Int J Mol Med Early Online ijmm.2013.1334.pdf 氢气通过抑制活性氧影响细胞凋亡 第三军医大学附属医院整形外科的最新研究发现，氢气可以对抗糖基化终产物诱导的内皮细胞凋亡，这一研究目前在线发表在 Int J Mol Med. 2013 Apr 5. doi: 10.3892/ijmm.2013.1334.文章题目为 Hydrogen-rich medium suppresses the generation of reactive oxygen species, elevates the Bcl-2/Bax ratio and inhibits advanced glycation end product-induced apoptosis. 本研究目的是确定含氢气培养基对 AGEs （ 糖基化终产物 advanced glycation end products ）诱导的内皮细胞凋亡的保护作用。分离成年 SD 大鼠主动脉内皮细胞进行培养，加入 AGEs 和氢气培养基共培养（对照组不加氢气） 24 小时， Annexin V/7-AAD 和 TUNEL 染色鉴定细胞凋亡，萤光探针结合流式细胞仪监测细胞内活性氧水平。抗氧化酶 SOD 和谷胱氨肽过氧化物酶 mRNA 水平用定量 PCR 进行监测，酶活性采用化学发光法监测。凋亡相关蛋白 Bcl-2 和 Bax 采用 western blot 监测 并计算相对水平。结果发现 AGEs 可以剂量依赖性诱导大血管内皮细胞凋亡增加细胞内活性氧水，氢气加入细胞培养基可以提高细胞抗氧化能力，减少细胞内活性氧水平，减少细胞凋亡。 The purpose of the present studywas to determine whether using hydrogen-rich medium (HRM) to increase hydrogenlevels in endothelial cells (ECs) protects ECs from apoptosis induced by advancedglycation end products (AGEs). The thoracic aorta was removed from 2-3-year-oldSprague-Dawley rats, and ECs were isolated and cultured. After culturing ECsin the presence of AGEs and/or with HRM for 24 h, Annexin V/7-AAD andTUNEL staining were carried out to detect apoptosis. Intracellular ROS were detected byfluorescent probe and quantified by flow cytometry. The expression ofantioxidative enzymes (superoxide dismutase, glutathione peroxidase) wasdetermined by real-time PCR analysis and enzymatic assay. The relative expressionlevels of Bcl-2 and Bax were analyzed by western blotting. The addition of AGEsincreased the apoptosis of ECs in a concentration-dependent manner andHRM reduced the AGE (400 μg/ml)-induced apoptosis from 21.61±2.52 to11.32±1.75%. HRM also significantly attenuated the AGE-induced intracellular ROSinduction and decrease in the expression of antioxidative enzymes. Inconclusion, hydrogen exhibits significant protective effects against AGE-induced ECinjury possibly through reducing ROS generation, intracellular antioxidant enzymesystem protection and elevation of the Bcl-2/Bax ratio. PMID: 23563626
Nature头条：同步的时钟 编辑推荐： 许多的生物体呈现出昼夜节律——调控每日新陈代谢、生理学和行为改变的内部生物钟。但是从真菌、果蝇到人类，在物种间还没有发现有共同的生物钟基因或蛋白。在新研究中，研究人员首次鉴别出了在细菌、古细菌（archaea）和真核生物（eukaryotes）的昼夜节律中活跃的一个代谢蛋白。 研究人员鉴别出了跨越生命所有三个领域的首个保守的生物钟元件。 许多的生物体呈现出昼夜节律——调控每日新陈代谢、生理学和行为改变的内部生物钟。但是从真菌、果蝇到人类，在物种间还没有发现有共同的生物钟基因或蛋白。在新研究中，研究人员首次鉴别出了在细菌、古细菌（archaea）和真核生物（eukaryotes）的昼夜节律中活跃的一个代谢蛋白。 这一研究发现发布在5月16日的《自然》（Nature）杂志上，表明与此前的观点相反，昼夜时钟可能享有一个共同的祖先。此外，由于这一清除活性氧的代谢蛋白发生了周期性的改变，作者们认为在25亿年前对于大气中氧聚集的传感和反应有可能驱动了昼夜节律的进化。 “最厉害的是它表明不知何故所有这些生物体都具有从前不明显的代谢昼夜节律，”俄勒冈州立大学生物学家P. Andrew Karplus（没有参与这一研究）说。不过，他指出尽管鉴别的蛋白是代谢昼夜节律的一个有力标志物，但是没有证据表明它是这种节律的原因。最大的问题是这一节律的起源是什么？它是如何发生的？ 在过去的20年里，研究人员主要通过研究果蝇确确定了大量的基因和蛋白质提供给共同模式：一个转录-翻译反馈回路，凭借它基因被转录然后翻译为蛋白质，然后累积直至它们达到能够触发转录关闭的阈值，所有都发生在大约24小时的周期内。这一模型已经成为了昼夜节律研究的基础。 然而在去年，英国剑桥大学的Akhilesh Reddy和同事们证实这一昼夜生物钟机器至少有一个组件与转录无关——一个称为过氧化物酶（peroxiredoxin）蛋白的抗氧化剂家族，它可以在与代谢相关的24小时氧化-还原循环中吸纳细胞中过量的过氧化氢。Reddy研究小组发现这一几乎存在于每一个生物体中的蛋白质在人类、小鼠和海藻细胞中均显示出了昼夜节律振荡（circadian oscillation）。 “我们似乎已经发现这些真核生物体具有这些节律，因此我们决定在细菌和古细菌中开展进一步研究，”Reddy说。在最近的研究中，他的研究团队在淡水蓝藻细长聚球藻（Synechococcus elongatus）和海洋有氧古菌嗜盐杆菌（Halobacterium salinarum）中检测了过氧化物酶的氧化节律。每个生物体均在48-72小时内维持在恒定的光线和温度中，在这期间研究人员定期检测样品的过氧化物酶氧化与否。果然，在这两个物种中，蛋白质随着24小时周期显示出强大的氧化振荡。 研究小组还检测了从前鉴别的生物钟机制与过氧化物酶之间的联系，发现当果蝇和拟南芥中的已知基因突变时，过氧化物酶周期仍持续不间断。这表明两个组件——传统的转录-翻译回路因子和过氧化物酶——相互独立运作生成了生物体的昼夜节律。 由于从前在生命的不同领域没有鉴别出共同的生物钟机制，科学家们认为昼夜节律是独立多次进化而来。“但是为何要多次推倒重来？它没有任何的意义，”Reddy说。Reddy早就怀疑昼夜节律可能享有一个共同的分子起源，而事实上生命的所有三个领域都享有过氧化物酶周期支持了这一观点。例如，昼夜节律有可能是随着细胞适应早期环境能源供应（阳光）循环和随后的氧化应激循环而进化的。 目前进化的证据还不能完全令人信服，Karplus说：“过氧化物酶蛋白似乎没有驱动任何或是大概与生物钟蛋白的互作。它们只是碰巧发生了成为了代谢活动的读值。” 但是由于新发现，过氧化物酶现在可用作一种标记物来在其他研究很少的物种中寻找昼夜节律。“第一次我们发现了可在所有生物体中观测昼夜节律的一个共同点，”Reddy说。 Reddy补充说研究结果也可能还有其他更多的实际应用。例如在未来，研究人员或可利用小分子靶向过氧化物酶来破坏致病细菌的昼夜节律，或是提高农作物的节律帮助它们更有效率地生长。 （生物通：何嫱） 原摘要：Peroxiredoxins are conserved markers of circadian rhythms Cellular life emerged ~3.7 billion years ago. With scant exception, terrestrial organisms have evolved under predictable daily cycles owing to the Earth’s rotation. The advantage conferred on organisms that anticipate such environmental cycles has driven the evolution of endogenous circadian rhythms that tune internal physiology to external conditions. The molecular phylogeny of mechanisms driving these rhythms has been difficult to dissect because identified clock genes and proteins are not conserved across the domains of life: Bacteria, Archaea and Eukaryota. Here we show that oxidation–reduction cycles of peroxiredoxin proteins constitute a universal marker for circadian rhythms in all domains of life, by characterizing their oscillations in a variety of model organisms. Furthermore, we explore the interconnectivity between these metabolic cycles and transcription–translation feedback loops of the clockwork in each system. Our results suggest an intimate co-evolution of cellular timekeeping with redox homeostatic mechanisms after the Great Oxidation Event ~2.5 billion years ago. · 创新参选：Western Blot中如何消除内源的过氧化物酶( 4-28) · 奥运新忧：Cell报道提高耐力药物问世( 8-4) · 日研究人员发现膀胱生物钟机制( 5-7) · 生物钟有助人体昼夜循环( 5-4) · Nature头条：调控我们的生物钟( 4-1) · 生物钟节奏对新陈代谢有重要影响( 3-26) · Science：植物内部的生物钟( 3-12) · 《自然》：科学家用大肠杆菌创造出“遗传时钟”
http://www.springerlink.com/content/vt413114v8v63011/ 最近研究发现呼吸或通过饮水摄取氢气可以中和机体内的活性氧，如羟基自由基，从而通过降低氧化应激诱导的脑、心脏等器官损伤对各种疾病产生保护作用。这些研究认为外源性氢气会与自由基反应，从而被机体“利用”。本研究主要是评价饮用含氢气水后氢气被机体消耗的量。 7 名成年受试者饮用氢气水后，采用气相色谱半导体检测呼吸气体中氢气的含量。呼吸气体中氢气的水平饮水后 10 分钟迅速升高到 36 ppm 。然后迅速在 60 分钟内下降到正常水平，采用呼吸时间和浓度计算出氢气释放的总数量大概为吸收氢气的 59% 。试验过程中氢气的泄露大概 3% 以下。通过皮肤释放的氢气不到 0.1% 。因此大概有 40% 的氢气被保留在身体内。由于氢气属于弱还原剂量，只能和羟基自由基发生中和反应，因此可以推断身体内产生羟自由基的速度低于 1.0 μmol/min/m 2. 这个研究工作没有太多的研究证据，只根据一组人体呼吸气体氢气浓度的检测推断出身体内羟基自由基的产生速度。恐怕太大胆了。 本人提出质疑如下： 一、 氢气还原性弱，只能和羟基自由基反应，但不能排除羟基自由基和其他物质发生反应。氢气进入身体很难和比氢气还原性强的物质进行竞争。因此不能利用氢气被“消耗”的量来判断羟基自由基的产生速度。另外氢气也可能和其他活性强的自由基反应，也不能完全归因于羟基自由基。 二、 氢气摄取和释放应该符合气体运行规律，身体内不同组织溶解和释放氢气的速度完全不同。不同性质的组织溶解氢气的能力也不同。因此难以从整体上分析氢气的保留数量。身体的成分复杂，气体进入身体内，特别是少量气体，很容易被一些分子黏附，这些气体并不是被中和，而是长时间存在于身体内。这类似于把气体通入粘稠的液体中。气体只是物理隔离在液体中而已，并没有被利用。 三、 经过皮肤释放的数量可能不准确。氢气比其他气体分子量小，更容易扩散，更容易经过皮肤扩散。 四、 成年身体内本身存在一定数量的氢气，如何排除干扰。 五、 试验的设计太过简单，例如反复试验多次，看前面保留在身体的氢气是否会影响后来的氢气释放数量。应该设计不同的剂量，看不同剂量的释放和保留是否有规律。 六、 15 年前，有学者曾经用动物试验和氢同位素标记都没有证明氢气被身体利用。而现在采用的技术分辨率远低于同位素标记。竟然说有那么多氢气被利用。别说氢气，许多药物都很难被利用 40% 。而且氢气进入身体只有几分钟时间，更不可能被利用那么多。 总之，这个资料的唯一价值是测定氢气的释放规律。其他的判断和推测近乎荒唐。 Estimation of Molecular Hydrogen Consumption in the Human Whole Body After the Ingestion of Hydrogen-Rich Water Recent studies have revealed that inhaled or ingested hydrogen gas (H 2 ) inactivates reactive oxygen species such as hydroxyl radicals in various kinds of diseases and disorders in animal models and that H 2 reduces oxidative stress-induced damage in brain, heart, and other peripheral tissues. These reports suggested that exogenous H 2 is partially trapped by oxygen radicals. This study was conducted to evaluate H 2 consumption after the ingestion of H 2 -rich water. Seven adult subjects ingested H 2 -rich water. The H 2 content of their expired breath was measured by gas chromatography with a semiconductor. The ingestion of H 2 -rich water rapidly increased breath H 2 content to its maximal level of approximately 36 ppm at 10 min after ingestion and thereafter decreased it to the baseline level within 60 min. Taken together with simultaneous measurements of expiratory minute volume, 59% of the ingested H 2 was exhaled. The loss of H 2 from the water during the experimental procedures accounted for 3% or less of the H 2 . H 2 release from the skin surface was estimated as approximately 0.1%. Based on the remaining H 2 mass balance, approximately 40% of the ingested H 2 was consumed in the body. As the H 2 molecule is reported to be a weak scavenger of hydroxyl radicals and is not effective against superoxide or hydrogen peroxide, the rate of hydroxyl radical production was estimated to be at least 1.0 μmol/min/m 2 (equivalent to 29 nmol/min/kg), assuming that the H 2 molecules were all used to scavenge hydroxyl radicals and that bacterial consumption in the alimentary tract and on the skin surface could be excluded. In summary, 59% of ingested H 2 was exhaled, and most of the remainder was consumed in the body.
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