Introduction
メタボリックシンドロームの流行は、世界各国で拡大傾向にあると考えられており、内臓肥満、高血糖、インスリン抵抗性、高血圧、脂質異常など様々な病状が特徴です1。この症状の続発は、心疾患や神経疾患のリスクや死亡率の上昇を招きます。 メタボリックシンドロームの病態は、酸化還元異常、過剰な炎症、細胞のホメオスタシスの乱れなどと関連しています。 しかし、日常生活におけるストレス、時間の不足、十分なモチベーションの欠如などが、症状が現れてからでは十分な改善ができない理由としてよく挙げられます。 4
分子状水素（H2ガス）は、酸化ストレスの抑制、細胞機能の改善、慢性炎症の抑制に効果があることが実証されており、これらの多くはメタボリックシンドロームとその関連疾患の病態や病因に関連しています1。 水素分子は、シグナル伝達、タンパク質リン酸化カスケード、遺伝子発現、オートファジー、miRNAの発現を調節し、重要な代謝効果を発揮します5,6。水素は、Keap1/Nrf2シグナル伝達経路7、ミトコンドリア生合成8、細胞保護的ミトコンドリア無秩序タンパク質応答9を誘導することができます。 10
H2ガスの吸入は、ラットの中大脳動脈閉塞による脳損傷を抑制し11、急性脳梗塞患者の認知スコアを改善し、脳損傷を軽減しました12。 さらに、H2ガスを水に溶解してH2リッチウォーター（HRW）を作ると、前臨床試験および臨床試験において、軽度認知障害14、メタボリックシンドローム15、亜最大運動などの治療および運動促進効果があることが示されています10, 16, 17 さらに、最近レビューしたように、5水素分子は心疾患治療のための新しいアプローチとなる可能性を秘めています。 例えば、最近のレビューに示されているように、5 H2は、炎症、アポトーシス、小胞体および酸化ストレスを減少させ、マイクロRNAおよびオートファジーを調節することにより、放射線誘発性心臓病およびラットの心筋虚血再灌流障害を減衰させる。APOEノックアウトマウスでは、HRWの摂取により動脈硬化の発生が予防され、18 H2も薬剤による心肥大および機能不全から保護した19。
最初の観察期間は1週間で、ベースラインの臨床指標および生化学データ（表1）を取得し、HRWとプラセボ群間に差は認められなかった。 その後、被験者は二重盲検法により、コンピュータで作成した乱数によって介入群（HRW）またはプラセボ群のいずれかに無作為に割り付けられた。 すべての被験者は、研究期間中、同じライフスタイルを維持するよう求められた。 さらに、食事、タバコ、アルコールの摂取量と身体活動に関するデータを食事日誌によって取得し、管理栄養士が評価した。 データは介入24週間後に再度収集された。 高濃度HRWは水素生成タブレット（HRW Natural Health Products Inc.、New Westminster BC、カナダ）を介して調製し、プラセボは既報の通り16,25、味、溶解、外観がHRWと同様の最終プラセボ飲料を調製した。 参加者は、1日3回、1錠を12-18℃の水250mLに溶かして摂取した。 朝、空腹時にタブレットが溶け終わり次第、一息に飲むように指示された。 この方法で、>5.5ミリモルH2/日を摂取することができる。 これらのタブレットで生成された水素分子の濃度は、ガスクロマトグラフィー（SRI 8610C、米国カリフォルニア州）を通じてH2 Analytics社（米国ラスベガス）により測定されました
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Table 1 インド民族の試験参加者のベースラインの特徴。 数値は平均±SD |
実験データは、午前8時から9時の一晩絶食（10-12時間）後に取得された。 身長は靴を脱いで計測台で測定した。 体重は靴を脱いで下着姿で測定した。 ウエスト周囲は、腸骨稜と肋骨縁の間の最大水平周長を人体測定用テープで測定した。 股関節周径は大転子高さの最大周径を測定した． 心拍数は仰臥位で5分間安静にして聴診し測定した。 空腹時血糖値は一晩絶食して測定した。 チオバルビツール酸反応物質（TBARS），マロンジアルデヒド（MDA），ジエン抱合体，ビタミンEとC，硝酸塩，アンジオテンシン変換酵素はUV-VIS Spectrophotometer (Electronics Corporation of India, Ltd) による比色法によって測定した． グリコシル化ヘモグロビン（HbA1c）は、DIOマシン（Bio-Rad Laboratories, Inc, Hercules, CA）を用いたHPLCで測定した。 空腹時血糖値，脂質プロファイル，CRPは，Pictus 500 Diatron kits (Medicon Hellas S.A., Gerakas, Greece)により測定した． 腫瘍壊死因子α（TNF-α）およびインターロイキン6（IL-6）は，Vidas machine（Vidas Biomerieux, Marcy I’Étoile, France）の酵素結合蛍光アッセイで分析した． これらのマーカーのアッセイ間およびアッセイ内の変動係数をTable 2に示す。
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Table 2 測定したバイオマーカーのアッセイ間およびアッセイ内の変動係数 (CV) |
採用人数はパワー解析（G*Power 3）で算出した最小サンプルサイズ（n = 48）に従っている。1, Heinrich Heine University, Düsseldorf, Germany）、効果量を0.30、α誤差確率を0.05、2群2測定の研究成果に対する検出力を0.80と設定した上で、募集人数を算出した。 被験者のベースラインデータは、両側2標本t検定を用いて分析した。 年齢と性別で調整した反復測定（治療対時間の相互作用）の二元混合モデルANOVAを使用して、介入期間中の患者の反応の間に有意差が存在するかどうかを確認した。 統計的有意差はP≦0.05とした。 すべての値は平均値±SDで報告されている。 データはSPSSプログラム（バージョン21.0）（SPSS Inc.、シカゴ、IL、USA）を用いて分析した。
Results
すべての被験者が研究を完了し、両方の介入は悪い報告のない効果でよく耐えられた。 HRWは、脂質過酸化のマーカーであるTBARS（P = 0.309）を除いて、プラセボと比較して24週間のフォローアップにおけるすべての結果に有利に作用した（P < 0.05）（表3）。 その他の酸化マーカー（MDA、D-結合体）はHRW群で減少し、ビタミンEとCは増加した。 これは、HRW介入後のHR、BMI、WHRの有意な減少を伴っていた（P < 0.05）。 HRWは、総コレステロールを約18.5 mg/dL (P < 0.05) 、トリグリセリド値を〜47 mg/dL (P < 0.05) の有意な減少を誘導した。 24週間のHRW介入後の空腹時血糖値も121.5 ± 61.0 mg/dLから103.1 ± 33.0 mg/dLに減少し、それに伴ってHbA1Cも12％減少した（P < 0.05）。 さらに，HRWはTNF-α，IL-6，CRPなどの炎症マーカーを有意に抑制した（P<0.05）。
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表3 ベースラインから24週までの体組成および生化学変数の変化。 数値は平均±SD |
考察
コントロールされていないメタボリックシンドロームは、心血管疾患のリスクを増加させる。 例えば、メタボリックシンドロームに関連する危険因子は、動脈硬化の発症に原因的な役割を果たし、さらに冠動脈疾患、脳卒中、心筋梗塞につながる27。動脈硬化は、LDLコレステロールが内皮下の空間に浸潤して酸化され、炎症とその後の血管平滑筋細胞の移動と変質を促進することによって発症する28。 この過程は、高血糖の存在下で、グルコース分子の還元末端がタンパク質と反応・結合し、タンパク質の架橋を作り出すAGEs（advanced-glycated end products）の形成が増えるために、さらに悪化する。 AGEsはさらに炎症、酸化、細胞障害を促進し、心血管疾患の一因となる28。 そこで、本研究では、高濃度HRWが、心血管疾患の発症に少なからず関与するメタボリックシンドロームの各種バイオマーカー、すなわち脂質異常症（HDL、LDL、VLDL、TG）、炎症（TNF-α、IL-6、CRP）、酸化ストレス、（MDA、TBARS、ジエン結合物、ビタミンE、C）および高血糖（グルコース、HbA1c）を改善するかどうかを検討しました。
本研究では、高濃度HRWによる24週間の介入により、メタボリックシンドロームの中年男女において、BMI、WHR、安静時HR、血中脂質とグルコース、炎症、酸化還元ホメオスタシスなど、心代謝健康のいくつかのバイオマーカーが改善することを明らかにしました。 血中コレステロールの好ましい変化は、絶対的な変化が比較的小さく、HDLが〜1.3mg/dL減少したため、慎重に解釈する必要がある。 HDLコレステロールは、コレステロールの逆輸送に関与するため有益であると考えられている。29 しかし、総コレステロールまたはトリグリセリドとHDLの比率は、総コレステロールよりも心血管疾患の予測因子として優れており、比率が低いと心臓疾患のリスクが低いという相関がある30。 HRWは総コレステロールを有意に低下させたため（～18.5mg/dL）、HDLに対する総コレステロールの比率は、プラセボ群では同じだったのに対し、7.2%低下した。 同様に、HDLに対するトリグリセリドの危険率も、HRW群では22.9％減少し、プラセボ群ではほぼ同じになった。 我々のデータはまた、HRWが平均グルコース値を糖尿病前基準の上限から下限まで本質的に低下させ、HbA1Cの12％減少も伴っていたことを示している。 例えば、Songらの報告によると、HRW、供給0.しかし、我々の研究では、BMI、WHR、空腹時血糖値の有意な改善を示したのに対し、彼らの研究では、有意ではないものの、これらのパラメータにおける潜在的な減少傾向を報告したのみであった。 同様に、2型糖尿病または耐糖能異常の患者を対象とした初期の無作為プラセボ対照クロスオーバー研究では、HRW（~0.6ミリモル/日）の摂取により、コレステロールがわずかに改善し、酸化ストレスのマーカー（尿中8-イソプロスタンなど）が著しく減少、血清SODが増加することが実証された32。しかし、我々の研究とは対照的に、BMI、CRP、HbA1c、空腹時血糖のいずれにおいても統計的有意差はみられなかった。 おそらく、これらの研究と比較して、我々の研究ではH2の用量が高く、期間が長かったことが、この違いを説明することができるだろう。 さらに、我々の研究の被験者は、ベースラインのグルコースレベルが有意に高かった（〜122mg/dL vs 108mg/dL）。 最後に、本研究では検証されていないが、先行研究32では、耐糖能異常の被験者6名中4名において、HRWは経口ブドウ糖負荷試験を正常化し、1時間血漿インスリン濃度はベースラインと比較して有意に上昇したことが報告されている32。
HRWによって引き起こされるこれらの効果を媒介する根本的な分子メカニズムについては、さらなる研究が必要である。 しかし、H2 は代謝や生体エネルギーに影響を与えるようです。33 たとえば、私たちは以前に、HRW 処理によってミトコンドリアのコエンザイム Q9 濃度が上昇し、ミトコンドリア呼吸鎖機能 (すなわち複合体 I と複合体 II) とそれに続く ATP 産生の増加ラットの心筋が強化されたことを証明しました34,35。 レプチン受容体欠損マウスと高脂肪食を与えた正常マウスを用いた別の研究では、HRWは酸化ストレスを低減し、脂肪肝沈着を抑制し、血漿グルコース、インスリン、トリグリセリド値を低下させました。 HRWは、酸素消費量で測定したエネルギー消費量を増加させ、脂肪酸とグルコースの消費を促進する肝臓ホルモン、線維芽細胞成長因子21 (FGF-21) を誘導した36。 ストレプトゾトシン誘発の 1 型糖尿病マウスでは、H2 は、ホスファチジルイノシトール 3-OH キナーゼ (PI3K) 、プロテイン キナーゼ C (PKC) および AMPK (AMP-activated protein kinase) の活性化を介してグルコース トランスポーター 4 の移動を誘導しました37
この研究では、HRW によってメタボリック症候群患者の血液バイオマーカーおよび生体データの臨床的関連指標が大幅に改善することが実証されました。 また、これまでの研究と比較して、少なくともメタボリックシンドロームにおいては、H2の高用量が低用量よりも有効であることを示す可能性があります。 しかし、この分野ではより多くの用量依存的な研究が必要である。 さらに、本研究を解釈する際には、いくつかの制限を考慮する必要がある。 我々は、4週間のフォローアップではなく、最終の24週間においてのみ分析を行ったため、様々なパラメータにおける重要な時間的変化を見出すことができなかった。 また、代謝パラメーターは性と年齢の両方に影響されるため、重要かもしれない性別や年齢に依存した効果も調査していない38。 食事から通常の繊維を摂取すると、細菌によるH2ガスの産生が著しく増加するため、HRWを食事とともに摂取した場合と食事なしで摂取した場合で、H2の生物学的効果に違いが生じる可能性がある39。最後に、被験者の血液および呼吸におけるH2の時間変化または薬物動態を測定していない。 したがって、細胞内のH2濃度が有意に異なる可能性があるため、in vitroまたは動物実験で示された示唆される分子メカニズムは、我々の研究とは異なる可能性がある。 今後の研究では、H2療法に対する性差の有無、生理的に適切なH2濃度におけるH2の分子メカニズム、さらに異なる用量、期間、投与方法（例：飲用と吸入）の効果の比較について調査する必要があります。
結論
結論として、本研究の結果は、H2生成タブレットで生成した高濃度HRWの補給が、メタボリックシンドロームの被験者の身体組成を改善し、脂肪酸およびグルコース代謝を有利に調節し、炎症および酸化還元恒常性を改善することを示唆しています。 したがって、高濃度水素水の長期投与は、メタボリックシンドロームの特徴を減少させる補助療法として使用される可能性があります。 しかし、この対象集団におけるHRWの生物学的効果をさらに明らかにするために、より大規模なプロスペクティブ臨床試験が必要である
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