水素吸入が喘息の気道炎症と酸化ストレスを軽減する

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結論

水素吸入は気道炎症において抗炎症・抗酸化作用を示し、喘息症状を効果的に緩和する有望な治療法である。

研究の背景と目的

気管支喘息などの気道炎症性疾患は、世界的な公衆衛生上の懸念事項となっている。2019年には慢性呼吸器疾患が7,110万人の早期死亡の原因となり、3,240万人の障害に関与していることが報告されている。これらの疾患では呼吸粘膜の慢性炎症が特徴で、呼吸困難や咳、息切れを引き起こし、患者のQOL（生活の質）を著しく低下させる。
現在の治療法には吸入ステロイドや気管支拡張薬が使用されているが、長期使用による副作用や薬剤耐性の発現が問題となっている。そこで本研究では、近年その抗酸化作用と抗炎症作用が注目されている水素分子に着目し、OVA誘発喘息マウスモデルにおける水素吸入の治療効果を検討した。

研究方法

• 対象: 8-10週齢のBALB/c雌性マウス30匹
• グループ分け: 5グループ各6匹
  • NT群（非処置）
  • HTC群（3%水素のみ処置）
  • NC群（OVAのみ処置、陰性対照）
  • PC群（OVA+サルブタモール処置、陽性対照）
  • HT群（OVA+3%水素処置）
• 介入方法:
  • 水素濃度: 3%
  • 吸入時間: 1日30分間
  • 吸入期間: 15日間連続
• 評価方法:
  • 白血球数（WBC）および分類計数
  • 肺組織の組織学的分析
  • 血清中サイトカインレベル測定（IL-4、IL-5、IL-13、IFN-γ、TNF-α、GM-CSF、IL-10）
  • 酸化ストレスマーカー測定（ROS、NO）
  • 抗酸化酵素活性測定（GPx、CAT）
  • 総IgEレベル測定

研究結果

• 炎症細胞の浸潤に対する効果:
  • 水素吸入により、NC群と比較してHT群では好酸球レベルが有意に低下（p < 0.05）
  • HT群の好中球レベルがNC群より有意に高値（p < 0.001）
  • 好中球/リンパ球比（NLR）がHT群でNC群より有意に低下（p < 0.001）、これは全身性炎症の減少を示唆
• 炎症性サイトカインへの影響:
  • HT群ではNC群と比較して、炎症促進性サイトカインIL-4（p < 0.001）、IL-5（p < 0.001）、IL-13（p < 0.01）、GM-CSF（p < 0.01）が有意に減少
  • 抗炎症性サイトカインであるIFN-γ（p < 0.001）とIL-10（p < 0.001）の発現が有意に上昇
  • TNF-αレベルに有意差なし
• 酸化ストレスマーカーへの影響:
  • HT群ではNC群と比較してNO（一酸化窒素）レベルが有意に減少（p < 0.05）
  • GPx（グルタチオンペルオキシダーゼ）活性がHT群でNC群より有意に増加（p < 0.001）
  • ROSとCAT活性に有意差なし
• 総IgEレベルへの影響:
  • HT群ではNC群と比較して血清総IgEレベルが有意に減少（p < 0.05）
• これらの結果から、水素吸入は抗炎症作用と抗酸化作用を通じて気道炎症を軽減し、特にTh2型免疫応答（IL-4、IL-5、IL-13、IgE）を抑制することが示された。また、抗炎症性サイトカイン（IFN-γ、IL-10）の発現を高め、抗酸化酵素（GPx）活性を向上させることで、酸化ストレスによる組織損傷を軽減する可能性が示唆された。
• 本研究の限界として、著者らはさらなる臨床研究が必要であることや、家ダニ誘発性好中球性喘息など他の喘息表現型での水素治療効果の検討が必要であることを指摘している。

Appendix（用語解説）

• ROS（活性酸素種）: 通常の酸素代謝過程で生成される高反応性の酸素含有分子。過剰生成されると細胞や組織の損傷を引き起こす。
• NO（一酸化窒素）: 体内で生成される気体状のシグナル分子。気道において炎症反応に関与し、過剰産生は組織損傷を引き起こす。
• GPx（グルタチオンペルオキシダーゼ）: 過酸化水素を無害な物質に変換する抗酸化酵素。酸化ストレスから細胞を保護する。
• CAT（カタラーゼ）: 過酸化水素を水と酸素に分解する抗酸化酵素。
• IgE（免疫グロブリンE）: アレルギー反応に関与する抗体。喘息やアレルギー性疾患の重症度の指標となる。
• サイトカイン: 免疫細胞から分泌されるタンパク質で、細胞間の情報伝達を担う。IL-4、IL-5、IL-13は炎症を促進するTh2サイトカイン、IFN-γとIL-10は抗炎症作用を持つ。
• NLR（好中球/リンパ球比）: 全身性炎症の指標として使われる。
• 卵白アルブミン（OVA）: 実験的にアレルギー反応や喘息を誘発するために広く使用されるタンパク質。

論文情報

タイトル

Hydrogen Gas Inhalation Alleviates Airway Inflammation and Oxidative Stress on Ovalbumin-Induced Asthmatic BALB/c Mouse Model（水素吸入が卵白アルブミン誘発喘息マウスモデルの気道炎症と酸化ストレスを軽減する）

引用元

He, W., Rahman, M. H., Bajgai, J., Abdul-Nasir, S., Mo, C., Ma, H., Goh, S. H., Bomi, K., Jung, H., Kim, C. S., Lee, H., & Lee, K. J. (2024). Hydrogen Gas Inhalation Alleviates Airway Inflammation and Oxidative Stress on Ovalbumin-Induced Asthmatic BALB/c Mouse Model. Antioxidants (Basel, Switzerland), 13(11), 1328. https://doi.org/10.3390/antiox13111328

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