在过去的几十年里，“抗氧化”这个词越来越多的出现在我们的生活中。其实，“抗氧化”只是个简称，它的全名叫作“抗氧化自由基”。所以，想弄清抗氧化到底在抗什么？先一起来了解一下“自由基”是什么。
自由基（free radicals, FRs）指的是那些游离存在的，含有1个或1个以上不配对电子的分子、离子、原子或原子团，它们是机体正常代谢的产物。“自由基”具有很强的化学反应活性，很容易和周围的分子发生反应。所以，自由基与其他分子发生反应的这个过程被叫做“氧化”，相对的消灭和抑制“自由基”的过程，就被叫做“抗氧化”。
正常情况下，机体的氧化与抗氧化处于一种动态平衡的状态，但在患病或衰老等状态下会出现由于自由基水平升高而导致的病理现象[1]。
自由基的种类包括：活性氧及氧自由基、脂类自由基和脂类过氧化物、半醌类自由基等。其中，活性氧(ROS)是机体内最常见的自由基[2]，而线粒体呼吸是内源性活性氧生成的主要细胞内场所。
线粒体作为整个细胞乃至生命体进行各项生命功能活动的枢纽和核心，承担着细胞能量（腺苷三磷酸（ADenosine triphosphate，ATP））生成、细胞凋亡的主开关等多种重要功能。而线粒体这些生理功能主要是通过调整能量代谢和活性氧的生成实现的[3]。
对线粒体来说活性氧是一柄“双刃剑”，其在生理浓度时广泛参与细胞的信号转导和生命过程，而过量时又能引起线粒体功能障碍，表现为线粒体的形态变化和功能丧失。线粒体膜电位（MMP）的破坏是线粒体功能障碍的主要标志。MMP的丢失导致线粒体电子传递链缺陷、代谢耗氧量减少、ATP消耗和低能代谢。从而发生氧化应激，抑制细胞脂质、蛋白质、DNA和RNA的正常功能[4]。
因此，如何保持细胞内的氧化与抗氧化平衡（氧化还原平衡），既不过度氧化损伤，也不过度抗氧化而影响正常的信号转导，对健康非常重要[5]。
ROS水平与健康影响：剂量-反应模型[6]
加速衰老——活性氧和线粒体氧化损伤的后果目前的研究显示，活性氧与衰老及衰老过程中的多种年龄相关疾病，如心血管疾病（CVD）和神经退行性疾病（NDD）等发生的氧化损伤密切相关。这种持续的活性氧和线粒体氧化损伤积累最终将导致病理生理改变、功能下降且加速衰老[6]。
NDD的特征是动态进行性神经细胞损伤和神经元丢失，通常包括阿尔茨海默病（AD）和帕金森病（PD）。老龄化被认为是NDD的主要风险因素，老龄化过程中累积的氧化损伤则是恶化的主要原因[6]。由于大脑具有较高的脂肪含量、代谢率和相对较低的细胞再生能力，导致大脑区域的神经细胞特别容易受到活性氧的损伤。目前，在帕金森病、AD和肌萎缩侧索硬化症的病例中，已经报道了活性氧引起的特定脑区损伤。
炎症性肠病（Inflammatory bowel disease, IBD）IBD包括慢性复发性炎症性疾病，即克罗恩病和溃疡性结肠炎。IBD的确切病因仍不清楚。然而，人们普遍认为IBD是由遗传、肠道微生物群、宿主免疫系统和环境因素等组合因素引起的。这些因素与肠内稳态破坏的结果相互作用，导致肠道炎症反应失调。由于炎症与活性中间体（包括活性氧和氮）的形成密切相关，氧化应激成为IBD病理生理学的潜在机制。
癌症在许多类型的癌症中，与正常细胞相比，氧化应激增加是常见的特征。活性氧与癌症属于互相促进的关系。活性氧诱导的DNA和蛋白质损伤可通过与肿瘤细胞增殖、存活和肿瘤进展相关的细胞信号通路促进癌症的发生。癌细胞的代谢水平高于正常细胞；它们可以持续产生并维持较高的活性氧浓度，以维持其高增殖率。产生的活性氧又可导致DNA氧化损伤，进而在DNA中产生突变，从而增强衰老和致癌过程。
糖尿病大量证据表明，氧化应激在糖尿病的发病机制中起着重要作用。因为胰腺通常具有较低的活性氧解毒能力，因此对活性氧诱导的损伤很敏感。研究表明，ROS在II型糖尿病（T2DM）胰岛素抵抗的发展和胰腺β细胞功能的降低中起着重要作用[7]。
心血管疾病心肌细胞中有大量的线粒体，这也使得它们更容易受到氧化损伤。除了活性氧生成的线粒体途径外，线粒体和NADPH氧化酶之间存在串扰，NADPH氧化酶是血管中活性氧的主要来源，通过失调或解偶联eNOS影响血管功能，导致内皮功能障碍。与涉及线粒体功能障碍的其他ROS诱导的损伤以及ROS诱导的大分子损伤（例如氧化低密度脂蛋白）一起，它们都有助于CVD的发病机制和进展[6]。
氧化应激理论在衰老和老年性疾病中的应用综述[6]
人体的对抗——机体自身的抗氧化防御系统既然我们的身体一直在代谢产生活性氧，难免会出现一些问题导致对身体的损害，那我们就只能束手无策了吗？
不，其实人体也相对应的进化出了一套完整的抗氧化防御系统。人体的抗氧化防御系统，包括内源性（酶和非酶）抗氧化剂，如超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）、过氧化氢酶（catalase，CAT）及谷胱甘肽过氧化物酶（glutathione peroxidase，GSH-Px）（将H2O2转化为水）等；和主要来源于膳食的外源性抗氧化剂，如亲水性的自由基清除剂（VC和谷胱甘肽（glutathione，GSH），与亲脂性的自由基清除剂，即生育酚、类黄酮、类胡萝卜素和辅酶Q（均直接清除O2－•和•OH及1O2）。
内源性和外源性抗氧化剂共同（如协同）作用，以保持或重新建立氧化还原平衡[5]。
抗氧化剂作为一种防御性因子，可对抗体内自由基的效应，不仅能消除ROS，还能调节细胞的氧化还原状态，使氧化还原信号转导成为可能。其通过抑制起始和延伸步骤，导致反应终止并延缓氧化过程[8]，抑制疾病恶化的氧化机制[9]。
许多健康组织（如美国卫生部等）建议，应该摄取富含天然抗氧化剂的全食物，其包含营养素（如维生素）和植物化学物质（如多酚）。事实上，人类是不能够从头合成这些抗氧化成分，而植物性食物，如苹果、李子、香蕉、西红柿、土豆、洋葱、西兰花等是这些抗氧化剂成分的天然来源[5]。因此也有越来越多的研究开始探索从食物中提取这些天然抗氧化剂，其中，最突出的代表有VC、VE、类胡萝卜素和黄酮类化合物。
美国抗氧化补充剂的发展趋势[6]
展望——进一步加强基础研究，探索最佳改善方案当前，已经有服用抗氧化化合物与食用天然食品（如水果、蔬菜、粮食等）的人类流行病学研究，经过对比发现，植物化学物质和营养成分对健康有益。植物性食物中的物质可能比补充单一的、高剂量的化合物更安全和健康。
而植物性食物的有益活性可能源于两个主要因素：
1）一般在天然食物基质中的营养和非营养物质浓度都较低；
2）除了VC，这些常见的天然抗氧化剂中多由结构不同的化合物组成，例如，到目前为止已经鉴定了600多种类胡萝卜素且其中约50种可能会出现在人类膳食中[10]。因此植物化学成分和营养物质的复杂混合物是共同作用或协同作用的。
某些研究中观察到矛盾的结果，可能是由于补充时未考虑这两个因素[5]。
此外，老龄化和与年龄有关的疾病往往是多因素、异质性和多层面的。单一的成分仅针对导致衰老和年龄相关疾病的几个因素中的一个方面，不足以对复杂、异质的器官功能障碍途径产生生理显著影响。且慢性病发病时间往往不明确，进展可能需要几年时间。因此，可能存在一个特定的“关键窗口”，在疾病发病前或疾病早期的最佳时间服用抗氧化剂可以改善ROS诱发损伤。
未来几年的研究也应致力于更深入的研究，进一步检测氧化应激在年龄相关疾病发病机制和衰老过程中的作用，阐明氧化应激与年龄相关疾病和衰老过程之间的因果关系。同时也要更多的评估这些不同化合物的成分和相互间的协同效应，探索关于抗氧化剂的最优组合干预方案。
参考文献1. 三峡大学学报‚2004‚26（6）：563-567．2. 中国医药出版社,2000.3. Ageing Research Reviews, 2013, 12(4): 907-917.4. Arabian Journal of Chemistry, 2012, 5(4): 489-499.5. 食品科学,2015,36(07):268-277.6. Ageing Res Rev. 2020;57:100982.7. Cell Physiol Biochem. 2017;44(2):532-553.8. Life Sciences, 2006, 78(8): 803-811.9. Innovative Food Science & Emerging Technologies, 2010, 11(1): 210-218.10. Journal of the American Dietetic Association, 1996, 96(7): 693-702.
|本文由汤臣倍健营养健康研究院内容团队原创编辑
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