慢性肝病（CLD）常由肝脂肪变性、炎症和纤维化引起，并成为肝硬化和肝癌的主要诱因。分子氢(H 2)是一种新兴的广谱抗炎分子，能够在Fe-卟啉的催化氢化作用下中和包括·OH在内的细胞毒性氧自由基，在炎症反应中表现出明显的治疗和无毒作用。能够改善肝脏炎症和代谢功能障碍，与传统抗CLD药物相比在生物安全性方面具有明显优势，但现有的H2给药途径无法实现肝-H 2的靶向高剂量递送，严重限制了其抗CLD功效。多项临床试验一致表明，通过饮用富氢水(HRW)可以改善CLD中的炎症和代谢功能障碍。但每天的饮水量有限，H2的饱和溶解度相当低（在1个大气压下为1.6 mg/L），导致H2剂量相对较低，因此治疗效果有限。氢气吸入是另一种流行的抗CLD氢气给药途径，但其高分散性和低溶解度导致肝脏中的低效积累，严重限制了氢气吸入疗法的抗CLD疗效。H2的肝脏靶向高剂量递送仍然是CLD的H2治疗的挑战。纳米材料已被证明可在伤口愈合和癌症化学疗法中提供增强的治疗效果。


近年来纳米药物在氧化应激诱导的疾病中表现出优异的生物安全性、增强的特异性，提供了有前途的治疗策略。本研究工作中，研究人员提出了用于CLD治疗的局部氢捕获和催化羟基自由基(·OH)氢化的概念。轻、中度非酒精性脂肪性肝炎（NASH）模型小鼠先静脉注射PdH纳米颗粒，整个治疗期间每日吸入4%氢气3 h。治疗结束后，每天肌注谷胱甘肽（GSH）以辅助Pd排泄。


Unisense微电极系统的应用


使用氢微电极（Unisense）原位测量中度NASH小鼠肝脏中的H2浓度来确定体内氢捕获情况。NASH小鼠静脉注射10 mg/kg Pd颗粒，12 h后，吸入4%氢气3 h。吸入氢气后，通过腹膜内注射7 mL/kg 20%氨基甲酸乙酯立即麻醉小鼠。腹部正中切口暴露肝脏，Clark型氢气微电极插入肝脏1mm，检测局部H 2。实时集中麻醉和微电极稳定的整个过程仅用了3分钟，并且在个体之间是一致的。仅使用不注入Pd的氢气吸入作为对照，以区分肝脏中Pd纳米粒子的局部氢捕获能力。


实验结果


体外和体内概念验证实验证实，Pd纳米颗粒在静脉注射后可在肝脏中靶向蓄积，并发挥氢捕获器和·OH过滤器的双重作用，局部捕获/储存肝脏-在每日氢气吸入过程中通过H2并快速催化·OH氢化成H2O。该疗法通过展示广泛的生物活性，包括调节脂质代谢，显着改善氢疗法在预防和治疗NASH方面的效果和抗炎。Pd在治疗结束后在GSH的协助下可大部分消除。

图1、Pd纳米粒子在肝脏中进行局部氢捕获和催化‧OH氢化的治疗策略和机制示意图。

图2、Pd纳米粒子的尺寸表征、氢捕获和催化氢化特性。PdH(A)和Pd纳米粒子(B)的HR-TEM图像（插入图像是相应的选定区域电子衍射图）、它们的水合直径分布(C)、模拟的局部氢捕获图(D)和相应的紫外吸收演变(E)用于监测动态过程(F)，模拟催化加氢图示(G)和相应的UV吸收演化(H)用于监测动态过程(I)。

图3、Pd纳米颗粒在NASH模型中的肝脏靶向积累、局部氢捕获和催化氢化行为。静脉注射后Pd纳米颗粒的生物分布和肝内滞留(A)，通过氢电极实时原位监测NASH小鼠注射Pd和3小时氢气吸入后肝脏中的氢浓度(n=6)(B),Pd纳米颗粒催化氢化清除NASH小鼠肝脏中·OH的能力(C)。

图4、PdH注射加氢气吸入预防轻度NASH的治疗效果。轻度NASH预防(A)、肝脏总胆固醇(B)和甘油三酯(C)含量、涉及IL-1β(D)、IL-6(E)和TNF-α(F)的全身炎症水平的治疗程序，以及治疗结束时肝切片的H&E和油红O染色（黑色箭头指向代表中性甘油三酯和脂质的红点）图像(G)。

图5、PdH注射加氢气吸入缓解中度NASH的治疗效果。模型构建和治疗程序（A），血清细胞因子水平包括IL-1β（B），IL-6（C），TNF-α（D），IHC和α-SMA，CD68和F4/80的免疫荧光检测肝切片(E)的水平，以及治疗结束时肝切片的H&E、油红O（指向代表中性甘油三酯和脂质的红点的黑色箭头）和马松三色染色（蓝色代表胶原蛋白）图像(F)。


结论与展望


本研究提出了局部氢捕获和催化氢化抗CLD的新治疗理念，并通过PdH纳米粒子注射与氢气吸入相结合的体外和体内成功验证了这一理念。在轻度和中度NASH模型中，研究证实我们的治疗策略通过改善肝脏脂质代谢和局部/全身炎症显着增强氢气吸入的结果。考虑到分子氢和Pd纳米粒子的生物安全性、单剂量注射PdH与吸入氢气相结合的成本效益以及肝脏靶向作用，所提出的治疗概念是临床预防和治疗CLD的有前途的策略。