氫是宇宙中最基本的元素，氫分子可在進化過程中扮演關鍵的角色，這並不奇怪。真核細胞是複雜生命的代表，如何進化產生存在多個理論。Andersson和Kurland強調了一個有趣的理論，認為細菌內共生體的原始功能是向宿主細胞提供氫氣。傳統的內共生理論認為線粒體是負責為宿主提供ATP的需氧菌。氫假說則認為宿主古菌細胞可以利用二氧化碳作為代謝底物併產生氫氣。

這場爭論雖然尚未最終定論，但提出了一些發人深省的問題，值得進一步探討。氫假說特別吸引人的是，線上粒體和氫化酶體中發現同源蛋白表達譜。這兩種細胞器的生化活性不同，但都能編碼電子傳遞鏈複合體I和II的蛋白質。然而，只有線粒體基因組可編碼複合物III-IV，以及重要的ATP合成酶。如果像Lewis等人認為的那樣，氫化酶體和線粒體來自於同一個原始共生體，那麼很可能線粒體曾經有產生氫氣的能力。

與真核生物中氫氣的進化需求有關的另一個環節是，許多光合作用生物物種中也發現有氫化酶，包括藻類和高等植物。例如，單細胞綠藻衣藻含有兩個Fe-氫化酶（HYDA1和HYDA2），在光合作用過程中可以從鐵氧還蛋白接收電子，透過2H+ + 2e-→H2，以減少質子積累。此外，在高等植物中也發現了同源的氫化酶，如豆科植物legume Medicago truncatula和Oryza sativa subsp。 japonica （rice）。在系統發育樹中，氫氣產生機制發生的頻率和多樣性表明，在生命所有領域中，氫氣是一種固有的生物學要求。

除了在真核生物物種中產生氫的酶和細胞器的活性，許多厭氧細菌代謝氫氣。通常，細菌產生的氫與含過渡金屬（鎳/鐵或鐵/鐵）氫化酶有關，該酶催化可逆的氫氧化反應2H+ + 2e-→2H2。有趣的是，已知的產氫細菌與植物和動物物種可形成共生關係，這也可能滿足包括人類在內的多細胞生物對氫氣的細胞需求。人類等哺乳動物體內氫氣主要來源於產生氫氣的腸道菌群（如大腸桿菌或丁酸梭菌）與宿主的共生關係。

氫氣是多種微生物代謝底物，真核進化和氫氣有關，光合作用和氫氣相關，植物具有產生氫氣的

同源

酶。在生命和代謝進化歷史上反覆出現氫氣的身影，人體內線粒體和氫氣的密切關係，強烈提示氫氣的生物學地位非常高，氫氣對生物體產生反向調節作用具有邏輯合理性。當然應該有作用是一個問題，這種作用強度和優劣則是另外一個層面的問題。

除了在生命早期發展過程中理論上需要氫分子外，

大量

研究開始揭示，氫分子至少可以以兩種可能的方式作為天然抗氧化劑

：

1)透過選擇性清除非訊號ROS/活性氮，如羥基自由基和過氧亞硝酸鹽，從而潛在地減少細胞膜的氧化損傷和透過氧化翻譯後修飾的代謝酶的失活。應該清楚的是，這裡的

化學

反應動力學

對該觀點

是不利的，

尚

需要更多的研究才能證實和普遍接受這些主張

。

2)透過增加核因子紅系2相關因子2 (Nrf2)的活性，Nrf2是一種負責上調抗氧化反應元件活性的轉錄因子，抗氧化反應元件是位於

200多個

已知轉錄和翻譯抗氧化酶的基因啟動子區域內的順式作用增強子序列。過氧化氫酶

、SOD

和細胞保護蛋白和多肽(如谷胱甘肽

S

轉移酶和細胞色素P450同工酶)。

除了

氫氣

明確提供的抗氧化作用外，還有大量實驗室證據表明

氫氣

在各種植物和動物物種中具有免疫調節和抗凋亡作用。

氫氣具有多效性，可能的基礎在於抗氧化作用本身的廣泛效應，也可能是

Nrf2

參與的多效性。

Nrf2活性的增加已被證明會導致NF-κB的表達譜的破壞，NF-κB是一種與先天免疫相關的轉錄因子，它負責促進多種促炎分子的遺傳轉錄除了在基因水平下調促炎反應外，已知Nrf2對血紅素加氧酶做出反應並上調其表達，血紅素加氧酶在減少和預防血管炎症方面具有典型的功能同樣有趣的是，特別是考慮到更廣泛的免疫反應時，NF-κB對適應性免疫細胞的影響。在此，NF-κB可刺激和刺激炎性

T

細胞分化。因此，增強甚至延長核內Nrf2的活性可能對疾病期間的炎症有顯著影響。

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