登录

/

注册

首页 > 科技媒体 > 媒体详情
【氢气生物学】选择性抗氧化可能是控制疾病的重要手段
醉卧青云 2015-11-23
导语

氢是自然界最小的分子,也是宇宙中含量最多的分子,是水的重要成分,对生命的贡献是巨大的。实际上,我们,特别是医学领域,似乎忽视了氢气对生命的贡献。长期以来,人们不认为氢气是生物活性物质,这种观点需要改变。


氧化损伤是所有疾病的共同基础

活性氧是需氧生物通过氧化磷酸化过程的能量代谢副产物,日常生活中,体内不断产生活性氧。有时活性氧产生过量,如抽烟或空气污染,暴露于紫外线或辐射下,剧烈运动,生理或心理应激。当活性氧生成过量或体内抗氧化能力降低,过度氧化会引发损伤效应,导致“氧化应激”。

对于人类和需氧生物来讲,氧气是生命活动的基础,氧气及衍生的活性氧也是所有生物的毒性分子,氧气作为需氧能量代谢无可取代成分,在产生能量的代谢过程中也会产生自由基,正常机体具有缓冲和中和自由基的理想系统,一旦发生损伤和疾病,必然伴随细胞代谢平衡的紊乱,活性氧相对过剩就表现出来,氧化损伤几乎是所有疾病的必然表现。

急性氧化应激损伤出现在各种不同情况:炎症、心肌梗死或脑梗死的缺血/再灌注、器官移植、手术性出血停止、及其他。正常情况下,剧烈运动诱导的活性氧会导致肌肉疲劳。研究表明慢性氧化应激与多种病症密切相关,包括恶性疾病、糖尿病、动脉粥样硬化、慢性炎症,以及神经退行性疾病和衰老。

作为活性氧生成的第一步,超氧阴离子是最初的活性氧,主要经由线粒体电子传递链电子漏出产生。其他的酶包括NADPH氧化酶、细胞色素p450酶系、脂氧合酶、环加氧酶和黄嘌呤氧化酶,它们也参与免疫系统或排毒系统中活性氧的产生。超氧化物歧化酶将超氧阴离子转化成过氧化氢,它经代谢生成水。活性强的羟自由基来源于过氧化氢,或由超氧阴离子在具有催化活性的金属(如Fe2+和Cu+)存在时经Fenton或Weiss反应生成。超氧阴离子与一氧化氮反应生成亚硝酸阴离子,是一种活性氮类物质。羟自由基是生物分子氧化、破坏的主要原因,主要通过直接作用或通过引发自由基链反应。电离辐射,包括宇宙射线,通过辐解过程与水作用也会产生羟自由基这一损伤性介质。

鉴于氧化损伤的临床重要性,人们期待通过抗氧化来治疗或预防各种疾病,然而许多抗氧化剂的治疗效果却有限。抗氧化性补充剂对于预防癌症、心肌梗塞、动脉粥样硬化无效,反而使死亡率升高。

细胞内头号活性氧过氧化氢的生理作用

如上所述,活性氧曾经一直被认为是造成细胞损伤的原因,而不具有生理功能;然而,细胞内氧化还原稳态是一个精细的活性氧生成与抗氧化系统之间的平衡过程。现在认为部分活性氧具有信号分子的功能,参与调节多种生理过程。研究表明,细胞因子、胰岛素、生长因子、AP-1、c-Jun氮末端激酶1、p53及NF-κB信号通路均需要过氧化氢的参与,过氧化氢通过氧化半胱氨酸促进磷酸酶的失活。这些为活性氧参与调节信号转导提供了可能的生化机制。

另外,过氧化氢和一氧化氮引起的氧化应激可以诱导与抗氧化和耐受相关的酶,从而保护细胞免受氧化应激损伤。例如,Nrf2易位入核可以调节防御系统相关基因的表达,防御系统是对抗氧化应激和其他毒性来源的,包括重金属。而且,过氧化氢还是调节细胞分化、免疫系统、自噬和凋亡的 关键因子。如此看来,要维持内稳态就不可彻底清除有生理功能的过氧化氢;照这样,要开发有效的抗氧化剂来预防氧化应激相关疾病要意识到它的副作用,这点很重要。

让人意想不到的是,近年来的研究表明,过量抗氧化剂使癌症死亡率和发病率升高,这可能是由于抗氧化剂干扰了某些必要的防御机制。要想避免此类情况出现,理想的抗氧化剂要既能缓解过度的氧化应激,又不扰乱氧化应激稳态。换言之,这个理想分子不还原信号分子如过氧化氢,但能有效还原强活性氧化物质,如羟自由基。

选择性抗氧化的氢气成为最理想的对付氧化损伤工具

活性氧是疾病的基础,但大部分活性氧如过氧化氢也具有重要生理功能,只有这些活性氧转变成为有毒自由基才是氧化损伤发生的关键,因此控制氧化损伤必须寻找能选择性中和有毒自由基,保留具有生理功能的活性氧的物质才是上策。

由于氢气可以选择性还原羟自由基,不与具有生理功能的超氧阴离子、过氧化氢和一氧化氮反应,符合选择性抗氧化的特点,猜想副作用会很小。由此我们得出结论,氢气或许就是我们希望寻找的那个理想抗氧化剂。

参考文献:太田教授最新文章Molecular Hydrogen as a Novel Antioxidant Overview of the Advantages of Hydrogen.pdf

(本文原创,作者孙学军教授,氢气生物医学专业委员会主任委员,授权发布)

如若转载,请注明e科网。

如果你有好文章想发表or科研成果想展示推广,可以联系我们或免费注册拥有自己的主页

  • 生物医药
  • 氢气生物学
  • 抗氧化
分享到
文章评论(0)
登陆后参加评论
作者 醉卧青云

博士生

哈尔滨工业大学

活跃作者
  • 爱因斯坦 科研工作者 北京航空航天大学 博士
  • 梅西 本科生 北京工业大学 本科
  • 金陵 本科生 北京大学 本科


发布成功!

确 定 关 闭