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高同型半胱氨酸血症（Homocysteinemia,HHcy）是由同型半胱氨酸（Homocysteine,Hcy）在体内的异常积累所导致的一种病理状态，会造成多种组织和器官损伤。HHcy与诸多疾病发生发展密切相关，被视为心血管疾病、神经系统疾病、脂肪肝的独立危险因素，我国HHcy的发病率较高，以血浆Hcy＞10μmol为基线，发病率约为45%，高血压患者中更有约80%伴发HHcy，严重威胁人民健康。针对HHcy的干预措施，目前临床上建议使用维生素进行联合治疗，但该干预方式的治疗效果及预后改善仍存在一定争议，亟需探索出一种更为有效的干预措施。
近些年，氢气在医学领域的研究受到了广大研究者重视。多种动物病理模型证实，氢气疗效显著且无明显不良反应，能够保护心血管，改善肝脏损伤，在临床上对许多疾病的治疗具有很大的应用前景。但目前氢气对HHcy的干预效果尚未有报道，对体内Hcy代谢途径的调控作用亦未被阐明。故本研究拟探究氢气干预对HHcy的改善作用及机制。
该实验采用2%蛋氨酸饮食建立HHcy大鼠模型。检测发现，高蛋氨酸饮食（HMD）会造成大鼠血浆tHcy浓度显著升高，给予氢气干预可明显改善HHcy。饲养期间监测大鼠体质量、摄食、肝重等基本指标，结果表明，模型组大鼠体质量明显下降，并且肝指数明显增大，而给予氢气干预后肝指数明显恢复。
考虑到模型组大鼠肝脏体积较普食组异常增大，我们检测了HMD大鼠及氢气干预后大鼠血浆谷草转氨酶（Aspartate aminotransferase,AST）、谷丙转氨酶（Alanine aminotransferase,ALT）含量，分析了血浆及肝脏甘油三酯（Triglyceride,TG）、总胆固醇（Cholesterol,CHO）代谢，并进一步通过HE染色和油红染色在组织水平分析肝脏受损情况和脂质积累情况。我们的研究结果表明，高蛋氨酸饮食会导致大鼠脂肪变性，并伴有严重的高脂血症。相较于普食组大鼠，HMD大鼠血浆AST、ALT显著升高，肝脏功能出现明显异常，血浆CHO、TG含量显著提升；进一步对肝脏进行油红染色和HE染色发现，模型组大鼠肝细胞肿大，肝索紊乱，细胞内大量脂质蓄积，肝脏组织有明显损伤。而通过氢气干预后，大鼠的血浆AST、ALT、CHO、TG含量显著降低，肝脏脂质积累情况明显缓解，说明氢气干预可以改善高蛋氨酸饮食所致肝脏损伤及肝脂肪变性。
接下来我们通过转录组学分析发现，氢气干预对HMD大鼠的基因表达有明显影响，而从KEGG信号通路富集气泡图推测，氢气可能参与了Hcy代谢途径中的转硫途径调控。我们进一步利用qPCR技术对转录组学差异基因富集通路进行验证，并对Hcy合成与代谢的其他通路的关键基因进行检测分析。结果显示，Hcy的合成途径中，与普食组相比，高蛋氨酸饮食会引起腺苷同型半胱氨酸水解酶样1(Adenosylhomocysteinase like1,AHCYL1),腺苷同型半胱氨酸水解酶样2(Adenosylhomocysteinase like2,AHCYL2)mRNA表达显著下降，给予氢气干预后，AHCYL1、AHCYL2mRNA表达升高，而AHCYL1会抑制AHCY的活性，说明肝脏合成的总Hcy含量减少。在甜菜碱再甲基化途径中，与普食组相比，模型组甜菜碱同型半胱氨酸S-甲基转移酶2(Betaine--Homocysteine S-Methyltransferase2,BHMT2)在转录水平的表达明显下降，给予氢气干预后，BHMT2mRNA水平明显升高，提示氢气可能通过甜菜碱再甲基化途径促进Hcy代谢。转硫途径中，与模型组相比，氢气干预组胱硫醚-β合酶(cystathionine-β-synthase,CBS)在转录水平表达明显提高，对代谢物检测发现，氢气干预后大鼠肝脏中半胱氨酸(Cysteine,Cys)浓度明显升高，提示氢气可以通过转硫途径促进Hcy的代谢。环化途径中，高蛋氨酸饮食会引起联苯样水解酶(Biphenyl hydrolase-like,BPHL)mRNA显著降低，给予氢气干预后，对氧磷酶1(Paraoxonase1,PON1)、博来霉素水解酶(Bleomycin hydrolase,BLMH)以及BPHL mRNA明显提高，提示结合型Hcy向游离型转化增强说明，亦解释了氢气干预后为何肝脏游离型Hcy水平未明显降低。
我们进一步对氢气改善HHcy的机制进行探讨。与普食组相比，模型组帕金森氏病蛋白7(Parkinson Disease Protein7,PARK7)mRNA表达明显降低，给予氢气干预后，大鼠肝脏PARK7转录表达水平明显恢复，且其下游分子谷胱甘肽合成酶(Glutathione Synthetase,GSS)、谷氨酰半胱氨酸合成酶(gamma-glutamylcysteinesynthetase,Gclc)在转录水平的表达显著提高，Cys是Gclc、GSS的底物，提示氢气可能通过增加PARK7的表达提高Hcy向Cys的代谢转化。
综上，氢气改善高同型半胱氨酸血症主要通过以下几种途径：（1）提高AHCYL1mRNA表达，降低AHCY活性，减少Hcy的合成；（2）提高BHMT2mRNA表达，通过甜菜碱再甲基化途径促进Hcy代谢；（3）提高PRAK7mRNA的表达，刺激CBS mRNA表达，通过转硫途径促进Hcy代谢。
近些年，氢气在医学领域的研究受到了广大研究者重视。多种动物病理模型证实，氢气疗效显著且无明显不良反应，能够保护心血管，改善肝脏损伤，在临床上对许多疾病的治疗具有很大的应用前景。但目前氢气对HHcy的干预效果尚未有报道，对体内Hcy代谢途径的调控作用亦未被阐明。故本研究拟探究氢气干预对HHcy的改善作用及机制。
该实验采用2%蛋氨酸饮食建立HHcy大鼠模型。检测发现，高蛋氨酸饮食（HMD）会造成大鼠血浆tHcy浓度显著升高，给予氢气干预可明显改善HHcy。饲养期间监测大鼠体质量、摄食、肝重等基本指标，结果表明，模型组大鼠体质量明显下降，并且肝指数明显增大，而给予氢气干预后肝指数明显恢复。
考虑到模型组大鼠肝脏体积较普食组异常增大，我们检测了HMD大鼠及氢气干预后大鼠血浆谷草转氨酶（Aspartate aminotransferase,AST）、谷丙转氨酶（Alanine aminotransferase,ALT）含量，分析了血浆及肝脏甘油三酯（Triglyceride,TG）、总胆固醇（Cholesterol,CHO）代谢，并进一步通过HE染色和油红染色在组织水平分析肝脏受损情况和脂质积累情况。我们的研究结果表明，高蛋氨酸饮食会导致大鼠脂肪变性，并伴有严重的高脂血症。相较于普食组大鼠，HMD大鼠血浆AST、ALT显著升高，肝脏功能出现明显异常，血浆CHO、TG含量显著提升；进一步对肝脏进行油红染色和HE染色发现，模型组大鼠肝细胞肿大，肝索紊乱，细胞内大量脂质蓄积，肝脏组织有明显损伤。而通过氢气干预后，大鼠的血浆AST、ALT、CHO、TG含量显著降低，肝脏脂质积累情况明显缓解，说明氢气干预可以改善高蛋氨酸饮食所致肝脏损伤及肝脂肪变性。
接下来我们通过转录组学分析发现，氢气干预对HMD大鼠的基因表达有明显影响，而从KEGG信号通路富集气泡图推测，氢气可能参与了Hcy代谢途径中的转硫途径调控。我们进一步利用qPCR技术对转录组学差异基因富集通路进行验证，并对Hcy合成与代谢的其他通路的关键基因进行检测分析。结果显示，Hcy的合成途径中，与普食组相比，高蛋氨酸饮食会引起腺苷同型半胱氨酸水解酶样1(Adenosylhomocysteinase like1,AHCYL1),腺苷同型半胱氨酸水解酶样2(Adenosylhomocysteinase like2,AHCYL2)mRNA表达显著下降，给予氢气干预后，AHCYL1、AHCYL2mRNA表达升高，而AHCYL1会抑制AHCY的活性，说明肝脏合成的总Hcy含量减少。在甜菜碱再甲基化途径中，与普食组相比，模型组甜菜碱同型半胱氨酸S-甲基转移酶2(Betaine--Homocysteine S-Methyltransferase2,BHMT2)在转录水平的表达明显下降，给予氢气干预后，BHMT2mRNA水平明显升高，提示氢气可能通过甜菜碱再甲基化途径促进Hcy代谢。转硫途径中，与模型组相比，氢气干预组胱硫醚-β合酶(cystathionine-β-synthase,CBS)在转录水平表达明显提高，对代谢物检测发现，氢气干预后大鼠肝脏中半胱氨酸(Cysteine,Cys)浓度明显升高，提示氢气可以通过转硫途径促进Hcy的代谢。环化途径中，高蛋氨酸饮食会引起联苯样水解酶(Biphenyl hydrolase-like,BPHL)mRNA显著降低，给予氢气干预后，对氧磷酶1(Paraoxonase1,PON1)、博来霉素水解酶(Bleomycin hydrolase,BLMH)以及BPHL mRNA明显提高，提示结合型Hcy向游离型转化增强说明，亦解释了氢气干预后为何肝脏游离型Hcy水平未明显降低。
我们进一步对氢气改善HHcy的机制进行探讨。与普食组相比，模型组帕金森氏病蛋白7(Parkinson Disease Protein7,PARK7)mRNA表达明显降低，给予氢气干预后，大鼠肝脏PARK7转录表达水平明显恢复，且其下游分子谷胱甘肽合成酶(Glutathione Synthetase,GSS)、谷氨酰半胱氨酸合成酶(gamma-glutamylcysteinesynthetase,Gclc)在转录水平的表达显著提高，Cys是Gclc、GSS的底物，提示氢气可能通过增加PARK7的表达提高Hcy向Cys的代谢转化。
综上，氢气改善高同型半胱氨酸血症主要通过以下几种途径：（1）提高AHCYL1mRNA表达，降低AHCY活性，减少Hcy的合成；（2）提高BHMT2mRNA表达，通过甜菜碱再甲基化途径促进Hcy代谢；（3）提高PRAK7mRNA的表达，刺激CBS mRNA表达，通过转硫途径促进Hcy代谢。