氢气生物学效应自发现以来，人们对氢气的医学应用和作用机制都进行了大量研究，但一直没有找到明确的分子靶点，最近何前军教授团队的一项研究可能为氢气作用的分子机制提供了重要线索，他们发现广泛存在于生物体系中的血红素可能具有催化氢气的潜力，如果这一效应能在更多疾病治疗中得到明确，可能会成为氢气效应的作用基础。这一研究对氢气生物医学具有重要价值，有希望对氢气医学研究产生巨大推动作用。

中国的孙学军教授、日本的太田成男教授与气体医学研究主编美国洛玛琳达大学的张和教授共同撰写了EDITORIAL，代表这个领域学者对这一研究的初步看法。当然任何新发现需要更多学者和更多研究证据验证才能获得共识，我们拭目以待。

Editorial: X. Sun, S. Ohta, J.H. Zhang, Discovery of a hydrogen molecular target, Med. Gas Res. 2023, 13, 41.

Original reference: Z. Jin, P. Zhao, W. Gong, W. Ding, Q. He, Fe-porphyrin: a redox-related biosensor of hydrogen molecule, Nano Res. 2023, 16, 2020−2025.

-- 摘自微信公众号“氢思语”

铁卟啉作为氢气的主要分子靶标/生物传感器，可催化氢气将羟基自由基还原为水，将二氧化碳还原为一氧化碳，介导下游信号转导。

1975年，Dole等发现将荷瘤皮肤癌小鼠暴露于8个大气压的氢氧(97.5%:2.5%)混合气体2周后，皮肤肿瘤明显消退，推测这可能与氢气的羟基自由基和超氧自由基清除作用有关。Ohsawa等在2007年发现氢气可以选择性还原具有高氧化性的羟基自由基而不是其它活性氧，但后来的研究表明氢气直接还原羟基自由基的概率和效率相当低。越来越多的研究表明，氢气可以调节线粒体呼吸，尤其是在抗癌方面，这很难用氢气直接还原羟基自由基来解释。氢气可能是一种还原剂或/和类似一氧化碳/一氧化氮的气体信号分子，这一点以前没有得到实验证实。

令人鼓舞的是，何前军教授团队通过实验鉴别了血红素（一种铁卟啉）是氢气的分子靶标/生物传感器。他们发现无论在游离态还是在蛋白限制态，铁卟啉都可以通过自催化作用与氢气反应，获得高还原性的铁配位态氢原子，进而将羟基自由基中和成水，还可以在乏氧微环境中将二氧化碳还原成一氧化碳。

铁卟啉主要富集在细胞线粒体和红细胞中，它们是氢气的两个主要作用场所。在细胞线粒体中，氢气可以在铁卟啉的催化下原位、高效地还原羟基自由基，从而减轻氧化应激，发挥抗炎作用。此外，在实体肿瘤和心肌缺血等缺氧微环境中，铁卟啉催化生成的一氧化碳与铁卟啉原位配位结合，介导下游一氧化碳信号转导，诱导肿瘤细胞凋亡，并通过缓解缺氧保护心肌细胞。除清除羟基自由基外，氢气对许多疾病的治疗作用可能与其介导的下游一氧化碳信号转导有关。既然一氧化氮、一氧化碳和硫化氢等医用气体以铁卟啉(血红素)为靶点来诱导信号转导，氢气通常以铁卟啉为靶点来发挥其功能是很有趣的。

含有大量铁卟啉的红细胞是一种天然的氢气载体。在缺血缺氧微环境中，红细胞既可以作为氢气的原位捕获者，也可以作为加氢催化剂用于氢气靶向治疗。在富含氧气的血液循环中，氧分子可能会通过耗尽活性氢在一定程度上阻碍氢的远程输送，但充分氢化的红细胞可以借助血液的快速流动，清除血液循环中甚至全身的羟基自由基，这意味着持续充足的氢气供应的必要性。

在植物中，氢气的药物/干旱/盐/重金属耐受与抗氧化应激效应可能起因于其下游的一氧化碳。值得注意的是，适中的氢气浓度可以最大限度地提高植物病害的治疗效果，这可能是由于在过高的氢气浓度下一氧化碳中毒所致。因此，特别高剂量的氢气可能会对动物细胞产生细胞毒性，可用于抗癌，并指导探索和避免氢气的潜在毒副作用。

一些疾病如慢性肝病和神经退行性疾病与游离铁卟啉高度相关，可诱导依赖于Fenton反应的铁死亡。氢气对这些疾病的治疗作用除了催化清除由Fenton反应生成的羟基自由基外，还可能与阻断Fenton反应有关。它可以为氢气基药物的发现和开发提供很大的启发。

值得注意的是，铁卟啉被鉴定为一种生物加氢催化剂，在氢储存和转化中发挥作用。配位过渡金属的卟啉和具有类似配位结构的分子在氢的高效储存、安全/精准输送、个性化转化和高效利用等方面可能具有重要的应用价值。何前军教授团队发现氢气可以增强一氧化碳的作用，血红蛋白具有储存和转运氢气的潜力。这无疑是氢生物医学领域的重大突破，为未来的氢医学机制研究提出了新方向。然而，一旦这些效应被证实，就有理由担心氢气可能会阻碍氧的运输，导致需氧生物的缺氧。无论如何，这可能是氢生物效应研究的一个重要进展，为理解和分析氢的效应提供了重要的证据。