氢气通过抗糖基化（糖化血红蛋白）改善糖尿病人高血糖症状

糖尿病是一种常见的代谢性疾病，主要表现为机体胰岛素相对或者绝对不足，导致血糖水平持续性增高【1】。不论是1还是2型糖尿病，随着长期高血糖水平病程的逐渐进展，均可以造成不同程度的，不同靶器官的并发症，其中以心血管病变最为常见，也最具威胁性。

血管并发症是导致糖尿病患者死亡的主要原因。其中，高血压，肥胖症，动脉粥样硬化，血脂代谢异常，糖尿病肾病亦是患者预后不良的重要危险因素。

晚期糖基化终末产物(AGEs)是以体内大分子物质如脂肪，蛋白质，核酸和还原性糖(葡萄糖，果糖，戊糖)为原料，在生理环境中通过发生非酶促反应，生成的稳定共价键产物。在糖尿病患者当中，AGEs在体内的累积可以引发糖尿病各种并发症。

虽然“晚期糖基化终末产物”这名词听起来陌生，但糖尿病人应该都清楚，因为最早发现的这类物质就是糖尿病患者体内的糖化血红蛋白。研究表明，晚期糖基化终末产物(AGEs)是多种慢性疾病的发病机制之一，如糖尿病及其并发症、动脉粥样硬化、骨质疏松和阿尔茨海默病等。

AGEs 具有产生和激活 ROS 的能力，这些特点也是其损伤血管的重要理化因素。AGEs 的产生和糖尿病患者血糖水平以及高血糖暴露的时间成正相关，患者血糖水平越高，暴露高血糖的时间越久，AGEs 的产生和堆积就越多【2】。在正常机体中，葡萄糖的糖基化反应较低。然而，在糖尿病患者体内，持续性的高血糖和局部微环境的氧化应激加速了 AGEs 产生和堆积【3】。

国外研究者发现，胰岛素可通过清除 AGEs 来保护内皮细胞功能，通过提高内皮细胞清道夫受体的含量，从而加速AGEs的清除【4】。在糖尿病患者当中，持续升高的血糖状态极易导致 AGEs 的过量产生，形成“氧化应激-AGEs”的恶性循环【5】。因此，如何清除 AGEs 或减少这些 AGEs 的产生似乎可以成为减少糖尿病并发症的治疗策略之一。

传统的抗氧化应激的制剂包括维生素 C，维生素 E，β胡萝卜素，超氧化物歧化酶等。由于结构和效价关系的限制，这些天然抗氧化剂的抗氧化作用较弱且作用可逆，组织穿透能力差，而且其循证学研究的结果多为阴性。

氢气可能具有选择性的抗氧化作用，也即氢气只与·OH 和 ONOO- 发生反应，而并不与其它具有生理活性作用的活性氧发生生物化学反应，如 O2 - ·、H2O2 和 NO·等。氢气的这种温和还原性的优点，使得它在抗氧化作用的同时对机体内部必须的生理反应过程影响极小。另外，和生理活性氧 O2 - ·、H2O2 和 NO·相比，·OH 和 ONOO- 等氧自由基的氧化性明显高于生理活性氧，而这也使得还原性比较温和的氢气只与这些强自由基发生中和反应【6】。吸入氢气可能是将来医学领域一种颇有前景的治疗策略。

基于此开展的“氢气抗AGEs诱导的内皮凋亡及其机制”课题研究，有望成为治疗糖尿病的新策略。

第一章：氢气对糖基化终末产物所致损伤的影响

在正常细胞中的增殖和凋亡受到一系列复杂基因群的严格调控而保持平衡 ,如果这一平衡遭到破坏 ,将导致机体疾病。

研究表明，血管内皮细胞凋亡与糖尿病血管并发症密切相关。糖尿病患者心血管并发症危险性及动脉硬化发生率较正常人显著增高，其中核心是高血糖导致血管内皮细胞功能和结构的改变。高糖环境可产生大量氧自由基，它能使内皮细胞NO合成下降，诱导内皮细胞凋亡显著增加。

氢气在内皮细胞中是否对糖基化终末产物导致的凋亡具有保护作用尚不清楚，因此本部分研究目的即为探究氢气在内皮细胞中的凋亡保护效应。

本实验分为4组：正常对照组，AGEs组，HRM组，AGEs+HRM组。(HRM-氢干预，AGEs浓度为400uL/ml)。结果发现，HRM保护AGEs诱导的内皮细胞凋亡。

如上表所示，HRM能够明显抑制AGEs所诱导的细胞凋亡，能将AGEs(400μg/ml)组内皮细胞凋亡率从(21.61 ± 2.52) % 降低到(11.32 ± 1.75)%，这说明氢气能保护AGEs诱导的内皮细胞凋亡。

第二章：氢气对糖基化终末产物所致氧化应激的影响

人们在认识和研究衰老中发现了氧化应激。机体在伤害刺激的作用下，一些活性分子，比如 ROS (活性氧自由基)和 RNS(活性氮自由基)的产量会急速增多，氧化物质产生的程度超出氧化物质的清除能力，抗氧化体系和氧化体系的动态平衡失衡，从而导致机体细胞和组织的损伤。

活性氧自由基包含 O2 - (超氧阴离子)、·OH(羟自由基)和H2O2(过氧化氢)等;活性氮自由基包含 NO(一氧化氮)、NO2(二氧化氮)和 ONOO- (过氧化亚硝酸盐)等。(上图为O2 - 生成·OH 及 ONOO- 过程)

人体呼吸和代谢每天都在产生 ROS，实际上，生物体每天也在清除机体产生的 ROS，然而当 ROS 的浓度急速增加后，而机体的抗氧化能力没有增加，那么增加的 ROS 就可以引起氧化应激反应，从而诱导细胞凋亡，甚至是细胞的坏死。

在糖尿病患者当中，持续升高的血糖状态极易导致 AGEs的过量产生【4】。流行病学资料显示，AGEs 的存在和糖尿病并发症息息相关【5】。

以下实验，用于验证氢气对糖基化终末产物引起的细胞氧化应激的影响，从而揭示氢气在抗细胞凋亡中的部分机制。采用与第一章相同的样品进行试验，发现

1、HRM 降低内皮细胞ROS水平

通过流式细胞分析法检测内皮细胞ROS水平，发现AGEs 浓度依赖性增高内皮细胞ROS水平。然而使用HRM+AGEs 培养后，发现各浓度点细胞ROS水平较 AGEs 组明显降低，并且HRM+AGEs组细胞ROS水平和正常对照组无显著差异。

2、HRM通过上调细胞SOD mRNA、GSH-PX mRNA表达，提高抗氧化酶的活性，增强细胞抗氧化性

AGEs可浓度依赖性降低内皮细胞SOD mRNA表达。而HRM干预后能够明显改善AGEs 对SOD mRNA表达的抑制作用。

同样，AGEs可浓度依赖性降低内皮细胞GSH-PX mRNA表达。而HRM干预后亦能够明显改善AGEs对GSH-PX mRNA表达的抑制作用。

在本章研究中，发现AGEs能引起细胞ROS明显升高，并且升高水平与浓度相关。氢气可以逆转这个过程，使ROS降到正常水平。

AGEs刺激细胞后也可减少抗氧化酶类的生成，破坏细胞氧化和抗氧化系统的平衡，影响内皮细胞功能。SOD是人体细胞代谢不可缺少的活性蛋白酶，在防御生物体免受ROS氧化损伤中具有重要的作用。GSH-PX可以清除由活性氧和•OH 诱发的脂质过氧化物，保护细胞膜结构和功能的完整性。

应用氢气后，能明显抵抗AGEs 导致的细胞中这两种酶水平的降低，说明氢气可以保护AGEs对内皮细胞抗氧化系统的损伤，稳定细胞功能。

第三章：氢气对细胞抗凋亡/凋亡蛋白表达的影响

细胞凋亡在疾病的发生发展中占有重要的地位，其改变直接参与了疾病的病理生理过程。细胞凋亡路径主要包括两条：一是有受体介导的凋亡路径，主要是有细胞外凋亡信号引起的，凋亡相关受体主要包括 TNF-α、Fas/Fasl 等;另一条是线粒体介导，凋亡的信号来源于细胞内，导致细胞色素c大量释放，激活caspase9，随后活化的caspases9通过级联放大反应引起细胞凋亡。

研究表明，细胞损伤中AGEs能激活线粒体导致氧化应激，激活的氧化应激又能引起内皮细胞的凋亡。

前两部分研究中，已经观察了氢气对AGEs所致细胞凋亡和氧化应激均有拮抗作用。但氢气对细胞中抗凋亡/凋亡蛋白的表达是否有影响，尚需通过实验进行验证。这也有助进一步探索氢气抗细胞凋亡的机制。

采用与第一章相同的样品进行试验，发现：

1、AGEs通过降低凋亡抑制蛋白Bcl-2表达，增加促凋亡蛋白Bax表达，诱导细胞凋亡

WB检测细胞Bcl-2及Bax蛋白表达，发现与正常对照相比，各浓度点AGEs组Bcl-2表达量均明显下降，Bax 蛋白表达量均明显增加，Bcl/Bax 蛋白比值均下降。

2、HRM能够拮抗由AGEs诱导的Bcl/Bax蛋白比值降低，抵抗细胞凋亡

与AGEs组相比，AGEs+HRM组Bcl/Bax 蛋白比值明显升高;而与正常对照相比，HRM 组Bcl/Bax蛋白比值无统计学差异。

在本章的研究中，发现AGEs导致内皮细胞凋亡研究已经发现其涉及到了Bcl-2/Bax 的比率【7】，Zoltan 等认为 bcl-2 与 bax 两者之间的比例决定了凋亡还是抑制凋亡。

有研究表明，AGEs可以诱导内皮细胞凋亡，这与Bcl-2/Bax比率降低有关。Bcl-2是一种较为重要的抗凋亡蛋白，其通过阻断 ROS 的产生从而发挥抗氧化应激和凋亡的作用【8】，相反，Bax则是促进凋亡的重要分子，其主要是通过阻断 Bcl-2 的功能来实现促进凋亡的作用【9】。

在本部分研究中，现AGEs 在随着浓度的增加情况下，可导致Bax的增加，而Bcl-2 的含量则降低，二者的比值也降低。当Bcl/Bax 蛋白表达量比例在AGEs 浓度400μg/ml 时，二者的比值下降约为50﹪，这说明高浓度的AGEs具有较强烈的促凋亡作用，导致细胞出现凋亡增加。

然而，在随后的干预实验中我们发现，在氢气的作用下，AGEs所引起的细胞凋亡作用能被氢气明显减弱，说明这是氢气在AGEs 所引起的细胞凋亡中起着保护作用的机制之一。

综合第一章的实验结果来看，氢气能通过降低细胞的氧化应激，以及上调细胞的抗凋亡蛋白表达发挥其凋亡保护作用。

国内氢气干预改善糖尿病患者症状临床试验

试验对象

2016年6月—2017年9月，在多个社区卫生中心登记并定期检测血糖的2型糖尿病患者 76例。其中男36例、女40例，年龄51~65 岁，病程1~12年，平均6.2年。

纳入标准

符合 WHO于 1999 年提出的 2 型糖尿病诊断标准，正在接受三甲医院的正规口服降糖药治疗。

试验方案

患者每天到所属的社区卫生中心领取富氢水，500毫升/天，现场饮用，15分钟内喝完，两次饮水间隔为18~24h。由专人监督并登记，持续30天。

30天后，采集早晨空腹静脉血，检测空腹血糖、GHbA1c、LDL 和 HDL;采用采用硫代巴比妥酸法检测MDA，流式细胞仪检测 ROS，二硫代硝基苯甲酸比色法检测 GSH-PX，黄嘌呤氧化酶法检测 SOD。

试验结果

患者饮用富氢水30天后，血清MDA和 NO明显降低，GSH-PX和 SOD 明显升高，与饮用富氢水前比较，差异有统计学意义。

氧化应激指标中，MDA 的变化值与 HbA1c 和 LDL 水平均呈正相关，ROS 的变化值与 HbA1c 水平和病程呈正相关，GSH-PX 变化值与 LDL 水平呈正相关，所有氧化 / 抗氧化指标变化值与年龄、平均动脉压、BMI、空腹血糖、HDL 和 IL-1/6 水平均无相关性。

试验结论

氢气除了直接清除糖尿病人体内的 ROS，还通过增强 GSH-PX 和 SOD活性进一步减少 ROS，减轻脂质过氧化，降低 MDA水平，有助于降低糖尿病并发症的风险。

本研究证实氢气可有效减轻 2 型糖尿病患者过氧化状态，抑制脂质过氧化损伤，对病程长、吸烟或者血清 HbA1c 和 LDL 水平较高的患者，氢气可能有更好的抗氧化保护作用，有助于社区医生参考这些指标选择最适合的病例，提高氢气治疗的针对性【10】。

国外氢气干预改善糖尿病患者症状临床试验

该试验发表于《Diabetology International》(糖尿病国际医学)，由日本糖尿病学会、日本东北大学仙台分校(原仙台医科大学)、联合日本多地医院联合进行。(该试验为多中心、前瞻性、双盲、随机对照试验)

试验对象

参与试验的患者，年龄在20至80岁之间，无胰岛素治疗史，之前未接受过氢气干预，最终由50名患者入选。

试验方案

将患者分为氢气干预组、对照组，每组25人，随机分配。氢气干预组每天饮用500-2000毫升富氢水，对照组饮用普通水，两组患者在试验期间，生活饮食、服药等，均维持原先习惯。3个月后，对两组患者的生理指标进行检测。

试验结果

3个月，两组患者生理指标变化如下表所示，其中EFW代表氢气干预组，FW代表对照组。

试验结论

本试验的最终目的，是通过胰岛素抵抗的稳态评估模型(HOMA-IR)，评估3个月后患者胰岛素抵抗(IR)的变化。

通过对试验数据的分析，发现虽然氢气干预组(EHW)和对照组(f'w)组间HOMA-IR的变化无显著差异，但是氢气干预组(EHW)的乳酸水平显著下降，这种降低与HOMA-IR，空腹血糖、空腹胰岛素水平的降低显著相关。

另外，在HOMA-IR>1.73的氢气干预组(EHW)患者中，血清乳酸水平变化，与90分钟后的胰岛素增量、血糖负荷减少显著相关。同时，试验期间，所有患者未出现不良反应。

研究团队认为，本次试验验证了氢气通过抑制氧化应激(Oxidative Stress，OS)，改善胰岛素抵抗(HOMAIR)的结论。同时，氧化应激问题越严重，这种改善效果越明显。这是由于氧化应激会影响空腹血糖、加重胰岛素抵抗。

在对照组和氢气干预组中，分别由有16名患者，和17名患者，在试验期间接受了二甲双胍治疗。试验期间，接受二甲双胍治疗和未接受二甲双胍治疗的患者，空腹血糖、空腹胰岛素、血清乳酸、尿液和血清尿酸水平变化没有显著差异。说明本研究中观察到的氢气干预组患者生理指标的变化，是氢气干预而不是药物治疗引起的。

此外，氢气干预仅抑制了氧化应激，并且仅抑制非生理过程导致的胰岛素抵抗。说明氢气干预没有禁忌症，对于胰岛素抵抗升高的二型糖尿病患者更有益【11】。

氢气干预改善糖尿病患者症状的个案研究

患者基本情况：

患者今年40岁，二型糖尿病确诊7年，试验前糖化血红蛋白11%，餐后2小时血糖>9.0mmol/L，空腹血糖>13mmol/L。

患者曾尝试通过运动、健身等方式控制血糖，但没有效果;日常服用的药物包括格列美脲片、拜糖平等;患者有10年吸烟史，于2021年戒烟，至试验前戒烟已半年，无酗酒等其他不良嗜好。

试验过程

试验在2022年1月开始，至2022年5月31日，因疫情中断。

第一阶段：2022年1月~3月，通过服药控制血糖，每日测量血糖变化情况，作为基线数据;

第二阶段：3月27-4月2日，为氢气+氢水+药物共同干预控制血糖;

第三阶段：4月3日清明假期至4月13日，暂停氢水+氢气干预，仅靠药物控制血;

第四阶段：4月14日，至5月31日止，氢气+氢水+药物共同干预控制血糖。

试验记录

试验期间，血糖变化的总趋势(均为7天平均数据)。患者单纯依靠药物控制血糖波动极大，说明药物干预已经无法有效正常控制血糖，调查患者生活习惯得知，患者经常在睡前点外卖，造成晚间血糖飙升。

第二阶段，患者开始规律作息、饮食，并改掉了睡前点外卖的不良习惯。

第二阶段患者每日饮食、服药情况

如上图所示，在开始氢气+氢水+药物联合干预后，同时戒掉睡前点外卖的不良生活习惯后，患者血糖回归正常水平。

第三阶段，因清明节假期，之后一周停止干预，同时维持之前的饮食、服药情况，血糖出现波动，夜间血糖明显高于氢气+氢水+药物联合干预期间血糖，但仍在正常范围内(<10mmol/L)

第三阶段患者日常饮食、服药情况

第四阶段，患者恢复联合干预，至5月底因疫情回家办公期间，血糖变化情况，可以看出血糖整体水平显著下降，波动减小，参考2小时血糖≤8.0mmol/L，空腹血糖降到6.0mmol/L，完全达到正常水平。患者在此期间，生活、服药规律同第二阶段。

如上图所示，恢复氢气+氢水+药物联合干预后，患者5月整月的血糖平稳，与1月形成鲜明对比。糖化血红蛋白水平6.3%，餐后2小时血糖<10mmol/L，空腹血糖<6mmol/L，血糖波动平稳，日常血糖的波动区间控制在5~8mmol/L。

专家点评

全国首部《家用氢气机》行业标准起草委员会成员，北京金博智慧健康科技有限公司的创始人兼CEO——褚明礼老师认为：

在以上实验中，一方面证实了氢气能降低内皮细胞在AGEs的诱导下所产生的氧化应激，其具体的机制是降低ROS的水平，增加GSH-PX和SOD的水平和活性，发挥抗氧化应激的作用。

另一方面，氢气在AGEs所导致的细胞凋亡中，其主要是增加Bcl-2/Bax蛋白比例，从而发挥抗凋亡的作用，从而阻断内皮细胞的凋亡。因此，氢气的这种保护作用，在改善糖尿病患者重要生化指标(糖化血红蛋白、血糖等)、预防糖尿病导致的动脉硬化等并发症方面，具有积极作用。

通过我国学者和日本学者的临床试验，进一步说明氢气改善糖尿病患者的生理指标，是通过抑制氧化应激实现的。通过抑制氧化应激，改善胰岛素抵抗，从而减低空腹血糖、空腹胰岛素水平等指标，且没有不良反应。

同时，个体试验也证明，患者在改掉不良生活习惯(如睡前点外卖)后，采用氢水+氢气+药物联合干预，在不改变处方的前提下，能够降低血糖波动，改善主要生化指标(糖化血红蛋白、空腹血糖等)。

因此，氢气干预高效、安全，可作为2型糖尿病患者有效的辅助治疗手段，而保持生活规律，改掉不良嗜好，更利于病情的稳定。

参考文献

【1】Schernthaner G. Cardiovascular mortality and morbidity in type-2 diabetes mellitus[J].Diabetes Research and Clinical Practice, 1996, 31:S3-S13.

【2】]60.Lyons TJ，Jenkins AJ，Glycation，et al. oxidation and lipoxidation in the development of the complications of diabetes：A carbonyl stress hypothesis[J]. Diabetes Rev,1997,5:365-391

【3】Bierhaus A，Hofmann MA，Ziegler R，et al. AGEs and their interaction with AGEs-recepters in vascular disease and diabetes mellitus I,the AGE concept[J]. Cadiovasc Res, 1998, 37:586-600.

【4】Fagot-Campagna A, Bourdel-Marchasson I, Simon D. Burden of diabetes in an aging population: prevalence, incidence, mortality, characteristics and quality of care[J]. Diabetes & Metabolism, 2005, 31:35-52.

【5】孙纪新，翟新灵.糖尿病心血管病并发症现状[J]. 心血管病学进展, 2004, 4:299-302.

【6】Lyons TJ，Jenkins AJ，Glycation，et al. oxidation and lipoxidation in the development of the complications of diabetes：A carbonyl stress hypothesis[J]. Diabetes Rev,1997,5:365-391.

【7】Li BY, Li XL, Cai Q, et al. Induction of lactadherin mediates the apoptosis of endothelial cells in response to advanced glycation end products and protective effects of grape seed procyanidin B2 and resveratrol[J]. Apoptosis, 2011,16(7):732-745.

【8】Deng X, Gao F, May WS Jr. Bcl2 retards G1/S cell cycle transition by regulating intracellular ROS[J]. Blood 2003, 102(9):3179-3185.

【9】Marsh SA, Laursen PB, Pat BK, et al. Bcl-2 in endothelial cells is increased by vitamin E and alpha-lipoic acid supplementation but not exercise training[J]. J MolCell Cardiol, 2005, 38(4):445-451.

【10】周晓，钱程，吕娇，等 . 氢气对社区糖尿病患者氧化应激的作用及影响因素[J]. 社区医学杂志，2018，16(12)：1-3.

【11】OGAWA S，SHIMIZU M，NAKO K，et al. A clinical study on the insulin resistance improvement effects of electrolyzed hydrogen rich water in type 2 diabetes patients： a multicenter prospective double-blind randomized control trial[EB/OL].(2019-03-11)[2020-04-01]