The mechanism of hydrogen-rich water promoting deep second-degree burn wound healing in rats by regulating TGF-β1/Smad3 signaling pathway

Cui Qiang; Wang Hongjin; Wu Xiaowei; Feng Yanping; Zhang Kewei; Ding Xiangpu; Wang Xianzhen

doi:10.13406/j.cnki.cyxb.003952

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The mechanism of hydrogen-rich water promoting deep second-degree burn wound healing in rats by regulating TGF-β1/Smad3 signaling pathway

Basic research | 更新时间：2026-04-15

- The mechanism of hydrogen-rich water promoting deep second-degree burn wound healing in rats by regulating TGF-β1/Smad3 signaling pathway
- Journal of Chongqing Medical University Vol. 51, Issue 4, Pages: 554-562(2026)
- 作者机构：
  
  青海大学附属医院烧伤整形科，西宁 810001
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.13406/j.cnki.cyxb.003952
  CLC： R644
- Received：01 January 2025，
  
  Revised：2025-07-21，
  
  Accepted：31 July 2025，
  
  Published：28 April 2026
- 稿件说明：
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崔强,王洪瑾,吴晓伟等.富氢水通过调节TGF-β1/Smad3信号通路促进大鼠深Ⅱ度烧伤创面愈合[J].重庆医科大学学报,2026,51(04):554-562.

Cui Qiang,Wang Hongjin,Wu Xiaowei,et al.The mechanism of hydrogen-rich water promoting deep second-degree burn wound healing in rats by regulating TGF-β1/Smad3 signaling pathway[J].Journal of Chongqing Medical University,2026,51(04):554-562.
崔强,王洪瑾,吴晓伟等.富氢水通过调节TGF-β1/Smad3信号通路促进大鼠深Ⅱ度烧伤创面愈合[J].重庆医科大学学报,2026,51(04):554-562. DOI： 10.13406/j.cnki.cyxb.003952.

Cui Qiang,Wang Hongjin,Wu Xiaowei,et al.The mechanism of hydrogen-rich water promoting deep second-degree burn wound healing in rats by regulating TGF-β1/Smad3 signaling pathway[J].Journal of Chongqing Medical University,2026,51(04):554-562. DOI： 10.13406/j.cnki.cyxb.003952.

摘要

目的

探讨富氢水促进深Ⅱ度烧伤大鼠创面愈合的作用及其分子机制。

方法

将30只SD大鼠随机分为对照组、假烧伤组、模型组、富氢水组、转化生长因子-β1（transforming growth factor-beta 1，TGF-β1）抑制剂组5组，每组6只大鼠。采用圆形高温烫伤仪建立大鼠深Ⅱ度烧伤模型，TGF-β1抑制剂组大鼠在造模前腹腔注射15 mg/kg的SB-431542，造模成功后给药，药物组用玻璃瓶每天给大鼠输送两次200 mL的富氢水，其余各组大鼠常规饮水，连续治疗2周。观察各组大鼠皮肤烧伤组织的愈合情况；苏木精-伊红（hematoxylin and eosin，HE）染色观察创面组织的病理形态学变化；酶联免疫吸附测定（enzyme-linked immunosorbent assay，Elisa）试剂盒检测血清中肿瘤坏死因子α（tumor necrosis factor alpha，TNF-α）、白细胞介素-1β（interleukin-1 beta，IL-1β）、白细胞介素-10（interleukin-10，IL-10）的含量；生化试剂盒检测创面组织中超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）、丙二醛（malondialdehyde，MDA）及超氧化物阴离子的含量；TUNEL染色检测创面组织的细胞凋亡；免疫组化染色创面组织增殖细胞核抗原（proliferating cell nuclear antigen，PCNA）的表达；JC1流式检测创面组织中的线粒体膜电位；蛋白免疫印迹（Western blot，WB）检测创面组织中TGF-β1、SMAD家族成员3（SMAD family member 3，Smad3）、磷酸化SMAD家族成员3（phosphorylated SMAD family member 3，p-Smad3）的表达。

结果

与对照组相比，模型组大鼠创面组织见表皮结构缺失，真皮层内细胞见大量坏死，并伴随大量炎性细胞浸润，皮肤组织有出血且红细胞溢出等病理变化，这提示模型建立成功。与模型组比较，富氢水组大鼠血清中TNF-α（42.18±1.09，

0.001）、IL-1β（4.82±0.24，

0.001）含量降低，IL-10（7.33±0.46，

0.001）含量升高，创面组织中SOD活性（28.57±1.58，

0.001）、线粒体膜电位（3.05±0.48，

=0.002）升高，MDA活性（1.59±0.05，

0.001）、细胞凋亡率（1.30±0.47，

=0.005）、超氧化物阴离子含量（0.42±0.01，

0.001）降低，TGF-β1（0.62±0.16，

=0.002）及p-Smad3（0.66±0.23，

=0.018）蛋白的表达升高。

结论

富氢水可能通过激活TGF-β1/Smad3信号通路抑制烧伤皮肤组织的炎症反应及细胞凋亡，并缓解氧化应激及线粒体功能障碍从而促进深Ⅱ度烧伤大鼠的创面组织修复。

Abstract

Objective

To explore the effects of hydrogen-rich water in promoting wound healing in rats with deep second-degree burns and the underlying molecular mechanism.

Methods

Thirty Sprague-Dawley rats were randomly divided into control group，sham burn group，model group，hydrogen-rich water group，and transforming growth factor-beta 1（TGF-β1） inhibitor group，with six rats in each group. A rat model of deep second-degree burns was established using a circular high-temperature burn device. The rats in the TGF-β1 inhibitor group were intraperitoneally given SB-431542 at a dose of 15 mg/kg before modeling. After modelling，the TGF-β1 inhibitor group and hydrogen-rich water group were given 200 mL of hydrogen-rich water twice a day，while the other groups were given normal drinking water for two consecutive weeks. For all the groups，we observed the healing of skin burns； examined the pathological changes of the wounds with hematoxylin and eosin staining； measured serum levels of tumor necrosis factor alpha（TNF-α），interleukin-1 beta（IL-1β），and interleukin-10（IL-10） by enzyme-linked immunosorbent assay；determined the content of superoxide dismutase（SOD），malondialdehyde（MDA），and superoxide anion in wound tissue using biochemical kits；examined cell apoptosis in wound tissue with TUNEL staining； measured the expression of proliferating cell nuclear antigen in wound tissue with immunohistochemical staining； measured the mitochondrial membrane potential in wound tissue by flow cytometry with JC-1 staining； and measured the expression of TGF-β1，SMAD family member 3（Smad3），and phosphorylated Smad3 （p-Smad3） in wound tissue by Western blot.

Results

Compared with the control group，the model group showed the loss of the epidermal structure of the wound tissue，extensive cell necrosis in the dermis accompanied by massive inflammatory cell infiltration，and bleeding and erythrocyte extravasation in the skin tissue，which indicated that the model was successfully established. Compared with the model group，the hydrogen-rich water group showed significant decreases in serum levels of TNF-α（42.18±1.09，

0.001） and IL-1β（4.82±0.24，

0.001），a significant increase in the serum IL-10 level （7.33±0.46，

0.001），significant increases in SOD activity（28.57±1.58，

0.001） and the mitochondrial membrane potential（3.05±0.48，

=0.002） in wound tissue，significant redu

ctions in MDA activity（1.59±0.05，

0.001），superoxide anion content（0.42±0.01，

0.001），and the cell apoptosis rate（1.30±0.47，

=0.005） in wound tissue，and significant increases in the protein expression of TGF-β1（0.62±0.16，

=0.002） and p-Smad3（0.66±0.23，

=0.018） in wound tissue.

Conclusion

Hydrogen-rich water may activate the TGF-β1/Smad3 signaling pathway to inhibit the inflammation and cell apoptosis of burned skin and relieve oxidative stress and mitochondrial dysfunction，thereby promoting wound tissue repair in rats with deep second-degree burns.

关键词

Keywords

references

字灿忠，李燕琳 . 用负压封闭引流术治疗深二度烧伤创面的效果分析 [J ] . 中外医疗， 2021 ， 40 （ 11 ）： 44 - 46 .

Zi CZ ， Li YL . Effect analysis of negative pressure closed drainage in the treatment of deep second degree burn wound [J ] . China & Foreign Medical Treatment ， 2021 ， 40 （ 11 ）： 44 - 46 .

王宇，胡晓红，刘玲英，等 . 不同浓度hUCMSCs对重度烧伤大鼠急性肺损伤的保护作用初探 [J ] . 现代生物医学进展， 2017 ， 17 （ 24 ）： 4 626 - 4630 .

Wang Y ， Hu XH ， Liu LY ， et al . Protective effect of hUCMSCs with different concentrations on acute lung injury in severely burned rats [J ] . Progress in Modern Biomedicine ， 2017 ， 17 （ 24 ）： 4626 - 4630 .

Ahn HN ， Kang HS ， Park SJ ， et al . Safety and efficacy of basic fibroblast growth factors for deep second-degree burn patients [J ] . Burns ， 2020 ， 46 （ 8 ）： 1857 - 1866 ．

姜笃银，贾珊珊，王兴蕾 . 烧伤治疗与创面修复 [J ] . 中华损伤与修复杂志（电子版）， 2021 ， 16 （ 4 ）： 283 - 288 .

Jiang DY ， Jia SS ， Wang XL . Burn treatment and wound repair [J ] . Chinese Journal of Injury Repair and Wound Healing（Electronic Edition）， 2021 ， 16 （ 4 ）： 283 - 288 .

Jin ZK ， Zhao PH ， Gong WJ ， et al . Fe-porphyrin：a redox-related biosensor of hydrogen molecule [J ] . Nano Res ， 2023 ， 16 （ 2 ）： 2020 - 2025 ．

Kasamatsu M ， Arima T ， Ikebukuro T ， et al . Prophylactic instillation of hydrogen-rich water decreases corneal inflammation and promotes wound healing by activating antioxidant activity in a rat alkali burn model [J ] . Int J Mol Sci ， 2022 ， 23 （ 17 ）： 9774 ．

Zhu YX ， Jiang Q ， Jin ZK ， et al . Two-dimensional Mg 2 Si nanosheet-enabled sustained hydrogen generation for improved repair and regeneration of deeply burned skin [J ] . Adv Healthc Mater ， 2023 ， 12 （ 10 ）： e2201705 ．

Kang JH ， Jung MY ， Yin XQ ， et al . Cell-penetrating peptides selectively targeting SMAD3 inhibit profibrotic TGF-β signaling [J ] . J Clin Invest ， 2017 ， 127 （ 7 ）： 2541 - 2554 ．

王琰，余毅，张红霞，等 . Akt/mTOR在高磷诱导的血管平滑肌细胞钙化中的表达及对核心结合因子的调节 [J ] . 中华医学杂志， 2018 ， 98 （ 18 ）： 6 .

Wang Y ， Yu Y ， Zhang HX ， et al . Expression of Akt/mTOR in high-phosphorus induced vascular smooth muscle cell calcification and its regulation of core binding factors [J ] . Chinese Medical Journal ， 2018 ， 98 （ 18 ）： 6 .

Takeuchi S ， Nagatani K ， Otani N ， et al . Hydrogen improves neurological function through attenuation of blood-brain barrier disruption in spontaneously hypertensive stroke-prone rats [J ] . BMC Neurosci ， 2015 ， 16 ： 22 ．

巩文艺，韩冬 . 黄芪多糖对严重烧伤大鼠心肌组织氧化应激和炎症反应的影响 [J ] . 中国中医急症， 2016 ， 25 （ 6 ）： 4 .

Gong WY ， Han D . Effects of Astragalus polysaccharides on oxidative stress and inflammation in myocardic tissue of severely burned rats [J ] . Journal of Emergency in Traditional Chinese Medicine ， 2016 ， 25 （ 6 ）： 4 .

戴如冰，陈骅 . 芹菜素对深Ⅱ度烧伤模型大鼠急性肺损伤保护作用及机制研究 [J ] . 浙江中西医结合杂志， 2021 ， 31 （ 3 ）： 204 - 210 .

Dai R B ， Chen H . Protective effect and mechanism of apigenin on acute lung injury in rats with deep Ⅱ degree burn [J ] . Zhejiang Journal of Integrated Traditional Chinese and Western Medicine ， 2021 ， 31 （ 3 ）： 204 - 210 .

邓碧涵，成鑫月，祝筱梅，等 . 烫伤后海水浸泡合并创伤弧菌感染脓毒症大鼠模型的构建 [J ] . 中华烧伤与创面修复杂志， 2026 ， 42 （ 2 ）： 143 - 152 .

Deng BH ， Cheng XY ， Zhu XM ， et al . Establishing a rat model of sepsis by seawater immersion combined with Vibrio vulnificus infection after scald [J ] . Chin J Burns Wounds ， 2026 ， 42 （ 2 ）： 143 - 152 .

Xie KL ， Wang YQ ， Yin LJ ， et al . Hydrogen gas alleviates sepsis-induced brain injury by improving mitochondrial biogenesis through the activation of PGC-α in mice [J ] . Shock ， 2021 ， 55 （ 1 ）： 100 - 109 ．

温舒 . 氢气水对大鼠碱烧伤角膜新生血管抑制作用及机制研究 [D ] . 新疆：石河子大学， 2018 .

Wen S . Inhibitory effect of hydrogen water on corneal neovascularization and its mechanism in rats with alkali burn [D ] . Xinjiang ： Shihezi University ， 2018 .

孙强 . 氢气生物学效应系列研究 [D ] . 上海：第二军医大学， 2011 .

Sun Q . Series study on biological effects of hydrogen [D ] . Shanghai ： Second Military Medical University ， 2011 .

Ikeda M ， Shimizu K ， Ogura H ， et al . Hydrogen-rich saline regulates intestinal barrier dysfunction，dysbiosis，and bacterial translocation in a murine model of sepsis [J ] . Shock ， 2018 ， 50 （ 6 ）： 640 - 647 ．

Hirano S ， Zhou Q ， Furuyama A ， et al . Differential regulation of IL-1β and IL-6 release in murine macrophages [J ] . Inflammation ， 2017 ， 40 （ 6 ）： 1933 - 1943 ．

张丽华，陈燕，范莹盈，等 . 苦参水提物激活Nrf2/HO-1信号通路抑制炎症和氧化应激机制研究 [J ] . 中草药， 2020 ， 51 （ 1 ）： 157 - 162 .

Zhang LH ， Chen Y ， Fan YY ， et al . Study on the mechanism of inhibiting inflammation and oxidative stress by activating Nrf2/HO-1 signaling pathway from Matrine water extract [J ] . Chin Tradit Herbal Drugs ， 2020 ， 51 （ 1 ）： 157 - 162 .

Prabhakaran HS ， Hu DX ， He WF ， et al . Mitochondrial dysfunction and mitophagy：crucial players in burn trauma and wound healing [J ] . Burns Trauma ， 2023 ，11：tkad029．

Grazioli S ， Pugin J . Mitochondrial damage-associated molecular patterns：from inflammatory signaling to human diseases [J ] . Front Immunol ， 2018 ， 9 ： 832 ．

Karbowski M ， Youle RJ . Dynamics of mitochondrial morphology in healthy cells and during apoptosis [J ] . Cell Death Differ ， 2003 ， 10 （ 8 ）： 870 - 880 ．

Hamanaka RB ， Glasauer A ， Hoover P ， et al . Mitochondrial reactive oxygen species promote epidermal differentiation and hair follicle development [J ] . Sci Signal ， 2013 ， 6 （ 261 ）： ra8 ．

Adedara IA ， Ojuade TJD ， Olabiyi BF ， et al . Taurine ameliorates renal oxidative damage and thyroid dysfunction in rats chronically exposed to fluoride [J ] . Biol Trace Elem Res ， 2017 ， 175 （ 2 ）： 388 - 395 ．

Duan CY ， Kuang L ， Xiang XM ， et al . Drp1 regulates mitochondrial dysfunction and dysregulated metabolism i n ischemic injury via Clec16a-，BAX-，and GSH- pathways [J ] . Cell Death Dis ， 2020 ， 11 （ 4 ）： 251 ．

Ning RH ， Li Y ， Du Z ， et al . The mitochondria-targeted antioxidant MitoQ attenuated PM 2.5 -induced vascular fibrosis via regulating mitophagy [J ] . Redox Biol ， 2021 ， 46 ： 102113 ．

Bartolo F ， Nerino A ， Vincenzo G ， et al . Role of apoptosis in disease [J ] . Aging ， 2012 ， 4 （ 5 ）： 12 .

Rennekampff HO ， Alharbi Z . Burn injury：mechanisms of keratinocyte cell death [J ] . Med Sci（Basel）， 2021 ， 9 （ 3 ）： 51 ．

Radtke C ， Sinis N ， Sauter M ， et al . TRPV channel expression in human skin and possible role in thermally induced cell death [J ] . J Burn Care Res ， 2011 ， 32 （ 1 ）： 150 - 159 ．

刘筱，伍伟明，尹婷，等 . 美洲大蠊提取液对大鼠难愈合创面TGF-β表达的影响 [J ] . 中医药导报， 2018 ， 24 （ 6 ）： 5 .

Liu X ， Wu WM ， Yin T ， et al . Effect of Periplaneta americatica extract on TGF-β expression in refractory wounds of rats [J ] . Guiding Journal of Traditional Chinese Medicine and Pharmacology ， 2018 ， 24 （ 6 ）： 5 .

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