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氢气治疗癌症研究:可能颠覆现有的氢分子作用机理

编辑:氢脉健康网
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日期:2021年12月22日

原创 2016-09-01 孙学军 氢思语:最新日本名古屋大学神经系统疾病和癌症中心教授大野欽司Kinji Ohno(ohnok@med.nagoya-u.ac.jp)小组在《科学报道》发表论文,证明氢气能抑制异常Wnt/β-catenin信号激活发挥疾病治疗作用。该论文最精彩的部分是讨论,讨论中对氢气信号作用的研究历史进行了梳理,认为氢气选择性抗氧化的机制不可靠,对氢气细胞信号调节作用进行了论述。

氢气治疗癌症研究:可能颠覆现有的氢分子作用机理.jpg

内容相对学术性比较强,我这里用非学术语言进行摘要,希望对非学术领域的读者有帮助,并提出开展氢气治疗癌症的研究倡议。


过去一直认为选择性抗氧化是氢气治疗疾病的基础,已经发现氢气对166种疾病具有治疗作用。在研究过程中,逐渐认识到氢气治疗疾病的机制比过去想象的要复杂。主要是考虑到氢气扩散能力强,在身体内不能长期存留,氢气抗氧化作用比较弱。氢气短时间弱作  用无法解释许多大量而神奇的作用。所以有学者开始考虑是否氢气通过其它分子间接发挥作用,氢气就像是扳机或开关,打开细胞内某些生物分子发挥治疗疾病的作用。沿着这样的思路,一些学者发现了一些线索,例如发现对抗氧化酶的激活,发现对促炎症反应分子的抑制,发现能激活胃肠道内饥饿素的分泌等等。根据这些发现,有学者提出氢气是一种气体信号分子,类似一氧化氮的作用一样。


最新这个研究把目光盯向一种非常古老的信号分子,就是所谓Wnt/β-catenin,是调节细胞分裂的一个分子系统。在某些组织炎症疾病和肿瘤细胞内,这个系统被过度激活,表现就是β-catenin水平过高。细胞内控制β-catenin水平有一套蛋白分解系统,其中一个调节过程就是磷酸化,最新研究就是证明氢气能促进该降解系统磷酸化β-catenin,让过度增加的β-catenin恢复到正常。根据这个研究结果,提示166种疾病可能与这个系统被抑制有关。


从整体上看,Wnt信号一般只在胚胎发育和肿瘤等疾病过程激活,氢气能控制这个信号的不正常激活,那么有可能对肿瘤发生和恶变有控制治疗作用,因此开展氢气对肿瘤治疗研究也可以根据这个线索提上议事日程。


氢气治疗癌症的话题比较复杂,首先现在氢气治疗癌症的研究证据比较少,其次选择性抗氧化不足以支撑氢气抗癌症的基础,再次是癌症是多种多样,非常复杂的疾病,难以用氢气这种多靶点物质进行治疗。不过开展氢气治疗疾病的研究,现在已经到了应该严肃认真考虑的时机。


目前虽然已经有300多篇关于氢气治疗166种疾病和损伤的动物实验和人体临床研究论文,但对氢气作用的效应分子仍不十分清楚。氢气选择性中和羟基自由基被认为是氢气发挥作用的基础,但氢气是一种稳定的气体,氢气和羟基自由基反应的速率常数是107M−1·s−1,而组织细胞内其它许多还原性有机分子和羟基自由基反应的速率常数是109-10M−1·s−1,两者相差100-1000倍。健康人饮用200毫升饱和氢水后,呼吸气体中氢气浓度在15分钟内达到高峰,随后在30分钟后降低到正常水平。从氢气与羟基自由基的反应速率低和体内保留时间短角度考虑,氢气选择性抗氧化作用在生物体系内很难有效实现。因此,氢气治疗疾病的分子机制仍然不十分明确。


曾有研究发现,饮用氢水能促进小鼠胃肠道黏膜分泌饥饿素,间隔呼吸氢气能治疗小鼠帕金森病,但连续呼吸氢气没有治疗效果。也有学者证明氢气能直接调节浆细胞和巨噬细胞信号分子,但不影响活性氧水平。


本研究首次证明,氢气能抑制Wnt3a和GSK3抑制剂诱导的内源性β-catenin积聚,也能抑制通过转基因造成的外源性β-catenin积聚,但是对β-catenin的内源性基础水平没有影响。氢气的作用只在Wnt/β-catenin异常激活时产生,对正常生理水平没有影响。随后研究发现,氢气能提高β-catenin磷酸化水平,不能抑制PP2A磷酸酶活性,可加快β-catenin降解,但没有减少其mRNA水平。完全抑制GSK3和β-catenin 的CK1/GSK3磷酸化位点突变都可以钝化氢气对β-catenin的调节作用。


尽管糖原合成酶也是GSK3的目标调节分子,但氢气对GSK3介导的糖原合成酶磷酸化没有作用,这说明需要在APC/Axin1与β-catenin结合的降解复合物形成的条件下,氢气才能作用于GSK3,氢气不能直接作用于GSK3。同样,氢气加强CK1介导的β-catenin磷酸化也需要降解复合物形成为前提条件。氢气作用的目标也许是降解复合物,不是CK1和GSK3。CK1和GSK3能在静息条件下持续激活,激活不需要变构激活物调节,因此氢气也不可能通过变构方式激活这些分子。


为近一步确认氢气对β-catenin磷酸化的作用而不影响其泛素化,作者另外选择用HT-29人类大肠癌细胞,这种细胞的抑癌基因大肠腺癌息肉病基因APC截短失活,截短失活的APC缺乏全部3个Axin1结合位点和4个20氨基酸重复序列,保留所有3个15氨基酸重复序列和3个(原7个)20氨基酸重复序列。HT-29细胞缺陷的APC仍然保留 与E3连接酶β-TrCP的相互作用,因此保留的3个20氨基酸重复序列足够实现协助β-catenin泛素化。HT-29细胞的APC缺乏Axin1结合位点对β-catenin产生重要影响,该位点不是泛素化的必要条件,是β-catenin磷酸化的条件。


APC缺乏Axin1结合位点缺乏导致β-catenin磷酸化不足是该蛋白无法被泛素化分解的原因。氢气对HT-29细胞高水平β-catenin没有影响说明氢气发挥作用需要Axin1结合位点相关功能存在的前提下,通过促进磷酸化实现,而不是通过促进泛素化加快β-catenin降解速度。用siRNA分别L细胞抑制APC或Axin1表达水平,再使用GSK抑制剂促进β-catenin增加,氢气则不能抑制这种效应。这些研究说明,氢气发挥作用需要APC和Axin1同时存在并发挥功能。或者说氢气效应依赖于APC和Axin1形成的降解复合物。

用免疫共沉淀技术对降解复合物进行蛋白质相互作用研究,发现氢气对Axin1、APC、β-catenin和GSK3之间的相互作用并没有影响,但仍然能促进CK1/GSK3介导的β-catenin磷酸化。线索就此中断!到底怎么回事?


左右为难的情况下,作者提出新假说。(这并非明智之举,假说提出需要提供证据,一般是在论文前言中提出,在讨论中提出会给人一种挫败感,有增加论文被拒稿的可能。不过这个假说可能不同,因为给这个领域指出新的研究方向)。水的结构在蛋白折叠、酶活性和细胞信号作用等过程中发挥关键作用,局部水结构改变将会直接影响生物分子和细胞功能。氢气和水之间通过电荷转移相互作用强度远超过预期,提示氢气对水的分子结构可能产生巨大影响。另外,氢气的扩散能力非常强,可以进入任何细胞亚结构,甚至生物大分子内部,脂溶性氢气分子和生物大分子之间可能会发生相互作用,改变氢键结构,并导致生物大分子活性的改变。关于这个假说,我进行了分析和介绍。请阅读:氢气医学效应的水分子假说。


在Wnt/β-catenin信号中,氢气可能是β-catenin磷酸化过程动态增强蛋白相互作用,但是检测过程氢气已经消失,无法保留这种状态。实现氢气的在位活性分析就是该研究非常关键的问题,为什么不设法实现?另外氢气也可能是调节了一种仍然没有被发现的分子,这种分子具有调节降解复合物各成分相互作用的功能,并导致β-catenin磷酸化加速(这个假想分子就是氢气的受体分子?)。


过去研究发现,氢气能通过抑制FcεRI相关Lyn磷酸化和下游信号转导分子(ERK1/2, JNK, p38 MAPk和Akt)下调浆细胞NADPH氧化酶活性,氢气的这种作用和自由基清除效应无关,也不影响ASK1和IκB-α等信号分子。氢气抑制LPS/IFNγ诱导巨噬细胞RAW264释放NO,这种效应是通过抑制ASK1磷酸化和下游分子(p38、JNK、和IκB-α)调节iNOS活性实现的,与NADPH氧化酶无关。本研究发现,氢气抑制Wnt/β-catenin信号与中和羟基自由基的选择性抗氧化作用无关,抑制JNK能抑制Wnt3a诱导的β-catenin积聚,但抑制ERK或p38 MAPk没有这种作用。抑制JNK不能抑制氢气的作用提示氢气作用不可能依赖于JNK。Akt磷酸化GSK3(Ser9)能抑制其活性,反之,抑制Akt可激活GSK3。根据氢气不影响GSK3介导的糖原合成酶磷酸化,推测氢气也不能通过抑制Akt激活GSK3。这些研究说明,氢气对特定信号分子的调节作用具有细胞和疾病特异性。


细胞β-catenin水平和分裂有关,最新研究发现,氢气对HCT-116、HepG2和HT-29癌细胞的正常β-catenin水平没有影响,因此氢气不会抑制这些细胞的分裂。过去研究发现氢气抑制人类舌癌细胞HSC-436和纤维肉瘤细胞HT-108036分裂,氢气与5氟尿嘧啶联合使用能诱导大肠癌细胞凋亡。另外,氢气抑制肺腺癌的细胞A54938血管内皮细胞生长因子表达。尽管氢气对Wnt/β-catenin信号的影响没有研究,推测氢气或许能通过抑制Wnt/β-catenin信号发挥抗肿瘤作用,氢气也可能通过调节其它信号分子和通路抑制细胞分裂。


Wnt/β-catenin信号异常增加是骨关节炎加重的表现,因此这一信号系统也可能是关节炎的治疗靶点。最新研究第一次证明氢气能抑制人类骨关节炎软骨细胞的Wnt/β-catenin信号,也能抑制Wnt3a/BIO诱导的软骨形成细胞ATDC5蛋白多糖丢失。氢气对动物手术诱导的关节软骨丢失有保护趋势,但没有统计学差异。氢气作用不显著的原因可能是氢气对Wnt/β-catenin信号的抑制作用不够显著。促进关节炎发生的其它信号通路可能对氢气不敏感。另外需要注意的是, Wnt/β-catenin在软骨发育和稳态中具有重要作用,过分抑制也能导致关节炎恶化。因为氢气不影响对照侧关节内源性β-catenin和Sox9,推测氢气可能对软骨的发育和稳态没有影响。研究结果提示,氢气可能对延缓人类关节炎有作用。但是其它信号通路和分子,包括TGF-β和炎症反应信号也参与关节炎的发生发展过程。最新研究不能排除氢气对这些信号的调节作用。


研究证明,氢气通过促进降解复合物磷酸化作用抑制Wnt/β-catenin信号,抑制β-catenin异常增加。这种作用可能是许多氢气治疗疾病和损伤的分子基础。

 

 

文章出处 - 氢思语

原文链接:https://www.qingmaikj.cn/2021/cancercontrol_1222/176.html
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