第一节　自由基与抗氧化防御系统

一、自由基与抗氧化防御系统概述

氧化应激（oxidative stress，OS）是机体必不可少的新陈代谢过程。在活体动物中，机体的新陈代谢可产生高剂量活性氧（reactive oxygen species，ROS），当机体组织或细胞内ROS生成增多或清除能力降低时，可导致ROS在机体组织或细胞内堆积，进而引发机体内重要的生物大分子（如脂质、蛋白质和DNA）的氧化损伤过程，如可以与多不饱和脂肪酸（polyunsaturated fatty acid，PUFA）、蛋白质和DNA作用，造成脂质过氧化、蛋白-蛋白交联、DNA链断裂及蛋白-DNA交联等组织或细胞的氧化性损伤。在动物体内，酶类和非酶类抗氧化物质组成了细胞的抗氧化防御系统，共同发挥清除自由基和保护机体免受氧化损伤的功能。除了内源性抗氧化防御系统外，通过日常饮食摄入富含天然抗氧化物质的膳食也可提高机体的抗氧化水平，帮助机体抵御活性自由基的攻击，同时也可降低OS相关疾病发生的潜在风险。

（一）自由基与氧化损伤

1.自由基

自由基又称游离基，它是体内正常的代谢产物，含有1个或1个以上不配对电子的任何原子和原子团，能够独立存在但化学性质极不稳定，很容易失去或得到电子，可以与各种有机基质反应。在慢性炎症时活化吞噬细胞产生的以活性氧、氮或碳为基础的活性物质。机体内常见的自由基可以分为两大类：氧自由基和氮自由基，主要为氧自由基，约占自由基总量的95%，统称为ROS，其主要活性形式为超氧阴离子自由基、羟自由基（^•OH）和单线态氧（¹O₂）等。正常代谢产生的超氧阴离子、过氧化氢（H₂O₂）及羟自由基（^•OH）等均属于ROS的种类范畴。NO和过氧亚硝酸根（ONOO^-）也是ROS，因分子中含氮又称为活性氮（reactive nitrogen species，RNS）分子，在细胞代谢过程中具有重要意义。

外界的化学因素（各种环境污染物，如苯醌的氧化还原衍生物、NO₂、臭氧等）、物理因素（主要为UV及γ射线）和生物因素（如作用于细胞的各种因子、有些生物毒素等）可以诱导细胞内产生高浓度的ROS和RNS。人体内持续形成的自由基来自人体正常新陈代谢过程，剧烈体育运动、炎症、吸烟、食用脂肪和腌熏烤肉、食用农药污染食品、服用某些抗癌药物和安眠药以及射线暴露等均能增加ROS产生。另外，有机物腐烂、塑料用品制造过程、油漆干燥、石棉、空气污染、化学致癌物、大气中的臭氧等，以及燃料废气、香烟和一些粉尘造成的大气污染也都能产生自由基，大气上空的自由基占分子污染物总量的1%～10%，污染环境中的自由基反应也是不可忽视的。

细胞内部的生理代谢则是ROS分子的胞内来源。细胞能量代谢进行的电子传递过程中，有2%～5%单电子逃逸出，部分还原为O₂，产生。H₂O₂和是中度活跃的ROS，一旦转化成^•OH，则具有非常强的反应活性。氧还原成水的过程需要接受电子，产生3个中间产物，分别为、H₂O₂和^•OH。其中H₂O₂不是自由基，但却是ROS。在细胞代谢发生OS时，除了上述3种ROS形式外，氢过氧基（HO₂^•）、烷氧基（RO^•）、烷过氧基（ROO^•）、氢过氧化物（ROOH）、单线态氧（¹O₂）、次卤酸（HOX）和臭氧（O₃）都属于ROS。

NO由一氧化氮合酶（NOS）合成。精氨酸经NOS催化，其胍基被氧化生成NO和瓜氨酸。NOS有三种同工酶，血管内皮中的eNOS和神经元中的nNOS均为Ca²⁺/钙调蛋白依赖，合成的NO具有松弛素和神经递质作用。诱导性的iNOS主要分布于淋巴细胞中的效应细胞如中性粒细胞、巨噬细胞、单核细胞中，在介导炎症和宿主免疫反应中发挥重要的病理作用。iNOS比eNOS和nNOS催化合成的NO含量要大得多，是NO发挥病理作用的主要来源，对机体异物细胞如肿瘤细胞、病毒及某些正常细胞如神经元细胞等产生抑制乃至毒杀效应。NO能与快速反应生成ONOO^-。次黄嘌呤/黄嘌呤氧化酶、脂氧合酶、环氧合酶等也是内源性ROS的来源。

2.ROS生成的反应形式

细胞正常代谢过程中产生ROS，常由多种酶参与催化反应。当受到外界因素如射线、高压氧、香烟烟雾、空气污染、金属离子、抗癌药、抗生素、杀虫剂、麻醉剂药物或化学试剂等刺激时，会促进生物体产生ROS。物理因素（射线、光、热等）、化学因素（氧化还原反应、电子传递、金属离子催化、药物等）和生物因素（酶的催化）都能使生物体产生ROS。

（1）酶促反应：

1）黄嘌呤氧化酶（xanthine oxidase, XO）：

XO可使次黄嘌呤氧化成黄嘌呤、黄嘌呤氧化成尿酸，同时生成。

2）蛋白激酶C（protein kinase C, PKC）：

PKC可催化还原型辅酶Ⅱ（NADPH）产生氧化反应，生成H₂O₂。

3）还原型辅酶Ⅱ氧化酶（NADPH oxidase）：

还原型辅酶Ⅱ氧化酶常被简称为NADPH氧化酶。中性粒细胞受激后，细胞质中NADPH在NADPH氧化酶的催化下，氧化生成NADP，同时产生。

4）髓过氧化物酶（myeloperoxidase, MPO）：

髓过氧化物酶富含在中性粒细胞溶酶体（lysosome）中，中性粒细胞受激后，该酶就从溶酶体释放到空泡和细胞的外环境中，催化H₂O₂、氧化卤化物，产生次卤酸，次卤酸与作用生成^•OH。

5）一氧化氮合酶（nitricoxide synthase, NOS）：

NOS广泛存在于血管内皮细胞、血小板、小脑、丘脑、大脑皮层、神经垂体、肠肌神经丛、血管壁神经丛、脊髓传入神经、视网膜、嗅细胞、肾上腺、阴茎海绵体、前列腺等处，它能使L-精氨酸生成NO。

（2）非酶促反应：

1）加热：

炸制食品可使脂肪裂解，产生自由基。所以，几乎所有炸制食品都含有自由基，有些形态的自由基可存在很长时间。

2）电离辐射

：可见光、紫外线、X射线和其他能产生电离辐射均能使甲硫氨酸、组氨酸、色氨酸、半胱氨酸等生成自由基。光照射牛奶后很容易使酪氨酸生成自由基、导致牛奶变味和酸败。人体的皮肤经过日光暴晒，容易使黑色素生成自由基诱发皮肤癌。

3）氧化还原过程：

当体内物质例如过氧化氢（H₂O₂）、维生素C等与金属离子如铁等发生氧化还原反应时，如通过Fenton和Haber-Weiss反应可迅速形成^•OH。

Fenton反应原理为：

Haber-Weiss反应原理如下：

血红蛋白中结合了大量的铁离子。当铁超负荷或者铁离子从血红蛋白分子上解离下来以后，参与Fenton反应，产生自由基，并造成铁过负荷。

3.氧化损伤

人体正常代谢产生的自由基可以被相应的自由基清除酶，如超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）、谷胱甘肽过氧化物酶（glutathione peroxidase，GSH-Px）等及时清除，使自由基的产生与去除之间处于动态平衡，当机体内的自由基生成水平大于其清除能力时，就会引发一系列的OS反应，进而形成氧化损伤。

4.ROS对细胞功能的调控效应

国内外有关ROS、RNS对细胞功能的调控作用及机制研究已经取得显著进展，早在20世纪80年代的研究中就发现微量的ROS对于正常细胞分化是不可缺少的。许多功能已经被揭示清楚，如在微粒体系统加入一定浓度的氧化激发因子（如维生素C/Fe²⁺、CCl₄/NADPH）就能激发产生ROS；同样在培养细胞中加入一定剂量的氧化剂，对细胞的发展和归宿具有明显的剂量-效应影响。比如，较低剂量的ROS可能影响细胞信号功能，中等剂量的ROS可导致细胞凋亡，剂量过高的ROS则可造成细胞结构损伤，直至死亡。

ROS作为信号因子对细胞信号转导的调控作用，主要表现在细胞内调节细胞氧化还原状态作用。外界刺激在信号传递过程中可以导致ROS的产生，而ROS又可以刺激信号通路。在某些细胞信号途径中，外界刺激导致ROS产生，氧化剂可以部分模拟外界刺激信号，而且用还原剂阻断ROS则可以衰减细胞的响应。说明ROS在这些信号系统中主要起到了第二信使的作用。OS通过活化细胞信号通路，最终激活各种转录因子，诱导许多基因，包括转录因子本身及效应靶基因的表达。氧化往往会影响其DNA结合能力、转录激活能力，下调其活性。

ROS调控细胞的氧化还原有特定的靶蛋白。除了损伤作用外，ROS主要参与细胞信号转导的调控。生物体内巯基是普遍存在且十分活跃的亲核中心，容易氧化形成S-亚硝基巯基化合物。因此，细胞中ROS在被调控蛋白的“靶点”主要是半胱氨酸残基的巯基（—SH），巯基易被氧化成次磺酸（RSOH）、亚磺酸（RSO₂H），直至磺酸（RSO₃H）。但由于胞内外抗氧化剂的存在，当ROS进攻巯基生成RSOH后，另一个巯基加入反应，生成二硫键（RSSR）。二硫键又可在GSH、Trx等抗氧化剂作用下恢复为巯基。如果抗氧化剂活性不高，进一步氧化为RSO₂H、RSO₃H，形成不可恢复的受损蛋白。ROS的靶蛋白种类及其调节作用包括：①与蛋白质酪氨酸激酶EGF受体、胰岛素受体、PDGF受体结合，激活Src等调控因子；②使蛋白质酪氨酸磷酸酶失活；③激活蛋白质丝氨酸/苏氨酸激酶MAPK、JNK、P38、BMK1、Akt、S6激酶PKC；④使蛋白质丝氨酸/苏氨酸磷酸酶PP1、PP2A、钙调磷酸酶失活；⑤激活G蛋白Ras；⑥激活脂类信号通路PLC、PLD、PLA₂、PI 3-激酶；⑦与Ca²⁺通路肌醇三磷酸受体、斯里兰卡肉桂碱（ryanodine）受体结合，激活Ca²⁺-ATPase，Ca²⁺/Na⁺交换蛋白；⑧使转录因子AP-1（C-Fos，C-Jun）、NF-κB（P50，Rel）、USF、TTF-1、GR、Myb、NF-Y、p53等失活。

在信号通路的上游，细胞氧化态有助于信号的增强，而在通路的下游，还原态有助于转录因子的激活。这就是所谓“细胞信号转导的双重氧化还原调节”。例如氧化剂激活PLA₂，PLA₂作用产生信号分子花生四烯酸（AA），AA则活化NADPH氧化酶，促进了胞内ROS的生成，形成了信号增益的正反馈；又如H₂O₂及亚油酸氢过氧化物在很多细胞中可激活PLD活性，而N-甲酰-Met-Leu-Phe在中性粒细胞中正是以PLD依赖的方式诱导H₂O₂的产生并释放。NO也可以激活G蛋白、离子通道及影响氧化还原敏感的蛋白激酶、转录因子等，将化学信号转化成细胞信号，参与信号传递。

体外研究表明，不同剂量的ROS作用于细胞，细胞存活状态具有不同反应性。

1）高剂量ROS引起细胞坏死：

高浓度ROS对细胞有直接杀伤作用，如在培养的某些肿瘤细胞系和肝、肺分离的原代细胞中加入H₂O₂的终反应浓度超过200μmol/L时，会出现大量坏死细胞，光镜下表现为形态破坏、出现许多细胞碎片，细胞活力显著下降。机体吞噬细胞的过氧化氢体就是利用ROS对所吞噬的异物进行消化分解。高浓度ROS可使Caspase失活，造成细胞坏死。

2）中剂量ROS会引起细胞凋亡：

细胞凋亡在生物正常发育中起着极其重要的作用。从目前已初步建立的凋亡信号转导系统看，死亡刺激往往诱导细胞色素C从线粒体中释放、并开放线粒体膜上的通透转移（PT）孔道而使线粒体膜电位下降，导致凋亡活化因子活化，并进一步使Caspase-9的前体激活。活化的Caspase级联最终可以激活DNA片断化因子（DFF）或Caspase-3激活DNase（CAD）的活性。此外，膜电位的下降还导致凋亡诱导因子（AIF）的释放。

OS是细胞凋亡的促进因子，ROS可以通过诱导多途径引发凋亡，凋亡过程本身也产生ROS。如在培养的某些肿瘤细胞系和分离肝、肺原代细胞中加入H₂O₂的终反应浓度为80μmol/L时，会出现大量凋亡细胞，光镜下表现为细胞固缩、折光性强，流式细胞术测定会在凋亡区域出现许多凋亡细胞。中等剂量的H₂O₂刺激细胞丧失响应Fas诱导凋亡的能力，导致Caspase的激活。OS启动上游凋亡的元件，却又可以抑制下游凋亡效应器如Caspase的活化。此外，ROS氧化还原作用作为中间桥梁，沟通了细胞凋亡与细胞存活两个对立的系统，因为氧化可激活MAPK、Akt，两者均有抑制细胞凋亡的倾向；H₂O₂还诱导HsP27被磷酸化而激活，减轻氧化引起的蛋白质损伤。

3）低剂量ROS有信号转导和促进细胞增殖作用：

ROS作为生理介质均是小分子，可以自由通透质膜、穿越胞外空间，进入邻近细胞，在细胞间传递信息。如NO作为松弛素，能以“旁分泌”的方式自由地从血管内皮扩散进入血管平滑肌；作为神经递质可以通过神经突触传递于神经元之间。ROS在细胞信号转导过程中起着十分重要的调控作用。通过氧化还原修饰作用，ROS可改变信号分子活性及功能，调节细胞生长、分化及凋亡等生理过程。

近年研究发现，低浓度的ROS是细胞维持生存和生长不可或缺的因子，低浓度ROS可作为重要的信号分子，参与细胞信号转导，从而促进细胞的增殖、分化。研究表明，ROS对正常细胞和肿瘤细胞都有促进增殖的作用，并且这种作用存在剂量-效应关系。Kusmartsev等进一步研究发现，这些显著升高的ROS主要是H₂O₂，而不是或NO。进一步研究表明，低剂量H₂O₂能够激活核转录因子NRF2调控下游抗氧化酶表达，维持机体氧化还原平衡状态。

（二）抗氧化防御系统

生物体内有ROS的产生必然伴随着ROS的清除。正常情况下氧化与抗氧化维持在一个对生物体有利的动态平衡状态。目前，参与ROS清除的主要包括两个抗氧化剂防御系统：酶类与非酶类抗氧化防御系统。

1.酶类抗氧化防御系统

包括超氧化物歧化酶（SOD）、谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）、谷胱甘肽还原酶（GR）、谷胱甘肽硫转移酶（GST）、过氧化氢酶（CAT）和血氧合酶-1（HO-1）等。大量研究证实，进化寿命长的动物体内抗氧化酶活性强，反之则寿命短；同样，进化寿命长的动物体内氧化损伤终产物含量少，反之则含量多，表明OS状态与生物进化的寿命相关。

2.非酶类抗氧化防御系统

主要由一些血浆蛋白和小分子抗氧化物质组成，包括维生素A、维生素C、维生素E、β-胡萝卜素、还原型谷胱甘肽（reduced glutathione，GSH）、辅酶Q、尿酸、胆红素以及褪黑素等。近年来一系列研究表明，食物中一些非营养素类天然抗氧化物质也可吸收进入机体发挥抗氧化作用。

正常情况下，生物体内的自由基浓度很低，不会对机体造成损伤。机体的抗氧化防御系统，包括内源性抗氧化剂和外源性抗氧化剂能迅速地消除自由基，使机体内产生和消除处于动态平衡。外源性抗氧化剂主要来源于膳食，如亲水性的自由基清除剂（维生素C和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。线粒体的酶类和非酶类抗氧化物质组成了细胞的抗氧化防御系统，包括亲水性和亲脂性的自由基清除剂，共同发挥清除自由基和保护机体免受氧化损伤的功能。在结构和功能完整的线粒体中，大多数ROS的有害效应可被细胞内有关酶和低分子量的抗氧化物质所拮抗。

二、氧化损伤与疾病的关系

（一）氧化损伤的病理生理机制

1.自由基的生成

通常细胞内80%～90%的分子氧在线粒体呼吸链系统消耗，线粒体是多数真核细胞产生ROS的主要部位。线粒体的OS及损伤是健康和寿命的决定因素。线粒体被誉为“细胞的能量工厂”，可以通过高效的呼吸链反应生成机体生命活动所需的ATP。线粒体同时也是ROS合成的主要场所，这使得线粒体对OS非常敏感。线粒体损伤后氧自由基等活性物质产生增加，通过这些活性物质启动细胞损伤的分子机制。自由基引起膜脂质过氧化增强，使膜的通透性増强，流动性减弱，细胞外的钙离子内流增加导致细胞死亡，导致线粒体膜上的凋亡相关基因p53和Bax活化及细胞色素C释放等。另外通过活化转录因子NF-kB（Nuclear factor kappaB，NF-kappaB），激活c-Jun氨基末端激酶和p38丝裂原活化的蛋白激酶通路等诱导细胞凋亡和死亡。人体正常代谢产生的自由基可以被相应的自由基清除酶如SOD、GSH-Px等及时清除，使自由基的产生与去除之间处于动态平衡，当机体内的自由基水平大于其清除能力时，就会引发一系列的OS反应，进而形成氧化损伤。

2.抗氧化防御功能下降

（1）抗氧化剂水平下降：

抗氧化剂是一种可以有效地还原助氧化剂，并生成无毒性或低毒性产物的物质。Halliwell等提出抗氧化剂的最佳定义，是指与可氧化的底物（DNA、蛋白质、脂肪或糖类）相比，在低浓度时可显著延迟或防止ROS引起该底物氧化损伤的物质。其可能是通过抑制ROS或RNS的产生和对其清除的能力、还原力、金属螯合能力、¹O₂猝灭活性及H₂O₂分解活性来发挥保护作用。抗氧化剂作为一种防御性的因子，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，抑制疾病恶化的氧化机制。

（2）酶功能减弱：

ROS在机体新陈代谢中持续产生，但是正常情况下机体可通过抗氧化防御系统及时清除体内过多的ROS，阻断ROS对生物大分子的氧化损伤。ROS的清除机制主要发生在线粒体。机体抗氧化防御系统主要分为酶系统和非酶系统两个体系。由于抗氧化酶的突变、毒性反应或天然抗氧化剂的摄入减少导致内源性及外源性抗氧化剂的浓度降低，进而打破促氧化剂和抗氧化剂之间的平衡，造成机体的氧化损伤。

（二）氧化损伤对机体健康的损伤

1.诱导疾病发生

活性氧自由基在发生氧化应激的早期阶段发挥了重要作用。ROS破坏生物膜结构，使其通透性增加，诱发细胞毒性水肿，破坏微循环。有研究报道，它们游离在机体中，攻击胞内的重要大分子物质，包括细胞核中的DNA和质膜中的磷脂类物质等，可以破坏正常的细胞信号传导途径进而导致癌症的发生，其中包括癌症、神经退行性疾病、糖尿病、阿尔茨海默病、抑郁症、心血管疾病、感染等。例如，RNA氧化损伤可造成神经系统疾病、动脉粥样硬化及癌症等慢性退行性疾病（图8-1）；硝酸和DNA氧化损伤可引发炎症，进而引起癌症（图8-2）。

2.对生物大分子的危害

（1）核酸：

核酸是ROS最重要的靶分子，核酸受到射线轰击变成自由基后，就会使细胞产生突变和癌变等一系列严重的损伤后果，受到原子弹爆炸影响的幸存者人群亲代或子代患癌的危险性极高，出现许多子代畸形儿。ROS能使DNA双链断裂和单键断裂，使DNA的碱基变成自由基，并生成稳定的氧化产物。

由ROS产生的核酸损伤称氧化性损伤，有6种形式：①双链或单链断裂；②姊妹染色单体互换；③DNA-DNA或DNA-蛋白质交联；④损伤后的碱基既可插到碱基序列中，也可脱掉；⑤去甲基化；⑥基因突变。

（2）蛋白质：

蛋白质自身或组成蛋白质的氨基酸都是ROS攻击的靶分子。从表8-1中可以看到蛋白质中氨基酸受到ROS攻击后发生的结构变化。

蛋白质与自由基发生反应后，还会在氨基酸中产生激发自由基反应，蛋白质的特定氨酰基变成自由基后，生成的自由基还会沿着变性蛋白质上的氨基酸序列实现转移，诱发相关氨酰基自由基反应（表8-1），这个过程称作蛋白质上的自由基在氨基酸上的转移。

ROS可使蛋白质的肽链断裂，断裂方式有两种，一种是肽链水解，另一种是从α-碳原子处直接断裂，ROS可使蛋白质交联，例如半胱氨酸的巯基可被氧化生成二硫键（RSSR）；酪氨酸可氧化成二酪氨酸。这样可使蛋白质发生分子内交联或分子间交联。ROS还可使蛋白质的二级、三级和四级结构破坏，折叠减少，无规律卷曲增加。蛋白质经受的这些深刻变化，当然会造成生物功能的巨大变化。

诱导产生ROS的因素，如电离辐射、紫外线照射及化学物质都能使蛋白质氧化。蛋白质受ROS攻击后，必然生成羰基衍生物，羰基就成为判断蛋白质是否氧化的标志。以蛋白质中赖氨酸残基为例，它首先与Fe²⁺形成蛋白质亚铁离子配位化合物，进一步通过Fenton反应与H₂O₂作用生成^•OH和蛋白质高铁离子羟负离子。^•OH从氨基酸的C原子上抽氢后，生成了以C为中心的蛋白质自由基，这个单电子立刻转移到Fe²⁺上，使Fe³⁺还原成Fe²⁺，同时产生了亚胺衍生物，亚胺发生水解生成终产物赖氨酸的醛衍生物，含有的羰基可以被检测。还可用电子自旋共振仪（EPR）测定到酪氨酸酚氧基（tyrosine phenoxy1 radical）及过氧基，判断蛋白质氧化损伤状况，卟啉环也易受H₂O₂攻击而破裂，释放出Fe²⁺，催化Fenton反应而生成^•OH。

（3）脂肪：

细胞膜上的存在大量多不饱和脂肪酸（PUFAs），是自由基攻击的主要靶点。生物膜中多种不饱和脂肪酸，如花生四烯酸、油酸和亚油酸，经自由基攻击后，极易产生过氧化作用。脂类过氧化反应是一个典型的自由基链锁反应，一个自由基R^•可对不饱和脂肪酸抽氢，产生脂基L^•，接着发生不饱和键重排，形成共轭双键的结构（在233nm处有特征峰）；接着在单电子所在的碳原子上发生过氧化、表现出耗氧过程，同时生成脂过氧基LOO^•。LOO^•可像反应起始时的R^•一样，对另一个不饱和脂肪酸抽氢，引发不断循环的链锁反应。LOO^•也可形成环氧化物，环氧化物断裂后产生许多种醛类和烃类的普通分子，使链锁反应终止。醛类中的丙二醛（malondialdehyde，MDA）是脂类过氧化的终产物之一，常作为脂类过氧化的指标。丙二醛与蛋白质或核酸交联后成为惰性老年斑（age pigment）的构成成分，实际上就是脂褐素（lipofusin），氧的消耗和MDA的生成量常用来判断脂类过氧化的损伤程度。不过近些年来，人们顾虑其假阳性的存在，因而在表述氧化损伤程度时改为硫代巴比妥酸（TBA）与MDA反应产物的多少来表示，具体描述为TBA反应物质（TBA reacting substances）。多不饱和脂肪酸在ROS的作用下，可在不饱和双键上不断发生过氧化作用，经过典型的自由基链锁反应，形成许多中间产物，包括有脂氧基（lipoxide radical，LO^•）、脂过氧基（lipoperoxide radical，LOO^•）和氢过氧化脂（lipid hydroperoxide，LOOH）。最后使不饱和键过氧化作用后成为饱和键，中间继发产物都属于ROS。很显然，如果红细胞膜发生过氧化，细胞膜就会失去弹性和变形性，不能以自由变形来穿过比红细胞直径还小的微血管，造成红细胞破碎，或造成微循环堵塞。

除了细胞膜上的PUFAs与自由基发生联系，大量摄入脂肪也常常成为自由基作用的对象。自由基可攻击不饱和脂肪酸双键上的任一碳原子，双键发生位移，形成共轭或非共轭氢过氧化物，不同脂肪酸链结构的差异，能够生成多种过氧化物，在多种酶或自发进一步分解成小分子活跃结构，形成大量的ROS，转换生成的ROS就会再作用细胞膜上，发生氧化应激修饰，导致膜结构异常和破坏；ROS还作用于胆固醇、脂蛋白，引起脂质氧化修饰，如形成ox-胆固醇、ox-脂蛋白，使LDL增加，导致脂代谢紊乱，代谢产物在细胞内、外堆积，因而成为心血管疾病、2型糖尿病、老年性白内障、老年性痴呆等疾病发生的“元凶”，导致衰老加速、皮肤出现大量老年斑。给大鼠饲养高饱和脂肪食物，能增加肝脏和结肠iNOS活性，刺激骨骼肌线粒体和全身自由基生成和DNA氧化损伤。

（4）碳水化合物：

碳水化合物（多糖或单糖）是机体的主要营养素，也是机体组织构成细胞的必需成分，因此，极易受到自由基的攻击。所有细胞表面都带有一层由糖蛋白和糖脂构成的包被成分，不同细胞间、同种细胞的不同细胞周期间和不同状态间，包被的结构各不相同，但它们都有细胞受体、识别、通讯、免疫等重要功能。碳水化合物所以能承担丰富多样的功能是由于它结构的特殊性决定的。

组成多糖的基本单位单糖可以有多种不同的连接方式，既有链状，又有树枝状，结构十分复杂，因此携带的生物信息十分丰富。4种氨基酸只能构成24种不同的多肽，4种核苷酸也只能构成24种不同的四核苷酸，可是4种单糖却能组成35 650种四糖。也就是说只有碳水化合物才有能力来胜任生物体极其复杂的功能。尽管如此，自由基生物学和医学的研究人员至今对碳水化合物的自由基反应知之甚少，有时甚至忽视它的存在与作用。单糖水溶液在室温下哪怕只放置几分钟就会产生有害物质。单糖自动氧化时可产生多种α-羰醛类产物，α-碳醛类物质能与DNA、RNA和蛋白质发生交联，能抗有丝分裂、抗癌，因对癌细胞和正常细胞都有毒，不宜用于临床。由于它与蛋白质的交联而使酶失活，并使细胞膜变形性下降，导致细胞衰老和死亡。糖尿病性白内障和毛细血管病也可能与单糖的自动氧化有关，烟叶燃烧时，纤维素、淀粉和单糖多聚体焦化，产生多种α-碳醛（表8-2）。

（三）抗氧化研究的意义

氧化和抗氧化的平衡是健康的关键。抗氧化治疗通过抗氧化、自由基清除等来阻止或延缓细胞的变性坏死是目前防治氧化损伤的基本策略。近年来，对抗氧化剂的摄入及其在降低慢性疾病，如癫痫、癌症、冠心病、脑卒中、糖尿病和关节炎发病率中的作用愈加重视，其在保护生物体或组织或非生物系统对抗氧化损伤方面的研究越来越多。提出抗氧化剂的保护作用部分是由于抗氧化营养素（如维生素C和类胡萝卜素）抑制氧化磷酸化和氧化细胞损伤。抗氧化剂可直接清除氧化剂或催化氧化剂反应生成其他物质而减轻氧化损伤。

有研究表明，膳食补充乙酰基肉碱和硫辛酸及富含类黄酮的植物提取物可预防年龄相关性小鼠生理功能下降，并解释为是由于线粒体氧化损伤的保护或修复。大量研究证实抗氧化酶如超氧化物歧化酶、谷胱甘肽过氧化物酶及过氧化氢酶等能够对抗β淀粉样蛋白诱导的ROS的产生，清除神经细胞胞浆中的自由基，减少脂质过氧化物，如醛基、酮基等的形成，阻止进一步OS的发生。研究发现，维生素E也能减少β淀粉样蛋白所导致自由基的蓄积和形成，对防治神经细胞损伤和死亡具有重要作用。银杏提取物Egb761具有良好的抗氧化作用，在德国应用于老年痴呆的治疗，具有显著疗效，研究证实其机制与抗氧化、清除氧自由基、稳定细胞膜等作用有关。近年来，褪黑素（molatonin，MT）被认为是一种强有力的自由基清除剂和抗氧化剂，其对自由基的清除能力是维生素E的2倍。体内外实验证实，MT可以提高抗氧化酶的活性，抑制Aβ的沉积和产生，通过抑制自由基的生成等发挥神经保护作用。