在今天载文的最后，附上白畑实隆教授的生平简介，以助您对教授有个更加全面的认识。
Trends in Food Science & Technology 23 (2012) 124 131
Supplementaryinformation（补充材料）
有益健康的还原水研究发展现状
白畑实隆＊，滨崎武记，照屋辉一郎
九州大学大学院农学研究院生命功能科学部门、〒812-8581福冈市东区箱崎6-10-1
＊主要作者：白畑实隆、〒812-8581福冈市东区箱崎6-10-1、电话：+81-92-642-3045；
传真：+81-92-642-3052
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含有新型活性氧（ROS）清除剂的氢及矿物纳米粒子的还原水的作用机制
作为ROS清除剂的还原水的生理效应
现已广为人知的是，活性氧类（ROS）是各种与氧化应激相关的疾病和衰老的根源（Jomova & Valko 2011 ）。Hayashi（1995）最早注意到电解还原水（ERW）对各种疾病的改善效果，提出了含有分子氢的电解还原水通过在体内清除活性氧来改善各种疾病的“水调节学说”。Hayashi and Kawamura（2002）根据1985年到2000年间所做的数千例临床观察，发表了电解还原水针对以下众多疾病具有改善作用的研究报告：降低糖尿病人的血糖和糖化血红蛋白（HbA1c）指标；糖尿病性坏疽的末梢血液循环的改善；降低痛风病人的尿酸指标；肝脏疾病患者的肝功能、肝硬化及肝炎症状的改善；胃十二指肠溃疡的改善及防止复发；高胆固醇、高血压、心绞痛及心肌梗塞的改善；过敏症、异位性皮肤炎、哮喘及荨麻疹的改善；自我免疫性疾病、胶原病、系统性红斑狼疮，白塞氏综合征、克隆病、溃疡性大肠炎及川崎病的改善；肝脏恶性肿瘤、肝癌及转移性肿瘤的改善。
笔者采用氯化钠溶液电解制造的电解还原水作为以自来水为原水的可饮用的电解还原水的单纯模型系统，最先通过体外实验证明了电解还原水具有清除活性氧类和抑制DNA氧化损伤的作用（Shirahata et al., 1997）。后来，为了避免阳极一侧溶液中生成的次氯酸混入到电解还原水中，我们决定主动采用间歇式电解装置对NaOH溶液进行电解制造出来的电解还原水。韩国研究团队发表的研究报告同样表明，采用氯化铵溶液电解制得的电解还原水对DNA、RNA及蛋白质的氧化损伤有保护作用(Lee et al., 2006)。我们还报告了，被指对许多疾病有改善功效的日本的日田天领水及德国的诺地那水等天然还原水（NRW）与电解还原水相比，同样能清除培养细胞内的ROS，具有抗糖尿病的作用(Li et al.,2002)。
含分子氢的电解还原水
在对水进行电解的过程中，分子氢在阴极表面生成，分子氧在阳极表面生成（图 1A）。铂金(Pt)由于既安全又能高效生成分子氢，所以市面销售的电解装置大多都采用钛板电镀铂金的电极板。如图1B所示，在阴极的铂金板表面，水合氢离子（H3O＋）与电子反应后，生成H2O和被吸附存在的H原子(Had)、（H3O＋＋ e- →H2O＋ H(ad)、称为“Volmer step”）。两个H(ad) 在铂金电极表面移动（H原子的溢流(overflow)），能生成氢气H2(g)、（2H(ad) → H2(g)、称为“Tafel step”），或者H (ad)直接与在Volmer step产生的H原子反应，即（H(ad) ＋ H3O＋＋e- → H2(g) ＋ H2O、称为“Heyrovsky step”），制造出H2气。Had的一部分被吸收储存到铂金板内部，制造含有吸存氢H(ad)的铂氢化物。因为原子氢非常小，所以能被几乎所有金属吸收和储存。最近，电极板上的这些活跃反应已经通过计算机模拟得到证明（Otani et al., 2008）。
用直流电（例如100V）对自来水或天然矿泉水进行电解时，大部分的水（主体层的水）由于阻力很小，所以绝大部分的电压都荷载到大部分的水与铂金板表面之间非常薄的临界层（亥姆霍兹层）上，阴极周边就形成一个带很强电场的强还原性氛围。在强电场中，所有的质子（氢离子）和矿物离子加速度移动，具有很强的反应活性(Hamann et al.,2007)。刚制出的电解还原水处于过饱和状态，含有纳米氢气泡，但在开放条件下纳米氢气泡在3小时内就会消失(Kikuchiet al.,2007)。
矿物纳米粒子和矿氢化物的电化学制造法
饮用水中含多种矿物质离子，这些矿物离子很容易在阴极表面被还原成矿物原子。被还原的矿物原子自我建构，形成矿物纳米粒子或矿物纳米基团（图1B）。电化学性质的还原是制造矿物纳米粒子或矿物纳米基团的最常见方法（Watzky and Finke, 1997; Aiken III and Finke,1999）。像铂金、黄金、钒和钯这些离子化倾向较弱的金属离子很容易形成稳定的矿物纳米粒子，并且能长期稳定地分散于水中（用保护剂保护起来的金属纳米粒子可保持长达数年）。形成的矿物纳米粒子逐渐被氧化，变成矿物离子，这个过程中它会释放出电子，表现出微弱的还原性。因此可以认为，电气性还原能量以矿物纳米粒子的形式长期被保持在电解还原水中。金属纳米粒子含有大量活性化表面原子，所以能感知水中的状态，有很高的催化活性。
正如以前报告过的那样，使用装备了铂金涂层钛电极的间歇式TI-200S电解装置，以100V电压对1mM的NaOH溶液电解了两小时（Ye et al., 2008）。如图1C所示，用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)分析发现，电解还原水中含有0.19ppb的铂金。把10升电解还原水用旋转蒸发仪浓缩成1公升后，再用分子量10000道尔顿的超滤膜对它进行过滤，结果，截留下来的部分（＞10,000）含有12.04ppb铂金，滤过的部分（＜10,000）则含有2.16ppb的铂金。通过透射电子显微镜分析清楚发现，截留下来的部分中含有1～10纳米大小的铂金纳米粒子（图1D）。铂金纳米粒子应该是从铂金涂层的钛电极上溶出来的。如图2所示，合成铂纳米粒子具有多样化的抗氧化活性（Hamasaki et al.,2008）。铂金纳米粒子本身呈现了能匹敌超氧化物歧化酶（SOD）的超氧自由基清除活性（铂金纳米粒子的2次速度常数为ks = 5.03 × 107 M-1s-1，而SOD则为 Ks = 0.7 - 16 x 108 M-1s-1）。若考虑到铂金纳米粒子的稳定性，那么铂金纳米粒子的ROS清除活性这一特性，明显优于一般的抗氧化剂。铂金纳米粒子还与谷胱甘肽酶（ks ＞1010 M-1s-1）同样高效地清除了羟自由基。被铂金纳米粒子催化的H2O2分解反应的ks速率约为104，比过氧化氢酶低了三位数。铂金纳米粒子以103阶的ks速率将H2分子活化变成了H原子。作为H供体发挥作用的抗氧化物质的还原反应，在存在铂金纳米粒子的条件下，会以100阶的ks速率被促进。当电子受体是溶解氧时，铂金纳米粒子会促进抗氧化物质自动氧化。但是，它的ks速率不高仅为100阶。总的来说，可以认为铂金纳米粒子是一种具有多样化功能的优质抗氧化物质。可饮用的电解还原水含有多种矿物纳米粒子，它们不单作为活性氧类清除剂发挥作用，还可能作为H2催化剂及H供体发挥作用。
作为储氢源的金属纳米粒子，其应用已吸引了广泛注意。原子氢极小，所以能进入几乎所有的金属原子中间，形成金属氢化物。金属纳米粒子能储存大量的原子氢。钒氢化物中的原子氢，直接在电子显微镜下被观察到（Findilay et al.,2010）。据报告，钯纳米粒子的氢溶解度为每个钯原子达0.5H（Yamauchi & K itagawa, 2005）。2.0纳米大小的铂金纳米粒子在0.1kPa以下的H2环境中，观察到每个铂原子吸存着0.12个H（Isobe etal.,2003;Kitagawa & Yamauchi, 2004)。像Ca2+和Mg2+这类具有很强离子化倾向的离子，被还原后就变成CaH2和MgH2这样的矿氢化物。CaH2和MgH2缓缓溶于水中，产生出分子氢(Tessier et al.,2004)。复杂结构的矿氢化物同样也能在水中缓慢产生分子氢(Fan et al.,2011)。阴极表面存在大量原子氢，同时电解还原水中存在过饱和分子氢，因此电解还原水很可能含有多种矿氢化物纳米粒子（图1B）。
天然还原水含有矿物纳米粒子和矿氢化物
自然界中存在一些被确信有益健康的天然矿泉水。有报告指，1985年发现的法国卢尔德水就具有治愈多种疾病的作用(Stephens,1910)。墨西哥的托拉克特水于1991年被发现，传说能改善各式各样的疾病症状，但有关它的科学研究报告却几乎没有。从深约300米的地下涌出的德国诺地那水在1992年被发现是有益健康的水(Gadek and Shirahata,2002)。我们1997年发现用水泵从地下深处抽取的日本的日田天领水也同样对健康有益。日田天领水和诺地那水已被证明能清除活性氧类(Li et al.,2002)。我们决定把能清除细胞内活性氧类的天然水称为“天然还原水（NRW）”。
那么，为什么天然还原水能去除细胞内的活性氧类呢？最新的研究证实，与数米深的地下同等程度数量的微生物也栖息在5000深的地底深处。这些微生物可能是利用地下水被高温状态的岩石能量还原后生成的H2能量生存的。H2（氢）与CO2（二氧化碳）反应产生CH4（甲烷）和水（称为二氧化碳呼吸）。CH4（甲烷）与SO4（硫酸）离子反应产生H2S（硫化氢）和CO2（称为硫酸盐呼吸）。H2S（硫化氢）与NO3（硝酸）离子反应产生N2（氮气）和SO4（硫酸）离子（称为硝酸盐呼吸）。利用这种化学呼吸的微生物被称作“岩石营养生物”，可能地底世界是地球上最大的生物圈(Martin et al.,2008)（参考补充材料的图1）。从地底深处抽上来的天然还原水也许就含有保持着地底氢能量的矿物质。Hiraoka et al.（2004）曾发表有关电解还原水和日田天领水的抗氧化活性的报告，但并没有发现可能属于这些水的活性成分的氢气和钒离子具有能增强人实际饮用后的血中活性氧类清除活性的作用(Hiraoka et al.,2006)。
Langmür（1927）基于水分子会阻止原子氢重新聚合为分子氢的这一观察结果，通过高温加热含水分的氢气，稳定制出纯原子氢的气体，发明了利用原子氢被转换成分子氢时的放热反应原理的氢火炬。这些成就让他获得了1932年的诺贝尔化学奖。根据对人们深信有益人类长寿的巴基斯坦罕萨地区的雪融水中的硅氢化物的研究结果，Stephanson et al.（2002）使用高温条件下从分子氢（H2）生成出来的原子氢（H），成功地合成了全新的生物胶囊化的硅倍半氧烷氢化物（命名为硅氢化物）”，并证明了这种硅氢化物能在长达数周时间内在水中徐徐释放出氢阴离子（负氢离子）。他们还证实了这种硅氢化物具有活性氧清除活性但却无任何细胞毒性(Stephanson et al.,2003; Stephanson and Flanagan,2003a,b;2004a;2004b)。最近有报告提出，硅氢化物能提高抗氧化酶的浓度，从而对诱发肝损伤的肝毒素“四氯化碳（CCl4）”具有防护作用(Hsu et al., 2010)。
包括地下水、河水、自来水以及市面销售的各种矿泉水在内的天然水，都含有很多的纳米粒子(Wagner et al.,2004; Wigginton et al.,2007; Handy et al.,2008)。使用原子力电子显微镜和透射电子显微镜观察到饮用水中的纳米粒子（纤维性多糖粒子和球状有机物质）。饮用水（自来水）中的总粒子数量估计在7-10 x 108 颗／ml ( Kaegi_et al.,2008)。甚至还发现在某种天然水里面含有不定形的二氧化硅矿物纳米粒子，因其吸存的负氢离子而呈现抗氧化活性(Kimberly et al.,2001)。当然有必要更深入的研究，但根据目前为止所积累的大量数据，天然还原水很可能含有赋予其抗氧化活性的矿物纳米粒子或者是矿氢化物。
还原水的氧化还原电位(ORP)与人的身体
我们所在的宇宙中，熵(表示杂乱无章性的物理量之一)本质上具有逐渐增加的特性，一切生物都通过消费能源，减少熵值，获取自由能量。处于还原状态的生物富有能量，秩序得以保持。生物为保持体内的还原状态，所以含有大量的多种抗氧化物质。氧化还原电位是表示生物提供或接受电子的能力的一项指标。氢原子或氧原子同样可用于还原反应和氧化反应，以代替电子。检测氧化还原电位通常使用铂金电极。水中的化学物质与铂金电极发生化学反应，使铂金表面氧化或者还原。在这个反应过程中会产生电压（mV）。
像抗坏血酸那样的大多数有机抗氧化物质都能释放氢原子，呈现较低的氧化还原电位值。可是，氧化还原电位值会随着抗氧化物质的自动氧化而逐渐上升。不稳定的有机抗氧化物质会产生许多以抗氧化物质或促氧化物质（促氧化剂）起作用的化学物质，在铂金电极表面引起非常复杂的反应。氧化还原电位值与pH是依存关系。鱼、血浆、羊水、唾液、尿、蔬菜、水果、畜产品、水产品以及各种市面销售的饮用水的氧化还原电位值，从平衡氧化还原电位角度来看，全都属于还原区域内（Agustini et al.,2001; Okouchi et al.,2002）。Okouchi et al.（2002）曾提出过低氧化还原电位值的、类似人体体液的的“生物水”这一概念。富氢水因其中的分子氢提供电子给铂金电极，所以测出来的ORP值在‐200～‐800mV，相当低。溶解氢浓度与氧化还原电位之间存在线性关系，由此可认为，分子氢对电解还原水的负电位是有贡献的(Shirahata et al.,1997)。分子氢通过气化很容易从水溶液中流失，所以电解还原水的氧化还原电位值会随时间推移而逐渐升高。
采用铂金电极，在氧化还原电位检测装置上测量时，日田天领水及诺地那水的氧化还原电位值大约是＋200 mV(对标准氢电极电位未进行补偿的数据），不含分子氢。基于这些水中未检出辐射能，估计这些水对健康的积极作用与微量辐射能引起的辐射刺激效应无关。由于氧化还原电位检测装置的灵敏度太低，所以我们推断它无法测出天然还原水中可能含有的少量还原性矿物纳米粒子对氧化还原电位值的影响。因此，我们认为氧化还原电位值不是一项可靠还原水指标。
电解还原水的拉曼光谱
拉曼光谱能反映出水的氢键结合与水的结构(Walrafen,1964)。从亚硫酸氢钠溶液及其相似化合物得到的电解还原水的拉曼光谱，与电解前的水比较差异相当大(Pastukhov andMorozov 2000)。根据此广谱可认为，在电解还原水中，过剩的氢氧根离子（OH‐）对更加对称的微弱氢键(O…H…O)-的形成起着重要作用。这意味着，为了协同效应及过剩电子水合为(H2O)n- 聚合体，具有协同效应带来的正的电子亲和性的聚合体是能够捕捉过剩电子的。拉曼光谱极有可能在富能量水的研究分析中发挥重要作用。
作为新型活性氧清除剂的分子氢的作用机制
最近有报告指，分子氢（气体）是一种能选择性地直接清除羟自由基和过氧化亚硝酸盐自由基的新型活性氧清除剂(Ohsawa et al.,2007)，相关论文也发表了很多。例如，氢气改善多种氧化应激相关疾病模型动物的症状（缺血再灌注引起的脑损伤：Ohsawa et al.,2007;肝损伤：Fukuda et al.,2007;心肌缺血再灌注损伤：Hayashida et al.,2008;移植引起的肠的移植组织损伤：Buchholz et al.,2008;新生儿的低氧缺血：Cai et al., 2008;大脑学习作业：Nagata et al.,2009;帕金森病：Fu et al.,2009；化疗副作用：Nakashima -Kamimura et al.,2009；肝炎：Kajiya et al.,2009；多菌性微败血症：Xie et al.,2010；高血糖增强型出血转换：Chen et al.,2010a；一氧化碳中毒：Shen et al.,2010；外伤性脑损伤：Ji et al.,2010；神经保护作用：Domoki et al.,2010；辐射防护作用：Qian et al.,2010a；肺移植引起的缺血再灌注损伤：Kawamura et al.,2010；心脏缺血再灌注损伤：Nakao et al.,2010a；辐射引起的氧化应激：Schoenfeld et al., 2011；氧化应激引起的血管新生：Kubota et al.,2011；NF-κB参与的肺损伤：Huang et al.,2011a；脊髓缺血再灌注损伤：Huang et al.,2011b；肺同种异体移植：Kawamura et al.,2011）。此外，还有在培养细胞上发现同样改善作用的研究报告（介由肥大细胞的FcεRI抗原的信号传导路径：Itoh et al.,2009；多能骨髓基质细胞：Kawasaki et al.,2010；在巨噬细胞中产生一氧化氮：Itoh et al.,2011）。另方面还有报告说，氢气在中度及重度新生儿低氧缺血大鼠模型上未发现有效(Matchett et al.,2009)。同样，含有分子氢的水（水素水）改善了模型动物的多种氧化应激相关疾病症状（载脂蛋白E敲除小鼠的动脉粥样硬化症：Ohsawaet al.,2008；帕金森病上的神经保护作用：Fujita et al.,2009；Cai etal.,2009；针对氧气毒性的肺保护作用：Zheng et al.,2009；肺损伤：Mao et al.,2009；心血管疾病：Suzuki et al.,2009；心肌损伤：Sun et al.,2009；添加铂金纳米胶体的水素水对癌细胞增殖的抑制作用：Saitoh et al.,2009；神经保护作用: Cai et al.,2009；视网膜保护作用：Oharazawa et al.,2010；慢性移植肾损伤：Cardinal et al.,2010；Chenetal.,2010；大脑记忆功能：Li et al.,2010；脊髓损伤：Chen et al.,2010b；胰腺炎：Chen et al.,2010c；肝损伤：Liu et al.,2010；酵母多糖引起的一般性炎症：Xie et al.,2010；肺保护作用：Zheng et al.,2010；辐射防护作用：Qian et al.,2010a；2010b；炎症：Zhang et al.,2010；衰老促进小鼠；Gu et al.,2010；肾损伤：Shingu et al.,2010；化疗副作用：Kitamura et al.,2010；肺损伤：Sun et al.,2011a；一氧化碳毒性：Sun et al.,2011b；抑制JNK和NF-κB活化：Wanget al.,2011；噪声性听力障碍：Lin et al.,2011；肺损伤：Fang et al.,2011)。此外，有报告指出对人的各种氧化应激相关疾病症状具有改善作用（2型糖尿病：Kajiyama et al.,2008；姜黄对肠内细菌的氢气制造的刺激作用：Shimouchi et al.,2009；代谢障碍症候群：Nakao et al.,2010b）。
总体来说，大量的研究报告显示，分子氢在模型动物上减轻氧化应激的作用是显而易见的。但是，分子氢对培养细胞的影响这方面的研究报告还很少。正如Wood & Gradwin（2007）所指出的那样，分子氢与羟基自由基的反应速度常数非常小，因此，分子氢能否直接或间接地在细胞或动物身上清除活性氧还需要证明。Sato et al.（2008）报告过富氢水能阻止脑碎片中超氧自由基的产生。他们的研究结果与Ohsawaet al.(2007）最早的研究报告所指“分子氢能直接清除羟基自由基和过氧亚硝基但不影响超氧自由基和过氧化氢”的结论是不一致的。于是出现了“要直接或选择性地清除活性氧的话，血液和组织中的分子氢浓度是不是太低了呢？”这样的质疑。
除了氮分子以外，分子氢在血液中大量存在，仅次于氧和二氧化碳。大鼠的血液中含有数个ppb的分子氢（Ohsawa etal., 2007 ）。水中的氢气（分子）饱和浓度在室温条件下为1.6ppm（800μM）左右。市面销售的制水装置制造出来的电解还原水等可饮用的富氢水大致含有0.08 ppm～1.6 ppm的分子氢。把饱和氢水置入大鼠的胃里时，从3分钟后的心脏血液中检出10ppb（5μＭ）的分子氢（减少了160倍）（Nagata al.,2009）。Fujita et al.（2009）等研究员的报告提到，尽管未能在大脑纹状体检出分子氢，但含有0.08ppm（40μM）分子氢的水改善了帕金森病模型小鼠的症状。这一结果提示了即使分子氢在生物体内的浓度非常低甚至不足0.5 ppb（0.25μM），也同样能发挥作用。
细胞中有可能存在一种以氢为信号传导物质但之前却未曾被发现的信号通路。拥有对原子氢与分子氢之间的转换反应起催化作用的氢化酶的氢细菌能在人体的肠道和口腔内制造大量的氢(Neale,1988; Urita et al.,2008;Urita et al.,2009)，由此当然可以猜想生物在进化过程中把分子氢作为一种信号传导物质加以利用。实际上，生物的细胞内真的存在能传导氢气引起的刺激的某种信号通路吗？目前为止，还没有发现氧分子受体。缺血性心脏病、脑卒中、肾脏病等种种人类疾病都一致表明是低氧及氧化应激的有害结果。低氧诱导因子(HIF)作为一种重要因子能活化保护细胞不受低氧症伤害的大多数基因。HIF能调节包括促红细胞生成素、血管内皮细胞生长因子、肾上腺髓质素、基质金属蛋白酶、内皮素和一氧化氮合酶在内的人类上皮细胞全部基因的大约2%(Manalo et al.,2005)。这个水平是由细胞内的氧气传感器脯氨酰羟化酶（PHD）决定的HIF的分解速度来进行调节（Miyata et al.,2011）。PHD是一种对二硫键的比例随细胞氧化还原状态而改变的氧化还原反应极为敏感的蛋白质。
Nuclear factor-erythoroid 2 p45-related factor 2（Nrf2）调节许多抗氧化物质应激基因的基础性表达和表达诱导。Nrf2调节很多抗氧化物质基因：谷胱甘肽（GSH）生物合成、谷胱甘肽过氧化物酶、硫氧还蛋白还原酶、硫氧还蛋白、过氧化物酶、超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、谷胱甘肽S-转移酶、UDP-葡萄糖醛酸转移酶、血红素加氧酶 - 1、水解、铁转运、重金属的解毒、输送、以及26S蛋白酶体（Jung & Kwak 2010）。Nrf2的活性是依靠氧化应激中细胞内氧化还原敏感蛋白Kelch-likeECH-associated protein 1（Keap1）来进行调节的。Keap1与Nrf2结合后阻止Nrf2向核方向的移动。Keap1是富含半胱氨酸的蛋白质，当Keap1的巯基残基特别是Cys273和Cys288残基一旦被修饰，蛋白质的三维结构就会发生改变。氧化应激能诱导Keap1的三维结构的变化，使Nrf2发生游离。Nrf2向核方向移动，与抗氧化反应区结合，然后活化上述众多的抗氧化物质应激基因。Keap1是一种通过半胱氨酸的还原状态的动态变化，来对氧化应激和环境压力作出反应的敏感蛋白质。
除PHD和Keap1以外，细胞内还有很多像NF-κB和proteintyrosine phosphatase这样的氧化还原敏感蛋白。这些蛋白的功能是通过随分子内二硫键比例而变化的三维结构变化来进行调节的。二硫键的形成恐怕参与了人体全部蛋白的〜１/３的生物合成。在这个非常重要的过程中发挥核心作用的就是蛋白二硫键异构酶（protein disulfide isomerase）（PDI）（Fatahet et al.,2009）。统管氧化还原稳态的细胞机制可能与其他应激之间存在综合联系。内质网（ER）应激会扣动被定义为unfolded protein response（未折叠蛋白响应）的自适应信号或促凋亡信号的扳机，参予若干个病理生理进程。蛋白的折叠很大程度上有赖于氧化还原，因此，内质网（ER）应激与氧化应激之间的关系引发了人们的兴趣（Santos et al.,2009）。内质网的二硫键形成是依靠ER oxidoreduction (Ero1) family 的内质网巯基氧化酶进行催化。Ero1氧化了蛋白二硫键异构酶（PDI）后，PDI才把二硫键导入到ER下游蛋白内。为了维持氧化状态，Rro1与二硫化物向PDI转移和分子氧的还原相结合，生成过氧化氢。因此，Ero1活性变成源于内质网的氧化应激的潜在源头。为了防止Ero1的过渡活性，进化出了复杂的反馈机制。这些机制的核心是，形成调节性二硫化物，在与局部氧化还原状态的关系中，对Ero1的催化活性造成影响的非催化性的半胱氨酸（Tavender et al.,2010）。
蛋白质的氧化折叠由蛋白质电子中继系统调节，其中PDI和Ero1的协同作用将电子从巯基转移到最终受体。在好氧生物中氧气似乎是最终氧化剂，但不能排除例如富马酸盐或硝酸盐那样的替代性电子受体存在的可能性。非常有趣的是，从细胞和生物所得的知识暗示，像抗坏血酸、生育酚及维生素Ｋ这类的低分子量电子转运体，能对氧化性折叠的功能发挥贡献作用（Margittai et al.,2009）。Ｎ-乙酰半胱氨酸同样能切断分子内的二硫键，改变IL-4信号（Curbo et al.,2009）。
细胞外环境的氧化性质与细胞内部非常强的还原特性有很大差异。在细胞内环境下，胞液部分的氧化还原电位会限制二硫键的形成，而在氧化性的细胞外环境中却含有二硫键丰富的蛋白质。假如没有能清除掉活性氧类和活性氮类的细胞外抗氧化剂系统，那么脂质过氧化和蛋白质氧化就会过于严重，就可能造成细胞损伤。在限制细胞的氧化应激的基础上，细胞内、外同时进行抗氧化物质的协调作用就变得很重要了（Filomenaet al.,2008）。
为了仔细验证分子氢的生理效应，我们研制了全新的气体培养装置，可以在H2/O2/CO2混合气体环境下进行动物细胞的长时间培养。我们发现了，分子氢可介由Nrf2基因的活化，来诱导像超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、谷胱甘肽过氧化物酶以及血红素加氧酶-1等抗氧化物质酶的基因表达（Shirahata et al.,2011）。
关于作为活性氧类清除剂或氧化还原调节剂的分子氢的作用机制，存在若干种可能性：（1）是否存在针对能够传导氧化还原信息的分子氢的特定受体？（2）是否存在跟NADH、NAPDH 、FAD等一样，把分子氢作为基底物质利用的某些氧化还原酶？（3）活性氢（原子氢）在生物体内是否因金属纳米粒子的催化作用而产生，并作为信息传导因子发挥作用？（4）分子氢通过还原型谷胱甘肽与氧化型谷胱甘肽或其他抗氧化物质的比例调节，来调节细胞的氧化还原均衡吗？（5）氢能否调节内质网内腔中的电子中继和Ero1、DPI、Nrf2、Keap1这类氧化还原敏感蛋白的三维结构变化？
根据所有这些已知情况，我们提出了能够解释还原水的一般作用机制的“活性氢矿物纳米粒子还原水学说”（图4）（Shirahata et al.,1997;Shirahata,2002;Shirahata,2004;Yeet al.,2008）。通过电解方式能够把安全的饮用水改变为电解还原水。电解还原水含有大量的分子氢和矿物纳米粒子，能暂时性保持在电能作用下所产生的还原能量。电解还原水在释放出还原能量以后，推测又恢复为原来的安全饮用水。这也许就是电解还原水未发现任何副作用的原因。估计天然还原水也是以分子氢、矿物纳米粒子或矿物纳米粒子氢化物的形式保持着源于地底岩石的还原能量的一种水。富氢水和含还原矿物的水也包括在还原水范畴内。仅带还原作用的还原水，作为能克服兼具抗氧化剂和氧化剂双重身份的传统有机抗氧化剂所具有的悖论效应的抗氧化剂，可能为我们开拓出一个全新的研究领域。
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（附录：白畑实隆教授生平简介）
简历
•1950年10月 鹿儿岛县奄美大岛名濑市出生
•1969年3月 鹿儿岛县立甲南高中毕业
•1973年3月 九州大学农学部粮食化工专业毕业
•1975年3月 九州大学大学院农学研究科粮食化工专业硕士学位
•1978年3月 九州大学大学院农学研究科粮食化工专业博士课程
农学博士（关于芳香族柠檬类的核酸切断机构的研究）
（粮食化学讲座：大村浩久教授、村上浩纪副教授）
•1978年4月 九州大学农学部研究生开展更高级脑功能的研究（指导老师：山藤一雄名誉教授）
•1982年4月 尚絅短期大学家政科食物营养专业副教授
•1987年4月 俄勒冈州立大学生物化学与生物物理系细胞培养实验室(Dr. DavidBarnes)访问副教授
•1989年4月 九州大学大学院农学研究科基因资源工程专业副教授
•1995年10月 九州大学大学院农学研究科基因资源工程专业教授
•2000年4月 九州大学大学院农学研究院基因资源工程部门教授
•2003年4月 九州大学大学院系统生命科学府生命工程讲座教授 兼任
•2016年3月 退休
•2016年4月 九州大学名誉教授、九州大学大学院农学研究院学术特聘教员
•2018年7月 去世
获奖情况
1991年4月获日本农业化学学会鼓励奖（无血清培养法调节动物细胞代谢的研究）
国际交流活动
日本动物细胞工程协会总务干事(1989.4-1999.3)、副会长(1999.4 - 2003.3)、会长(2003.4. - 2007.3)、作为国际交流委员会委员长(2007.4-现在)与欧洲动物细胞工程协会、美国体外生物协会等一边交流一边勤力举办国际会议(1989-1998年每年，2000-2008年隔年)。2000年11月主持了在福冈市召开的国际会议。
此外他还参加了以下国际交流活动：
•1994.7-9.作为JICA专业委员在马来西亚从事动物细胞工程方面的技术指导。
•1997.11.韩国营养粮食学会受邀演讲。讲题：Immuno-regulating function of food.在高丽大学和顺天大学举办研讨会。
•2000.6.在圣地亚哥举办的World Congress on In Vitro Biology上，主持研讨会“功能性食品及功能水研究的发展”。
•2000.11.日本动物细胞工学会国际会议（福冈市）主持。召开研讨会“Advanced functional foods and waters for prevention of diseases”。
•2001.8.9韩国学术会议特邀演讲嘉宾。“Functional foods and waters for prevention of diseases”
•2001.10.台湾海洋大学研讨会演讲。“Improvement of diabetes by reduced water”
•2002.5.美国国家卫生研究所(NIH)国家眼科研究所(NEI)研讨会“Improvement of oxidative stress-related diseases by reduced water”。
•2004.6.在旧金山举行的World Congress on In Vitro Biology举办“Advancedtechnologies on production of human monoclonal antibodies” 研讨会。
•2004.11.日本动物细胞工程学会国际会议（名古屋市）。主持“Advanced functional waters for prevention of diseases”研讨会。
•2006.9.日本动物细胞工程学会国际会议（京都市）作为主讲人，邀请线粒体氧化应激研究领域专家卡洛琳斯卡研究所环境医学研究所的Sten Orrenius名誉教授发表演讲。
•在九州大学召开“蓝色星球地球上创造生命世纪的技术”国际研讨会。
•2007.6.在卡洛林斯卡研究所环境医学研究所受邀举办“预防和改善与氧化应激相关疾病的还原水的作用机制”研讨会。
•2008.2.举办九州大学研讨会。邀请卡罗琳斯卡研究所Boris Zhibotovsky教授与会分享。
•2008.11.日本动物细胞工程学会国际会议（福冈市）。主持“水与生命”研讨会。特邀中田力教授（兼任加利福尼亚大学Davies校医学系教授）发表演讲，他任职于新泻大学综合脑功能科学研究中心，“脑涡旋理论（即“大脑中有干燥的空间，水分子参予人的意识）”提倡者。
•2009.6.4.在卡洛林斯卡研究所神经科学科举办研讨会（瑞典生理学会协办）“含氢分子及金属纳米粒子的还原水抑制氧化应激相关疾病”。
•开始与卡洛林斯卡研究所神经科学科神经毒性学研究室展开联合研究。
社会活动
所属协会
•日本动物细胞工程学会（2003年4月至2007年3月期间担任会长。评委、国际交流委员会委员长）
•欧洲动物细胞工程学会（学会奖评选委员会委员）
•日本组织培养学会（评委）
•日本农艺化学会（支部评委）
•日本营养粮食学会（评委）
•日本分子生物学会
•日本免疫学会
•日本生物工程学会
•日本生物防御学会
•日本癌症学会
•日本抗衰老学会
•日本补充替代医疗学会
编辑职务
•国际学术期刊Cytotechnology编辑
•国际学术期刊Science and Engineering Ethics编委
曾任
兼课讲师（东京大学，新泻大学，鹿儿岛大学，宫崎大学，佐贺大学，爱媛大学，广岛大学，中部大学）
科研基金评审，日本学术振兴会评审，日本学术会议生物工程学研究联络委员会委员，日本农艺化学会编委，《生物和化学》编委
主要著作
白畑実隆、河村宗典著 《电解还原水革命-真正有益身体的好水是它！！》（中文版《健康从水开始》）四季出版社2003年6月
白畑実隆著 《挑战并克服晚期癌症！决不放弃治疗～挽救能救的生命～中西结合医疗的快速回复案例解析》双叶社2008年7月
白畑实隆著 《决不放弃！刻不容缓抓住希望的癌症治疗》中央公论事业出版2013年12月
白畑实隆、照屋辉一郎著 《基于研究成果的癌症疗法的选择》木乐舍2016年6月