【背景介绍】
重度抑郁症(Major depressive disorder，MDD)是一种普遍性精神障碍，影响全球约 3.5 亿人【1】。患有抑郁症的患者，通常表现出炎症反应，其特征是促炎细胞因子如白细胞介素-1(IL-1)、白细胞介素-6 (IL-6) 和肿瘤坏死因子 (TNF) 的表达增加【2】。研究发现，促炎细胞因子可引发疾病行为、诱发抑郁样神经内分泌和中枢神经递质的变化，而外界刺激(如声音、环境压力等，亦称应激刺激)，会加剧这种影响，引发更严重的症状【3】。另外，来自临床的证据也反映，外周细胞促炎因子表达上升，会导致人类抑郁症症状【4】。
外围细胞释放促炎因子，通过迷走神经进入大脑，由此引发中枢神经系统的疾病反应【5】;神经损伤通过增加细胞因子的表达，导致抑郁样行为的加重;压力通过促进炎症细胞因子(如大脑中的 IL-1β 基因表达)的上调，来加重这一过程【6】。作为应激反应的主要调节因子，IL-1β 水平影响了氧化应激的严重程度【7】。
促炎细胞因子 IL-1β 的表达和激活，依赖于称为炎性小体(也叫炎症小体)的细胞内蛋白质复合物的组装和激活。在细胞感染或应激时，炎性小体复合物介导 Caspase-1 的激活，以促进 pro-IL-1β 成熟，即IL-1β 的表达【8】。最近发现炎性小体导致的神经炎症通路，与几种CNS(中枢神经系统)疾病有关【9】。最近研究表明，炎症小体激活与重度抑郁症(MDD)存在联系，并表明炎症小体激活可能在抑郁样行为的发展中起到重要作用【10】。此外，NLRP3炎症小体已被确定为缓解神经炎症、治疗MDD的潜在治疗靶点【11】。
【氧化应激与MDD发展的关系】
研究发现，MDD患者的炎症和氧化应激生物标志物表达显著增加【12】。氧化应激是由活性氧 (ROS) 和抗氧化剂之间的体内平衡破坏引起的。抗氧化剂可以通过清除自由基、抑制大脑中的氧化应激途径，防止ROS诱导的神经元损伤。有研究指出，抗氧化剂可以作为抑郁症的候选治疗方法【13】。
氢被证明具有选择性地减少细胞毒性氧自由基功能，可作为疾病预防和治疗中的新型抗氧化剂【14】。目前抗抑郁药，只对不到50%的患者有效，通常伴随着广泛的不良副作用【15】。因此，寻找几乎没有副作用的有效抗抑郁药物，用于MDD的预防性治疗，有着巨大潜力。
【研究过程】
实验动物为从第二军医大学(中国上海)动物中心购买的8周龄雄性BALB/c小鼠在，22±2°C的饲养箱中进行12 小时的明暗循环，并提供食物和水运动自由。小鼠在适应新环境以后，随机分为四组，分别是对照组、应激组，给予自来水;富氢水组、富氢水+应激组，给予富氢水。
分组后，每天两次，为小鼠提供30毫升自来水或富氢水(浓度为0.8ppm)，持续4周。同时，对两组应激组小鼠，采用CUMS模型(经典的抑郁症动物模型)以随机顺序向应激组、富氢水+应激组小鼠施用应激源4周。刺激包括45°倾斜笼子、笼子摇晃、4°C 游泳、升温至45°C、限制活动、潮湿环境、连续照明、剥夺食物和饮水【16】。
蔗糖偏好测试，用以测试抑郁模型小鼠中的快感。在黑暗循环期间，向动物提供自来水和1%蔗糖溶液1小时，蔗糖偏好定义为蔗糖消耗量占总用水量的百分比【17】。
尾部悬挂测试。用以测试抑郁模型小鼠中的焦虑程度。通过尾部悬吊系统测量和分析每只小鼠在5分钟长的悬吊期间的不动时间【18】。完成测试后，对小鼠进行解剖分析。
【结果分析】
1、实验小鼠体重和抑郁程度比较
如上图所示，在4周CUMS模型干预后，饮用富氢水的两组小鼠，体重明均大于饮用自来水的对照小鼠体重。
如上图所示，在蔗糖偏好测试中，普通环境下自来水和富氢水组的小鼠，未表现出限制差异;而GUMS应激模型环境下饲养的小鼠，饮用富氢水的小鼠，快感度明显高于自来水组小鼠。
如上图所示，与对照组相比，应激组小鼠在悬尾试验中表现出显着更长的不动时间。
2、实验小鼠海马和皮质中的IL-1β水平比较
如上图所示，与对照组相比，应激组小鼠海马和皮质中IL-1β水平均显着增加;同时，自来水饲养的应激组小鼠，IL-1β水平增加明显高于富氢水饲养下的应激组小鼠。
3、海马体和前额叶皮层中的Caspase-1活性比较
与其他各种相比，自来水饲养的应激组小鼠，其海马体中caspase-1活性明显增加(图b、图e)表明炎症小体被激活，这种变化同样出现在前额叶皮层中;而经过富氢水饲养的应激组小鼠(富氢水+应激组)，caspase-1活性被明显抑制(图g、图j)。
4、海马体和前额叶皮层中的ROS产生比较
暴露于CUMS环境中的小鼠，在海马中均表现出过量产生ROS(图b、图e) ，这种表现同样出现在前额叶皮层(图g、图j) ;富氢水+应激组和应激组之间的比较所示，富氢水的抗氧化作用，也成功地防止了应激诱导的小鼠大脑中过量ROS的产生。
【结果讨论】
研究表明，体内氧化-还原的稳定状态被破坏，会导致氧化应激增加，并协同诱导破坏性神经炎症，导致抑郁症的发生【11】，而慢性压力会加剧这种反应。CUMS会损害内源性抗氧化系统，引起ROS过度积累，导致脂质过氧化，诱导的神经元损伤，出现抑郁样行为【19】。
富含氢的水已被证明对年龄相关的氧化损伤具有保护作用【20】，可以减少长期压力导致的大脑中的氧化应激积累，有助于预防神经元疾病【21】。
在上面的研究中，我们假设富氢水可以防止抑郁样行为的发展。与其他三组相比，暴露于CUMS的小鼠体重增加较少，并表现出抑郁样行为，例如较低的蔗糖偏好、较长的不动时间。而富氢水显著减轻应激组小鼠表现出的抑郁样行为，这表明富含氢的水会阻止抑郁样行为的发展和进一步恶化。
同时，我们进一步研究了富氢水对抑郁样行为产生有益影响的分子机制。慢性压力导致中枢神经系统中促炎细胞因子(IL-6、TNF 和 IL-1)的过度产生，进而导致神经炎症，这在抑郁症状的病理生理学中起作用【2】。上面的研究提供支持性证据，表明暴露于4周CUMS的小鼠，在海马体和皮质中的IL-1β 蛋白表达显著升高。而富氢水可以有效防止应激诱导的CNS IL-1β 蛋白表达升高，这与之前的报道一致，即用富氢水预处理可以降低血清IL-1β水平【22】。
炎症小体介导的 caspase-1 激活导致 IL-1β 的分泌【23】。富氢水抑制 IL-1β 蛋白水平，源于其对炎症小体活化的抑制作用。CUMS小鼠的海马体和前额叶皮质表现出显著的capase-1 激活，这与我们之前的结果和其他研究人员的报告一致【24、18】。富氢水成功抑制富氢水+应激组小鼠应激诱导的中枢神经系统中caspase-1的激活，这些数据表明，富氢水可以抑制炎症小体的活化。
MDD患者的外周血单核细胞中，经常检测到线粒体超氧化物的产生增加【25】。ROS过度产生是NLRP3炎性小体激活的主要原因【26】。临床上，采用ROS抑制剂，可以干扰导致NLRP3炎性小体表达的启动步骤，并间接阻断NLRP3炎性体活化【27】。暴露于CUMS4周的小鼠，海马体和前额叶皮层的ROS产生显著增加;富氢水抑制了富氢水+应激组小鼠海马体和前额叶皮层中 ROS 的产生。
【研究结论】
总体而言，实验数据表明，应激诱导的中枢神经系统中ROS的产生，在MDD的病理生理学中起重要作用。应激诱导的炎症小体激活，导致海马体和皮质中 IL-1β 水平升高。由 IL-1β 引起的神经炎症和 ROS 的积累，是导致中枢神经系统神经元损伤的关键因素。实验数据进一步支持了炎症小体通路是MDD发病机制中一个很好的靶点的观点。
上面研究表明，氢气作为一种有效的抗氧化剂，对NDD的预防是有效的。未来，富氢水可能会被用作一种新颖、有效和预防性的MDD干预措施。
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