Long?term and daily use of molecular hydrogen induces reprogramming of liver metabolism in rats by modulating NADP/NADPH redox pathways

長期和每天使用氫分子通過調節 NADPNADPH 氧化還原途徑誘導大鼠肝臟代謝的重編程

來源：Scientific Reports | (2022) 12:3904

 

一、摘要概述

 

本研究通過轉錄組學、代謝組學結合生化分析，首次揭示長期分子氫（H?）干預（6個月）通過調節NADP/NADPH氧化還原通路，誘導健康大鼠肝臟代謝重編程。核心發現：

 

代謝重編程：H?（富氫水HRW或吸入氫氣HI）降低肝臟脂質合成，增強脂解作用，伴隨內臟脂肪和棕色脂肪減少（圖2B-F），血清脂質水平下降（圖2G-J）。

 

 

分子機制：

 

下調NADP水平（圖3B），激活NADPH依賴通路（如磷酸戊糖途徑PPP）。

 

 

促進氨基酸分解（甘氨酸/絲氨酸代謝通路）和嘌呤核苷酸合成（圖1F-K）。

 

 

全身效應：減少內臟脂肪體積（↓44%），升高血清腎上腺素（↑57%）和激素敏感性脂肪酶HSL活性（↑28%），激活脂解（圖2K-L）。

 

無氧化應激改變：SOD、CAT、MDA等氧化指標無顯著變化（補充圖1C-E）。

 

結論：H?通過NADP/NADPH通路重塑肝臟代謝，為健康人群預防性應用提供分子依據。

 

二、研究目的

 

解析H?的長期效應：探究6個月H?干預對健康大鼠肝臟代謝的分子機制。

 

揭示代謝調控靶點：明確H?是否通過NADP/NADPH通路影響脂質/氨基酸代謝。

 

評估全身代謝影響：分析H?對體成分、脂肪分布及血清生化指標的調節作用。

 

三、研究思路

 

采用 “多組學整合+表型驗證”策略：

 

動物模型：

 

健康SD大鼠分3組：對照組（CTRL）、富氫水組（HRW）、氫氣吸入組（HI），干預6個月（圖1A）。

 

多組學分析：

 

轉錄組：RNA測序分析肝臟差異表達基因（DEGs）（圖1B）。

 

代謝組：UPLC-MS檢測肝臟代謝物變化（圖1C-P）。

 

表型驗證：

 

體成分：顯微CT量化脂肪體積（圖2B-F）。

 

血清指標：血脂、腎上腺素、HSL活性（圖2G-L）。

 

NADP通路：代謝網絡分析（圖3A-D）。

 

機制整合：基因-代謝物互作網絡揭示NADP為核心調控節點（圖3B）。

 

四、關鍵數據及其研究意義

1. 肝臟代謝重編程（圖1）

 

數據來源：圖1B（轉錄組聚類）、圖1C-P（代謝物變化）。

 

關鍵結果：

 

脂代謝：脂肪酸酰基肉堿（↑1.8倍）、乙酰乙酸（↑2.1倍）升高，膽固醇衍生物（↓40-60%）（圖1L-O）。

 

氨基酸代謝：L-絲氨酸、L-蘇氨酸（↓35%），甘氨酸代謝通路抑制（圖1F-G）。

 

核酸代謝：腺嘌呤（↓30%），脫氧腺苷（↑2.5倍）（圖1I-J）。

 

研究意義：首次證實H?通過促進脂解和氨基酸分解，支持碳水化合物和嘌呤合成。

 

2. 體脂減少與脂解激活（圖2）

 

數據來源：圖2A-F（體成分）、圖2K-L（脂解指標）。

 

關鍵結果：

 

內臟脂肪體積：HI組↓55%（圖2C），BAT質量↓48%（圖2F）。

 

血清腎上腺素：HI組↑57%（圖2L），肝臟HSL活性↑28%（圖2K）。

 

研究意義：H?通過激活腎上腺素-HSL軸促進脂解，改善體脂分布。

 

3. NADP/NADPH通路的核心作用（圖3）

 

數據來源：圖3A（互作網絡）、圖3B-D（NADP關聯通路）。

 

關鍵結果：

 

NADP水平↓30%（圖3B），與脂代謝基因負相關（r=-0.82, p<0.01）。

 

PPP通路代謝物（G6P、6PG）↑1.5倍（圖3D），支持NADPH生成。

 

研究意義：H?通過下調NADP激活NADPH依賴的還原反應，驅動代謝重編程。

 

五、結論

 

代謝重塑：H?誘導肝臟從脂質合成轉向脂解和氨基酸分解，支持能量供應與核苷酸合成。

 

核心機制：NADP/NADPH通路是H?調控代謝的關鍵樞紐，通過抑制NADP促進NADPH依賴反應。

 

應用價值：為H?預防脂代謝紊亂（如肥胖、脂肪肝）提供分子基礎，支持其健康人群應用潛力。

 

六、丹麥Unisense電極數據的詳細解讀

1. 技術原理與實驗角色

 

電極型號：Unisense氫微電極（材料與方法章節）。

 

功能：實時監測富氫水（HRW）中H?濃度，確保 >800 μM（材料與方法）。

 

校準標準：每日校準，維持實驗條件一致性。

 

2. 研究意義

 

質量控制：保障H?干預劑量準確性，避免濃度波動干擾結果（如代謝物檢測）。

 

技術優勢：

 

高靈敏度：檢測限達微摩爾級，確保H?生物有效性。

 

穩定性：長期實驗（6個月）中維持數據可靠性。

 

局限：未直接用于體內H?動態監測，僅作為體外濃度控制工具。

 

3. 對代謝研究的價值

 

劑量效應關聯：精確的H?濃度控制為代謝響應（如脂解強度）提供劑量依賴證據。

 

轉化醫學意義：為臨床H?干預（如富氫水飲用）的標準化提供技術參考。

 

總結：本研究通過多組學整合揭示H?通過NADP/NADPH通路重塑肝臟代謝，Unisense電極在保障H?干預準確性中發揮關鍵質控作用。