氧化应激是指机体或细胞内氧自由基的产生与清除失衡,导致活性氧(ROS)和活性氮(RNS)在体内或细胞内蓄积而引起的氧化损伤过程。除ROS和RNS以外,其他重要的活性物质对生物学氧化还原反应也产生显著影响,并可能导致氧化应激。
一、诱导氧化应激产生的因素
在生物体内,凡是能够使机体产生ROS、RNS等或者抑制其清除能力的因素都可以诱发氧化应激,目前的研究表明,诱导氧化应激产生的因素主要有以下几类:
1.环境因素当暴露于环境氧化剂,如毒素污染、辐射、低温、高温和缺氧等,机体会通过自身的抗氧化系统抵御不利因素,但若环境氧化剂过于严重或持续时间过长,ROS的产生就会超过机体的清除能力,进而产生持续的氧化应激。
2.化学因素已经发现许多化学物质和药物可以诱导氧化应激,造成脂质过氧化程度的增加和抗氧化剂的消耗,如酒精、重金属、农药、药物(如抗炎药物、抗镇痛药物、抗癌药物和抗抑郁药物等)。3.营养因素营养水平的限制、营养物质的过量或缺乏以及高脂日粮都能够影响机体的氧化状态。
二、氧化应激产生的原理和机制
1.ROS的产生ROS主要在细胞的线粒体呼吸链、细胞色素P450系统、白细胞的吞噬过程以及某些酶如NADPH氧化酶的作用下生成。外界因素,如紫外线、放射线、烟草烟雾、环境污染物等也可诱导ROS的产生。
2.氧化损伤ROS一旦生成,可迅速与细胞内的脂膜、蛋白质和DNA等分子反应,造成脂质过氧化、蛋白质氧化和核酸氧化,这些氧化产物可进一步损伤细胞结构和功能。
3.抗氧化防御系统生物体具有多种抗氧化系统以中和过量的ROS,包括酶类抗氧化剂如超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、谷胱甘肽过氧化物酶(GPx)以及非酶类抗氧化剂如维生素C、维生素E、β-胡萝卜素和谷胱甘肽等。4.信号传递氧化应激不仅引发损伤,也是一个重要的细胞信号传递事件。ROS能够激活或抑制某些信号通路,影响细胞增殖、凋亡、分化等生理过程。
三、氧化应激指标
1.机体内的两大类氧化剂ROS是指分子氧部分氧化还原形成比分子氧更具有活泼化学性质的氧的某些中间代谢产物或者是含氧衍生物,包括超氧阴离子(-O₂-)、羟自由基(-OH)、过氧化氢(H₂O₂)等。RNS以NO为中心的衍生物,包括一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO₂)等一系列含氮化合物。
2.抗氧化系统分为酶类和非酶类抗氧化酶包括超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽还原酶(GPX)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)、谷胱甘肽S-转移酶(GST)、谷胱甘肽过氧化物酶 (GSH-PX)、胱甘肽还原酶(GR)、硫氧还蛋白过氧化物酶(TPX)等。各种抗氧化酶从不同角度协助清除体内的ROS,在抗氧化过程中起着不同的作用,因而常测定机体内SOD、GPX、CAT、POD、GSH-PX、GST、GR或TPX等抗氧化酶来反映机体抗氧化活性。
非酶类抗氧化物包括维生素A、维生素C、维生素E、谷胱甘肽、尿酸等。
(1)脂溶性抗氧化剂,如维生素A、维生素E、类胡萝卜素(如虾青素、叶黄素、玉米黄素等)、辅酶等。
(2)水溶性小分子抗氧化剂,如维生素C、半胱氨酸、谷胱甘肽等。
(3)蛋白性抗氧化剂,如铜蓝蛋白、清蛋白和清蛋白组合的胆红素、转铁蛋白和乳铁蛋白、金属硫蛋白等。
(4)硒、铜、锌、锰等微量元素。
(5)低分子量化合物,如尿酸盐等。
(6)内源性褪黑激素。
(7)植物化学物质,如植物纤维植物多糖、植物甾醇、酚类化合物、有机硫化合物、菇类化合物、天然色素和部分中草药成分等。
3.氧化应激的评价方法
(1)确认抗氧化能力的增减
(2)抗氧化的代谢物质的增减
(3)体内产物及代谢产物