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【氢思语】常喝氢水或许可以保护心脏功能

时间:2021-04-29人气: 作者: admin


《氢思语》对东海大学医学院生理学系哈鲁奇卡·马苏达教授***近发表在《生物学》的研究论文,引起许多人的关注。该研究发现14天饮用氢水可以保护高脂肪饮食肥胖小鼠心脏功能,特别是能改善脂肪组织比例,优化能量代谢,并能保护心脏功能,其中心脏功能专业性比较强,没有详细介绍,但读者说不过瘾,希望能对这个内容适当解释,我其实对这个方面的研究也不够专业,只能现学现卖了。本文权当上次文章的补充,阅读前请先阅读前文。


3.5。摄入氢水可减轻肥胖小鼠的代谢性心肌病

摄入氢水有助于改善肥胖小鼠的代谢性心肌病的形态学和功能。

(1)心肌肥厚的形态学改善

在40倍的放大率下评估HE染色的心肌细胞,氢水组心肌细胞的平均宽度比对照组明显缩小了0.78倍(分别为11.8±0.58和15.1±0.69)(图5a,b)。

 

【氢思语】氢水保护心脏功能的细节(图1)


图5。肥胖小鼠灌胃14 d后心脏形态学特征。(a,b) 对照组和氢水组肥胖小鼠心肌细胞的HE染色特征和宽度。柱状图表示每幅图像中心肌细胞的宽度。N = 7或8;* * p <0.01。(c,d) LV Ser1177p-eNOS+心肌横断面HE染色图像。柱状图显示了每张图像中Ser1177p-eNOS+心肌区域占心脏区域的百分比。N = 4或5;* p <0.05。(e–g)用isolectin B4-Alexa Fluor 488染色的左室****横断面图像。柱状图显示****计数/mm2和管腔内短轴直径。(e–g)用isolectin B4-Alexa Fluor 488染色的左室****横断面图像。柱状图显示****计数/mm2和管腔内短轴直径。N = 6或7;ns,不重要;* p <0.05。(h-j)以αSMA-Alexa Fluor 594染色的左室小动脉横断面图像。柱状图显示动脉计数/mm2和腔内短轴直径。N = 7或8;ns,无差异;* * p <0.01。(k)在氢水或对照处理的肥胖小鼠中,苏木精和8- ohdg染色的心脏特征。对照或氢水面板中的黄色边框图像在左下角的黄色边框插入的每个图像中被放大。双染色(深棕色)和苏木精染色(蓝色)的细胞核显示8-OHdG+和8-OHdG-细胞。(l) 氢水组和对照组小鼠心脏8-OHdG+和8-OHdG-细胞密度;n = 4;* p <0.05。

 

(2)氢水促进肥胖小鼠心肌细胞eNOS磷酸化

与对照组相比,氢水组中eNOS Ser1177磷酸化的心肌细胞所占据的左室区域显著延长了1.7倍(每切片分别为50.5%±5.1%和29.2%±5.1%)(图5c,d)。

 

(3)氢水组肥胖小鼠心脏动脉和****扩张

氢水和对照组间用isolectin B4-Alexa Fluor 488染色的心脏****计数没有显著差异(分别为220.7±60.2 vs. 215.3±54.6/mm2)(图5e,f)。相反,氢水组的平均短轴直径比对照组显著增加了1.3倍(分别为4.2±0.52和3.3±0.65)(图5e,g)。

进一步计算平均短轴直径和α-SMA抗体染色的小动脉数量。心脏小动脉的这些特征与****相似。氢水组和对照组间动脉计数差异无统计学意义(52.0±14.0 vs. 54.8±7.6/mm2)(图5h,i)。相反,氢水组的平均短轴直径比对照组显著增加了1.4倍(8.0±1.67 vs. 5.6±0.92)(图5h,j)。

(4)氢水减轻了氢水组肥胖小鼠的心脏氧化应激

与WAT病例中观察到的特征相似,氢水组与对照组相比,8-OHdG+细胞有减少的趋势(1977±361/mm2 vs. 3021±1280/mm2),但差异无统计学意义(图5k,l,表S6)。与对照组相比,氢水组8-OHdG-细胞数量明显增加(620±307/mm2 vs 124±119/mm2),表明氢水减轻了肥胖小鼠的心脏氧化应激。

(5)氢水可改善肥胖小鼠的心脏功能

M型超声心动图测量左室参数SWT、LVEDD、LVESD、PWT评估心功能(图6a、b)。两组间心率无明显差异(图6c,表S7)。值得注意的是,与对照组相比,氢水组每克体重的LV质量降低了0.8倍(分别为3.64%±0.54% vs 4.57%±0.20%)(图6d,表S7)。与对照组相比,氢水组EF%显著恢复(分别为40.1%±5.54% vs. 22.8%±2.53%)(图6e,表S7), EF%也显著恢复(90.3%±4.1% vs. 75.3%±4.4%)(图6f)。

 



【氢思语】氢水保护心脏功能的细节(图2)

图6。对照和氢水对肥胖小鼠心脏生理功能的影响。

(a)小鼠超声心动图M型图评价心功能的参数(LVEDD、LVESD、左室SWT、左室PWT)。(b) 对照组和氢水组肥胖小鼠心脏心电图M型图。(c)心率。(d) LV质量/体重 (mg/g)计算公式:LV质量(mg/g) = [(LVEDD + SWT + PWT)3−LVEDD3] × 1.055/体重。(e) %分数缩短(FS%) = [(LVEDD−LVESD)/LVEDD] × **。(f) %射血分数(EF%) = [(LVEDD−LVESD)3]/LVEDD3] × **;ns,无差异;* p <0.05。

 

3.6。内皮祖细胞生物活性在氢水集团得到改善

 内皮祖细胞集落形成试验

   PBMCs或分离的BM-KSL细胞在含有甲基纤维素的培养基中培养加入20 ng/mL的干细胞因子, 50 ng/mL的血管内皮生长因子, 20 ng/mL的白细胞介素-3, 50 ng/mL的碱性成纤维细胞生长因子,将50 ng/mL表皮生长因子受体、50 ng/mL胰岛素样生长因子-1 、2 U/mL肝素和10%胎牛血清置于35 mm Falcon™原代细胞培养皿上培养8天。每皿5 × 105个细胞接种PBMCs,每皿500个细胞接种BM-KSL细胞。EPCs的集落形成单位为small- epc - cus或大型epc - cus;用倒置显微镜在40倍放大下目视检查,如先前报道的。分化率pc - cus占总pc - cus的百分比计算。

与对照组相比,氢水组每毫升循环血液pEPC、dEPC和总EPC集落数分别增加了2.0-、4.0-和2.5倍(图7a、b、表S8)。与对照组相比,氢水组中500个BM-KSL细胞产生的dEPC和总EPC集落数分别增加了1.4倍和1.1倍,而pEPC集落数没有显著差异(图7c,表S8)。进一步,以500个BM-KSL细胞产生的EPCs总数中dEPC集落数的百分比计算从BM-KSL细胞中分化出的EPCs的分化等级。氢水组EPCs分化程度明显高于对照组(分别为27%和22%)(图7d,表S8)。与对照组相比,氢水组从右股骨和胫骨分离的总KSL细胞中pEPC、dEPC和总EPC集落数增加了1.3-、1.8-和1.4倍(图7a,e,表S8)。这些发现表明,氢水恢复了EPC动员进入循环,以及从骨髓来源的血管生成干细胞的扩张和分化。

 

【氢思语】氢水保护心脏功能的细节(图3)

Figure 7. The biological properties of EPCs in DIO mice treated with hydrogen water for 14 days. (a) Representative images of pEPC-CFUs and dEPC-CFUs in methylcellulose culture medium. (b–e) The counts and differentiation degree of EPC-CFUs between the 对照 and 氢水 groups. EPC-CFU counts per mL blood (b), originated from 500 BM-KSL cells (c), originated from whole BM-KSL cells in the left femur and tibia (e). (d) The EPC differentiation degree calculated using the ratio of dEPC-CFUs/total EPC-CFUs (pEPC-CFUs + dEPC-CFUs) in (c). The clear and gray columns indicate pEPC-CFUs and dEPC-CFUs, respectively; ns, not significant; * p < 0.05, ** p < 0.01, *** p < 0.001.

 

4. 讨论

本研究旨在确定氢水是否可缓解肥胖小鼠的心血管功能障碍。结果显示,即使是相对较短的时间(2周)饮用氢水, 肥胖小鼠的心脏功能和血管生物活性都得到了恢复,这将抗氧化和炎症效应与脂肪组织联系起来。慢性心血管疾病肥胖小鼠摄入氢水增加了心肌细胞内eNOS磷酸化,导致****和小动脉显著的心血管扩张,进而产生心脏保护。此外,氢水恢复EPCs的动力学(即从骨髓中的扩增、分化和动员)。氢水的心血管保护作用的分子机制与脂肪组织重塑有关,但与降低高血糖无关。

4.1。棕色脂肪**和白色脂肪棕色化

在一些之前的研究中报道,肥胖小鼠的棕色脂肪或白色脂肪作为炎症的一个重要来源,导致糖尿病性心肌病伴肥胖。据报道,摄入氢水可以通过抑制NF-kβ来降低受损大鼠肺中TNF-α和IL-1β的蛋白水平,从而减轻炎症。

在整个2周的观察期间,对照组和氢水组的体重增加相似,而氢水组的棕色脂肪质量与体重百分比显著增加,而白色脂肪质量的%比值没有变化(图2a,图3)。

虽然对照组在2周的观察期间PPBS没有变化,但氢水组在第14天与预处理第0天相比,该参数有所下降(图2b)。

氢水饮用14天没有显著减少促炎细胞因子的基因表达水平的肿瘤坏死因子-α和IL - 1β在蝙蝠或窟与对照组相比,虽然倾向于基因表达水平降低,这可能变得明显由于延长**期。

Kamimura等报道,即使74周摄入氢水对肥胖小鼠的体重也没有影响。在摄入氢水3个月时,可改善高血糖、高胰岛素血症和血浆甘油三酯水平,降低糖尿病db/db小鼠的体重。考虑到这些参考文献,在本研究中,延长氢水时间可能是改善高血糖水平的必要条件。

据报道,摄入氢水会上调胃饥饿素基因表达,这是一种在胃中分泌的促食欲和成脂肽**。高脂肪饮食增加了小鼠胃粘膜中饥饿素表达细胞,导致肥胖。正如之前的研究所指出的,高脂肪饮食摄入和喂食高脂肪食物可能会增加胃饥饿素,这可能会消除高脂肪食物对体重或白色脂肪质量的有益影响。

相反,db/db小鼠肝脏中与能量消耗的脂质代谢相关的基因(Pgc-1a, Fgf21)的表达在氢水开始后的第14天确实得到促进。在第14天时,摄入氢水可以恢复肥胖小鼠肝脏中储存的过量脂质。这些发现和本研究的结果表明,与葡萄糖代谢相比,摄入氢水能更好地恢复脂肪代谢向能量消耗的转变。

值得注意的是,氢水改善了活性氧诱导的肥胖小鼠白色脂肪中的DNA损伤,表明氢水发挥了抗氧化作用(图3h,i)。氢水还与生热基因Ucp-1、Vegf和eNos表达上调有关,这些基因促进肥胖小鼠的脂肪组织重塑和随后的BAT**或WAT褐变[36,37,38]。

此外,在本研究中,eNos的表达增加,促进了氢水组肥胖小鼠白色脂肪中Ucp-1和Vegf的表达(图4),表明氢水加速了肥胖小鼠白色脂肪的褐变和棕色脂肪的**,以避免CVD。

 

4.2。氢水的心血管保护作用

新的证据证明肥胖的棕色脂肪**或白色脂肪褐变有利于心血管健康,并降低CVD的风险。

关于氢气的分子机制,Thoonen等报道了棕色脂肪中的UCP-1可以逆转儿茶酚胺诱导的心肌病。从野生型小鼠分离的棕色脂肪移植恢复儿茶酚胺诱导的心肌病,导致Ucp-1-/-小鼠纤维化。此外,Ucp-1的过表达也阻止了高血糖的影响,Ucp-1是一种氧化磷酸化的特异性蛋白解耦器,能够破坏质子的电化学梯度。此外,BAT中Ucp-1表达的减少促进了活性氧的生成。

***近报道在Ucp-1基因表达紊乱的肥胖大鼠中,白色脂肪(心脏VAT)可以**心肌器官培养系统中活性和纤维化受损的肥大心肌细胞。

根据研究,Ucp-1表达上调可能是氢水导致棕色脂肪细胞或褐变白色脂肪保护心脏功能的分子机制,而氢气减少活性氧可能是产生这种作用的基础(图4)。在本研究中,摄入氢水促进了肥胖小鼠心肌(eNOS- ser 1177磷酸化)和脂肪组织的eNOS**(图5c,d),特别是棕色脂肪 eNOS表达(图4)。然而,需要进一步研究确定氢水是直接或通过上调棕色脂肪或白色脂肪褐变中的Ucp-1来促进心肌中的eNOS磷酸化。

氢水组肥胖小鼠心肌细胞中eNOS-Ser 1177的活化(磷酸化)促进了NO的生成,而负向抑制活性氧的产生(图5k,l),增强了NO的生物活性,改善心功能,并具有血管扩张的心血管保护作用。事实上,超声心动图显示氢水组肥胖小鼠左室收缩功能降低,表明心肌肥厚恢复(图6)。

 

4.3。氢气**内皮祖细胞生物活性

在本研究中,氢水促进了EPCs进入循环的动员,以及BM中的扩张和分化(图7)。

先前研究报道了人类和小鼠代谢综合征中骨髓衍生EPCs的功能障碍。外源性NO可恢复EPC功能障碍。在本研究中,氢水促进了肥胖小鼠脂肪组织和心肌的eNOS**,增加NO生成。氢水在肥胖小鼠中的抗氧化作用可能通过eNOS**内皮祖细胞诱导内源性NO产生,从而提高内皮祖细胞生物活性。

4.4。关于碱性效应

本研究中使用的氢水中也含有由氢气供体棒中水与镁反应产生的Mg(OH)2,导致pH增加到10左右,从而产生碱性溶液。因此,研究氢分子与碱性离子的协同效应是今后研究的重点。此外,Jackson等***近报道,富氢水改善了高脂肪饮食诱导的非酒精性肝病模型中的脂肪肝,但pH为11的碱性电解水没有改善脂肪肝,这可能是由于富氢水中的氢气。先前研究表明,氢气而不是碱性可上调过氧化物酶体脂肪酸酰基辅酶a氧化酶,这是一种速率限制酶,用于极长链脂肪酸在过氧化物酶体中的β氧化,促进脂质代谢。

值得注意的是,在本研究中,对照和氢水在添加前和添加后的pH值没有观察到差异。因此,这些效应被认为源自于氢水的摄入量。

4.5。研究的局限性

由于对照的效果没有与未经处理的水进行比较,因此不能排除氢水与碱性Mg(OH)2协同作用的可能性。此外,关于氢水的机制,脂肪组织UCP-1对肥胖小鼠内皮祖细胞生物活性的影响尚不清楚。

5. 结论

我们首次表明,肥胖小鼠摄入氢水通过白色脂肪褐变和棕色脂肪**能量消耗表型发挥心血管保护作用。因此,氢水为代谢综合征患者提供了预防冠心病的策略。


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