慢性肝病（CLD）常由肝脂肪變性、炎癥和纖維化引起，并成為肝硬化和肝癌的主要誘因。分子氫(H 2)是一種新興的廣譜抗炎分子，能夠在Fe-卟啉的催化氫化作用下中和包括·OH在內(nèi)的細胞毒性氧自由基，在炎癥反應(yīng)中表現(xiàn)出明顯的治療和無毒作用。能夠改善肝臟炎癥和代謝功能障礙，與傳統(tǒng)抗CLD藥物相比在生物安全性方面具有明顯優(yōu)勢，但現(xiàn)有的H2給藥途徑無法實現(xiàn)肝-H 2的靶向高劑量遞送，嚴重限制了其抗CLD功效。多項臨床試驗一致表明，通過飲用富氫水(HRW)可以改善CLD中的炎癥和代謝功能障礙。但每天的飲水量有限，H2的飽和溶解度相當(dāng)?shù)停ㄔ?個大氣壓下為1.6 mg/L），導(dǎo)致H2劑量相對較低，因此治療效果有限。氫氣吸入是另一種流行的抗CLD氫氣給藥途徑，但其高分散性和低溶解度導(dǎo)致肝臟中的低效積累，嚴重限制了氫氣吸入療法的抗CLD療效。H2的肝臟靶向高劑量遞送仍然是CLD的H2治療的挑戰(zhàn)。納米材料已被證明可在傷口愈合和癌癥化學(xué)療法中提供增強的治療效果。

近年來納米藥物在氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的疾病中表現(xiàn)出優(yōu)異的生物安全性、增強的特異性，提供了有前途的治療策略。本研究工作中，研究人員提出了用于CLD治療的局部氫捕獲和催化羥基自由基(·OH)氫化的概念。輕、中度非酒精性脂肪性肝炎（NASH）模型小鼠先靜脈注射PdH納米顆粒，整個治療期間每日吸入4%氫氣3 h。治療結(jié)束后，每天肌注谷胱甘肽（GSH）以輔助Pd排泄。

Unisense微電極系統(tǒng)的應(yīng)用

使用氫微電極（Unisense）原位測量中度NASH小鼠肝臟中的H2濃度來確定體內(nèi)氫捕獲情況。NASH小鼠靜脈注射10 mg/kg Pd顆粒，12 h后，吸入4%氫氣3 h。吸入氫氣后，通過腹膜內(nèi)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臟，Clark型氫氣微電極插入肝臟1mm，檢測局部H 2。實時集中麻醉和微電極穩(wěn)定的整個過程僅用了3分鐘，并且在個體之間是一致的。僅使用不注入Pd的氫氣吸入作為對照，以區(qū)分肝臟中Pd納米粒子的局部氫捕獲能力。

實驗結(jié)果

體外和體內(nèi)概念驗證實驗證實，Pd納米顆粒在靜脈注射后可在肝臟中靶向蓄積，并發(fā)揮氫捕獲器和·OH過濾器的雙重作用，局部捕獲/儲存肝臟-在每日氫氣吸入過程中通過H2并快速催化·OH氫化成H2O。該療法通過展示廣泛的生物活性，包括調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝，顯著改善氫療法在預(yù)防和治療NASH方面的效果和抗炎。Pd在治療結(jié)束后在GSH的協(xié)助下可大部分消除。

圖1、Pd納米粒子在肝臟中進行局部氫捕獲和催化?OH氫化的治療策略和機制示意圖。

圖2、Pd納米粒子的尺寸表征、氫捕獲和催化氫化特性。PdH(A)和Pd納米粒子(B)的HR-TEM圖像（插入圖像是相應(yīng)的選定區(qū)域電子衍射圖）、它們的水合直徑分布(C)、模擬的局部氫捕獲圖(D)和相應(yīng)的紫外吸收演變(E)用于監(jiān)測動態(tài)過程(F)，模擬催化加氫圖示(G)和相應(yīng)的UV吸收演化(H)用于監(jiān)測動態(tài)過程(I)。

圖3、Pd納米顆粒在NASH模型中的肝臟靶向積累、局部氫捕獲和催化氫化行為。靜脈注射后Pd納米顆粒的生物分布和肝內(nèi)滯留(A)，通過氫電極實時原位監(jiān)測NASH小鼠注射Pd和3小時氫氣吸入后肝臟中的氫濃度(n=6)(B),Pd納米顆粒催化氫化清除NASH小鼠肝臟中·OH的能力(C)。

圖4、PdH注射加氫氣吸入預(yù)防輕度NASH的治療效果。輕度NASH預(yù)防(A)、肝臟總膽固醇(B)和甘油三酯(C)含量、涉及IL-1β(D)、IL-6(E)和TNF-α(F)的全身炎癥水平的治療程序，以及治療結(jié)束時肝切片的H&E和油紅O染色（黑色箭頭指向代表中性甘油三酯和脂質(zhì)的紅點）圖像(G)。

圖5、PdH注射加氫氣吸入緩解中度NASH的治療效果。模型構(gòu)建和治療程序（A），血清細胞因子水平包括IL-1β（B），IL-6（C），TNF-α（D），IHC和α-SMA，CD68和F4/80的免疫熒光檢測肝切片(E)的水平，以及治療結(jié)束時肝切片的H&E、油紅O（指向代表中性甘油三酯和脂質(zhì)的紅點的黑色箭頭）和馬松三色染色（藍色代表膠原蛋白）圖像(F)。

結(jié)論與展望

本研究提出了局部氫捕獲和催化氫化抗CLD的新治療理念，并通過PdH納米粒子注射與氫氣吸入相結(jié)合的體外和體內(nèi)成功驗證了這一理念。在輕度和中度NASH模型中，研究證實我們的治療策略通過改善肝臟脂質(zhì)代謝和局部/全身炎癥顯著增強氫氣吸入的結(jié)果。考慮到分子氫和Pd納米粒子的生物安全性、單劑量注射PdH與吸入氫氣相結(jié)合的成本效益以及肝臟靶向作用，所提出的治療概念是臨床預(yù)防和治療CLD的有前途的策略。