Jak Wodór Molekularny Może Pomóc w Leczeniu Stłuszczenia Wątroby?

Co to jest NAFLD?

Choroba niealkoholowe stłuszczenie wątroby (NAFLD) stanowi jeden z największych globalnych problemów zdrowotnych, dotykając około 25% populacji na świecie. Jest to najczęstsza przewlekła choroba wątroby, której etiologia związana jest z wieloma czynnikami, takimi jak genetyka, otyłość, insulinooporność, cukrzyca typu 2, zespół metaboliczny i choroby układu krążenia. Tradycyjnie uznawano, że NAFLD to problem głównie krajów zachodnich, jednak badania wskazują, że rozprzestrzenia się ona także w Azji.

NAFLD obejmuje szereg podtypów klinicznych, takich jak proste stłuszczenie (NAFL) i stłuszczeniowe zapalenie wątroby (NASH). Choć NAFL uważane jest za stan łagodny, może prowadzić do poważniejszych uszkodzeń wątroby. Około 20-30% przypadków NAFL może przejść w NASH, stan, który charakteryzuje się procesami zapalnymi i zwłóknieniami w wątrobie. Z poważnymi konsekwencjami dla zdrowia, takimi jak marskość wątroby i rak wątrobowokomórkowy, poszukiwanie skutecznych terapii dla NAFLD jest priorytetem.

W poszukiwaniu bezpiecznych i skutecznych terapii, naukowcy zwrócili uwagę na wodór molekularny, związek, który zyskał na znaczeniu jako potencjalny środek przeciwutleniający i przeciwzapalny. Odkryto, że wodór molekularny może wywierać korzystny wpływ w różnych chorobach, a wstępne badania kliniczne sugerują, że może być przydatny także w leczeniu NAFLD. Wodór molekularny wydaje się skuteczny w zapobieganiu gromadzeniu się tłuszczu w wątrobie, co stwierdzono zarówno w modelach komórkowych, jak i zwierzęcych.

Protokół badania klinicznego i inhalacja wodorem

W ramach przeprowadzonego badania klinicznego, pacjenci zostali poddani szeregowi badań w celu zdiagnozowania stanu ich zdrowia przed i po próbie. Analizy obejmowały między innymi pomiary fizyczne, badania serologiczne oraz badania obrazowe wątroby za pomocą ultrasonografii i tomografii komputerowej (TK). W trakcie badania uczestnikom zalecano zachowanie dotychczasowych nawyków życiowych.

Zbadano również profil lipidowy i enzymy wątrobowe pacjentów, korzystając z zaawansowanego sprzętu diagnostycznego. Ważnym elementem badania była ocena stopnia stłuszczenia wątroby, które dokonano za pomocą ultrasonografii oraz analizy obrazów TK. Kryteria diagnostyczne opierały się na różnicach w echogeniczności między wątrobą a prawą nerką, co pozwalało na ocenę nasilenia stłuszczenia wątroby.

Uczestnicy zostali losowo podzieleni na dwie grupy. Jedna grupa wdychała mieszaninę wodoru i tlenu, podczas gdy druga - powietrze atmosferyczne. Interwencja trwała przez 13 tygodni. Zaopatrzenie w sprzęt niezbędny do inhalacji zapewniła firma Shanghai Asclepius Meditec Co., Ltd. Urządzenia użyte w eksperymencie miały identyczny wygląd, co zapewniało obiektywizm procesu badawczego.

KUP INHALATOR WODORU

Protokół Eksperymentów na Zwierzętach

Sześćdziesiąt myszy C57BL6/J zostało podzielonych na 6 grup, z których każda była poddawana różnym traktamentom, mającym na celu indukcję stanu NASH (niestalkoholowego stłuszczenia wątroby). Eksperyment obejmował inhalacje wodoru, azotu, oraz podawanie pioglitazonu i chlorochiny. Po 6 tygodniach zwierzęta zostały uśpione, a ich wątroby oraz krew przebadano pod kątem funkcji wątroby, stanu stresu oksydacyjnego oraz innych parametrów histopatologicznych i biochemicznych. Procedury były zgodne z wytycznymi Komitetu ds. Opieki nad Zwierzętami na Uniwersytecie Medycznym Shandong First.

Badania

1. Przed rozpoczęciem badania, 13 uczestników miało co najmniej 30% stłuszczenie wątroby na tomografii komputerowej (CTL/S < 0.838). Wśród tych pacjentów, można zauważyć ogólną tendencję do poprawy CTL/S w grupie wodoru/tlenu (n = 8) w porównaniu z grupą placebo (n = 7) (Rysunek 2A). Tylko 28,6% (2/7) uczestników wykazało poprawę CTL/S w grupie placebo po zakończeniu badania, podczas gdy 75% (6/8) uczestników w grupie wodoru/tlenu wykazało złagodzenie stłuszczenia wątroby. CTL/S po badaniu w grupie wodoru/tlenu było lepsze niż w grupie placebo (Tabela 3, Rysunek 2B). Wyniki skanowania CT były zgodne z ultrasonografią, że inhalacja wodoru/tlenu złagodziła umiarkowane stłuszczenie wątroby u pacjentów.

 

2. Porównanie stopnia stłuszczenia przed i po badaniu wśród pacjentów z co najmniej 30% stłuszczeniem wątroby (CTL/S < 0.8) między grupą wodoru/tlenu a grupami placebo na podstawie tomografii komputerowej.

 

3. Aby potwierdzić korzystny wpływ wodoru w modelach zwierzęcych, użyto modelu myszy NASH indukowanego dietą. Myszy C57B6/J były karmione dietą MCD i wdychały mieszaninę 66% wodoru i 33% tlenu przez 1 godzinę dziennie przez 6 tygodni. Analizowano cytokiny surowicze oraz przeprowadzono badanie histologiczne wątroby. Badania krwi wykazały, że poziom ALT w grupie H2 znacząco zmniejszył się w porównaniu z grupą N2, podczas gdy poziom AST w grupie H2 nieznacznie spadł (Rysunek 3A). W grupie N2 znacząco zmniejszyły się podwyższone poziomy wątrobowych ROS i MDA w odpowiedzi na inhalację wodoru, a poziom GSH w wątrobie uległ poprawie (Rysunek 3B). Parametry zapalne w surowicy również znacząco zmniejszyły się w grupie inhalacyjnej z wodorem (Rysunek 3C). Co więcej, podawanie chlorochiny częściowo zablokowało korzystny efekt inhalacji wodoru na AST, wątrobowe ROS i MDA oraz cytokiny zapalne. Kombinacja leczenia PGZ i inhalacji wodoru przyniosła większe efekty niż prosta interwencja terapeutyczna w poprawie AST i ALT, sugerując synergizm (Rysunek 3A).
 

 

Aby zbadac mechanizm działania molekularnego wodoru w redukcji zawartości lipidów w wątrobie, użyto modelu in vitro z hepatocytami obciążonymi kwasami tłuszczowymi (FFA). Komórki AML-12 były utrzymywane w inkubatorze z 20% H2 w obecności FFA lub PA, aby ocenić hamujący wpływ wodoru na gromadzenie lipidów. Wyniki pokazały, że w porównaniu z grupą kontrolną, w której komórki AML-12 były utrzymywane w inkubatorze z CO2, intrakomórkowy poziom TG był znacznie niższy w komórkach traktowanych wodorem, gdy były eksponowane na 1 mmol/L FFA i 0,5 mM PA (Rysunek 4A,B). Tymczasem nie zaobserwowano różnicy, gdy komórki AML-12 były traktowane 0,2 mmol/L FFA lub 0,2 mmol/L PA, co sugeruje, że wodór nie wywierał wpływu na gromadzenie lipidów o niskim stężeniu.
 

Następnie zbadano związek między leczeniem wodorem a autofagią. Przeprowadziliśmy analizę Western blot dla LC3-II/LC3-I, Beclin1 oraz autophagy related 5(Atg5), które uczestniczą w autofagii indukowanej przez FFA. Wyniki wykazały, że wodór nieznacznie hamował autofagię, gdy komórki AML-12 były eksponowane na 0,2 mmol/L FFA, a nieznacznie pobudzał autofagię, gdy komórki były eksponowane na 1 mmol/L FFA. Efekt wodoru na autofagię komórek traktowanych FFA nie był wyraźny. Jednak autofagia była znacząco pobudzona, gdy komórki AML-12 były eksponowane na PA.

Przy użyciu mikroskopii elektronowej (TEM) zbadano komórki AML-12 traktowane 0,5 mmol/L PA, aby zobaczyć, czy leczenie wodorem spowodowało jakiekolwiek zmiany ultrastrukturalne, gdyż kwas palmitynowy głównie indukuje autofagię. Komórki inkubowane z 0,5 mmol/L PA przez 12 godzin wykazały podwójnie warstwowe autofagosomy i kilka autolizosomów, podczas gdy komórki traktowane wodorem wytworzyły większą ilość i większe autolizosomy, co wskazuje na pobudzoną autofagię.

Dodatkowo, do komórek traktowanych wodorem dodano 3-metyloadeninę (3-MA), specyficzny inhibitor makroautofagii, aby zidentyfikować, czy hamujący wpływ wodoru na gromadzenie lipidów był zależny od autofagii. Wyniki wykazały, że dodatek 3-MA przywrócił intrakomórkowy poziom TG, co sugeruje, że blokowanie autofagii odwróciło hamujący efekt wodoru na gromadzenie lipidów.

Wyniki badań 

1. Wpływ inhalacji wodoru/tlenu na serum i markery wątrobowe:

   • Nie zaobserwowano znaczących zmian poziomu całkowitego cholesterolu (TC) i trójglicerydów (TG) w obu grupach po 13 tygodniach.
   • W grupie wodoru/tlenu odnotowano znaczący spadek poziomu cholesterolu LDL-C.
   • Wskaźniki uszkodzenia wątroby, AST i ALT, zmniejszyły się w grupie wodoru/tlenu, co sugeruje ochronny wpływ inhalacji wodoru/tlenu na wątrobę.
   • Biomarkery stresu oksydacyjnego i stanu zapalnego znacząco zmniejszyły się w grupie wodoru/tlenu.

2. Wpływ inhalacji wodoru/tlenu na stłuszczenie wątroby:

   • Ultrasonografia (USG) i tomografia komputerowa (CT) wykazały łagodzenie stłuszczenia w grupie wodoru/tlenu, szczególnie w przypadkach umiarkowanych.
   • W grupie wodoru/tlenu, 77,8% przypadków umiarkowanych regresowało do przypadków łagodnych, podczas gdy tylko 38,5% w grupie placebo zanotowało poprawę.

3. Wpływ inhalacji wodoru na myszy z indukowanym dietą modelem NASH:

   • Inhalacja wodoru znacząco zmniejszyła poziomy ALT w grupie H2 w porównaniu z grupą N2, natomiast AST nieznacznie zmniejszyło się w grupie H2.
   • Znacząco zmniejszono poziomy ROS i MDA w wątrobie oraz poprawiono poziom GSH w wątrobie w odpowiedzi na inhalację wodoru.
   • W grupie inhalacji wodoru znacząco zmniejszono parametry zapalne w surowicy.

4. Wpływ inhalacji wodoru na hepaticzną autofagię:

   • Wyższe względne ekspresje białek związanych z autofagią, takich jak Atg5, Beclin-1 oraz konwersja LC3 (LC3-II/LC3-I), zaobserwowano w grupie MCD + H2, a poziom fosfo-mTOR (Ser2448) zmniejszył się, co sugeruje zwiększoną autofagię spowodowaną inhalacją wodoru.

5. Wpływ wodoru molekularnego na gromadzenie lipidów w komórkach AML-12:

   • W eksperymencie in vitro z udziałem hepatocytów obciążonych FFA, komórki traktowane wodorem wykazały znacząco niższy poziom wewnętrznego TG w obecności 1 mmol/L FFA i 0.5 mM PA.

Dyskusja

Pierwsze badania pilotażowe z udziałem ludzi również przynoszą obiecujące wyniki. W jednym z badań, pacjenci z łagodnym do umiarkowanego NAFLD doświadczyli poprawy po spożyciu wody bogatej w wodór. Te wstępne wyniki wskazują, że wodór molekularny może mieć potencjał jako terapia wspomagająca w leczeniu NAFLD, chociaż potrzebne są większe badania kliniczne, aby potwierdzić te ustalenia.

Interesującym obszarem badań jest także wpływ wodoru molekularnego na proces znany jako autofagia, który jest mechanizmem obronnym komórek, umożliwiającym im rozkład i recykling swoich własnych składników. Wydaje się, że wodór molekularny może promować autofagię, co może mieć znaczenie w łagodzeniu NAFLD.

Naukowcy przeprowadzili również badania kliniczne z zastosowaniem inhalacji wodoru/tlenu u pacjentów z NAFLD, aby zbadać wpływ tej terapii na poziom lipidów w surowicy i złogi tłuszczu w wątrobie. Wyniki były obiecujące, co sugeruje, że wodór molekularny może stanowić wartościowy dodatek do strategii leczenia NAFLD.

Wodór molekularny jest znany ze swojego profilu bezpieczeństwa, co sprawia, że stanowi atrakcyjną opcję terapeutyczną, zwłaszcza w kontekście braku dostępnych leków zatwierdzonych przez FDA na NAFLD. Obecnie wiele terapii farmaceutycznych i niefarmaceutycznych jest testowanych w badaniach klinicznych. Modyfikacje stylu życia, takie jak zmiany w diecie i zwiększona aktywność fizyczna, są uważane za korzystne, jednak są potrzebne alternatywne terapie, aby skutecznie zaradzić tej rosnącej epidemii.

Podsumowując, coraz większa liczba danych wskazuje, że wodór molekularny może odegrać kluczową rolę w łagodzeniu NAFLD. Jego potencjał w hamowaniu akumulacji tłuszczu w wątrobie oraz promowaniu autofagii otwiera nowe drzwi dla badań i terapii skierowanych na tę chorobę. Nie można jednak ignorować konieczności dalszych badań, aby w pełni zrozumieć mechanizmy działania wodoru molekularnego i potwierdzić jego skuteczność w leczeniu NAFLD.

Źródła

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/jcmm.17456

Autorzy: Geru Tao, Guangjie Zhang, Wei Chen, Chao Yang, Yazhuo Xue, Guohua Song, Shucun Qin