Nrf2通路在氢气治疗糖尿病视网膜病变中的作用和机制

Diabetic retinopathy(DR),as one of the most serious complications of diabetes, is a major cause of adult acquired blindness in developed countries. It is generally accepted that the oxidative stress injury induced by high glucose condition is the main pathophysiological process of DR.Since 2007, Japanese researchers reported the breath hydrogen has a protective effect on brain ischemia reperfusion injury,the hydrogen therapy is proved to have significant antioxidative effect in various acute and chronic diseases. Especially, the recent improvement on the administration of free hydrogen greatly facilitate its preparation, quantification and preservation. The hydrogen therapy has become a hot topic in recent research, and has prompted its focus from simple effect verification transferred to the mechanism study. The earlier proposed selective oxidation mechanism has no more explained all these animal models. Our preliminary studies have made clear that hydrogen therapy has an obvious short-term protective effect on DR, and for sure there must be other mechanisms playing in long term. Further research of us found the expression of some antioxidative enzymes increased and inflammatory factor decreased.They are all downstream products of Nrf2 pathway, which plays central role in oxidative defense mechanism in humans. So we propose by this paper and hope to confirm that hydrogen therapy may play a long-term protective role on DR through Nrf2 pathway.

糖尿病视网膜病变（DR）是糖尿病最严重的并发症之一，是发达国家成年人获得性盲的主要原因。目前认为，高血糖诱导的氧化应激损伤是DR的主要病理生理过程。氢治疗自2007年被日本学者报道以来，已被证实对多种急、慢性疾病具有显著的抗氧化应激损伤的作用。特别是近期对游离氢给药方式的改进，方便了其制备、定量和保存；不仅使氢治疗成为近期研究的热点，也促使其研究重点从简单的效应验证过渡到机制研究，早期提出地选择性抗氧化机制已不能完全解释所有的疾病模型。我们的前期工作已明确氢治疗可以通过选择性抗氧化发挥对DR的短期保护作用，但长期作用显然还存在其他机制。我们进一步研究发现，氢治疗后视网膜抗氧化酶的表达增加、炎性介质减少，它们均是Nrf2通路下游的不同阶段产物，而Nrf2通路又在机体抗氧化防御系统中起到核心作用，所以我们推断并希望证实，氢治疗可能通过Nrf2通路发挥对DR的长期保护作用。

糖尿病视网膜病变（DR）是糖尿病最严重的并发症之一，是发达国家成年人获得性盲的主要原因。目前认为，高血糖诱导的氧化应激损伤是DR 的主要病理生理过程。氢治疗已被证实对多种急、慢性疾病具有显著的抗氧化应激损伤的作用。我们的前期工作已明确氢治疗可以通过选择性抗氧化发挥对DR 的短期保护作用，但长期作用显然还存在其他机制。因此我们希望证实机体抗氧化防御系统的核心转录因子核因子E2相关因子2（Nrf2）在氢治疗DR中发挥的作用，现将三年的主要研究结果简述如下。第一部分：饱和氢盐水治疗可显著增加DR小鼠视网膜组织Nrf2的mRNA和核蛋白表达量，并显著增加其DNA结合活性，同时促进Nrf2下游抗氧化靶基因，即抗氧化酶醌氧化还原酶1和血红素单加氧酶-1的mRNA和蛋白表达量均显著增加。此外，氢治疗还可显著增加DR小鼠视网膜组织中谷胱甘肽（GSH）含量及其关键合成酶活性，如谷氨酰半胱氨酸连接酶、γ谷氨酰转肽酶和多药耐药相关蛋白，均受Nrf2转录因子所调控。因此，我们推测氢治疗通过诱导Nrf2活化，激活GSH内源性抗氧化系统，可能是氢治疗发挥对DR视网膜神经保护作用的机制之一。第二部分：采用高浓度氢（66% H2）吸入治疗2周可显著改善大鼠DR早期的视网膜神经退行性变，如减少RGC丢失和凋亡、改善ERG波形异常和降低视网膜胶质细胞激活程度。此外，高浓度氢吸入治疗还能改善DR诱导的视网膜线粒体功能紊乱，如抑制视网膜线粒体柠檬酸合酶和线粒体乌头酸酶活性过度降低、促进mitofilin和PGC-1α蛋白的表达、降低呼吸链复合体蛋白的过度表达。因此，我们推测高浓度氢吸入疗法可通过抑制DR早期视网膜线粒体功能紊乱发挥对DR早期视网膜神经退行性变的保护作用。第三部分：采用高眼压灌注法建立大鼠视网膜缺血再灌注损伤（RIRI）模型，给予高浓度氢（66% H2）吸入治疗1周后，可显著改善RIRI诱导的闪光视觉诱发电位波形和瞳孔光反射异常，显著减少视网膜神经节细胞丢失，并抑制其凋亡进程；还可显著抑制损伤视网膜中炎症因子白介素1β和肿瘤坏死因子α的过量表达，同时显著抑制氧化应激标志物4-羟基壬烯醛的过量表达。因此，高浓度氢吸入治疗可通过抑制视网膜炎症反应和氧化损伤程度发挥对视网膜急性氧化应激损伤的保护作用。第四部分：医用气体的治疗应用研究受到广泛关注，我们发现饱和甲烷生理盐水治疗对大鼠DR具有一定的抗炎