水素分子による角膜上皮細胞の抗酸化能の増加とアルカリ誘発酸化ストレスの抑制に関する免疫組織化学的研究

An Immunohistochemical Study of the Increase in Antioxidant Capacity of Corneal Epithelial Cells by Molecular Hydrogen, Leading to the Suppression of Alkali-Induced Oxidative Stress.

• Cestmir Cejka
• Jan Kossl
• Vladimir Holan
• John H Zhang
• Jitka Cejkova

抄録

角膜アルカリ火傷は失明の原因となる可能性があります。アルカリは角膜の酸化ストレスを誘発し、過剰な角膜の炎症、新生血管化、透明でない瘢痕形成を引き起こします。強力な活性酸素種（ROS）消去剤である水素分子（H）は、角膜表面に塗布することで酸化ストレスを抑制し、角膜の治癒を可能にします。本研究の目的は、健康な角膜に水素を前処理することで、角膜アルカリ誘発性酸化ストレスに対する保護効果が喚起されるかどうかを検討することであった。ウサギの眼をH溶液または緩衝液で前処理した後、眼表面に滴下し、0.25M NaOHで角膜を焼いた。免疫組織化学とパチメトリーを用いて得られた結果は、H処理した眼の角膜では、わずかな酸化ストレスが現れ、その後抗酸化酵素の発現が増加したことを示した。これらの角膜をアルカリでポストバーンしたところ、アルカリによる酸化ストレスは抑制された。これは、酸化ストレスが強いバッファー処理した角膜とは対照的であった。これらの角膜は瘢痕形成と新生血管化を伴って治癒したが、H処理した角膜はほとんどの症例で透明度が回復した。角膜新生血管化は強く抑制されていた。これらの結果は、活性酸素種（ROS）に対する角膜細胞の抗酸化能が増加することで、角膜のアルカリ誘発性酸化ストレスが減少したことを示唆している。さらに、抗酸化細胞容量の増加を誘導するHの能力は、活性酸素産生に関連する様々な疾患や外部からの影響から眼を保護するために重要であることが示唆された。

Corneal alkali burns are potentially blinding injuries. Alkali induces oxidative stress in corneas followed by excessive corneal inflammation, neovascularization, and untransparent scar formation. Molecular hydrogen (H), a potent reactive oxygen species (ROS) scavenger, suppresses oxidative stress and enables corneal healing when applied on the corneal surface. The purpose of this study was to examine whether the H pretreatment of healthy corneas evokes a protective effect against corneal alkali-induced oxidative stress. Rabbit eyes were pretreated with a H solution or buffer solution, by drops onto the ocular surface, and the corneas were then burned with 0.25 M NaOH. The results obtained with immunohistochemistry and pachymetry showed that in the corneas of H-pretreated eyes, slight oxidative stress appeared followed by an increased expression of antioxidant enzymes. When these corneas were postburned with alkali, the alkali-induced oxidative stress was suppressed. This was in contrast to postburned buffer-pretreated corneas, where the oxidative stress was strong. These corneas healed with scar formation and neovascularization, whereas corneas of H-pretreated eyes healed with restoration of transparency in the majority of cases. Corneal neovascularization was strongly suppressed. Our results suggest that the corneal alkali-induced oxidative stress was reduced via the increased antioxidant capacity of corneal cells against reactive oxygen species (ROS). It is further suggested that the ability of H to induce the increase in antioxidant cell capacity is important for eye protection against various diseases or external influences associated with ROS production.

Copyright © 2020 Cestmir Cejka et al.