Hydrogen gas protects against serum and glucose deprivation induced myocardial injury in H9c2 cells through activation of the NF E2 related factor 2/heme oxygenase 1 signaling pathway. | 水素ガスは血清およびグルコース除去により引き起こされる心筋障害 （心筋細胞 H9c2を使用）に対して保護作用を示す ～NFf2／HO-1経路の活性化の観点から～
Mol Med Rep. 2014 Aug;10(2):1143-9. doi: 10.3892/mmr.2014.2283. Epub 2014 May 29.
Hydrogen gas protects against serum and glucose deprivation induced myocardial injury in H9c2 cells through activation of the NF E2 related factor 2/heme oxygenase 1 signaling pathway.
Department of Cardiology, Hexian Memorial Hospital
Abstract
Ischemia or hypoxia induced myocardial injury is closely associated with oxidative stress. Scavenging free radicals and/or enhancing endogenous antioxidative defense systems may be beneficial for the impediment of myocardial ischemic injury. Hydrogen (H2) gas, as a water and lipid soluble small molecule, is not only able to selectively eliminate hydroxyl (•OH) free radicals, but also to enhance endogenous antioxidative defense systems in rat lungs and arabidopsis plants. However, thus far, it has remained elusive whether H2 gas protects cardiomyocytes through enhancement of endogenous antioxidative defense systems. In the present study, the cardioprotective effect of H2 gas against ischemic or hypoxic injury was investigated, along with the underlying molecular mechanisms. H9c2 cardiomyoblasts (H9c2 cells) were treated in vitro with a chemical hypoxia inducer, cobalt chloride (CoCl2), to imitate hypoxia, or by serum and glucose deprivation (SGD) to imitate ischemia. Cell viability and intracellular •OH free radicals were assessed. The role of an endogenous antioxidative defense system, the NF E2 related factor 2 (Nrf2)/heme oxygenase 1 (HO 1) signaling pathway, was evaluated. The findings revealed that treatment with CoCl2 or SGD markedly reduced cell viability in H9c2 cells. H2 gas rich medium protected against cell injury induced by SGD, but not that induced by CoCl2. When the cells were exposed to SGD, levels of intracellular •OH free radicals were markedly increased; this was mitigated by H2 gas rich medium. Exposure of the cells to SGD also resulted in significant increases in HO 1 expression and nuclear Nrf2 levels, and the HO 1 inhibitor ZnPP IX and the Nrf2 inhibitor brusatol aggravated SGD induced cellular injury. H2 gas rich medium enhanced SGD induced upregulation of HO 1 and Nrf2, and the HO 1 or Nrf2 inhibition partially suppressed H2 gas induced cardioprotection. Furthermore, following genetic silencing of Nrf2 by RNA interference, the effects of H2 gas on the induction of HO 1 and cardioprotection were markedly reduced. In conclusion, H2 gas protected cardiomyocytes from ischemia induced myocardial injury through elimination of •OH free radicals and also through activation of the Nrf2/HO 1 signaling pathway.
Mol Med Rep. 2014 Aug;10(2):1143-9. doi: 10.3892/mmr.2014.2283. Epub 2014 May 29.
水素ガスは血清およびグルコース除去により引き起こされる心筋障害
（心筋細胞 H9c2を使用）に対して保護作用を示す
～NFf2／HO-1経路の活性化の観点から～
和県記念病院 心臓科
＜要旨＞
虚血あるいは低酸素による心筋障害は酸化ストレスと深くかかわっています。そのことからフリーラジカルを消去すること、あるいは体内にもともとある抗酸化システムを促進させることは、心虚血が引き起こす障害に対して有効であると考えられます。
水素ガスは分子が小さいため水にも油にも溶けますが、ヒドロキシルラジカル（・OH）を選択的に消去できるだけでなく、ラット肺やアブラナ科植物にもともと備わった抗酸化システムを高めることができます。
しかしながら、水素が生体内の抗酸化システムを高めて心筋細胞を保護する作用があるかどうかは今のところ不明です。そこで本研究では、虚血あるいは低酸素障害に対する水素の心筋保護作用とそのメカニズムについて調べました。
in vitroにてH9c2心筋線維芽細胞（H9c2細胞）に塩化コバルト処理を行い、低酸素モデルとしました。また血清・グルコース除去を行い、虚血モデルとしました。
そして細胞生存性と細胞内OHラジカルを測定・評価しました。また、体内抗酸化システムであるNFf2／HO-1経路についても評価を行いました。
その結果、塩化コバルト処理や血清・グルコース除去を行うと、著しくH9c2細胞の生存率が減少することが分かりました。そして培養液に水素ガスを溶解させると、血清・グルコース除去による細胞障害に対して保護効果を持つことがわかりました。しかしながら、塩化コバルトに対する保護効果はありませんでした。
血清・グルコース除去を行うと、細胞内・OHラジカルの値が有意に上昇しましたが、水素ガスを加えて培養するとそれが抑えられました。また、血清・グルコースの除去を行うとHO-1発現と核内Nrf2値が有意に上昇しました。そしてHO-1阻害剤であるZnPPⅨとNrf2阻害剤のblusatolを加えると、血清・グルコース除去による細胞障害が悪化しました。
水素ガスを加えて培養すると、血清・グルコース除去によるHO-1とNrf2の増加が促進され、HO-1阻害剤およびNrf2阻害剤は水素ガスによる心筋細胞保護作用を一部抑制しました。さらに、RNA干渉によるNrf2遺伝子サイレンシングを行った結果、HO-1の誘導や心筋細胞保護効果といった水素ガスの効果が減少しました。
以上のことから、水素ガスは・OHラジカルを消去しNFf2／HO-1経路の活性化を行うことで、虚血による心筋障害に対して保護作用を発揮することが分かりました。
＜一言＞
最初のほうは簡単な話から始まっていましたが、途中からなんだか難しい内容になってきましたね。ブドウ糖を除去して栄養不足状態となった心臓細胞では、もともと生体が持つ抗炎症システムが働き始めるけれども、水素はそれに加勢する働きがあるようです。私のざっくりした理解だと、狭心症などで心臓に血液が回らずに栄養が滞る事態に陥っても、水素を投与すれば心臓がそんなにダメージをうけなくて済むという感じでしょうか。
