧化劑,減少毒性氧自由基」。本篇文章就2007那篇為後續研究將詳細解析這一研究,並探討氫分子如何通過改變氧化磷脂介質的生成來實現抗氧化、減少自由基這一調節作用。

科學家正在研究基礎理論探索氫分子

文獻:氫分子通過修飾依賴於自由基鏈反應生成的氧化磷脂介質來調節基因表達

上面這句話很繞口還看不懂,我們從最基礎的解釋開始,解析語句拆解並分類。


  • 動詞:通過、修飾、依賴、調節、生成

  • 名詞:氫分子、自由基鏈反應、氧化磷脂、介質、基因表達

  • 形容詞:氧化


如果你已經明白語句就跳過下面這段標題詞彙分析。

 

標題詞彙分析


動詞介紹:


  • 通過 (through):表示動作的方式或途徑。氫分子是以某種方式達到目的。 例句:氫分子通過特定的途徑來影響細胞

  • 修飾 (modify): 改變或影響某物的某些特性或功能。氫分子改變了某些介質的特性。 例句:氫分子修飾了氧化磷脂介質

  • 依賴 (depend on):需要某物作為基礎或前提條件。某些過程需要自由基鏈反應作為前提。 例句:這些化學反應依賴自由基鏈反應的參與。

  • 調節 (regulate):控制或管理某過程的進行。氫分子通過某種機制來控制基因表達。 例句:氫分子調節基因表達的方式很獨特。

  • 生成 (generate):產生或創造某物。氧化磷脂介質是通過自由基鏈反應產生的。 例句:氧化磷脂介質是生成於自由基鏈反應過程中的。


名詞介紹:


  • 氫分子 (Hydrogen molecule):由兩個氫原子組成的分子,化學式為 H₂。在許多化學反應中充當還原劑並具有抗氧化特性。例句:氫分子因其抗氧化性質在醫學研究中備受關注。

  • 自由基鏈反應 (Free radical chain reaction):一種化學反應,其中自由基通過一系列步驟生成更多的自由基,推動反應進行。這些反應在生物體內可能導致細胞損傷。例句:自由基鏈反應在氧化壓力中扮演重要角色。

  • 氧化磷脂 (Oxidized phospholipids):磷脂分子在受到氧化後生成的分子,通常涉及細胞膜的損傷或功能變化。例句:氧化磷脂是細胞膜受到氧化損傷的標誌。

  • 介質 (Medium):一種物質或環境,在其中進行或影響某些化學或生物過程。這裡特指參與或影響基因調控的物質。例句:在這個實驗中,我們使用了一種特殊的介質來培養細胞。

  • 基因表達 (Gene expression):基因信息被轉錄並翻譯成蛋白質的過程,決定了細胞的功能和行為。例句:環境因素可以顯著影響基因表達,改變細胞功能。


形容詞介紹:


  • 氧化 (Oxidation):是一種化學反應,指一個分子、原子或離子失去電子的過程。在生物體內,氧化過程常伴隨著自由基的生成,可能導致細胞損傷或氧化壓力。例句:氧化反應在細胞代謝中扮演重要角色,但過度的氧化會損害細胞結構


原句:氫分子通過修飾依賴於自由基鏈反應生成的氧化磷脂介質來調節基因表達。

重組:氫分子通過特定的途徑來影響細胞的一種過度的氧化的化學反應,它可能導致細胞膜的損傷。氫分子可以調節此損傷,並決定細胞的功能和行為。


了解了這些複雜的語句,相信你對於本篇研究能更容易地閱讀。濃縮的翻譯:「氫分子如何調節基因表達的機制」正文才剛剛開始

 

文獻閱讀:氫分子調節基因表達的機制解析

 

氫分子長期以來被認為是哺乳動物細胞中的惰性氣體。然而,2007年的一篇研究表明,氫分子可以選擇性地中和細胞內的羥基自由基(·OH)和過氧亞硝酸陰離子(ONOO-),並作為一種新型抗氧化劑來保護細胞免受氧化壓力的損傷。氫分子還被發現具有抗炎、抗凋亡、抗過敏等多種生物學功能,並能調節細胞分化和能量代謝。

Iuchi, K., Imoto, A., Kamimura, N. et al. Molecular hydrogen regulates gene expression by modifying the free radical chain reaction-dependent generation of oxidized phospholipid mediators. Sci Rep 6, 18971 (2016). https://doi.org/10.1038/srep18971
Iuchi, K., Imoto, A., Kamimura, N. et al. Molecular hydrogen regulates gene expression by modifying the free radical chain reaction-dependent generation of oxidized phospholipid mediators. Sci Rep 6, 18971 (2016). https://doi.org/10.1038/srep18971
Molecular hydrogen regulates gene expression by modifying the free radical chain reaction-
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研究目的


儘管許多文獻已經證明氫分子具有多種生物學功能,但其調節基因表達的具體機制仍不明確。因此,這篇研究在揭示氫分子如何通過自由基鏈反應來調節基因表達,特別是通過改變氧化磷脂介質的生成。


 

研究方法與結果


1. 氫分子在脂質中的累積

 

研究發現,氫分子在液態脂肪酸中的累積比在水中高2到3倍,並且在不飽和脂肪酸(如亞麻酸)中的滯留時間顯著更長(見圖1)。由於不飽和脂肪酸是自由基鏈反應的主要目標,研究者推測氫分子可以有效地在生物膜中抑制這一反應,即使在低濃度下也能發揮作用。


圖1.氫分子在不同脂肪酸相中的滯留時間
圖1.氫分子在不同脂肪酸中的滯留時間

這項實驗旨在比較氫分子在不同脂肪酸環境中的滯留時間,了解氫分子在脂質環境中的行為特性。實驗中使用了兩種類型的脂肪酸:飽和脂肪酸(辛酸)和不飽和脂肪酸(亞麻酸),研究氫分子在這兩種環境中的滯留時間。圖中展示了氫分子在磷酸鹽緩衝液(PBS)、飽和脂肪酸和不飽和脂肪酸中的滯留時間。


圖1a和1b:氫分子在不同脂肪酸中的滯留時間

  • 圖1a:展示了氫分子在飽和脂肪酸中的滯留時間。

  • 圖1b:展示了氫分子在不飽和脂肪酸中的滯留時間。

  • 橫軸表示時間(分鐘),縱軸表示氫分子濃度比率。

  • 從圖中可以看出,氫分子在不飽和脂肪酸的滯留時間顯著長於在飽和脂肪酸中的滯留時間。

圖1c:氫分子在開放容器中的滯留時間

  • 圖1c展示了氫分子在不同脂肪酸中開放容器中的滯留時間。

  • 橫軸表示時間(分鐘),縱軸表示氫分子濃度比率。

  • 從圖中可以看出,即使在開放的容器中,氫分子在不飽和脂肪酸中的滯留時間仍然顯著長於在飽和脂肪酸中的滯留時間。


圖1氫分子在不同脂肪酸的實驗結果與分析:

  1. 在脂肪酸中的滯留時間差異 氫分子在不飽和脂肪酸中的滯留時間顯著長於在飽和脂肪酸中的滯留時間。這表明氫分子更容易在對人體有害的不飽和脂肪酸環境中保持較高的濃度。

  2. 自由基鏈反應的抑制 不飽和脂肪酸中的雙鍵容易受到自由基的攻擊,導致脂質過氧化反應。氫分子在這些環境中的長時間滯留意味著它能夠更有效地抑制脂質過氧化反應,減少自由基鏈反應的發生

  3. 細胞膜保護 細胞膜主要由磷脂雙分子層構成,其中包含大量不飽和脂肪酸。氫分子在這些不飽和脂肪酸環境中的長時間滯留,有助於保護細胞膜免受自由基的損傷,維持細胞膜的完整性和功能性。

  4. 抗氧化作用的增強 氫分子在不飽和脂肪酸中的長時間滯留增強了其抗氧化作用,因為它能夠更長時間地存在於需要保護的區域,有效中和有害自由基,減少氧化應激和相關的細胞損傷。


圖1氫分子在不同脂肪酸的總結

氫分子在不同脂肪酸中的滯留時間反映了其在細胞膜和其他脂質環境中的行為特性。長時間滯留在不飽和脂肪酸中的氫分子能夠更有效地抑制自由基鏈反應,保護細胞膜,增強抗氧化作用,這對於氫分子在醫學和健康領域的應用具有重要意義。


2. 氫分子抑制不飽和脂肪酸的自氧化

 

研究測量了在不同濃度氫分子存在下,二烯類脂肪酸(亞油酸)的自氧化反應。結果顯示,即使僅1%的氫分子氣體也能顯著抑制亞油酸的自氧化(見圖2)。


圖2氫分子抑制不飽和脂肪酸自氧化的效果
圖2氫分子抑制不飽和脂肪酸自氧化的效果

此實驗的目的是評估氫分子(H₂)對不飽和脂肪酸(如亞油酸)自氧化反應的抑制效果。自氧化反應是自由基誘導的一種反應過程,這種反應會生成過氧化物,並導致細胞損傷。通過測量不同濃度的氫分子對不飽和脂肪酸自氧化的影響,可以了解氫分子在抑制自由基反應中的作用。


圖2a:標準共軛二烯的紫外吸收光譜

  • 展示了9-羥基辛二烯酸(9-HODE)的紫外吸收光譜,作為標準共軛二烯,用於比較和校正不飽和脂肪酸自氧化產物的吸收光譜。

  • 橫軸表示波長(納米),縱軸表示吸光度。

  • 吸收峰出現在234納米處,這是共軛二烯特有的吸收波長。

圖2b:在不同濃度氫分子存在下亞油酸自氧化的紫外吸收光譜

  • 展示了在不同濃度的氫分子存在下,不飽和脂肪酸自氧化產物的紫外吸收光譜。

  • 橫軸表示波長(納米),縱軸表示吸光度。

  • 吸收峰的高低反映了自氧化產物的生成量。圖中不同顏色的曲線代表了不同濃度的氫分子處理。

圖2c:不同濃度氫分子對亞油酸自氧化抑制效果的量化

  • 展示了不同濃度的氫分子對不飽和脂肪酸自氧化反應的抑制效果,通過測量234納米處的吸光度來量化自氧化產物的生成。

  • 橫軸表示氫分子濃度(百分比),縱軸表示吸光度變化(ΔA234),這代表了自氧化產物的生成量。

  • 結果顯示,即使僅1%的氫分子也能顯著抑制不飽和脂肪酸的自氧化反應


圖2氫分子與不飽和脂肪酸氧化的結果與分析:

  1. 氫分子對自氧化反應的抑制效果: 實驗結果顯示,隨著氫分子濃度的增加,不飽和脂肪酸自氧化產物的生成量顯著減少。在1%的氫分子濃度下,自氧化反應的抑制效果已經非常明顯,而更高濃度的氫分子(如3%、10%和80%)進一步增強了這個效果。

  2. 抗氧化作用機制: 氫分子能夠有效地中和自由基,減少自由基引發的脂質過氧化反應。這表明氫分子具有強大的抗氧化作用,也能夠在較低濃度下有效地抑制脂質的自氧化反應。

  3. 生物學意義: 在細胞和組織中,自由基引發的脂質過氧化反應會導致細胞膜損傷、炎症和多種疾病。氫分子能夠通過抑制這些反應,保護細胞免受氧化壓力的損害。這一發現為氫分子在抗氧化療法中的應用提供了理論基礎,具有潛在的臨床應用價值。


圖2氫分子與不飽和脂肪酸氧化的總結

氫分子在抑制不飽和脂肪酸自氧化反應中的顯著效果。通過實驗結果可以看出,氫分子也能夠在較低濃度下有效地抑制自由基引發的脂質過氧化反應,這為氫分子在抗氧化和抗炎療法中的應用提供了重要的科學依據。


3. 氫分子依賴性化學氧化的磷脂引發Ca²⁺信號傳導

 

磷脂通過化學氧化轉變為氧化介質,這些介質能夠調節多種信號傳導途徑。研究發現,在不同濃度的氫分子存在下,自氧化的磷脂(OxPAPC)對Ca²⁺信號傳導的影響有所不同(見圖3)。


圖3.不同濃度氫分子自氧化磷脂對Ca²⁺信號傳導的影響。
圖3.不同濃度氫分子自氧化磷脂對Ca²⁺信號傳導的影響。

此圖在探討氫分子(H₂)如何通過影響磷脂的化學氧化來調節細胞內的Ca²⁺信號傳導。Ca²⁺信號傳導在細胞功能調節中具有重要作用,包括調節基因表達、細胞增殖和細胞凋亡等過程。通過研究氫分子對氧化磷脂的影響,可以了解其在細胞信號傳導中的具體作用機制。


圖3a:OxPAPC生成的過氧化物測量

  • 展示了在不同時間段內,純PAPC(1-棕櫚酰-2-花生四烯酰-sn-甘油-3-磷酸膽鹼)自氧化生成過氧化物的情況。

  • 橫軸表示時間(天),縱軸表示過氧化物濃度(以Liperfluo熒光強度表示)。

  • 結果顯示,隨著時間的推移,過氧化物的生成量逐漸增加。

圖3b:OxPAPC引發的Ca²⁺信號傳導測試

  • 展示了THP-1細胞(人單核細胞系)在OxPAPC處理後Ca²⁺信號傳導的變化。

  • 圖中顯示了使用Ca²⁺敏感熒光染料Fluo4-AM測量的細胞內Ca²⁺濃度變化,箭頭和箭頭頭分別表示加入OxPAPC和ATP(作為Ca²⁺通道P2X7的配體)。

  • 結果顯示,OxPAPC處理引發了細胞內Ca²⁺濃度的暫時性增加。

圖3c:OxPAPC氧化時間依賴的Ca²⁺信號傳導

  • 展示了OxPAPC在不同氧化時間後對Ca²⁺信號傳導的影響。

  • 橫軸表示氧化時間(天),縱軸表示Ca²⁺信號傳導的響應百分比。

  • 結果顯示,隨著氧化時間的增加,OxPAPC引發的Ca²⁺信號傳導反應也隨之增強。

圖3d:不同濃度氫分子對OxPAPC生成的過氧化物影響

  • 展示了在不同濃度的氫分子存在下,OxPAPC生成的過氧化物量。

  • 橫軸表示氫分子濃度(百分比),縱軸表示Liperfluo熒光強度。

  • 結果顯示,隨著氫分子濃度的增加,OxPAPC生成的過氧化物量顯著減少。

圖3e:不同濃度氫分子對OxPAPC引發的Ca²⁺信號傳導影響

  • 展示了在不同濃度的氫分子存在下,OxPAPC引發的Ca²⁺信號傳導反應。

  • 橫軸表示氫分子濃度(百分比),縱軸表示Ca²⁺信號傳導的響應百分比。

  • 結果顯示,超過1.3%的氫分子顯著減少了OxPAPC引發的Ca²⁺信號傳導。


圖3不同濃度氫分子實驗結果與分析:

  1. OxPAPC生成與Ca²⁺信號傳導的關聯: OxPAPC的生成與Ca²⁺信號傳導反應之間存在明顯的關聯。隨著OxPAPC的生成量增加,Ca²⁺信號傳導反應也增強。

  2. 氫分子的抑制作用: 氫分子能夠有效抑制OxPAPC的生成,這表明氫分子具有強大的抗氧化作用。當氫分子濃度超過1.3%時,OxPAPC引發的Ca²⁺信號傳導反應顯著減少,進一步證實了氫分子在調節細胞內Ca²⁺信號傳導中的作用。

  3. 生物學意義: Ca²⁺信號傳導在多種細胞功能中起著至關重要的作用,包括基因表達調控、細胞增殖、凋亡等。氫分子通過抑制OxPAPC的生成,調節Ca²⁺信號傳導,對於維持細胞正常功能具有重要意義。這一發現為氫分子在抗炎、抗氧化和細胞保護中的應用提供了理論基礎,具有潛在的臨床應用價值。


圖3不同濃度氫分子研究總結

展示了氫分子如何通過抑制氧化磷脂(OxPAPC)的生成來調節Ca²⁺信號傳導。實驗結果顯示,氫分子能夠在較低濃度下顯著減少OxPAPC生成,並且有效抑制由其引發的Ca²⁺信號傳導反應。這一發現揭示了氫分子在細胞信號調控中的重要作用,為其在抗炎、抗氧化和細胞保護中的應用提供了新的視角和理論支持


4. 全面分析氫分子依賴的基因表達調節

 

通過微陣列分析研究,揭示了在不同濃度的氫分子存在下,OxPAPC對基因表達的影響。結果顯示,氫分子通過調節氧化磷脂介質的生成,進一步影響Ca²⁺信號傳導,調節基因表達(見圖4)。


圖4,全面分析氫分子對基因表達的調節
圖4,全面分析氫分子對基因表達的調節

本圖的目的是研究氫分子(H₂)如何通過調節氧化磷脂介質(如OxPAPC)來影響基因表達。通過全面的基因表達分析,可以揭示氫分子在細胞信號傳導和基因調控中的具體作用。


圖4a:基因表達的熱圖

  • 展示了在PAPC、OxPAPC、H₂[1.3%]OxPAPC和H₂[5%]OxPAPC處理下,THP-1細胞中86個基因的表達變化。

  • 熱圖中的紅色表示基因上調,綠色表示基因下調。

  • 橫軸表示不同處理條件,縱軸表示不同基因。

  • 結果顯示,OxPAPC處理顯著上調了一些基因,而1.3%的氫OxPAPC和5%的氫OxPAPC則顯著下調了這些基因的表達。

圖4b:TNF-α在THP-1細胞中的釋放

  • 展示了在PAPC、OxPAPC、1.3%的氫OxPAPC和5%的氫OxPAPC處理下,THP-1細胞中TNF-α的釋放量。

  • 橫軸表示不同處理條件,縱軸表示TNF-α濃度(pg/mL)。

  • 結果顯示,OxPAPC顯著增加了TNF-α的釋放,而1.3%的氫和5%的氫處理顯著減少了TNF-α的釋放。

圖4c:IL-8在HAEC細胞中的釋放

  • 展示了在PAPC、OxPAPC、1.3%的氫OxPAPC和5%的氫OxPAPC處理下,HAEC(人主動脈內皮細胞)中IL-8的釋放量。

  • 橫軸表示不同處理條件,縱軸表示IL-8濃度(pg/mL)。

  • 結果顯示,OxPAPC顯著增加了IL-8的釋放,而1.3%的氫和5%的氫的處理顯著減少了IL-8的釋放。

圖4d:KEGG通路中的基因分類

  • 展示了根據KEGG通路數據庫對7,143個基因的功能分類。

  • 上圖顯示了全部基因的功能分類比例,下圖顯示了86個選定基因的功能分類比例。

  • 結果顯示,在86個選定基因中,參與信號傳導通路的基因比例(46.5%)顯著高於全部基因中的比例(25.8%)。

圖4e:參與信號傳導通路的基因比例

  • 展示了參與不同信號傳導通路的基因比例。

  • 上圖顯示了全部基因中的信號傳導通路分類,下圖顯示了86個選定基因中的信號傳導通路分類。

  • 結果顯示,在86個選定基因中,參與MAPK信號傳導通路的基因比例顯著高於全部基因中的比例,而參與Ca²⁺信號傳導通路的基因比例較低。

圖4f:NFAT和CREB靶基因的表達

  • 展示了在PAPC、OxPAPC、H₂[1.3%]OxPAPC和H₂[5%]OxPAPC處理下,NFAT和CREB靶基因的表達變化。

  • 結果顯示,OxPAPC顯著上調了這些靶基因的表達,而H₂處理顯著下調了這些基因的表達。


圖4氫分子對基因表達的實驗結果與分析:

  1. 氫分子對基因表達的調節作用: OxPAPC處理顯著上調了一些基因的表達,而H₂處理則顯著下調了這些基因的表達,這表明氫分子能夠通過調節氧化磷脂介質來影響基因表達。

  2. TNF-α和IL-8的釋放: OxPAPC處理增加了炎症因子TNF-α和IL-8的釋放,而H₂處理顯著減少了這些炎症因子的釋放,這表明氫分子具有抗炎作用。

  3. 信號傳導通路的影響: 氫分子主要通過調節MAPK信號傳導通路來影響基因表達,而對Ca²⁺信號傳導通路的影響相對較少。

  4. NFAT和CREB靶基因的調節: 氫分子通過調節NFAT和CREB信號傳導通路來影響基因表達,這些通路在細胞增殖、凋亡和炎症反應中起重要作用。


圖4氫分子對基因表達生物學意義:

  1. 抗炎和抗氧化作用: 氫分子能夠通過抑制氧化磷脂介質的生成,減少炎症因子的釋放,發揮抗炎和抗氧化作用。

  2. 基因表達調控: 氫分子通過調節信號傳導通路,特別是MAPK和Ca²⁺信號傳導通路,來影響基因表達,這對於細胞功能調控具有重要意義。

  3. 潛在臨床應用: 這些發現為氫分子在抗炎、抗氧化和細胞保護中的應用提供了理論基礎,具有潛在的臨床應用價值。


圖4氫分子對基因表達總結

氫分子通過調節氧化磷脂介質來影響基因表達的全面分析。實驗結果顯示,氫分子能夠有效抑制炎症因子的釋放,並通過調節MAPK和Ca²⁺信號傳導通路來影響基因表達,這為氫分子在抗炎、抗氧化和細胞保護中的應用提供了新的視角和理論支持


5. 自由基誘導的NFAT途徑在培養細胞中的貢獻

 

研究發現,自由基鏈反應生成的氧化磷脂介質可以通過Ca²⁺信號傳導途徑激活NFAT(核因子活化T細胞),調節基因表達。氫分子能夠通過減少自由基鏈反應來抑制這一過程(見圖5)。


圖5,氫分子對自由基誘導的NFAT途徑的影響
圖5,氫分子對自由基誘導的NFAT途徑的影響

此實驗的目的是研究氫分子如何抑制由自由基誘導劑(如AAPH)引起的脂肪酸過氧化反應以及隨後的Ca²⁺和NFAT信號傳導。AAPH是一種常用的自由基產生劑,可誘導細胞內的脂質過氧化和Ca²⁺信號傳導。本實驗旨在揭示氫分子在抑制這些反應中的作用機制。


圖5a:脂質過氧化的流式細胞儀圖譜

  • 展示了THP-1細胞在無氫分子或存在不同濃度氫分子(H₂)的情況下,經AAPH(10 mM)處理4.5小時後的流式細胞儀圖譜,顯示Liperfluo信號以測定脂質過氧化產物。

  • 圖中顯示了在不同濃度H₂處理下,脂質過氧化物的生成情況。

圖5b:脂質過氧化物信號的定量分析

  • 量化了Liperfluo信號,顯示在不同濃度H₂處理下,脂質過氧化產物的變化。

  • 結果顯示,隨著H₂濃度的增加,脂質過氧化物的生成顯著減少(*P = 0.015, ***P < 0.001 vs. 0% H₂,n = 6)。

圖5c:細胞內Ca²⁺信號的激光掃描共聚焦顯微鏡觀察

  • 展示了THP-1細胞在AAPH(10 mM)處理3小時後,在不同濃度H₂存在下,通過Fluo-3熒光染料測量的細胞內Ca²⁺信號強度。

  • 結果顯示,H₂能夠顯著減少AAPH誘導的Ca²⁺信號強度。

圖5d:Ca²⁺信號的時間依賴性增加

  • 展示了THP-1細胞在無H₂存在下,經AAPH(10 mM)處理後,不同時間段內細胞內Ca²⁺信號的變化。

  • 結果顯示,隨著處理時間的延長,Ca²⁺信號強度逐漸增加。

圖5e:Fluo-3陽性細胞的定量分析

  • 展示了在AAPH(10 mM)處理3小時後,在不同濃度H₂存在下,Fluo-3陽性細胞的定量結果。

  • 結果顯示,H₂能顯著減少Fluo-3陽性細胞的數量(**P < 0.01 vs. no H₂,n = 3)。

圖5f:NFAT轉移到細胞核的免疫染色圖像

  • 展示了THP-1細胞在AAPH(10 mM)處理3小時後,在不同濃度H₂存在下,NFAT轉移到細胞核的免疫染色圖像。

  • NFAT用黃色標示,細胞核用Hoechst 33342染色顯示為藍色。

  • 結果顯示,H₂能顯著抑制AAPH誘導的NFAT轉移到細胞核。

圖5g:NFAT表達區域的定量分析

  • 量化了NFAT在細胞核與細胞質中的比率,顯示在不同濃度H₂存在下,NFAT轉移到細胞核的情況。

  • 結果顯示,H₂能顯著減少NFAT轉移到細胞核的比率(*P = 0.023 和 **P < 0.01 vs. no H₂,n = 10)。

圖5h和5i:NFAT靶基因和非NFAT靶基因的表達

  • 圖5h展示了NFAT靶基因(TNF-α、EGR1和ATF3)的表達情況。

  • 圖5i展示了非NFAT靶基因(NFKB2和HMOX1)的表達情況。

  • 使用RT-PCR結合TaqMan探針進行基因表達分析,結果顯示H₂處理顯著降低了NFAT靶基因的表達(*P = 0.015(對於ATF3)和**P < 0.01,n = 3),而對非NFAT靶基因的影響較小(#P = 0.14(對於HMOX1))。


自由基誘導的NFAT途徑實驗結果與分析:

  1. 脂質過氧化抑制: 氫能顯著抑制AAPH誘導的脂質過氧化反應,這表明H₂具有強效的抗氧化作用,能夠減少由自由基誘導的脂質過氧化物生成。

  2. Ca²⁺信號的調節: 氫能夠有效抑制AAPH誘導的細胞內Ca²⁺信號增加,這對於維持細胞內鈣平衡和正常細胞功能具有重要意義。

  3. NFAT信號的抑制: 能顯著抑制NFAT轉移到細胞核,從而減少NFAT靶基因的表達,這表明H₂在調節細胞內信號傳導和基因表達方面具有重要作用。

  4. 基因表達的影響: 氫能顯著降低NFAT靶基因的表達,而對非NFAT靶基因的影響較小,這進一步證實了H₂對NFAT信號傳導途徑的特異性調節作用。


自由基誘導的NFAT生物學意義:

  1. 抗氧化和抗炎作用: 氫通過抑制脂質過氧化和Ca²⁺信號傳導,具有強大的抗氧化和抗炎作用,這為其在多種疾病治療中的應用提供了理論基礎。

  2. 細胞保護和基因調控: 氫能夠調節NFAT信號傳導途徑,從而影響基因表達和細胞功能,這對於細胞保護和疾病治療具有重要意義。


自由基誘導的NFAT途徑總結

展示了氫分子如何通過抑制自由基誘導的脂肪酸過氧化反應以及Ca²⁺和NFAT信號傳導,從而調節基因表達和細胞功能。實驗結果顯示,氫分子能顯著抑制脂質過氧化、減少Ca²⁺信號和NFAT靶基因的表達,這為氫分子在抗氧化、抗炎和細胞保護中的應用提供了新的視角和理論支持。



整體結論-信號途徑模型

 
圖6,信號途徑模型
圖6,信號途徑模型

這些細胞反應至少部分與使用體外氫分子依賴的OxPAPC產物(圖3和圖4)所得的結果一致。因此,我們提出了一個模型,如圖6所示,其中氫分子通過氧化磷脂介質調節Ca²⁺信號傳導和NFAT途徑。


  1. 自由基鏈反應與氧化磷脂生成: 自由基鏈反應會生成氧化磷脂介質(OxPLs),這些介質會引發細胞內的Ca²⁺信號傳導。

  2. Ca²⁺信號傳導: 當氧化磷脂介質生成後,它們會觸發Ca²⁺信號傳導。Ca²⁺作為細胞內的第二信使,啟動一系列下游反應。

  3. 鈣調蛋白和NFAT途徑的激活: Ca²⁺信號會激活鈣調蛋白(calmodulin),進而激活鈣調神經磷酸酶(calcineurin)。鈣調神經磷酸酶去磷酸化NFAT,使其轉位到細胞核中,並啟動基因表達。

  4. 氫分子的調節作用: 氫分子通過調節自由基鏈反應,減少氧化磷脂的生成。具體來說,氫分子能夠中和自由基,減少氧化磷脂介質的生成。這些氧化磷脂介質作為拮抗劑,減少Ca²⁺信號傳導,抑制NFAT途徑的激活。


訊號途徑生物學意義:


  1. 抗炎和抗氧化作用: 模型解釋了氫分子的抗炎和抗氧化作用機制。氫分子通過減少自由基和氧化磷脂的生成,降低了細胞內的氧化壓力和炎症反應,保護細胞免受損傷。

  2. 基因表達調控: 氫分子通過調節信號傳導途徑(如Ca²⁺信號和NFAT途徑)來影響基因表達,這對於細胞功能調控具有重要意義。

  3. 潛在臨床應用: 這一發現為氫分子在抗炎、抗氧化和細胞保護中的應用提供了理論基礎。氫分子可以用於治療與氧化壓力和炎症相關的疾病,如心血管疾病、神經退行性疾病和自身免疫性疾病等。


訊號途徑總結

這些細胞反應至少部分與使用體外H₂依賴的OxPAPC產物(圖3和圖4)所得的結果一致。因此,我們提出了一個模型,如圖6所示,其中H₂通過氧化磷脂介質調節Ca²⁺信號傳導和NFAT途徑。該模型揭示了氫分子在減少氧化壓力、調控細胞信號傳導和保護細胞健康中的重要作用,為其在臨床應用中提供了理論支持。


討論與結論-堅實的科學基礎

科學找找到了氫分子堅實的科學基礎

本研究探討了氫分子(H₂)如何通過調節自由基鏈反應和氧化磷脂介質的生成,影響基因表達和細胞信號傳導。以下是研究結果的總結及其意義:

⬆上調 , ⬇下調

自由基鏈反應和脂質過氧化物生成

  • 脂質過氧化物 ⬆(在AAPH處理下) - 促進脂質過氧化反應

  • 脂質過氧化物 ⬇(在氫分子存在下) - 抑制脂質過氧化反應

Ca²⁺信號傳導

  • Ca²⁺信號 ⬆(在AAPH處理下) - 增加細胞內鈣離子濃度

  • Ca²⁺信號 ⬇(在氫分子存在下) - 減少細胞內鈣離子濃度

NFAT信號傳導

  • NFAT轉移到細胞核 ⬆(在AAPH處理下) - 激活NFAT信號通路

  • NFAT轉移到細胞核 ⬇(在氫分子存在下) - 抑制NFAT信號通路

NFAT靶基因表達

  • TNF-α、EGR1和ATF3 ⬆(在AAPH處理下) - 促進炎症反應

  • TNF-α、EGR1和ATF3 ⬇(在氫分子存在下) - 抑制炎症反應

炎症因子釋放

  • TNF-α和IL-8 ⬆(在OxPAPC處理下) - 增強炎症反應

  • TNF-α和IL-8 ⬇(在氫分子存在下) - 抑制炎症反應

信號傳導通路基因

  • MAPK信號傳導通路基因 ⬆(在AAPH處理下) - 激活MAPK信號傳導

  • MAPK信號傳導通路基因 ⬇(在分子氫存在下) - 抑制MAPK信號傳導

  • Ca²⁺信號傳導通路基因 ⬆(在AAPH處理下) - 激活Ca²⁺信號傳導

  • Ca²⁺信號傳導通路基因 ⬇(在氫分子存在下) - 抑制Ca²⁺信號傳導


氫分子通過抑制自由基誘導的脂質過氧化和Ca²⁺信號傳導,調節基因表達和細胞功能。研究結果表明,氫分子具有強大的抗氧化和抗炎作用,對於細胞保護和治療與氧化壓力相關的疾病具有潛在的臨床應用價值。


本研究揭示了氫分子調節基因表達的分子機制,為未來的氫分子臨床應用提供了堅實的科學基礎。提供了氫分子如何通過改變自由基鏈反應來調節基因表達的分子機制。這一發現為氫分子在醫學應用中的潛力提供了新的理論基礎,並有助於開發基於氫分子的新型治療方法。

許多文獻都是基於先前的基礎研究

醫學文獻在推動醫學科學進步和臨床應用方面是基於前期研究的成果,通過系統的知識傳播和交流,為新研究提供基礎,指導臨床實踐,促進教育和政策制定。本篇醫學文獻相對於臨床應用的研究貢獻甚大,作者這篇研究提供了很多文獻的研究支持例證,小篇為對本研究的作者群致敬。

 

研究使用的儀器或試劑

  • 共軛二烯測定儀(UV吸收光譜儀):

  • Ca²⁺信號測定儀(Ca²⁺敏感熒光染料Fluo4-AM):

  • 報告基因測定系統:

  • 免疫熒光染色儀:

  • RT-qPCR(實時定量聚合酶鏈式反應):

  • DHE熒光染色儀:

  • AAPH(2,2'-Azobis(2-amidinopropane) dihydrochloride)是一種常用的自由基產生劑。它在溶液中分解產生自由基,特別是過氧自由基,這些自由基能夠引發脂質過氧化和氧化壓力反應。AAPH通常用於研究自由基的生物學效應以及抗氧化劑的保護作用。

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