引用本文： 張夢荻, 周華成. 氫氣對肺移植保護機制的研究進展. 中國呼吸與危重監護雜志, 2018, 17(2): 219-222. doi: 10.7507/1671-6205.201706034 復制
當前肺移植是治療終末期肺疾病的最終方案，但其長期存活率和成功率都偏低。其中肺缺血再灌注損傷（lung ischemia reperfusion injury，LIRI）是影響預后的關鍵因素。氫氣作為一種新型綠色能源和能量儲存媒介，已廣泛用于深海潛水和燒傷的治療中。此外，氫氣對心、腦、腎等器官的氧化應激損傷也具有保護作用：可通過抗炎癥反應、抗氧化應激、抗凋亡、穩定線粒體、保護細胞等機制保護器官功能。氫氣對肺移植相關損傷的研究仍處于初級階段，本文就氫氣對肺移植保護的可能機制進行綜述。
1 肺移植中肺損傷的來源
肺移植相關肺損傷包括移植前損傷和移植后損傷。肺移植前，供體自身臟器功能的損害、供體腦死亡等肺外因素、機械通氣等原因可導致肺損傷。取肺時，熱缺血期對器官的損害最為嚴重，因為器官離體后雖無血供，但組織仍進行代謝，此時氧氣和各種代謝底物供應嚴重缺乏，故器官缺血損害出現快且重。而冷缺血期時間較長、對血液和養分的需求多，同時低溫灌注和長時間的冷保存都會導致鈉泵失活、鈣超載和鐵離子釋放，可引起細胞變性、炎癥反應和氧化應激損傷[1]。移植后損傷包括 LIRI 和急慢性排斥反應等。LIRI 是肺移植損傷的重要原因，它是指造成組織損傷的主要因素不是缺血本身，而是恢復血供后，過量的自由基攻擊重新獲得血供的組織內的細胞。LIRI 具有雙向炎癥反應，而在缺血再灌注后急性期，是由大量的中性粒細胞聚集引起活性氧（reactive oxygen species，ROS）釋放，損傷肺實質。這是肺移植術后急性肺損傷的主要原因[2]。移植后的免疫排斥反應也會造成嚴重的肺損傷，其中，急性排斥反應常發生在肺移植術后 3 d 內，它是由受者識別供者細胞表面的組織相容性抗原引發的復雜免疫反應。慢性排斥反應則好發于術后 3 d 至 1 個月，它可導致移植物失功，臨床表現為閉塞性支氣管炎，是制約患者長期生存率的主要原因[3]。
2 氫氣的理化性質
氫氣是自然界中結構最簡單、分子最小且大量存在的氣體。本身無色透明、無臭無味、無毒、難溶于水，濃度在 4%～75% 時具有易燃性，在空氣中濃度為 0.000 06%。由于其分子量小，可在組織和細胞中迅速播散，快速高效到達作用部位發揮作用。常溫下氫氣的化學性質非常穩定，不易與其他物質發生反應。同時還具有還原性，選擇性的降低 ROS 且不影響其他具有生理功能的 ROS。
3 氫氣應用于肺移植的進展
3.1 氫氣應用于供體期
2011 年 Kawamura 等[4]發現供體采用 2% 氫氣機械通氣能夠減輕肺功能不良、降低腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor，TNF）-α、白細胞介素（interleukin，IL）-1β、細胞間黏附分子（intercellular cell adhesion molecule，ICAM）-1 mRNA 的水平、增加血紅素加氧酶-1（hemeoxygenase-1，HO-1）的表達。2015 年 Liu 等[1]應用 3% 氫氣在冷缺血期間斷通氣 2 h，發現氫氣能夠降低肺濕干重比（W/D）、髓過氧化物酶（myeloperoxidase，MPO）、TNF-α 等炎性指標，在抗氧化方面增加超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）、降低丙二醛（reactive oxide species，MDA）的含量，同時可抑制細胞凋亡。
3.2 氫氣應用于受體期
2010 年 Kawamura 等[5]應用 2% 氫氣作用于肺受體 LIRI 的研究，發現吸入氫氣可以減輕肺泡水腫，減少 ICAM-1、TNF-α 和 IL-6 等促炎因子生成，抑制巨噬細胞浸潤，增加抗凋亡蛋白（B-cell lymphoma-2，Bcl-2）并降低凋亡前體蛋白（Bcl-2-associated X-protein，Bax）的表達。2012 年 Noda 等[6]受體大鼠服用飽和氫氣水，發現飽和氫氣水可以提高肺移植存活率，減輕內膜肥大細胞的增生。在免疫方面抑制 T 細胞的增生和 γ 干擾素、IL-2 的分泌。
4 氫氣肺保護的具體機制
4.1 氫氣抗炎癥反應
炎癥是具有血管系統的活體組織對損傷因子的防御性反應。在肺移植過程中，肺組織的缺血激活了細胞中炎性因子的釋放，誘發了炎癥級聯反應。炎癥反應可引起機體血管內皮損傷、白細胞增多、體液滲出等癥狀，抑制肺功能、影響肺移植預后。氫氣能夠直接減少 TNF-α、IL-1β、IL-6、IL-8、ICAM-1、8-OHdG 等炎癥因子 mRNA 的表達，抑制 CCL2 等趨化因子 mRNA 的產生，減少白細胞的聚集[7-8]。Zhai 等[8]發現飽和氫氣水處理組中用 CD11b 標記的中性粒細胞表達量明顯低于對照組。MPO 作為中性粒細胞聚集的標志，在飽和氫氣水組也顯著低于對照組。
4.2 氫氣抗氧化應激
氧化應激（oxidative stress，OS）是指機體在遭受各種有害刺激時，體內高活性分子如 ROS 等產生過多，氧化程度超出氧化物的清除程度，氧化和抗氧化系統失衡，從而導致組織損傷。氫氣可以選擇性的降低羥自由基（·OH）和亞硝酸陰離子（ONNO-），使其生成水。降低由氧化損傷產生的自由基，維持其生理平衡。MDA 是脂質過氧化反應的氧化終產物、氧化損傷的重要指標。應用 3% 氫氣通氣能提高 SOD 水平，同時降低 MDA 水平[1, 9]。氫氣還可以自由進入線粒體，減少來自線粒體的 ROS，進而抑制脂膜過氧化反應、DNA 的破壞、蛋白質的變性，恢復器官功能。
4.3 氫氣抗細胞凋亡
凋亡是通過調控細胞內基因及其產物而發生的細胞程序性死亡。肺泡上皮細胞的凋亡是導致 LIRI 和肺功能障礙的重要因素。凋亡的激活主要是由于大量半胱氨酸天冬酶級聯反應（caspase cascade）的發生。其中以 caspase-3 最顯著且重要。Zhang 等[10]發現，氫氣能夠通過外源性途徑抑制細胞凋亡，顯著抑制 caspase-3、caspase-8 蛋白的表達、降低 ROS 的產生。氫氣還可通過調節線粒體，中斷電子運輸、調整氧化磷酸化、改變 ATP 的產量、釋放觸發 caspase 家族的活化蛋白、調整細胞氧化還原電位等機制影響凋亡的發生[11]。
4.4 氫氣抑制肺泡上皮細胞水腫
LIRI 可引起肺血管內皮通透性增加、細胞滲出增多、肺間質水腫。肺泡是否能良好吸收肺泡內的液體是有無肺損傷的標志。氫氣可以改善肺血管的通透性、減少組織水腫。Zhai 等[8]發現，應用飽和氫氣水處理后，急性肺損傷模型中肺內水容量以及肺泡灌洗液（bronchoalveolar lavage fluid，BALF）中的蛋白濃度都明顯下降。Kohama 等[12]發現，氫氣可以通過減少 ROS，減弱對肺泡上皮細胞的破壞和肺組織的水腫。
4.5 氫氣對線粒體的影響
線粒體是真核生物進行氧化代謝的部位，是糖、脂肪和氨基酸最終氧化釋放能量的場所。線粒體能合成 ATP 為細胞提供能量、參與細胞增殖與代謝調控、控制細胞程序性死亡，是細胞至關重要的細胞器之一。線粒體是調節氧化應激的重要通路，Liu 等[13]發現，氫氣能提高肝臟組織中 mSOD、mCAT、mGpx 的含量，降低 mMDA 的含量。即氫氣能抑制線粒體的脂質過氧化反應。氫氣還能通過保護線粒體抑制細胞凋亡[14]。其機制首先為氫氣可以穩定線粒體的膜通透性轉換孔（mitochondrial permeability transition pore，MPTP），降低線粒體膜的滲透性、維持線粒體膜的穩定性。其次，氫氣能減少細胞色素 C 的釋放，抑制下游 caspase 級聯反應的發生。氫氣可以通過增強線粒體的膜電位（mitochondrial membrane potential，MMP）提高細胞的生存狀態。此外，氫氣還可以增強線粒體的呼吸功能、提高 ATP 的含量。
4.6 氫氣對內質網的影響
內質網（endoplasmic reticulum，ER）承擔運輸細胞內物質的作用[15]，是細胞內舉足輕重的細胞器。內質網應激（endoplasmic reticulum stress，ERS）表現為 ER 腔內錯誤折疊、未折疊蛋白聚集以及鈣離子平衡紊亂。可激活未折疊蛋白反應、內質網超負荷反應和 caspase-12 介導的凋亡通路等信號途徑。IRI 過程中引發的氧化應激、鈣超載、炎癥等均可誘發內質網應激，而過度 ERS 介導的細胞功能障礙及凋亡又會參與 IRI。Gao 等[16]研究發現飽和氫氣水能降低細胞葡萄糖調節蛋白 78（78-kDa glucose regulated protein，GRP78）、caspase-12、Bax、CCAAT/增強子結合蛋白同源蛋白質（C/EBP-homologous protein antibody，CHOP）蛋白表達，升高 Bcl-2 蛋白表達，從而抑制內質網應激，降低細胞凋亡，減輕 IRI。
4.7 信號通路
4.7.1 核轉錄因子 kappa B
核轉錄因子 kappa B（nuclear factor kappa B，NF-κB）信號傳導通路是炎癥反應的一條重要調節通路。Kohama 等[12]發現吸入 1.3% 氫氣可通過抑制 NF-κB 信號傳導通路最終抑制炎癥反應。Chian 等[17]應用 SN50 抑制 NF-κB 后，發現 IL-1β、TNF-α 的表達減低。Xie 等[18]也在研究中指出，氫氣抑制 NF-κB 的機制包括：首先為氫氣直接抑制 IκB-α 的磷酸化，其次是氫氣可以減少氧自由基。NF-κB 還可以促進凋亡前級聯反應的發生。氫氣能夠增加 Bcl-2、降低 Bax 的表達、抑制細胞色素 C 的釋放、抑制肺泡上皮細胞的氧化應激反應，即通過內源性通路抑制細胞凋亡。Huang 等[19]添加 NF-κB 抑制劑后，氫氣的抗凋亡能力失效、抑制水腫的作用消失。即氫氣可以通過介導 NF-κB 誘導的 Bcl-2 通路實現抗凋亡，同時氫氣減輕水腫的作用也可能與 NF-κB 通路有關。
4.7.2 絲裂原活化蛋白激酶
絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）信號通路中的 P38MAPK 和細胞外信號調節激酶 1/2（extracellular signal-regulated kinases，ERK1/2）是生物體內重要的信號轉導分子，在細胞分化、凋亡及炎癥等過程中至關重要。 P38MAPK 的激活是炎癥誘發肺損傷的觸發器。Zhai 等[8]發現飽和氫氣水能抑制 P38MAPK 和 NF-κB 的活化和磷酸化。Liu 等[20]則證明了飽和氫氣水能通過抑制 ERK1/2 通路減輕炎癥級聯反應的發生和器官功能的損傷。此外研究發現 P38 除了可作用于靶基因、炎癥通路外還能作用于凋亡通路。飽和氫氣水可以通過抑制 P38 通路而抑制凋亡[10]。Liu 等[21]指出，抑制 P38 通路可以增加 Bcl-2 和 BclxL 的表達，減輕內毒素引起的凋亡。
4.7.3 核因子 E-2-相關因子/HO-1
核因子 E-2-相關因子 2（nuclear factor E2 related factor，Nrf2）是調節氧化應激、控制 HO-1 基因表達的重要轉錄因子。Kawamura 等[22]認為 HO-1 是一種抗炎、抗凋亡的限速酶，能夠抑制 IRI 中血管內皮細胞激活和黏附因子上調，減弱血管通透性和細胞滲透力。HO-1 可以通過催化血紅素轉變成膽綠素進而降低受損傷細胞膽紅素的釋放，降低膽紅素對器官造成的毒性反應。Diao 等[23]發現氫氣能夠調節 Nrf2 誘導 HO-1 大量生成，進而對海水灌注導致的急性肺損傷起到保護作用。
4.7.4 ROS-JNK-Caspase-3
Qiu 等[24]發現氫氣能抑制內毒素引起的肺損傷產生大量的 ROS，抑制 JNK 的激活，下調促凋亡基因 Bax 、caspase-3，上調抗凋亡基因 Bcl-xl 的表達，進而抑制由內毒素引起的細胞凋亡。
4.7.5 水通道蛋白-1（aquaporin-1，AQP-1）、水通道蛋白-5（aquaporin-1，AQP-5）
在肺損傷模型中，氫氣能通過激活 AQP-1 增加肺泡-動脈血氧分壓差（A-aDO2）、增強肺泡上皮細胞的屏障功能、改善肺功能[25]。此外，Tao 等[26]認為，氫氣能夠通過上調 AQP-1 和 AQP-5 來轉運肺泡、肺組織間隙、肺血管中的液體，緩解肺水腫。
4.7.6 Caspase-12
在內質網外膜 caspase-12 以無活性的酶原形式存在，ERS 的激活使 caspase-12 從內質網轉移至胞質，剪切 caspase-9，激活 caspase-3，導致細胞凋亡。飽和氫氣水能通過調節 CHOP 降低 GRP78 的表達，抑制由 ERS 特異介導的 caspase-12 通路，減少細胞的凋亡[16]。
總之，由于氫氣安全、高效能、分子小、低價、方便獲取、不蓄積等特點，將來可作為一種藥物應用于臨床。然而目前研究均處于動物研究階段，將此技術應用于人體肺移植仍需要一個長期過程。
當前肺移植是治療終末期肺疾病的最終方案，但其長期存活率和成功率都偏低。其中肺缺血再灌注損傷（lung ischemia reperfusion injury，LIRI）是影響預后的關鍵因素。氫氣作為一種新型綠色能源和能量儲存媒介，已廣泛用于深海潛水和燒傷的治療中。此外，氫氣對心、腦、腎等器官的氧化應激損傷也具有保護作用：可通過抗炎癥反應、抗氧化應激、抗凋亡、穩定線粒體、保護細胞等機制保護器官功能。氫氣對肺移植相關損傷的研究仍處于初級階段，本文就氫氣對肺移植保護的可能機制進行綜述。
1 肺移植中肺損傷的來源
肺移植相關肺損傷包括移植前損傷和移植后損傷。肺移植前，供體自身臟器功能的損害、供體腦死亡等肺外因素、機械通氣等原因可導致肺損傷。取肺時，熱缺血期對器官的損害最為嚴重，因為器官離體后雖無血供，但組織仍進行代謝，此時氧氣和各種代謝底物供應嚴重缺乏，故器官缺血損害出現快且重。而冷缺血期時間較長、對血液和養分的需求多，同時低溫灌注和長時間的冷保存都會導致鈉泵失活、鈣超載和鐵離子釋放，可引起細胞變性、炎癥反應和氧化應激損傷[1]。移植后損傷包括 LIRI 和急慢性排斥反應等。LIRI 是肺移植損傷的重要原因，它是指造成組織損傷的主要因素不是缺血本身，而是恢復血供后，過量的自由基攻擊重新獲得血供的組織內的細胞。LIRI 具有雙向炎癥反應，而在缺血再灌注后急性期，是由大量的中性粒細胞聚集引起活性氧（reactive oxygen species，ROS）釋放，損傷肺實質。這是肺移植術后急性肺損傷的主要原因[2]。移植后的免疫排斥反應也會造成嚴重的肺損傷，其中，急性排斥反應常發生在肺移植術后 3 d 內，它是由受者識別供者細胞表面的組織相容性抗原引發的復雜免疫反應。慢性排斥反應則好發于術后 3 d 至 1 個月，它可導致移植物失功，臨床表現為閉塞性支氣管炎，是制約患者長期生存率的主要原因[3]。
2 氫氣的理化性質
氫氣是自然界中結構最簡單、分子最小且大量存在的氣體。本身無色透明、無臭無味、無毒、難溶于水，濃度在 4%～75% 時具有易燃性，在空氣中濃度為 0.000 06%。由于其分子量小，可在組織和細胞中迅速播散，快速高效到達作用部位發揮作用。常溫下氫氣的化學性質非常穩定，不易與其他物質發生反應。同時還具有還原性，選擇性的降低 ROS 且不影響其他具有生理功能的 ROS。
3 氫氣應用于肺移植的進展
3.1 氫氣應用于供體期
2011 年 Kawamura 等[4]發現供體采用 2% 氫氣機械通氣能夠減輕肺功能不良、降低腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor，TNF）-α、白細胞介素（interleukin，IL）-1β、細胞間黏附分子（intercellular cell adhesion molecule，ICAM）-1 mRNA 的水平、增加血紅素加氧酶-1（hemeoxygenase-1，HO-1）的表達。2015 年 Liu 等[1]應用 3% 氫氣在冷缺血期間斷通氣 2 h，發現氫氣能夠降低肺濕干重比（W/D）、髓過氧化物酶（myeloperoxidase，MPO）、TNF-α 等炎性指標，在抗氧化方面增加超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）、降低丙二醛（reactive oxide species，MDA）的含量，同時可抑制細胞凋亡。
3.2 氫氣應用于受體期
2010 年 Kawamura 等[5]應用 2% 氫氣作用于肺受體 LIRI 的研究，發現吸入氫氣可以減輕肺泡水腫，減少 ICAM-1、TNF-α 和 IL-6 等促炎因子生成，抑制巨噬細胞浸潤，增加抗凋亡蛋白（B-cell lymphoma-2，Bcl-2）并降低凋亡前體蛋白（Bcl-2-associated X-protein，Bax）的表達。2012 年 Noda 等[6]受體大鼠服用飽和氫氣水，發現飽和氫氣水可以提高肺移植存活率，減輕內膜肥大細胞的增生。在免疫方面抑制 T 細胞的增生和 γ 干擾素、IL-2 的分泌。
4 氫氣肺保護的具體機制
4.1 氫氣抗炎癥反應
炎癥是具有血管系統的活體組織對損傷因子的防御性反應。在肺移植過程中，肺組織的缺血激活了細胞中炎性因子的釋放，誘發了炎癥級聯反應。炎癥反應可引起機體血管內皮損傷、白細胞增多、體液滲出等癥狀，抑制肺功能、影響肺移植預后。氫氣能夠直接減少 TNF-α、IL-1β、IL-6、IL-8、ICAM-1、8-OHdG 等炎癥因子 mRNA 的表達，抑制 CCL2 等趨化因子 mRNA 的產生，減少白細胞的聚集[7-8]。Zhai 等[8]發現飽和氫氣水處理組中用 CD11b 標記的中性粒細胞表達量明顯低于對照組。MPO 作為中性粒細胞聚集的標志，在飽和氫氣水組也顯著低于對照組。
4.2 氫氣抗氧化應激
氧化應激（oxidative stress，OS）是指機體在遭受各種有害刺激時，體內高活性分子如 ROS 等產生過多，氧化程度超出氧化物的清除程度，氧化和抗氧化系統失衡，從而導致組織損傷。氫氣可以選擇性的降低羥自由基（·OH）和亞硝酸陰離子（ONNO-），使其生成水。降低由氧化損傷產生的自由基，維持其生理平衡。MDA 是脂質過氧化反應的氧化終產物、氧化損傷的重要指標。應用 3% 氫氣通氣能提高 SOD 水平，同時降低 MDA 水平[1, 9]。氫氣還可以自由進入線粒體，減少來自線粒體的 ROS，進而抑制脂膜過氧化反應、DNA 的破壞、蛋白質的變性，恢復器官功能。
4.3 氫氣抗細胞凋亡
凋亡是通過調控細胞內基因及其產物而發生的細胞程序性死亡。肺泡上皮細胞的凋亡是導致 LIRI 和肺功能障礙的重要因素。凋亡的激活主要是由于大量半胱氨酸天冬酶級聯反應（caspase cascade）的發生。其中以 caspase-3 最顯著且重要。Zhang 等[10]發現，氫氣能夠通過外源性途徑抑制細胞凋亡，顯著抑制 caspase-3、caspase-8 蛋白的表達、降低 ROS 的產生。氫氣還可通過調節線粒體，中斷電子運輸、調整氧化磷酸化、改變 ATP 的產量、釋放觸發 caspase 家族的活化蛋白、調整細胞氧化還原電位等機制影響凋亡的發生[11]。
4.4 氫氣抑制肺泡上皮細胞水腫
LIRI 可引起肺血管內皮通透性增加、細胞滲出增多、肺間質水腫。肺泡是否能良好吸收肺泡內的液體是有無肺損傷的標志。氫氣可以改善肺血管的通透性、減少組織水腫。Zhai 等[8]發現，應用飽和氫氣水處理后，急性肺損傷模型中肺內水容量以及肺泡灌洗液（bronchoalveolar lavage fluid，BALF）中的蛋白濃度都明顯下降。Kohama 等[12]發現，氫氣可以通過減少 ROS，減弱對肺泡上皮細胞的破壞和肺組織的水腫。
4.5 氫氣對線粒體的影響
線粒體是真核生物進行氧化代謝的部位，是糖、脂肪和氨基酸最終氧化釋放能量的場所。線粒體能合成 ATP 為細胞提供能量、參與細胞增殖與代謝調控、控制細胞程序性死亡，是細胞至關重要的細胞器之一。線粒體是調節氧化應激的重要通路，Liu 等[13]發現，氫氣能提高肝臟組織中 mSOD、mCAT、mGpx 的含量，降低 mMDA 的含量。即氫氣能抑制線粒體的脂質過氧化反應。氫氣還能通過保護線粒體抑制細胞凋亡[14]。其機制首先為氫氣可以穩定線粒體的膜通透性轉換孔（mitochondrial permeability transition pore，MPTP），降低線粒體膜的滲透性、維持線粒體膜的穩定性。其次，氫氣能減少細胞色素 C 的釋放，抑制下游 caspase 級聯反應的發生。氫氣可以通過增強線粒體的膜電位（mitochondrial membrane potential，MMP）提高細胞的生存狀態。此外，氫氣還可以增強線粒體的呼吸功能、提高 ATP 的含量。
4.6 氫氣對內質網的影響
內質網（endoplasmic reticulum，ER）承擔運輸細胞內物質的作用[15]，是細胞內舉足輕重的細胞器。內質網應激（endoplasmic reticulum stress，ERS）表現為 ER 腔內錯誤折疊、未折疊蛋白聚集以及鈣離子平衡紊亂。可激活未折疊蛋白反應、內質網超負荷反應和 caspase-12 介導的凋亡通路等信號途徑。IRI 過程中引發的氧化應激、鈣超載、炎癥等均可誘發內質網應激，而過度 ERS 介導的細胞功能障礙及凋亡又會參與 IRI。Gao 等[16]研究發現飽和氫氣水能降低細胞葡萄糖調節蛋白 78（78-kDa glucose regulated protein，GRP78）、caspase-12、Bax、CCAAT/增強子結合蛋白同源蛋白質（C/EBP-homologous protein antibody，CHOP）蛋白表達，升高 Bcl-2 蛋白表達，從而抑制內質網應激，降低細胞凋亡，減輕 IRI。
4.7 信號通路
4.7.1 核轉錄因子 kappa B
核轉錄因子 kappa B（nuclear factor kappa B，NF-κB）信號傳導通路是炎癥反應的一條重要調節通路。Kohama 等[12]發現吸入 1.3% 氫氣可通過抑制 NF-κB 信號傳導通路最終抑制炎癥反應。Chian 等[17]應用 SN50 抑制 NF-κB 后，發現 IL-1β、TNF-α 的表達減低。Xie 等[18]也在研究中指出，氫氣抑制 NF-κB 的機制包括：首先為氫氣直接抑制 IκB-α 的磷酸化，其次是氫氣可以減少氧自由基。NF-κB 還可以促進凋亡前級聯反應的發生。氫氣能夠增加 Bcl-2、降低 Bax 的表達、抑制細胞色素 C 的釋放、抑制肺泡上皮細胞的氧化應激反應，即通過內源性通路抑制細胞凋亡。Huang 等[19]添加 NF-κB 抑制劑后，氫氣的抗凋亡能力失效、抑制水腫的作用消失。即氫氣可以通過介導 NF-κB 誘導的 Bcl-2 通路實現抗凋亡，同時氫氣減輕水腫的作用也可能與 NF-κB 通路有關。
4.7.2 絲裂原活化蛋白激酶
絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）信號通路中的 P38MAPK 和細胞外信號調節激酶 1/2（extracellular signal-regulated kinases，ERK1/2）是生物體內重要的信號轉導分子，在細胞分化、凋亡及炎癥等過程中至關重要。 P38MAPK 的激活是炎癥誘發肺損傷的觸發器。Zhai 等[8]發現飽和氫氣水能抑制 P38MAPK 和 NF-κB 的活化和磷酸化。Liu 等[20]則證明了飽和氫氣水能通過抑制 ERK1/2 通路減輕炎癥級聯反應的發生和器官功能的損傷。此外研究發現 P38 除了可作用于靶基因、炎癥通路外還能作用于凋亡通路。飽和氫氣水可以通過抑制 P38 通路而抑制凋亡[10]。Liu 等[21]指出，抑制 P38 通路可以增加 Bcl-2 和 BclxL 的表達，減輕內毒素引起的凋亡。
4.7.3 核因子 E-2-相關因子/HO-1
核因子 E-2-相關因子 2（nuclear factor E2 related factor，Nrf2）是調節氧化應激、控制 HO-1 基因表達的重要轉錄因子。Kawamura 等[22]認為 HO-1 是一種抗炎、抗凋亡的限速酶，能夠抑制 IRI 中血管內皮細胞激活和黏附因子上調，減弱血管通透性和細胞滲透力。HO-1 可以通過催化血紅素轉變成膽綠素進而降低受損傷細胞膽紅素的釋放，降低膽紅素對器官造成的毒性反應。Diao 等[23]發現氫氣能夠調節 Nrf2 誘導 HO-1 大量生成，進而對海水灌注導致的急性肺損傷起到保護作用。
4.7.4 ROS-JNK-Caspase-3
Qiu 等[24]發現氫氣能抑制內毒素引起的肺損傷產生大量的 ROS，抑制 JNK 的激活，下調促凋亡基因 Bax 、caspase-3，上調抗凋亡基因 Bcl-xl 的表達，進而抑制由內毒素引起的細胞凋亡。
4.7.5 水通道蛋白-1（aquaporin-1，AQP-1）、水通道蛋白-5（aquaporin-1，AQP-5）
在肺損傷模型中，氫氣能通過激活 AQP-1 增加肺泡-動脈血氧分壓差（A-aDO2）、增強肺泡上皮細胞的屏障功能、改善肺功能[25]。此外，Tao 等[26]認為，氫氣能夠通過上調 AQP-1 和 AQP-5 來轉運肺泡、肺組織間隙、肺血管中的液體，緩解肺水腫。
4.7.6 Caspase-12
在內質網外膜 caspase-12 以無活性的酶原形式存在，ERS 的激活使 caspase-12 從內質網轉移至胞質，剪切 caspase-9，激活 caspase-3，導致細胞凋亡。飽和氫氣水能通過調節 CHOP 降低 GRP78 的表達，抑制由 ERS 特異介導的 caspase-12 通路，減少細胞的凋亡[16]。
總之，由于氫氣安全、高效能、分子小、低價、方便獲取、不蓄積等特點，將來可作為一種藥物應用于臨床。然而目前研究均處于動物研究階段，將此技術應用于人體肺移植仍需要一個長期過程。