Effect of H2 treatment in a mouse model of rheumatoid arthritis-associated interstitial lung disease

氫氣治療對類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎相關(guān)間質(zhì)性肺病小鼠模型的影響

來源：Journal of Cellular and Molecular Medicine, Volume 23, 2019, Pages 7043-7053

《細(xì)胞與分子醫(yī)學(xué)雜志》第23卷，2019年，第7043-7053頁

 

摘要

這篇論文摘要闡述了類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎（RA）相關(guān)間質(zhì)性肺?。↖LD）是RA患者死亡的主要原因，但治療選擇有限。研究使用D1CC轉(zhuǎn)基因小鼠模型，該模型在關(guān)節(jié)中異常表達(dá)主要組織相容性復(fù)合體II類基因，發(fā)展出膠原II誘導(dǎo)的多關(guān)節(jié)炎和抗環(huán)瓜氨酸肽抗體以及間質(zhì)性肺炎，與人類情況相似。分子氫（H2）是一種有效的抗氧化劑，能夠穿透細(xì)胞膜，減輕活性氧物種（ROS）誘導(dǎo)的損傷，這與RA發(fā)病機(jī)制有關(guān)。研究使用D1CC小鼠分析慢性肺纖維化發(fā)展并評估H2治療效果。給D1CC小鼠注射II型膠原并提供富氫水或?qū)φ账敝练治觥Ｗ⑸?0個(gè)月后觀察到血清表面活性蛋白D值增加和肺部密度增加。炎癥在淋巴管周圍基質(zhì)區(qū)呈斑片狀分布，肺部8-羥基-2'-脫氧鳥苷陽性細(xì)胞數(shù)量增加，腫瘤壞死因子-α、BAX、轉(zhuǎn)化生長因子-β、白細(xì)胞介素-6和可溶性膠原水平升高。炎癥和纖維化變化在淋巴管周圍基質(zhì)區(qū)彌漫性發(fā)展，與人類相似。H2治療減輕了這些肺部效應(yīng)。因此，該模型對研究H2治療效果和人類慢性間質(zhì)性肺炎病理生理學(xué)很有價(jià)值。H2似乎通過減輕氧化應(yīng)激來對抗RA-ILD。

 

研究目的

本研究旨在評估氫氣治療對類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎相關(guān)間質(zhì)性肺?。≧A-ILD）的影響，并探究其保護(hù)機(jī)制，特別是通過減輕氧化應(yīng)激來對抗肺部炎癥和纖維化。

 

研究思路

研究思路采用D1CC轉(zhuǎn)基因小鼠作為RA-ILD模型，通過注射II型膠原誘導(dǎo)關(guān)節(jié)炎和肺病。小鼠被隨機(jī)分為三組：對照組（注射佐劑無膠原，飲普通水）、H2治療陰性組（注射膠原，飲普通水）和H2治療陽性組（注射膠原，飲富氫水）。從注射第一天開始提供相應(yīng)飲水直至分析點(diǎn)（10個(gè)月后）。通過多種方法評估效果：血清生物標(biāo)志物（SP-D、LPO）、肺部影像學(xué)（micro-CT）、組織學(xué)分析（炎癥和纖維化評分）、分子表達(dá)（Western blot、RT-qPCR檢測TNF-α、BAX、TGF-β、IL-6）、氧化應(yīng)激標(biāo)志物（8-OHdG免疫組化）。研究旨在全面評估H2對肺部炎癥、纖維化和氧化應(yīng)激的影響。

 

測量的數(shù)據(jù)及研究意義

1 血清SP-D水平：通過酶免疫分析法測量，發(fā)現(xiàn)膠原注射組顯著升高，H2治療使其降低（圖3K）。研究意義：SP-D是肺損傷的生物標(biāo)志物，其水平變化反映H2對肺保護(hù)作用的有效性。

 

2 肺部CT密度：使用micro-CT成像，量化高密度區(qū)域比例，膠原注射組增加，H2治療減輕（圖3A,D,G,J）。研究意義：直觀顯示H2對肺部病變的改善作用。

3 組織學(xué)炎癥和纖維化評分：采用Ashcroft評分系統(tǒng)，膠原注射組評分升高，H2治療顯著降低（圖3L）。研究意義：直接證明H2減輕了肺部的炎癥和纖維化病理變化。

4 可溶性膠原水平：使用Sircol assay測定，膠原注射組增加，H2治療降低（圖4F）。研究意義：表明H2減少了細(xì)胞外基質(zhì)沉積，抑制了纖維化進(jìn)程。

 

5 細(xì)胞因子和凋亡相關(guān)蛋白表達(dá)：通過Western blot和RT-qPCR檢測TNF-α、IL-6、TGF-β、BAX的mRNA和蛋白水平，膠原注射組上調(diào)，H2治療下調(diào)（圖4A-E）。研究意義：揭示H2通過抑制炎癥因子和促凋亡蛋白表達(dá)發(fā)揮保護(hù)作用。

6 氧化應(yīng)激標(biāo)志物：血清LPO水平（硫代巴比妥酸反應(yīng)物質(zhì)法）和肺部8-OHdG陽性細(xì)胞數(shù)（免疫組化）在膠原注射組增加，H2治療顯著降低（圖6D,E）。研究意義：證實(shí)氧化應(yīng)激參與RA-ILD發(fā)病，且H2通過抗氧化機(jī)制發(fā)揮作用。

 

結(jié)論

1 H2治療顯著減輕了D1CC小鼠模型中RA-ILD的肺部炎癥、纖維化和氧化應(yīng)激。

2 H2通過降低有害ROS（如·OH和ONOO-）水平，減少氧化損傷，從而抑制炎癥因子（TNF-α、IL-6）、促纖維化因子（TGF-β）和促凋亡蛋白（BAX）的表達(dá)。

3 D1CC小鼠模型成功模擬了人類RA-ILD的特征，包括肺部病變的淋巴管周圍分布和慢性進(jìn)展過程，是研究該疾病病理生理學(xué)和治療干預(yù)的有效工具。

4 連續(xù)飲用富氫水是一種安全有效的給藥方式，能提供持續(xù)的保護(hù)作用，支持H2作為RA-ILD潛在治療策略的進(jìn)一步研究。

 

使用丹麥Unisense電極測量數(shù)據(jù)的研究意義

使用丹麥Unisense電極測量的數(shù)據(jù)在本研究中用于精確監(jiān)控和確保富氫水制備過程中溶解氫氣濃度的穩(wěn)定性和一致性。研究團(tuán)隊(duì)在制備富氫水時(shí)，將氫氣在高壓（0.4 MPa）下溶解于反滲透水中達(dá)到超飽和狀態(tài)，并使用Unisense電極測量水中的氫氣濃度，確認(rèn)其達(dá)到約640 μM（約80%飽和度）（見2.1 Materials and Methods）。這一測量確保了實(shí)驗(yàn)組小鼠攝入的H2劑量是準(zhǔn)確且可重復(fù)的，為后續(xù)觀察到的生理效應(yīng)（如減輕氧化應(yīng)激、炎癥和纖維化）提供了可靠的劑量基礎(chǔ)。Unisense電極的高精度和特異性使得研究人員能夠嚴(yán)格控制這一關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)變量，排除了因H2濃度波動導(dǎo)致的實(shí)驗(yàn)誤差，從而增強(qiáng)了整個(gè)研究結(jié)果的可信度和結(jié)論的科學(xué)性。