Molecular hydrogen attenuates gefitinib-induced exacerbation of naphthalene-evoked acute lung injury through a reduction in oxidative stress and inflammation

分子氫通過減少氧化應激和炎癥減輕吉非替尼誘導的萘引起的急性肺損傷加劇

來源：Laboratory Investigation, Volume 99, 2019, Pages 793-806

《實驗室研究》第99卷，2019年，第793-806頁

 

摘要

這篇論文摘要闡述了盡管EGFR酪氨酸激酶抑制劑吉非替尼對晚期非小細胞肺癌高度有效，但可能引發嚴重急性間質性肺炎。分子氫作為一種治療性和預防性抗氧化劑，能有效保護小鼠肺免受萘腹腔注射后口服吉非替尼引起的嚴重損傷。自由飲用富氫水減輕了萘/吉非替尼誘導的體重下降，顯著提高生存率，這與肺炎癥和支氣管肺泡灌洗液中炎癥細胞因子的減少相關。萘降低了肺中谷胱甘肽，增加了血漿中丙二醛，并增加了氣道細胞中4-羥基-2-壬烯醛的產生，所有這些都被富氫水緩解，表明富氫水逆轉了氧化應激引起的支氣管壁細胞損傷。最后，氫處理不干擾吉非替尼對體外肺癌細胞系或體內荷瘤小鼠的抗腫瘤作用。結果表明富氫水有潛力通過減輕肺損傷而不損害抗腫瘤活性來改善吉非替尼治療期間的生活質量。

 

研究目的

本研究旨在探討分子氫是否能夠減輕吉非替尼在萘誘導的急性肺損傷模型中的加劇作用，并評估氫處理是否會影響吉非替尼的抗腫瘤療效。目的是驗證氫通過減少氧化應激和炎癥來保護肺組織，同時不干擾吉非替尼的抗癌功能，為臨床減輕吉非替尼副作用提供新策略。

 

研究思路

研究思路首先建立小鼠萘/吉非替尼誘導的急性肺損傷模型，通過腹腔注射萘和口服吉非替尼模擬肺損傷。小鼠被隨機分組，包括對照組、萘處理組、萘加吉非替尼組，以及相應組別飲用富氫水或對照水。通過監測體重變化和生存率評估整體損傷程度。收集支氣管肺泡灌洗液分析炎癥細胞計數和細胞因子水平，進行肺組織病理學檢查如H&E染色和免疫組化，以評估炎癥和氧化應激標志物。使用qPCR分析肺組織中炎癥和抗氧化基因表達。體外實驗通過處理肺癌細胞系測試氫對吉非替尼細胞毒性的影響，體內實驗通過荷瘤小鼠模型評估氫對吉非替尼抗腫瘤活性的干擾。關鍵測量包括使用丹麥Unisense電極精確監測富氫水中的氫濃度，確保處理一致性。

 

測量的數據及研究意義

1. 體重變化和生存率：數據顯示萘單獨引起體重暫時下降，吉非替尼加劇此效應并導致死亡率，富氫水顯著減輕體重損失和改善生存（圖1）。研究意義在于體重和生存是整體肺損傷的直觀指標，證實氫對系統保護作用，為臨床評估提供參考。

 

2. 支氣管肺泡灌洗液炎癥細胞計數：萘和吉非替尼增加中性粒細胞、淋巴細胞和巨噬細胞數量，富氫水抑制此炎癥細胞浸潤（圖2）。研究意義在于直接量化肺局部炎癥反應，顯示氫的抗炎效果，提示其通過調節免疫細胞遷移減輕損傷。

 

3. 支氣管肺泡灌洗液細胞因子水平：萘/吉非替尼升高CCL2和IL-6水平，富氫水顯著降低這些細胞因子（圖3）。研究意義在于揭示氫抑制炎癥信號通路，減少趨化因子和促炎因子產生，有助于解釋其抗炎機制。

 

4. 肺組織病理學評分：H&E染色顯示萘/吉非替尼引起支氣管壁炎癥細胞浸潤和肺泡損傷，Ashcroft評分增加，富氫水降低評分（圖4）。研究意義在于組織學驗證氫對肺結構保護，確認其減輕纖維化和炎癥的形態學基礎。

 

5. 免疫組化分析：萘/吉非替尼增加F4/80+巨噬細胞和CD3+ T細胞浸潤，減少CCSP+ Clara細胞，富氫水逆轉這些變化并降低CCL2和IL-6陽性細胞（圖5）。研究意義在于細胞水平顯示氫保護上皮干細胞和調節免疫細胞，強調其在組織修復中的作用。

 

6. qPCR基因表達：萘/吉非替尼上調IL-6、TNF-α及抗氧化酶基因如heme oxygenase-1，富氫水抑制這些表達（圖6）。研究意義在于分子水平證實氫調節氧化應激和炎癥相關基因轉錄，提供機制洞察。

 

7. 氧化應激標志物：萘降低BALF中谷胱甘肽，增加血漿MDA和肺組織4-HNE，富氫水緩解這些變化（圖7）。研究意義在于直接證明氫減輕脂質過氧化和氧化損傷，支持其作為抗氧化劑的角色。

 

8. 抗腫瘤活性測試：體外和體內實驗顯示氫不影響吉非替尼誘導的肺癌細胞死亡或腫瘤縮小（圖8）。研究意義在于確保氫的安全性，不妥協抗癌療效，促進其輔助治療應用。

 

結論

1. 富氫水通過減少氧化應激和炎癥，有效減輕萘/吉非替尼誘導的小鼠急性肺損傷，改善體重恢復和生存率。

2. 氫處理不干擾吉非替尼的抗腫瘤活性，在體外和體內均保持其抗癌效果，表明氫作為輔助治療的可行性。

3. 氫的保護機制涉及抑制炎癥細胞浸潤、細胞因子產生和氧化損傷，同時支持肺上皮細胞修復，為臨床緩解吉非替尼副作用提供理論基礎。

 

使用丹麥Unisense電極測量數據的研究意義

使用丹麥Unisense電極（具體為針型H2傳感器）測量的數據在本研究中具有關鍵的研究意義。該電極用于精確監測富氫水中的氫濃度，確保其達到約80%飽和度（640μM），為實驗提供標準化和可重復的氫處理條件。這種高精度測量保證了氫濃度的可靠性，避免了因劑量波動引入的混淆變量，使體重、炎癥和氧化應激等結果更具說服力。Unisense電極的高靈敏度（能檢測微摩爾級變化）和快速響應時間，使研究人員能實時驗證氫在水中的穩定性，半衰期約1天，從而確保小鼠在整個實驗期間持續暴露于有效氫濃度。這不僅強化了氫作為干預措施的有效性，還為后續臨床轉化提供了方法學基礎，因為準確的劑量控制是評估抗氧化療法效果的前提。此外，電極的使用突出了氫的藥代動力學特性，如快速擴散能力，支持了氫能迅速到達肺組織發揮作用的結論。總之，Unisense電極的應用提升了實驗的嚴謹性，為氫的抗氧化和抗炎效應提供了量化保障，推動了分子氫在減輕藥物副作用中的潛在應用研究。