人類壽命長短與衰老密切相關。機體成熟后,衰老會隨著年齡的增長而加快并出現生理功能不可逆轉的衰退。研究發現,氫氣具有清除自由基、抗氧化、抗炎和抗代謝紊亂等多種生物活性。本實驗以模式生物-秀麗隱桿線蟲研究對象,胡桃醌構建氧化應激模型,探究氫氣抗衰老的活性及其作用機制。具體研究內容如下:(1)首先以野生型秀麗線蟲為研究對象,20℃環境下生長,探究氫氣對N2線蟲壽命的影響。研究表明:氫氣干預后線蟲壽命最長可達30h,對照組壽命最長可達22h,實驗組平均壽命和最高壽命均高于對照組。經過富氫水處理30h后,低濃度富氫水和高濃度富氫水處理下線蟲壽命分別提高了21.4%和26.7%,同時,氫氣可以有效抑制線蟲體內脂褐素的累積。機體內脂褐素水平的高低反應了機體衰老的程度,隨著壽命的增加,機體內脂褐素逐漸積累增多,通過測定脂褐素的光密度值評估脂褐素積累的程度。結果表明氫氣有效抑制線蟲體內脂褐素的積累,并具有延緩衰老,延長其壽命的效果。(2)神經退行性疾病造成機體的損傷通常是不可逆的,隨著機體的衰老神經系統功能逐漸下降。阿爾茨海默病多發于中老年人,其發生機制與神經細胞受損出現炎癥進而產生的氧自由基有關。有研究表明淀粉樣蛋白-β(Aβ)毒性會引發在阿爾茨海默病中出現的突觸丟失和隨后的神經元退化。CL4176線蟲是一種在肌肉組織中表達人的Aβ肽的轉基因線蟲,Aβ沉積在線蟲肌肉細胞中逐漸積累顯現出進行性癱瘓的表型。

該實驗通過這一模型證實了氫氣在線蟲體內具有抵抗淀粉樣蛋白毒性的作用,低濃度氫氣干預下的轉基因線蟲CL4176對Aβ誘導的癱瘓無顯著差異,高濃度氫氣干預下的轉基因線蟲CL4176表現出Aβ誘導的癱瘓延遲,表明高氫氣可以緩解β-淀粉樣蛋白誘導的毒性,從而說明氫氣具有緩解老年病阿爾茨海默病中出現的突觸丟失和隨后的神經元退化的作用。因此,進一步證明了氫氣具有抗衰老的活性。(3)近年來一些研究表明,有些物質在延長壽命的同時其生殖能力和身體生長發育能力下降。該研究結果表明氫氣延長線蟲壽命的同時對其總產卵數和體長沒有影響,表明氫氣不會影響生殖能力和身體發育生長。在壽命實驗的同時,觀察秀麗線蟲的運動能力。因為衰老引起肌肉退化導致線蟲運動能力的下降。氫氣環境培養線蟲15天后與對照處理組相比,氫氣組線蟲頭部擺動次數均多余對照組,差異顯著;氫氣組身體彎曲次數均多余對照組,第7天線蟲身體彎曲次數/20s由12最多增加至16差異顯著,后期無明顯差異;咽泵頻率/min第三天無明顯變化,第七天由150增加至180,差異顯著。說明氫氣對線蟲的運動能力具有積極作用,從而使線蟲更具有抗衰老的能力。(4)有研究表明,秀麗線蟲的壽命與其在外界壓力應激中的抵抗力有關。該研究采用胡桃醌來模擬內源性氧化應激,該實驗通過檢測線蟲的存活個數發現,在濃度為300μmol/L胡桃醌氧化應激環境下生存13h后,對照組存活率分別為10%,試驗組存活率分別18%和20%。經過富氫水處理24h后,線蟲抵抗由胡桃醌誘導引起的氧化損傷的能力顯著提高。實驗結果說明,氫氣能顯著提高線蟲在氧化應激環境下的抵抗力。在胡桃醌氧化應激的條件下胰島素通路daf-2突變體線蟲、生殖腺通路glp-1突變體線蟲存活曲線均無明顯差異,氫氣不能提高其抗氧化能力,初步說明氫氣的抗氧化活性依賴于胰島素與生殖腺信號通路。飲食限制通路eat-2、線粒體信號通路clk-1突變體存活曲線較對照組有所延長,抗氧化應激能力增強,初步說明氫氣抗氧化活性不依賴于飲食限制與線粒體信號通路。(5)線蟲抵抗氧化應激的能力跟SOD酶與GSH-Px酶的表達水平有關,提高酶的活力能夠增強線蟲體內抗氧化應激能力進而延長其壽命。因此,我們首先研究氫氣對線蟲體內SOD酶和GSH-Px酶活力的影響。結果顯示,在高濃度富氫水處理下,線蟲體內SOD酶的活力較對照組提高了24.5%,效果顯著;其他無明顯差異。初步說明氫氣抗氧化的作用機制可能是激活了SOD酶的活力。為了檢測SOD酶活性的增強是否因為氫氣誘導酶基因表達量的變化,進一步探究了sod-3基因表達情況,結果表明,氫氣濃度越高sod-3::GFP的熒光強度越強,差異越明顯。表明氫氣促進sod-3基因表達量上調,酶的活力增強,從而提高線蟲抵抗氧化應激的能力,延長壽命。(6)daf-16是IIS信號通路中的關鍵基因,通過試驗氫氣對突變體線蟲daf-16壽命的影響來評估氫氣延長線蟲壽命的效果與IIS信號通路有關。結果表明,氫氣不能延長daf-16線蟲壽命。并且線蟲體內daf-16表達水平上調,daf-2表達水平下調,表明氫氣延長壽命的作用機制可能與IIS信號傳導通路中關鍵基因daf-16和daf-2的表達水平有關。sod-3基因為氧化應激信號通路中的調控基因,sod-3基因表達上調,表明氫氣可能是由于激活了通路中daf-16、sod-3、daf-2的基因表達,從而具有調控抗逆性蛋白表達的功能來抵抗機體內外對線蟲不利的因素,進而能延緩衰老。也有很多文獻報道飲食限制能延長線蟲壽命。因此,我們測定了飲食限制信號通路中的關鍵基因eat-2基因表達水平。結果eat-2基因表達水平上升,說明氫氣抗衰老的作用與飲食限制通路無關。