分子状水素は外傷性脳損傷後の肺損傷を緩和する。パイロプトーシスとアポトーシス

Molecular hydrogen alleviates lung injury after traumatic brain injury: Pyroptosis and apoptosis.

抄録

背景:

外傷性脳損傷（TBI）誘発の急性肺障害（ALI）は重篤な状態であり、炎症とアポトーシスが重要な役割を担っている。水素分子は、抗炎症作用と抗アポトーシス作用を発揮する。私たちの以前の研究では、42% HがTBIを改善することが示されました。本研究では、水素（42％H、21％O、バランス窒素）を1日1時間吸入することで、TBIによるALIが改善されるという仮説を検証した。

BACKGROUND: Traumatic brain injury (TBI)-induced acute lung injury (ALI) is a critical condition, and inflammation and apoptosis play essential roles. Molecular hydrogen (H) exerts anti-inflammatory and anti-apoptotic effects. Our previous work has shown that 42% H can improve TBI. In the current study, we tested the hypothesis that inhalation of hydrogen (42% H, 21% O, balanced nitrogen) for 1 h per day can improve TBI-induced ALI.

方法:

Sprague-Dawley雄ラットを無作為に3群に分けた。偽薬群（S群）を除き、ラットに流体打撲傷害（FPI）を施し、H処理群には1日1時間水素を吸入させた。24時間後、48時間後、72時間後の肺機能、パイロプローシス、アポトーシスを評価した。

METHODS: Sprague-Dawley male rats were randomly divided into 3 groups. Except for the sham group (group S), rats were subjected to a fluid percussion injury (FPI) and the H treatment group were given inhaled hydrogen for 1 h per day. We evaluated the lung function, pyroptosis and apoptosis at 24 h, 48 h and 72 h.

結果:

S群と比較して、TBI群（T群）のラットはTBI後に明らかな肺水腫を示した。高濃度水素の吸入により、ラットは有意に改善された。この過程で、ラットは自己治癒力を発揮する傾向があり、水素は自己治癒力を促進する効果もあった。肺の傷害スコア、酸素化指数、肺水腫は一致した。S群と比較して、T群のラットの肺組織におけるパイロプトーシス関連タンパク質Caspase-1、CARDを含むアポトーシス関連斑点状タンパク質（ASC）およびGasdermin-D（GSDM-D）は、TBI後に有意に増加した。H処置群（group H）では、これらのタンパク質は有意に減少した。IL-1βとIL-18のレベルは、TBI後に有意に増加したが、H群では有意に減少した。同時に、cleaved caspase-3およびBCL-2/Baxも、H処理後に変化した。これらのことは、パイロプトーシス、アポトーシス、全身性炎症に対して、Hが強力な改善効果を持つことを示している。しかし、ラットには自己治癒力があり、Hは自己治癒力を促進することも同時に確認した。

RESULTS: Compared with group S, the rats in the TBI group (group T) showed obvious pulmonary edema after a TBI. Inhalation of high-concentration hydrogen significantly improved the rats. During this process, rats had some tendency to heal on their own, and H also accelerated the self-healing process. Lung injury scores, oxygenation index and pulmonary edema were consistent. Compared with group S, the pyroptosis-related proteins Caspase-1, apoptosis-associated speck-like protein containing CARD (ASC) and Gasdermin-D (GSDM-D) in the lung tissues of the rats in group T were significantly increased after a TBI. In the H treatment group (group H), these proteins were significantly decreased. The levels of IL-1β and IL-18 were significantly increased after TBI while in group H were significantly decreased. At the same time, cleaved caspase-3 and BCL-2/Bax were also changed after H treatment. These demonstrates the powerful ameliorating effect of H on pyroptosis, apoptosis and systemic inflammation. However, rats also had tendency to heal on their own, and H also accelerated the self-healing process at the same time.

結論:

HはTBI-ALIを改善し、そのメカニズムはパイロプトーシスとアポトーシスの両方が減少し、炎症が緩和されるためであると考えられる。これらの知見は、集中治療室（ICU）にいるTBI-ALI患者にHを使用するための参考とエビデンスを提供する。

CONCLUSIONS: H improves TBI-ALI, and the mechanism may be due to the decrease of both pyroptosis and apoptosis and the alleviation of inflammation. These findings provide a reference and evidence for the use of H in TBI-ALI patients in the intensive care unit (ICU).