如今，在我们的生活中，各种“养生广告”都充斥着氧化，抗氧化等名词。诚然，以往研究发现，氧化与抗氧化的失衡是衰老和多种疾病的导火索。清除或抑制体内的活性氧，是减少这类疾病发生的有效途径。

氧气是人类维持生命所必需的物质。空气中氧气的含量大约占21%，但是如果氧气浓度过高会发生什么呢？所谓过犹不及，氧过多也会产生毒性­——机体如果长时间在纯氧中呼吸，会引起呼吸紊乱乃至死亡。但这种毒性并非来自氧气本身，而是与生物氧化过程中产生大量活性氧有关。那么，活性氧是什么？氧化与抗氧化之间是如何平衡的呢？接下来，就让我们带着这些问题，开启探索之门吧！

图1：氧化与抗氧化的平衡^[1]

活性氧

活性氧（reactive oxygen species，ROS）是由氧气形成的具有高度活性的化学物质。ROS包括：氧气（O₂），过氧化氢（H₂O₂），羟基自由基（·OH），超氧阴离子(O₂^•−)等。ROS性质活泼，氧化作用极为强烈，对机体危害很大——可使DNA氧化、异常修饰甚至断裂；可氧化蛋白质改变蛋白质功能；还可以使细胞膜中高度不饱和脂肪酸氧化生成过氧化脂质，引起生物膜的损伤。而这些生物分子的损伤，会进而引起癌症，神经退行性疾病和动脉硬化等疾病的发生发展^[2]。

那么，ROS从何而来呢？日常生活中，增加机体内ROS的因素有很多，包括：物理因素（X和γ射线，UV照射，温度升高），化学诱导（药物，杀虫剂，烟雾中的金属氧化物），生理变化（缺血/再灌注损伤，衰老，炎症）等^[3]。

图2：活性氧对细胞的影响^[3]

活性氧的清除

氧化还原的平衡对于细胞生存意义重大。为了减少活性氧的含量，我们的机体拥有非常强大的活性氧清除系统——抗氧化酶（包括超氧化物歧化酶，过氧化氢酶，硫氧还蛋白过氧化物酶，谷胱甘肽过氧化物酶）能维持细胞内ROS在合理的水平。其它小分子，例如维生素E，类胡萝卜素和维生素C等，也可以协助抗氧化酶，降低ROS的水平^[2]。

超氧化物歧化酶（SOD）：SOD是人体防御超氧离子对人体侵害的、最为重要的酶，它可以催化超氧离子生成过氧化氢和氧气（尽管过氧化氢仍是过氧化物，但可被过氧化氢酶快速分解）^[2]。而我们耳熟能详的“大宝SOD蜜”，其中就是添加了SOD，所以具有增加皮肤抗氧化的能力！

图3：细胞中的氧化还原平衡^[3]

抗氧化剂（Antioxidants）：抗氧化剂通过延迟或抑制其他化学物质的氧化反应而发挥作用。抗氧化剂根据其溶解性可以分为：水溶性抗氧化剂和脂溶性抗氧化剂。水溶性抗氧化剂，包括维生素C（CSN12698）等，可以与细胞质和血浆中的氧化剂发生反应;而脂溶性抗氧化剂主要保护细胞膜避免脂质过氧化反应，这类抗氧化剂包括维生素E（CSN25154），辅酶Q10（CSN12629），Idebenone (CSN11185)等。

抗氧化剂也可以根据其发挥作用机制的不同，分为以下几类^[4]：

1.SOD类似物：SOD是哺乳动物细胞中唯一能够清除O₂^•−的酶。自从1969年SOD被发现以来，到如今已经研发出了多种SOD类似物。包括： Tempol(CSN18690)，GC4419，AEOL-10150， EUK-8（CSN36531）等。

2.谷胱甘肽过氧化物酶（GPX）类似物：作用底物广泛的Ebselen（CSN10885）是最为经典的。

3.提高GSH的含量：尽管GSH在大多数细胞中的含量很高，但是氧化应激会迅速消耗掉GSH。因此，利用谷胱甘肽酯，或半胱氨酸（用于合成谷胱甘肽的限制性氨基酸）的制剂来补充GSH，在多种疾病中显示出明显的疗效，包括：N-Acetylcysteine(CSN24072)；Tiopronin(CSN13774)；Acetylcysteine (CSN16436)。

此外，还包括NRF2激活剂，NADPH氧化酶抑制剂等等^[4]。临床研究中的抗氧化剂见下表。

表1:临床研究中的抗氧化剂^[5]

由于活性氧的过度活跃与多种疾病的发生发展密切相关，因此开发安全有效的抗氧化剂迫在眉睫。但是，目前在开发抗氧化剂的道路上，我们还面临许多问题，比如，有些发挥抗氧化作用的小分子无法在体内达到有效浓度；抗氧化剂的作用受限于氧化应激在疾病中的作用，即如果氧化应激不是引起疾病的主要因素，抗氧化剂的治疗效果则非常有限。尽管存在以上问题，但适当补充抗氧化剂对机体的益处仍是毋庸置疑的^[4]。

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表2:氧化应激中常用工具化合物

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参考文献:

1. Corpas,F.J., Gupta, D.K., Palma, J.M. (2015). Production Sites of Reactive OxygenSpecies (ROS) in Organelles from Plant Cells. In: Gupta, D., Palma, J., Corpas,F. (eds) Reactive Oxygen Species and Oxidative Damage in Plants Under Stress.Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-319-20421-5_1

2.姚文兵. 生物化学.第7版[M]. 人民卫生出版社， 2011.

3. Dbrowski J M .Reactive Oxygen Species in Photodynamic Therapy: Mechanisms of Their Generationand Potentiation[J]. Advances in Inorganic Chemistry， 2017， 70:343-394.

4. Forman H J ，  Zhang H . Author Correction: Targeting oxidative stress in disease: promise and limitations of antioxidant therapy[J]. Nature Reviews Drug Discovery， 2021.

5. https://clinicaltrials.gov/ct2/home