综述：分子氢与尿毒症骨骼：CKD-MBD中的批判性综述与骨转换状态依赖性氧化还原假说

《Antioxidants》：Molecular Hydrogen and the Uremic Skeleton: A Critical Review and Turnover-State-Dependent Redox Hypothesis in CKD-MBD

　　

慢性肾脏病-矿物质和骨代谢紊乱（CKD-MBD）造成了巨大的骨折负担，而针对磷酸盐、甲状旁腺激素和维生素D的治疗方案仅能部分解决这一问题。氧化还原失调可能构成一种补充机制：活性氧（ROS）是核因子κB受体活化因子配体（RANKL）依赖性破骨细胞生成所必需的，而过量的ROS则会损害成骨前体细胞中的Wnt/β-catenin信号通路，并促进骨细胞功能障碍。尿毒症毒素、炎症和透析进一步增加了氧化应激。分子氢（H2）是一种高度可扩散的氧化还原调节剂，已被提出可限制破坏性的自由基链式反应，同时保留生理性氧化信号传导。在非尿毒症骨骼模型中，H2持续抑制破骨细胞分化和骨丢失，但关于成骨细胞挽救的证据则不一致。在CKD和透析中，基于H2的干预措施显示出减少氧化应激和改善症状的迹象；然而，人类证据主要为观察性研究，且本综述中未发现任何研究评估了骨骼特异性终点。因此，研究人员将尿毒症骨骼氧化还原生物学与H2药理学相结合，提出了一种骨转换状态依赖性模型，在该模型中，H2可能抑制高转换性疾病中的过度骨吸收，而在低转换性无力性骨病中的净效应仍不确定，因为潜在的成骨细胞挽救作用与仅在非尿毒症模型中确立的抗破骨细胞活性相竞争。因此，H2应被视为一种实验性的、机制上有差异化的策略，需要在尿毒症模型和按骨转换状态分层的临床试验中进行直接评估，并同时设置骨骼和血管安全性终点。

1. 1.
   引言
   慢性肾脏病（CKD）引起矿物质代谢、骨结构和骨外钙化的全身性紊乱，统称为CKD-MBD；肾性骨营养不良（ROD）指其骨骼组分。随着肾功能下降，骨折风险升高，终末期肾病患者髋部骨折风险比一般人群同龄和同性别个体高出数倍。该情况下的骨折与显著发病率和2至3倍的后续死亡率增加相关。即使在透析前，髋部骨折风险已升高，而骨密度评估和骨质疏松治疗仍未得到充分利用。
   当前管理以矿物质-激素轴为中心，包括磷酸盐控制、活性维生素D类似物、拟钙剂以及选择性抗吸收或合成代谢骨质疏松疗法。这些干预措施在改善生化异常方面往往比改善骨骼结局更可靠。另一条损伤轴是骨细胞分化、通讯和矿化所处的氧化还原环境。
   氧化还原失调在CKD中已被充分表征。过量的活性氧和氮物种，加上抗氧化防御受损，促进脂质过氧化、DNA和蛋白质损伤、炎症和纤维化，同时扰乱NRF2-KEAP1、NF-κB、缺氧诱导因子（HIF）和FOXO信号通路。这些相同的通路调节骨骼细胞命运。RANKL诱导的破骨细胞生成需要短暂的TRAF6-Rac1-NADPH氧化酶依赖性ROS爆发，而氧化应激将β-catenin从T细胞因子（TCF）依赖性转录转向FoxO依赖性转录，从而抑制Wnt驱动的成骨细胞生成。骨骼ROS增加和FoxO防御受损也导致年龄和雌激素缺乏相关的骨丢失。因此，骨骼本质上对氧化还原敏感，而CKD对那种氧化还原平衡施加了慢性的、多来源的干扰。
   将氧化还原生物学转化为CKD治疗的尝试说明了广泛操纵氧化信号的困难。Bardoxolone methyl是一种强效NRF2激活剂，可增加糖尿病肾病的估算肾小球滤过率，但在BEACON中与液体超负荷和心血管安全性问题相关；随后的项目未确立预期硬终点获益。广谱抗氧化剂补充同样显示出不一致的临床转化。在骨骼中，不加区分地抑制ROS尤其成问题，因为生理性氧化信号是细胞分化所必需的，而NRF2活性不足和过度都会破坏骨骼稳态。
   分子氢（H₂）在概念上不同于传统抗氧化策略。2007年的原始报告提出其优先与羟基自由基（•OH）和过氧亚硝酸盐（ONOO^?）反应，相对不消耗超氧化物、一氧化氮和过氧化氢。由于H₂电中性、非极性且极小，它能快速穿过生物膜并到达细胞内细胞器，包括线粒体和细胞核。其直接分子靶点仍有争议，当前模型已超越简单的自由基清除，扩展到包括中断脂质自由基链式反应、调节氧化磷脂/Ca²⁺/NFAT信号、间接激活NRF2-KEAP1-ARE、抑制NF-κB和MAPK通路以及保护线粒体功能。
   在肾脏病学中，H₂主要在透析相关的氧化还原调节中被研究。日本关于电解H₂透析系统的研究报告了可行性、氧化应激指标变化、血流动力学和症状信号，以及前瞻性观察队列中改善的复合结局。2024年的一篇综述进一步强调了氧化还原信号和抗氧化基因表达的调节，同时指出了吸入H₂的实际局限性和CKD中富氢水相关的液体负担。口服固体剂型，包括富氢珊瑚钙（HRCC），可能减少这些后勤限制，尽管临床数据仍属初步。另外，非尿毒症骨骼研究表明，H₂可以抑制RANKL诱导的破骨细胞分化并在多种损伤模型中保持骨骼，而成骨细胞挽救的证据则不那么一致。本综述未发现任何骨骼H₂研究使用尿毒症模型，也没有CKD H₂研究报告骨转换、骨密度、骨组织形态计量学或骨折结局。因此，核心问题在机制上合理，但在临床上未经检验。
   本综述通过整合两个基本独立的证据基础来解决这一空白：尿毒症骨骼氧化还原生物学和H₂药理学。研究人员检查破骨细胞、成骨细胞谱系细胞、骨细胞和骨髓基质水平的氧化损伤；评估H₂的化学、药代动力学和CKD相关给药途径；区分已确立的发现与单模型观察和机制假说；批判性评价人类CKD/透析文献；并定义一个分阶段的转化项目。预期结论有意限定：H₂是一种生物学上合理的辅助氧化还原策略，值得在肾性骨病中直接测试，而不是已确立的疗法。本综述不同于研究人员早先关于H₂和肾脏氧化还原信号的综合：其新贡献在于将尿毒症骨骼氧化还原生物学与H₂药理学在破骨细胞、成骨细胞谱系、骨细胞和骨髓基质中的整合；制定一个可证伪的骨转换状态依赖性（双向重塑-正常化）假说，其定义性检验是预先指定的H₂×骨转换状态交互作用；并定义一个分阶段的、以生物标志物锚定的转化项目，同时设置骨骼和血管终点。
2. 2.
   方法：范围、检索策略和证据评价
   本叙述性批判综述未在PROSPERO注册，未使用双人独立筛选或正式偏倚风险评估工具；因此，它被报告为结构化叙述性综述，而非PRISMA系统综述。研究人员检索了PubMed/MEDLINE、Web of Science核心合集和Embase，时间从建库至2026年1月31日。为尽量减少相邻证据流的遗漏，PubMed使用刻意宽泛的、独立的H₂+肾脏和H₂+骨骼策略进行查询；然后在Web of Science和Embase中应用相同的双逻辑——宽泛和组合的H₂×CKD×骨骼检索字符串——以协调各数据库的策略。
   资格标准遵循PICOTS框架。纳入的记录涉及成人CKD、透析、尿毒症毒素、骨骼或骨细胞背景中的分子氢，涵盖机制性/体外、动物、观察性人类和干预性临床研究。研究人员限制纳入成人人群，并出于可行性仅纳入英文出版物；排除非英语研究被确认为管理潜在的语言偏倚来源。
   鉴于证据的稀疏性和异质性——特别是缺乏任何同时评估H₂、CKD和骨骼终点的研究——正式的定量综合是不合适的。因此，第5节中的每项陈述都使用三个一致应用的描述性层级进行分级：（i）重复的临床前证据（≥2个独立实验室或模型中一致的发现）；（ii）单研究证据（单一研究或模型）；以及（iii）机制假说（尚未在骨骼中测试的生物学合理外推）。人类数据被标记为可行性和生物活性的证据，而非疗效。完全缺乏任何在尿毒症/CKD模型中的骨骼H₂研究本身被视为本综述的主要发现。
3. 3.
   作为氧化还原损伤器官的尿毒症骨骼
   3.1 为什么骨骼在CKD中对氧化还原脆弱
   骨骼是一种持续重塑、代谢需求高的组织，其中成骨细胞、破骨细胞和骨细胞必须在共享的微环境中协调相反的功能。产生基质的成骨细胞依赖线粒体能量代谢；破骨细胞是巨噬细胞谱系细胞，其分化和吸收功能需要氧化信号；长寿的骨细胞通过RANKL、骨保护素（OPG）、硬骨素和FGF23协调重塑。所有三个谱系都使用ROS作为生理信号，但当ROS过量时会受到损害。这种双重需求使骨骼对CKD施加的氧化还原设定点持续转变特别敏感。
   CKD相关的骨骼脆性不能仅用骨转换率或面积骨密度来解释。骨折发生在可能看起来不严重降低的BMD值下，反映骨质量恶化，包括胶原交联、矿物结晶度、皮质孔隙度和微损伤。氧化和羰基应激可以改变胶原交联并使基质蛋白羰基化，提供了尿毒症氧化还原环境与骨材料性能受损之间的直接机制联系。因此，氧化还原生物学可能有助于解释常规矿物质轴标志物未捕获的骨折风险组成部分。

3.2 骨骼中ROS的细胞和酶来源

四种主要的酶和细胞器系统促成骨骼微环境中的ROS产生。

NADPH氧化酶。NOX1、NOX2和NOX4在骨骼和骨髓细胞中表达。NOX2与p22phox和胞质调节亚基组装，是破骨细胞前体中RANK连接后超氧化物爆发的主要来源；NOX4还存在于线粒体、内质网和核膜中。在肾脏中，NOX2和NOX4是主要的肾脏亚型，其失调是糖尿病和高血压肾病的公认因素。

线粒体。呼吸链复合物I和III的电子泄漏产生超氧化物，由SOD1和SOD2转化为H₂O₂，随后被谷胱甘肽过氧化物酶和过氧化物还原酶还原。线粒体功能障碍和受损的线粒体自噬已被牵涉到CKD-MBD中的异常骨重塑中。由于基质合成和矿化是能量密集的，线粒体能力与成骨细胞功能直接相关。

黄嘌呤氧化还原酶。在缺血或发炎组织中，黄嘌呤脱氢酶转化为黄嘌呤氧化酶会产生超氧化物和H₂O₂；黄嘌呤氧化酶抑制在CKD中具有肾脏保护和心肾保护信号。

髓过氧化物酶。从中性粒细胞嗜天青颗粒释放，MPO产生次氯酸；MPO–H₂O₂–氯化物系统是实验性肾小球和肾小管间质疾病的公认病理生理因素，MPO在透析人群中作为炎症性氧化负担的标志物升高。

3.3 尿毒症特异性氧化还原驱动因素

叠加在这些组成性来源之上的是肾衰竭特有或大大放大的驱动因素。

蛋白结合型尿毒症毒素。硫酸吲哚酚（IS）和对甲酚硫酸盐（pCS）随着肾小球滤过率下降而积累，并因白蛋白结合而无法被常规透析有效清除。IS增加线粒体ROS，损害成骨细胞活力和分化，下调PTH1R，并干扰Wnt信号。pCS通过JNK和p38 MAPK激活损害成骨细胞功能。在骨细胞中，IS增加硬骨素和DKK1表达并改变RANKL/OPG平衡。这些发现将滞留的尿毒症溶质直接与氧化还原敏感的骨骼功能障碍联系起来。

高磷血症、SHPT、骨骼PTH抵抗和Klotho缺乏。磷酸盐滞留促进FGF23和PTH升高，而持续的继发性甲状旁腺功能亢进（SHPT）增加RANKL并抑制OPG，有利于高转换性吸收。同时，尿毒症毒素可以削弱成骨细胞对PTH的反应性，这有助于解释为什么单一的PTH浓度不能可靠地定义CKD中的骨转换。肾脏α-Klotho在CKD早期下降；除了作为FGF23共受体外，Klotho具有抗氧化和抗凋亡作用，其缺乏导致磷酸盐滞留、血管钙化、细胞衰老和应激抵抗受损。因此，Klotho连接矿物质和氧化还原轴，是氧化还原导向干预的合理生物标志物。

代谢性酸中毒和炎症。慢性酸中毒促进矿物质溶解并有利于破骨细胞吸收。尿毒症相关炎症由滞留毒素、肠道菌群失调、透析相关因素和血管通路驱动，维持IL-1β、IL-6、TNF-α和MCP-1等细胞因子，促进RANKL依赖性吸收并抑制成骨细胞生成。

透析相关氧化应激。血液透析可通过血液-膜接触、白细胞活化和低分子量抗氧化剂丢失急性增加氧化负担。溶解H₂透析方法与透析环境中白蛋白氧化还原指数的变化相关，而高H₂透析液也可以改变白蛋白与硫酸吲哚酚之间的相互作用。这些观察支持基于透析的H₂递送可以修饰全身或透析液氧化还原相关过程的更广泛前提，尽管它们并未确立骨骼效应。

3.4 氧化还原敏感转录节点

四个氧化还原敏感转录节点与CKD中的骨细胞反应和H₂的拟议作用特别相关。

NRF2-KEAP1。在基础条件下，KEAP1靶向NRF2进行泛素-蛋白酶体降解。KEAP1半胱氨酸的氧化或亲电修饰允许NRF2积累和ARE依赖性转录，包括HMOX1、NQO1、谷胱甘肽S-转移酶、过氧化氢酶、GPX1和参与谷胱甘肽合成的酶。尽管存在持续的氧化应激，NRF2活性在CKD中可能受损，并已牵涉到疾病进展中。在骨骼中，NRF2通常抑制破骨细胞生成，而过度的NRF2激活可以抑制成骨细胞分化。

NF-κB。胞质H₂O₂可以激活IKK，促进IκB降解和NF-κB依赖性炎症介质转录。相反，NF-κB DNA结合和IKK活性本身是氧化还原敏感的。由于经典NF-κB信号也是RANKL诱导的破骨细胞分化所必需的，该通路将尿毒症炎症直接与骨吸收联系起来。

FOXO。FoxO转录因子诱导抗氧化防御基因，可以保护成骨细胞免受氧化损伤，同时抑制破骨细胞生成。然而，FoxO也与TCF竞争β-catenin；在氧化应激下，β-catenin从促成骨细胞的Wnt/TCF信号转向FoxO依赖性转录。

Wnt/β-catenin-硬骨素和HIF。骨细胞来源的硬骨素和DKK1抑制LRP5/6依赖性Wnt信号，而骨细胞Wnt/β-catenin活性的抑制是进行性ROD的早期特征。硬骨素浓度在CKD中增加，尽管其作为骨生物标志物的解释仍然复杂。HIF信号受氧张力和脯氨酰羟化酶活性调节，并有助于缺氧骨和骨髓区室内的适应；HIF-脯氨酰羟化酶抑制剂现在用于肾性贫血，但其长期骨骼后果仍未完全定义。

1. 4.
   分子氢：化学、药代动力学和递送
   4.1 组织和骨骼可及性的理化基础
   H₂是最小的中性分子，具有高扩散系数。这些理化性质允许快速穿过生物膜并进入细胞内区室，包括线粒体和细胞核。这种广泛的扩散性与氧化还原信号发生在空间受限的细胞内和组织微域中的事实相关。
   因此，潜在的骨骼可及性是合理的但未经证实。骨细胞驻留在嵌入矿化基质中的相对缺氧的腔隙-小管网络内，而破骨细胞形成封闭的酸性吸收腔隙。理论上，H₂可以扩散到这些区室中的每一个；然而，本综述中未发现任何研究直接测量骨骼、骨髓或骨细胞腔隙-小管系统中的H₂浓度。因此，骨骼药代动力学应被视为实验优先事项，而非假设的优势。

4.2 直接靶点和“信号保留抗氧化剂”概念

原始机制模型提出，H₂优先还原高反应性物种如•OH和ONOO^?，同时相对不消耗具有生理信号作用的超氧化物、H₂O₂和一氧化氮。这种拟议的信号保留特性是H₂在完全抑制ROS不可取的组织中应用的基本原理核心。

仅直接自由基清除不太可能解释在可达到的组织浓度下报告的H₂效应的广度。其他模型包括中断脂质自由基链式反应及由此产生的氧化磷脂/Ca²⁺依赖性转录变化；间接调节NRF2-KEAP1和抗氧化反应基因，可能涉及Wnt/β-catenin和GSK3β；以及保护线粒体功能和质量控制程序，包括PGC-1α相关通路。这些机制是互补的，而非相互排斥。

Ca²⁺/NFAT通路与骨骼特别相关。NFATc1是破骨细胞生成的主转录调节因子，在RANKL诱导的Ca²⁺振荡和ROS信号下游被激活。H₂在非骨骼系统中抑制氧化磷脂驱动的Ca²⁺信号和NFAT激活。相同的机制是否有助于H₂介导的破骨细胞生成抑制尚未被直接测试，应被视为一个具体的、可证伪的假说。

4.3 与CKD相关的递送方式

五种递送格式是相关的。

H₂富集透析液（E-HD）。基于电解的系统产生溶解的H₂，在治疗期间通过透析器递送，临床系统中报告的浓度约为30–80 ppb。该途径在肾衰竭中很有吸引力，因为它使用现有的体外循环，不增加口服液体负担，并在透析期间提供重复的全身暴露。高水平的溶解H₂也被报告促进硫酸吲哚酚从白蛋白解离，提出了需要体内确认的联合氧化还原和毒素处理效应的可能性。实验性含H₂腹膜透析液同样显示保护间皮和腹膜膜完整性。

吸入H₂气体。吸入H₂产生快速的全身暴露，适用于急性机制研究，但CKD中的慢性门诊使用受限于设备、监督、依从性以及与可燃性相关的机构安全要求。

口服富氢水（HRW）。水中的溶解H₂在环境压力下可接近约1.6 ppm，但暴露短暂且高度依赖于制备、容器渗透性和摄入时间。在透析人群中，重复给药所需的液体量是一个重要的实际限制，因为它与液体限制和透析间体重管理目标相冲突。

富氢盐水（HRS）。HRS允许受控的胃肠外暴露，已在临床前研究中广泛使用，包括几个骨骼模型。其价值主要是实验性的，因为重复的胃肠外给药和钠负荷不适合慢性CKD治疗。

口服固体氢制剂，包括HRCC。固体制剂在胃肠道产生H₂，可能提供比HRW更长的暴露时间而无需额外液体负荷。在一项针对16名代谢综合征患者的前瞻性四周剂量递增病例系列中，HRCC在三个剂量水平下均耐受，并与甘油三酯降低相关，生活质量指标无变化。临床前工作也报告了珊瑚钙携带氢的代谢效应。这些发现确立了初步可行性，而非CKD或骨病中的疗效。

对于CKD-MBD，HRCC需要特定的安全性资格。流体节约型固体制剂可用于非透析CKD，但碳酸钙载体有助于总钙暴露。钙基磷酸盐结合剂可促进正钙平衡，在当代CKD-MBD管理中受到限制。因此，任何HRCC的CKD试验都应量化每剂元素钙，考虑并发的饮食和结合剂钙，并监测血清钙、PTH和血管钙化。开发非钙固体H₂载体将避免这种混杂暴露，应优先考虑。

1. 5.
   H₂在CKD骨骼中的细胞特异性分子作用
   本节使用第2节中定义的证据层级评估谱系特异性证据。一个总结已确立的CKD-MBD机制、在非尿毒症模型中证明的H₂调节通路以及在肾性骨病中仍属假设的机制之间区别的三级证据图呈现。
   5.1 破骨细胞：RANKL–TRAF6–Rac1–NOX–ROS–NFATc1轴
   连接RANKL驱动的破骨细胞生成与H₂报告作用的主要氧化还原敏感通路被总结。重要的是，所描绘的H₂相关效应来自非尿毒症模型，不应被解释为CKD-MBD中已确立的机制。
   通路（已确立）。RANKL与RANK结合招募TRAF6并激活Rac1依赖性NADPH氧化酶，而线粒体ROS提供额外的氧化剂来源。由此产生的ROS爆发是破骨细胞分化所必需的，并与ERK、p38、JNK、AKT和经典NF-κB通路整合，最终导致c-Fos和NFATc1激活。NFATc1然后诱导破骨细胞效应程序，包括TRAP/Acp5、组织蛋白酶K、MMP-9、碳酸酐酶II、V-ATP酶组分、DC-STAMP和降钙素受体。
   NRF2作为生理制动器（已确立）。RANKL/M-CSF信号降低破骨细胞前体中的NRF2/KEAP1比率，允许分化所需的ROS上升。实验性NRF2激活减少细胞内ROS和破骨细胞形成，而NRF2缺失则产生相反效果。Nrf2缺陷的骨髓巨噬细胞积累胞质和线粒体ROS并更容易分化，这种效应可通过抗氧化剂或NOX/线粒体ROS抑制逆转。KEAP1-NRF2相互作用的药理学破坏抑制破骨细胞生成和卵巢切除术诱导的骨丢失，临床阶段的NRF2激活剂显示出类似的抗破骨细胞作用。总之，这些研究确立NRF2作为破骨细胞生成的重要内源性约束。
   H₂对破骨细胞的作用（已确立的核心发现）。在RANKL刺激的RAW264.7细胞和原代骨髓巨噬细胞中，H₂抑制破骨细胞分化和吸收坑形成。它减少细胞内ROS、NADPH氧化酶和Rac1活性，并抑制MAPK、AKT和NF-κB信号，以及多个破骨细胞效应基因。这些数据将效应置于RANKL-Rac1/NOX-氧化还原网络的上游，而非单个末端氧化产物。
   抗破骨细胞信号得到几个体内模型的支持。HRW减少糖皮质激素暴露的斑马鱼鳞片中的破骨细胞激活和骨丢失，氢水在后肢卸载期间减弱氧化应激、破骨细胞生成和骨丢失。在衰老牙周组织和肥胖中，HRW减少氧化损伤和牙槽破骨细胞活性。在卵巢切除大鼠中，氢水保持股骨和椎骨骨矿物质指标，同时减少股骨氧化应激。尽管异质，这些模型一致支持抗吸收效应。
   与CKD的相关性（假设）。由SHPT引起的高转换性ROD以炎症环境中过度的RANKL驱动破骨细胞生成为特征。H₂在非尿毒症模型中抑制的通路——Rac1/NOX来源的ROS、MAPK、AKT、NF-κB以及潜在的Ca²⁺/NFATc1——直接映射到该病变上。一个可测试的预测是，H₂将优先减少高转换性CKD中的吸收标志物如TRAP-5b和CTX。然而，在低转换性疾病中，进一步的破骨细胞抑制可能是中性或有害的；这种竞争效应在第5.6节中检查。

5.2 成骨细胞和成骨祖细胞：NRF2、Wnt/β-Catenin–FoxO和线粒体能力

与成骨细胞功能相关的主要氧化还原敏感机制及其可能被H₂调节的方式被总结。

通路（已确立）。成骨细胞分化需要经典Wnt/β-catenin信号、TCF/LEF依赖性RUNX2和SP7/Osterix诱导，以及随后碱性磷酸酶、I型胶原和骨钙素的表达。氧化应激通过激活FoxO破坏该程序，FoxO与TCF竞争β-catenin，并通过参与应激激酶和凋亡通路。GSK3β在β-catenin和NRF2信号之间提供额外的氧化还原敏感耦合。ROS-FoxO–β-catenin轴也导致年龄和雌激素缺乏相关的骨丢失。

尿毒症叠加（已确立）。IS损害成骨细胞活力和分化，并可下调PTH1R，导致骨骼PTH抵抗；pCS激活成骨细胞中的JNK和p38 MAPK。这些效应连同代谢性酸中毒和炎症信号，在CKD中产生低合成代谢环境。所得表型与早期CKD中描述的低转换模式相容，尽管不能仅从PTH推断转换。

H₂对成骨细胞的作用（提示）。在TNF-α损伤的大鼠成骨细胞中，H₂恢复碱性磷酸酶活性和Runx2表达，同时减少氧化和炎症损伤并保持线粒体功能。H₂还改善了模拟微重力模型中的成骨细胞分化。在兔类固醇诱导的骨坏死中，H₂减少氧化应激和凋亡并具有组织学保护作用，HRS在糖尿病大鼠中保持骨体积和生物力学性能。这些研究支持潜在的成骨细胞保护作用，但并未确立一致的合成代谢作用。

矛盾证据。在泼尼松龙处理的斑马鱼鳞片中，HRW防止破骨细胞激活，但未挽救受抑制的成骨细胞碱性磷酸酶活性或骨修复。这种破骨细胞选择性结果很重要，因为它限制了任何H₂本质上具有合成代谢作用的假设。在低转换性ROD中，重塑激活已经减少，净效应将取决于成骨细胞/骨细胞保护是否超过对破骨细胞介导的重塑启动的进一步抑制。

成骨细胞效应的机制候选（假设）。三条途径值得直接测试：（i）适度NRF2激活，增加HO-1、NQO1和谷胱甘肽能力，并减少β-catenin从TCF向FoxO的转移；（ii）PGC-1α相关的线粒体生物发生和生物能量能力改善；以及（iii）抑制脂质自由基链反应和活性醛形成，这可减少胶原和基质蛋白羰基化。第三种机制与CKD特别相关，因为它可以改善骨材料质量而无需在常规转换标志物或DXA中产生大的变化。

5.3 骨细胞：硬骨素、RANKL/OPG、FGF23–Klotho和机械传导

通路（已确立）。骨细胞通过提供RANKL、产生硬骨素和DKK1、分泌FGF23以及通过纤毛、整合素附着和connexin-43半通道传导机械负荷来协调成人骨重塑。骨细胞凋亡可以启动靶向重塑，而过度的氧化应激促进骨细胞死亡并损害机械传导。

尿毒症叠加（已确立）。骨细胞Wnt/β-catenin抑制在进展性ROD中早期发生。硬骨素和FGF23通常随着肾功能下降而升高，而Klotho下降，改变矿物质和氧化还原信号。IS还增加骨细胞Sost和Dkk1表达并改变RANKL/OPG平衡，将滞留的尿毒症溶质与骨细胞介导的重塑信号联系起来。

H₂对骨细胞的作用：直接证据空白。本综述中未发现任何研究检查了骨细胞或骨细胞样系如MLO-Y4、IDG-SW3或Ocy454中的H₂暴露，也没有骨骼研究在H₂治疗后测量硬骨素、DKK1或骨细胞RANKL/OPG。这一空白很重要，因为骨细胞整合形成和吸收信号，并可为CKD试验提供早期生物标志物。

可测试的骨细胞假说。首先，H₂可能减少骨细胞凋亡，与其在类固醇诱导的骨坏死中的抗凋亡作用一致。其次，H₂在缺血再灌注损伤后保持肾脏Klotho表达，提出了可溶性或骨骼α-Klotho可作为CKD中靶点参与生物标志物的可能性。第三，减少ROS依赖性Sost诱导可去抑制Wnt信号。第四，氧化还原敏感的connexin-43半通道功能和机械传导可能被恢复。第五，H₂相关的HIF信号调节可改变骨细胞对其生理缺氧环境的反应。每种机制在骨骼中仍未测试，应相应标记。

这些提议是机制假说，而非已证明的H₂效应。现有的骨细胞培养系统允许在明确的尿毒症条件下进行相对快速的直接测试。

5.4 骨髓基质和骨免疫界面

骨髓基质细胞平衡成骨和成脂分化，氧化应激和炎症细胞因子可将这种平衡转向成脂。在CKD中，损害成骨细胞供应的相同炎症环境也通过IL-1β、IL-6、TNF-α和MCP-1促进RANKL依赖性吸收。

H₂在与该界面相关的肾损伤模型中具有抗炎作用。HRW减少自发性高血压大鼠的肾脏NF-κB激活和促炎细胞因子，而脓毒症肾损伤中的H₂治疗减少IL-6和TNF-α，增加IL-10和TGF-β，并有利于M2巨噬细胞极化。将这些效应外推到尿毒症骨骼在生物学上是合理的，但这些研究均未测量骨骼结局。

5.5 毒物兴奋效应问题：为什么在骨骼中“更多抗氧化剂”并不更好

骨骼中的氧化还原导向治疗必须考虑非单调的NRF2剂量-反应。NRF2缺乏增加破骨细胞生成和骨吸收，而过度的NRF2激活也可以损害骨骼稳态：Keap1破坏产生骨质减少和成骨细胞分化缺陷，而Keap1杂合性中更适度的NRF2激活可以增加矿物质沉积速率和骨形成。其他NRF2激活模型同样显示破骨细胞生成和成骨细胞生成的抑制，当成骨细胞抑制占主导时导致净骨发育不全。

这些观察支持氧化还原反应窗口的存在，而非简单的“更多抗氧化剂更好”的关系。强效NRF2激活剂在CKD中的混合临床经验与药理学操纵该通路的更广泛困难一致，但不良或中性肾脏结局不能具体归因于骨骼毒物兴奋效应机制。

因此，H₂作为一种相对温和的、间接的氧化还原调节剂而非强制的NRF2激活剂而受到关注。它可能减少上游氧化负担，同时保留部分生理氧化还原信号。这种信号保留概念是可测试的：如果临床可达到的H₂暴露不能可测量地改变骨骼氧化还原或靶点参与生物标志物，那么推动该方法的同样温和的药理学也将解释缺乏疗效。

5.6 H₂的骨转换状态依赖性作用：低与高转换性肾性骨营养不良的双向重塑-正常化假说

谱系特异性证据提示一个可测试的转换状态模型。ROD跨越低转换性无力性骨病（ABD）、正常转换和高转换性纤维性骨炎。过量的ROS可以抑制成骨细胞分化，同时作为RANKL驱动的破骨细胞生成的必需信号。H₂因此可能减少偏离正常转换的病理偏差，而非统一地在一个方向上移动重塑。这种“双向重塑-正常化”是一个假说，而非已确立的效应，其关键预测是预先指定的H₂×转换状态交互作用。

低转换性疾病：潜在解除尿毒症抑制（假设）。ABD反映的不仅仅是低PTH。尿毒症毒素、炎症、氧化应激和线粒体损伤可以直接抑制成骨细胞谱系功能。IS在成骨细胞中诱导氧化应激和PTH抵抗，减弱PTH1R-Gsα-cAMP-PKA-CREB通路，而线粒体功能障碍和线粒体自噬阻断已在CKD-MBD骨骼中证明。在骨细胞中，IS降低RANKL/OPG并增加硬骨素和DKK1，这些变化可被PTH逆转。理论上，H₂可以改善线粒体能力、PTH反应性和骨细胞Wnt拮抗剂输出。一个区分性实验将保持PTH恒定并测试H₂是否增加尿毒症成骨细胞中的cAMP/CREB和RUNX2/Osterix反应。这些预测的挽救机制仍未证实。

无力性骨悖论。H₂最可重复的骨骼作用是抑制破骨细胞生成，通过减少ROS和抑制MAPK、AKT和NF-κB信号。在已确立的ABD中，进一步的破骨细胞抑制可减少重塑激活，从而限制偶联的成骨细胞招募。因此，低转换性疾病中的获益不能假设；它需要成骨细胞/骨细胞挽救效应超过抗破骨细胞效应。这种竞争性生物学是为什么转换状态分层和偶联的形成/吸收终点是必不可少的。

高转换性疾病：最强的机制对齐（假设）。在SHPT中，成骨细胞谱系细胞和骨细胞中持续的PTH1R信号提高RANKL并降低OPG，激活TRAF6-Rac1-NOX-ROS-MAPK/NF-κB-NFATc1级联。H₂可以通过减少影响RANKL/OPG的氧化/炎症信号在上游起作用，并通过减弱破骨细胞前体中的RANKL诱导ROS爆发在下游起作用。RANKL抑制改善腺嘌呤诱导CKD中的皮质和吸收异常，支持该轴的病理相关性。因此，尿毒症H₂实验应确定破骨细胞NFATc1、组织蛋白酶K和皮质孔隙度是否在PTH不变的情况下下降，这将表明骨骼而非甲状旁腺介导的效应。

为什么相反效应在生物学上是合理的（假设）。相关变量可能是谱系特异性病理氧化还原负荷，而非转换本身。过量的ROS抑制成骨细胞分化但支持破骨细胞生成。一种优先限制高损害氧化剂化学同时保留生理信号的调节剂因此可能在不同谱系和转换状态中产生不同的净效应。定义性预测不是保证刺激低转换骨骼，而是转换依赖性反应，对正常重塑的干扰最小。

一个纵向含义是，主要骨骼病变可能在CKD进展过程中改变。理论上，H₂可以在早期保持成骨细胞反应性，同时在SHPT确立后抑制RANKL/ROS依赖性吸收。这应在正常、低和高转换性尿毒症模型中测试，随机分配H₂或载体，使用动态组织形态计量学和皮质孔隙度，并预先指定H₂×转换状态交互作用。来源匹配的离体细胞可帮助区分内在骨骼反应与全身混杂。在这些研究完成之前，双向正常化模型仍是一个可测试的框架，而非对已证明的H₂行为的描述。

1. 6.
   骨骼疾病中H₂的临床前证据
   临床前骨骼证据具有四个与解释最相关的特征。
   抗吸收信号。在RANKL刺激的细胞、卵巢切除术、后肢卸载、糖皮质激素暴露、牙周衰老、肥胖和糖尿病骨病中，H₂反复与破骨细胞活性降低或骨量保持相关。跨多种损伤模型的一致性支持生物学合理性，尽管研究质量、物种、暴露方法和发表偏倚限制了确定性。
   成骨细胞信号。成骨细胞挽救已在TNF-α损伤细胞和模拟微重力中报告，但在糖皮质激素暴露的斑马鱼鳞片中未观察到。因此，合成代谢效应应被视为模型依赖且未解决。
   尿毒症证据空白。H₂已在实验性肾病中研究