氫氣效應機制：表觀遺傳調節基因表達

氫氣醫學建立以來，大量生物醫學研究發現，氫氣對150多種疾病和損傷具有治療作用，但是氫氣作用的具體分子機制並不夠明確，這限制了氫氣醫學研究和臨床推廣的有效進行。因此，開展氫氣醫學機制研究是當前氫氣醫學研究的核心任務之一。

日本中部大學生命和健康科學學院市原正智（Masatoshi Ichihara）教授小組最近在BBRC發表論文，利用基因表達組學研究結果，提出氫氣生物學效應的新機制，是通過組蛋白修飾誘導線粒體蛋白未摺疊反應。這一研究也暗示，氫氣醫學機制研究向更深更廣方向發展，相信這些新的研究對我們理解和認識神奇的氫氣醫學有很大幫助。

氫氣具有疾病治療作用，氫氣發揮疾病治療作用主要是通過減少氧化損傷和炎症反應，研究發現氫氣對許多細胞內基因表達有調節作用，基因表達調節可能與細胞內信號分子和代謝同路有關。但氫氣醫學學術上目前的最大問題正是對氫氣作用的分子本質過程不了解，具體到氫氣基因表達調節，就是不確定氫氣調節通過直接作用，還是通過氫氣保護細胞後的間接表現。間接效應的本質是說，細胞損傷被氫氣保護，基因表達發生改變只不過是氫氣有保護效果的分子標誌而已，並不是氫氣產生作用的分子代理。其實這就是典型的「誰是因誰是果」爭論在氫氣醫學上的體現。

本研究針對這個問題，採用基因表達晶元對大鼠肝臟和肺內基因表達的情況進行整體分析，並與飲食壓力進行對比。結果發現，氫氣能激活的一組基因屬於組蛋白H3K27甲基化調節目標基因，同時也能調節許多信號相關基因。定量PCR驗證結果顯示氫氣上調Kcnc3基因表達，該基因屬於H3K27在肝、肺、腎和腦內的目標基因。利用免疫組織化學和Western免疫分析方法，發現氫氣可以影響小鼠和大鼠肝臟H3K27甲基化狀態。研究還發現氫氣也可以誘導H3K27去甲基化酶Jmjd3和線粒體未摺疊蛋白反應(mtUPR)相關基因。

H3K27去甲基化酶是一種表觀遺傳性修飾，這種表觀遺傳性修飾可調節組蛋白包裹DNA的緊密程度，從而能影響基因表達的速度。未摺疊蛋白反應是由於缺氧、氧化應激等因素導致內質網中未摺疊或錯誤摺疊蛋白增多，應激信號通過內質網膜傳遞到細胞核中，繼而引起一系列特定的靶基因轉錄和蛋白質翻譯水平下調，以維持細胞正常功能的一種自我保護機制。線粒體未摺疊蛋白反應則是和線粒體相關蛋白的類似反應。最近研究發現，線粒體未摺疊蛋白反應可以改變H3K27或H3K9甲基化狀態和染色體結構重建，改變線粒體功能。

該研究系列結果提示，氫氣能通過線粒體未摺疊蛋白反應通路，影響表觀遺傳學修飾組蛋白功能，調節相關基因表達，產生有利於細胞的效應。

研究模式圖

研究說明，氫氣可能存在更本質更深層的生物學效應。當然從生物學基本邏輯上考慮，氫氣這種生命起源相關物質，在原始生命形式作為能量代謝樞紐的氣體，影響和調節基因表達並不讓人感到突然。但是問題仍然存在，氫氣這種表觀遺傳學調節的方式具體的分子位點是什麼，仍然是一個重要的科學難題。當然科學不怕而是歡迎問題，沒有問題就沒有了科學。所以，氫氣醫學科學革命仍在路上，科學家仍然需要繼續努力。

科學研究需要繼續，氫氣醫學應用則不需要等待，作為一種安全有效的醫學氣體，氫氣已經在許多疾病治療中顯現出價值，眾多學者和企業已經努力於氫氣醫學產業化和實用化。相信將來氫氣醫學的學術和產業將會相映輝煌，永載史冊。

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