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Effect of H2 treatment in a mouse model of rheumatoid arthritis-associated interstitial lung disease
氫氣治療對類風濕關節炎相關間質性肺病小鼠模型的影響
來源：Journal of Cellular and Molecular Medicine, Volume 23, 2019, Pages 7043-7053
《細胞與分子醫學雜志》第23卷，2019年，第7043-7053頁
摘要
這篇論文摘要闡述了類風濕關節炎（RA）相關間質性肺病（ILD）是RA患者死亡的主要原因，但治療選擇有限。研究使用D1CC轉基因小鼠模型，該模型在關節中異常表達主要組織相容性復合體II類基因，發展出膠原II誘導的多關節炎和抗環瓜氨酸肽抗體以及間質性肺炎，與人類情況相似。分子氫（H2）是一種有效的抗氧化劑，能夠穿透細胞膜，減輕活性氧物種（ROS）誘導的損傷，這與RA發病機制有關。研究使用D1CC小鼠分析慢性肺纖維化發展并評估H2治療效果。給D1CC小鼠注射II型膠原并提供富氫水或對照水直至分析。注射10個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區呈斑片狀分布，肺部8-羥基-2'-脫氧鳥苷陽性細胞數量增加，腫瘤壞死因子-α、BAX、轉化生長因子-β、白細胞介素-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區彌漫性發展，與人類相似。H2治療減輕了這些肺部效應。因此，該模型對研究H2治療效果和人類慢性間質性肺炎病理生理學很有價值。H2似乎通過減輕氧化應激來對抗RA-ILD。
研究目的
本研究旨在評估氫氣治療對類風濕關節炎相關間質性肺?。≧A-ILD）的影響，并探究其保護機制，特別是通過減輕氧化應激來對抗肺部炎癥和纖維化。
研究思路
研究思路采用D1CC轉基因小鼠作為RA-ILD模型，通過注射II型膠原誘導關節炎和肺病。小鼠被隨機分為三組：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飲水直至分析點（10個月后）。通過多種方法評估效果：血清生物標志物（SP-D、LPO）、肺部影像學（micro-CT）、組織學分析（炎癥和纖維化評分）、分子表達（Western blot、RT-qPCR檢測TNF-α、BAX、TGF-β、IL-6）、氧化應激標志物（8-OHdG免疫組化）。研究旨在全面評估H2對肺部炎癥、纖維化和氧化應激的影響。
測量的數據及研究意義
1 血清SP-D水平：通過酶免疫分析法測量，發現膠原注射組顯著升高，H2治療使其降低（圖3K）。研究意義：SP-D是肺損傷的生物標志物，其水平變化反映H2對肺保護作用的有效性。
2 肺部CT密度：使用micro-CT成像，量化高密度區域比例，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 組織學炎癥和纖維化評分：采用Ashcroft評分系統，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減少了細胞外基質沉積，抑制了纖維化進程。
5 細胞因子和凋亡相關蛋白表達：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，H2治療下調（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發揮保護作用。
6 氧化應激標志物：血清LPO水平（硫代巴比妥酸反應物質法）和肺部8-OHdG陽性細胞數（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：證實氧化應激參與RA-ILD發病，且H2通過抗氧化機制發揮作用。
結論
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。
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展過程，是研究該疾病病理生理學和治療干預的有效工具。
4 連續飲用富氫水是一種安全有效的給藥方式，能提供持續的保護作用，支持H2作為RA-ILD潛在治療策略的進一步研究。
使用丹麥Unisense電極測量數據的研究意義
使用丹麥Unisense電極測量的數據在本研究中用于精確監控和確保富氫水制備過程中溶解氫氣濃度的穩定性和一致性。研究團隊在制備富氫水時，將氫氣在高壓（0.4 MPa）下溶解于反滲透水中達到超飽和狀態，并使用Unisense電極測量水中的氫氣濃度，確認其達到約640 μM（約80%飽和度）（見2.1 Materials and Methods）。這一測量確保了實驗組小鼠攝入的H2劑量是準確且可重復的，為后續觀察到的生理效應（如減輕氧化應激、炎癥和纖維化）提供了可靠的劑量基礎。Unisense電極的高精度和特異性使得研究人員能夠嚴格控制這一關鍵實驗變量，排除了因H2濃度波動導致的實驗誤差，從而增強了整個研究結果的可信度和結論的科學性。