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氢气是人们多年希望寻找的那个选择性抗氧化剂

来源:孙学军 编辑:James&Ani 时间:2020-01-14 09:35:50

氧化损伤是许多疾病的共同基础,减少氧化损伤显然是治疗疾病的策略,但是过去的大量研究发现,许多所谓的抗氧化剂并不能发挥有效作用。氧化损伤很重要,抗氧化剂不能产生作用,这并不是悖论。根本原因是许多抗氧化剂不能选择性中和有毒自由基,反而会破坏细胞氧化还原平衡。作为目前唯一的选择性生物抗氧化剂,氢气肩负着抗氧化重任,将为这一半个世纪的抗氧化损伤梦想插上翅膀。

一、氧化损伤是许多疾病的共同基础

生物体系内经典的活性氧有5种,分别是超氧阴离子、过氧化氢、一氧化氮、羟基自由基和亚硝酸阴离子。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。

氧化应激损伤发生在多种病理情况。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。运动过于剧烈会诱导活性氧会导致肌肉疲劳。许多慢性病如糖尿病、动脉硬化和老年性痴呆等也存在典型的炎症反应和氧化应激损伤。

二、活性氧具有重要生理功能,不能一味清除

虽然氧化应激过度可导致氧化损伤,但是活性氧是具有生理功能的分子。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。部分活性氧是信号分子,具有生理功能,参与调节多种细胞过程。胰岛素、生长因子等许多细胞信号通路均离不开活性氧的参与。

氧化应激本身也属于生理信号发挥调节作用。氧化应激本身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。Nrf2就是控制细胞内抗氧化细胞的关键转录因子,在这个分子调节性,SOD等细胞抗氧化细胞得以稳定发挥氧化还原平衡的作用。

近年来研究表明,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必要的防御机制。想避免此类情况出现,理想抗氧化剂要既能缓解过度氧化应激,又不扰乱氧化应激稳态。这个理想分子不应该还原信号分子如过氧化氢,但能有效中和强活性氧化物质,如羟自由基。

三、氢气具有选择性抗氧化作用

2007年日本医科大学太田成男教授小组在《自然医学》发表的论文中有非常明确的证据,无论是细胞还是化学溶液情况下,氢气只和羟基自由基和亚硝酸阴离子这种强毒性自由基发生反应,不和过氧化氢和一氧化氮发生反应,氢气这种只中和有毒自由基的作用就是选择性抗氧化。如上所述,活性氧是疾病的基础,但大部分活性氧具有重要生理功能,只有这些活性氧转变成为有毒自由基才会发生氧化损伤,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抗氧化物质。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。

为什么氢气具有选择性抗氧化作用,决定于氢气分子的共价键比较稳定,氢气的还原作用比较弱,一般生理浓度的活性比较弱的自由基不能和氢气发生反应。在生理条件下,过氧化氢和超氧阴离子等生理功能活性氧因为活性比较弱,不能和氢气发生化学反应,但是羟基自由基活性非常强,能和氢气发生反应。

总之,氢气是人们多年希望寻找的那个选择性抗氧化剂。

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