自由基活性氧与疾病

1自由基、活性氧与疾病摘要：本文主要介绍了自由基、活性氧与疾病的关系，并简要提出了抑制自由基的办法。关键词：自由基；活性氧；疾病FreeRadicals,ReactiveOxygenSpeciesandDisease[Abstract]Inthisarticle,theinteractionsoffreeradicals,reactiveoxygenspeciesanddiseaseweremainlyintroduced.Abriefoverviewofthefreeradicalscavengingcapacitiesisintroduced.[Keywords]FreeRadicals；ReactiveOxygenSpecies；Disease；生物体内绝大多数分子是由氢原子和其它基团组成，相互之间常常可以发生解离作用，形成各带一个电子的基团与氢原子，称为自由基（freeradicals）。自由基又叫游离基，其性质非常活泼，几乎可以在任何惰性条件下和任何惰性物质发生连锁反应[1]，即与其它物质反应生成新的自由基，从而导致基质的大量消耗及多种自由基产物的生成。人体内的自由基分为氧自由基和非氧自由基。氧自由基占主导地位，大约占自由基总量的95%。氧自由基包括过氧化氢分子、羟自由基、过氧化羟基自由基、烷氧基自由基、超氧阴离子自由基等,它们统称活性氧（reactiveoxygenspecies，ROS），是人体内最为重要的自由基[2]。有关氧自由基的报道和发现层出不穷，最重要的发现就是它们对人体健康的危害以及它们和许多疾病有着直接的或潜在的联系[3]。目前，自由基已经成为一个大众性的普及概念[4]，人们就像知道细菌、病毒可以通过感染人体而导致疾病一样，知道自由基可以通过对人体内细胞或组织的氧化损伤而在更基础的水平上使人体处于非健康的状态[5]。1自由基在机体中的作用1.1自由基对机体的损伤在生理情况下，自由基有增强白细胞对细菌的吞噬和抑制细菌增殖的功能，增强机体抗感染及免疫能力；但在病理情况下，自由基又能对组织产生不可逆的损伤，使组织细胞发生破坏性的化学结构变化，直接导致许多疾病的发生。可见，自由基在机体内的生物活性具有双重性，是个“两面派”。自由基对机体攻击的途径是多方面的,既有来自体内的,也有来自外界的。当机体中的自由基超过一定的量,并失去控制时,机体就会受到各种各样的伤害,以致产生各种各样的疑难杂病。下面，简单介绍自由基对机体的损伤作用。（1）自由基在生物体内攻击和破坏生物大分子，引起过氧化变性，产生组织损害和器官退行性变化，导致老年病和衰老的发生。（2）生物体在外界因素如感染、毒物、辐射等作用下，释放自由基，攻击细胞结构，诱发自身抗体，促使自身组织破坏。（3）自由基可能增加毛细血管通透性，使大量血浆渗出，而有效循环血量减少，从而使细胞屏障作用遭到损害，加重休克。（4）自由基是缺血再灌注损伤的一个重要因素，涉及各主要器官组织，因组织缺血、缺氧时细胞内能量分解大于合成，三磷酸腺苷分解产物大量产生，在酶的催化下形成自由基。诸如冠动脉硬化与中风。（5）自由基对视网膜的损伤导致晶状体组织的破坏，从而产生白内障。值得一提的是，自由基对蛋白质的不利影响是其对生物体危害的最重要方面,这可从两方面去理解：首先是自由基直接对蛋白质的氧化破坏和因此引起的交联变性，这是衰老形成2的重要原因之一。第二个方面是对核酸的氧化和交联，使DNA发生断裂、突变以及对热的稳定性发生改变等，从而严重影响了蛋白质遗传信息的正常转录、翻译过程，使蛋白质表达量降低甚至消失，或者产生突变蛋白质。自由基对蛋白质的影响涉及面很广，后果严重而复。1.2自由基的清除与抑制机体内自由基的产生和清除应当是平衡的，或者说体内氧化和还原应当是平衡的，机体才能保持健康。如果自由基产生过多和清除自由基能力下降，体内就会有多余的自由基，特别是氧自由基，会损伤细胞成分，但还没有出现疾病的症状[6]。如果不加以调整，继续发展下去就会导致疾病和衰老的发生[7,8]。这时需要从体外补充自由基清除剂或自由基反应抑制剂，就可使自由基反应减慢或受到抑制，将这种用以对抗或阻碍自由基对细胞攻击的各类自由基清除剂，统称为自由基损害防御物质。生物体内同时存在清除自由基的酶系统和抗氧化剂，例如，超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、谷胱甘肽过氧化氢酶（GSH-PX）、维生素C、维生素E、尿酸等都是人体内有效的自由基清除剂。其中SOD是最主要的，它存在于人的心、肝、脑等脏器细胞中，能将过氧化物转化为无害物质的酶。但是，这个系统的力量会因人的年龄增加而减弱，至老年时达最低点。所以，当过多的自由基在机体内产生后，开始扩散并损伤任何与其接触的细胞和组织时，应该不断补充如维生素C、维生素E、β-胡萝卜素之类的生物黄酮类或多酚类物质等抗氧化剂直到将其清除或被机体产生的一些酶将其捕获为止[9]。研究发现，天然抗氧化剂（如茶多酚），对肿瘤有明显预防和抑制作用，且对帕金森症有明显预防和防治作用；银杏黄酮对心脑血管病有明显预防和治疗作用；大豆异黄酮和尼古丁对老年痴呆症有预防作用；山楂黄酮对中风有明显预防和治疗作用[10-12]。另外，四季豆、芹菜、菠菜、韭菜、土豆、茄子、黄瓜、南瓜、番茄等菜中含有较多的超氧化物歧化酶，常吃这些菜，可减少人体内活性氧和脂质过氧化物的产生，减少疾病的发生。一些发现指出，新鲜蔬菜中含有的各种维生素和微量元素都有益于人体健康，甚至能治疗和预防某些疾病如癌症前的慢性病变。因此，多吃新鲜蔬菜有益于身体健康。2活性氧在机体中的作用氧既是维系生命不可缺少的物质，同时又可能成为生命的杀手。在吸进体内的氧气中，98%的氧被正常利用，而2%的氧被氧化酶所催化，分别形成过氧化离子或超氧化离子，这些离子能在细胞中进一步转变为化学反应极其活跃的氧自由基，又称活性氧。在活性氧中，过氧化氢是过氧化物，易形成自由基，单线态氧是激发态分子氧，其生成及作用也可涉及到自由基反应。因此，生物体内的自由基反应，许多都与活性氧有关[13]。活性氧对机体有两重性，既有损害作用又有有利作用。有利作用的表现方面如：少量活性氧有刺激环氧化酶和脂氧合酶活性的作用，而大量活性氧对这些酶起抑制作用；巨噬细胞吞噬异物，会发生呼吸爆发，形成大量氧自由基和过氧化氢等，杀死或破坏被吞噬的异物或细菌。可见，活性氧与某些生理活性物质的调控和炎症免疫过程有关。另一方面，就像氧化作用腐蚀金属一样，机体内活性氧过度活跃、氧化作用过于强烈就会起破坏作用。活性氧不仅能攻击细胞膜上的不饱和脂肪酸而产生促进人体衰老的过氧化物，而且还能侵犯体内的脱氧核糖核酸、胶原蛋白、大脑中的神经递质和酶，从而引起对人体组织细胞具有破坏性的连锁反应，导致了各种老年特征和疾病（如皱纹、老年斑和痴呆等）的发生，从而加速了人体衰老的进程，缩减了人类的自然寿命。活性氧损伤机体的细胞可通过多种方式，如：通过共价结合，改变多不饱和脂肪酸（PUFA）与蛋白质的比例而干扰膜的转运功能；引起PUFA的过氧化，直接影响膜结构，其过氧化产物如丙二醛等可对膜的流动性、结构与功能带来不利影响，从而导致细胞广泛性损害及病变等[14]。3此外，活性氧还可以破坏机体内的核酸和染色体。对核酸的破坏有两类：（1）碱基的修饰：羟基自由基可对胸腺嘧啶的5,6-双键进行加成，形成胸腺嘧啶自由基，此改变可导致基团控制下的许多生化与蛋白合成过程受到破坏；（2）键的断裂：自由基从DNA的戊糖夺取了氢原子，使之在C4位置形成具有未配对电子的自由基，此自由基又在β-位置发生链的断裂[15]。对染色体的破坏：化学物质引起的细胞受损和染色体变异，有些涉及到自由基的作用。电离辐射可使受损细胞的染色体断裂，将SOD加入到培养基中可使染色体受到保护，这说明，电离辐射引起的染色体断裂，与超氧阴离子自由基（O2－•）的作用有关。3自由基、活性氧与疾病由于生物体是由各种各样不同功能的细胞组成的，因而自由基对不同细胞的损伤可导致一些表面看起来毫无关联的疾病。如：自由基可以严重损伤细胞膜，导致细胞膜发生变性，使得细胞不能从外部吸收营养，也排泄不出细胞内的代谢废物，并丧失了对细菌和病毒的抵御能力；自由基攻击正在复制中的基因，造成基因突变，诱发癌症的发生；自由基激活人体免疫系统，使人体表现出过敏反应，或出现红斑狼疮等自体免疫疾病；自由基作用于人体内酶系统，可导致胶原蛋白酶和硬弹性蛋白酶的释放，这些酶作用于皮肤中的胶原蛋白和硬弹性蛋白，可使这两种蛋白产生过度交联并发生降解，结果使皮肤失去弹性，使细胞老化，出现皱纹[16]；类似的作用使体内毛细血管脆性增加，使血管容易破裂，这可导致静脉曲张、水肿等与血管通透性升高的有关疾病的发生；自由基侵蚀肌体组织，可激发人体释放各种炎症因子，导致各种非菌性炎症；自由基侵蚀脑细胞，可以使人得早老性痴呆等疾病；自由基氧化血液中的脂蛋白，造成胆固醇在血管壁的沉积，从而引起心脏病和中风；自由基可使关节膜及关节滑液发生降解，导致关节炎；自由基侵蚀胰脏细胞，引起糖尿病[17-19]。由自由基和活性氧所导致的部分疾病的关系，如下：┌→毒素→脱发，白发自由基→┼→与蛋白质的氨基酸结合，并变黄→体内脂褐质色素形成→老年斑└→氧化中性脂肪和胆固醇→沉积于血管内壁→血管狭窄，血管壁变硬发脆→脑梗死、脑血栓、脑内出血总之，自由基与七十多种疾病有关。另外，有文献报道，由有催化作用的过渡金属离子的参与而引起的氢过氧化物的分解会产生更多的自由基，如烷氧基、烷过氧基、羟自由基和活性醛（如丙二醛MDA、巴豆醛）[20]。MDA的产生及它对DNA反应生成突变性的加合物把脂质过氧化和基因疾病联系起来。4结语由以上的论述我们可以看出，许多重要的生命现象和疾病都与自由基有着直接或间接的联系。因此，研究自由基的生成和作用过程以及对人体产生的潜在后果，实际上也是对一些疾病的发生、发展过程与治疗以新的启迪，从而达到保健、预防和治疗的目的。相信随着自由基在疾病中的作用与自由基损害防御药物研究的深入，对由氧化而引起疾病的机理会更加清楚，也会开发出结构和性能独特的无毒副作用的抗氧化剂，进一步推动自由基化学及医学的发展，为人类战胜疾病做出贡献。参考文献[1]莫简.自由基生物学导论.人民卫生出版社,1988.[2]李云.综述自由基对人体健康的影响及目前的预防措施.内蒙古石油化工,2011(1)：87-89.[3]赵保路,黄可秦.自由基与皮肤老化.生命的化学,1991,11(5):32-34.[4]陈缓,周玫.自由基与医学.人民军医出版社,1991,69.[5]赵保路.氧自由基和衰老.自然杂志,1990,13(8):511-514.4[6]赵保路.自由基、天然抗氧化剂与神经退行性疾病.生物物理学报,2010,26(4)：263-274.[7]LiXiaojie,ZhaoBaolu,HouJingwuandXinWenjuan.Activeoxygenradicalsproducedbyluekocytesofmalignantlymphoma.ChineseMedicalJournal.1990,103:899-905.[8]LinTongjun,LiuGengtao,LiXiaojie,ZhaoBaolu,XinWenjuan.Detectionoffreeradicalscavengingactivityofschisanhenolbyelectronspinresonance.ActaPharmacologicaSinica.1990,11(6)534-539.[9]BaoluZhao,xiaojieli,RungenHe,andWenjuanxin:Scavengingefectofextractsofgreenteaandnaturalantioxidantsonactiveoxygenradicals.CellBiophysics.1989,14:175-185.[10]赵保路.自由基和天然抗氧化剂.科学出版社,1999.[11]赵保路.氧自由基和天然抗氧化剂和健