一些抗氧化劑的抗/促氧化作用及其機(jī)制

陳 偉 林映才 馬現(xiàn)永 蔣宗勇

(廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧研究所，畜禽育種國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，農(nóng)業(yè)部華南動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)與飼料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東省動(dòng)物育種與營(yíng)養(yǎng)公共實(shí)驗(yàn)室，廣東省畜禽育種與營(yíng)養(yǎng)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510640)

生理?xiàng)l件下機(jī)體的抗氧化與氧化系統(tǒng)處于動(dòng)態(tài)平衡，而當(dāng)在多種環(huán)境誘發(fā)條件下(如低氧和中毒)，機(jī)體氧化與抗氧化平衡失調(diào)，從而誘導(dǎo)氧化應(yīng)激的產(chǎn)生。目前研究已證實(shí)，氧化應(yīng)激可誘發(fā)心血管等多種疾病，嚴(yán)重影響人類和動(dòng)物健康。國(guó)內(nèi)外學(xué)者在動(dòng)物整體和細(xì)胞學(xué)水平上對(duì)氧化應(yīng)激的誘導(dǎo)和效應(yīng)方面開展了大量研究，在一定程度上揭示了氧化應(yīng)激誘導(dǎo)相關(guān)疾病的機(jī)理。理論上，通過(guò)添加抗氧化劑等方式增加清除活性氧(reactive oxygen species，ROS)的能力或減少ROS的產(chǎn)生是發(fā)揮抗氧化作用的有效途徑。但實(shí)踐中盲目使用抗氧化劑不僅不能有效發(fā)揮機(jī)體抗氧化能力，反而可能使得氧化應(yīng)激更加嚴(yán)重。本文就氧化應(yīng)激中ROS的產(chǎn)生、作用途徑、抗氧化劑的抗氧化及潛在的促氧化機(jī)制作一綜述，為氧化應(yīng)激研究提供更多信息，也為動(dòng)物的健康、高效生產(chǎn)提供參考。

1 ROS的產(chǎn)生及其生理功能

1.1 ROS的產(chǎn)生

氧化還原反應(yīng)是生命機(jī)體的重要生理生化反應(yīng)，由自由基參與的氧化還原反應(yīng)最為常見。自由基是指一類任何含有1個(gè)或多個(gè)不成對(duì)電子并能獨(dú)立存在的物質(zhì)，包括分子、原子、原子團(tuán)或離子。由氧誘發(fā)的自由基稱為ROS，ROS是含氧且有高度化學(xué)活性的幾種分子的總稱，主要包括超氧陰離子(·)、羥自由基(·OH)、H2O2、單線態(tài)氧(1O2)以及脂質(zhì)過(guò)氧化物的中間產(chǎn)物烷氧自由基(LO·)等，這些不成對(duì)的電子使ROS具有不穩(wěn)定性和高反應(yīng)活性，其中·OH是化學(xué)性質(zhì)最活潑的一種ROS分子，它幾乎能和所有的生物大分子發(fā)生反應(yīng)，并有非常高的速率常數(shù)。ROS的產(chǎn)生有2個(gè)重要來(lái)源[1]:1)通過(guò)線粒體中呼吸鏈的電子傳遞而生成;2)由細(xì)胞質(zhì)中還原型輔酶Ⅱ(NADPH)氧化酶(Nox)和黃嘌呤氧化酶參與O2的催化生成H2O2。

1.2 ROS的生理功能

ROS在動(dòng)物體內(nèi)是正常的代謝產(chǎn)物，其生理功能具有積極意義的一面。正常生理?xiàng)l件下生成的微量ROS對(duì)維持細(xì)胞的正常功能(包括信號(hào)傳導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄調(diào)控)具有十分重要的作用。但機(jī)體中過(guò)量的ROS會(huì)造成細(xì)胞損傷，并引發(fā)細(xì)胞凋亡和壞死。因而，機(jī)體中ROS的生理學(xué)功能取決于其濃度的高低(即自由基產(chǎn)生和清除的平衡性)。

1.2.1 ROS與氧化損傷

ROS攻擊不飽和脂肪酸，促使其氧化或過(guò)氧化，生成脂質(zhì)過(guò)氧化物，并降解成丙二醛。生物膜中富含不飽和脂肪酸，對(duì)維持膜的流動(dòng)性和生物膜的眾多功能發(fā)揮著極其重要的作用。當(dāng)細(xì)胞膜中的不飽和脂肪酸受到ROS的攻擊后，含量迅速減少，導(dǎo)致膜的流動(dòng)性降低，并最終影響膜的生物學(xué)功能(包括膜通透性、膜受體、膜蛋白酶和離子通道的活性改變)。此外，ROS可引發(fā)細(xì)胞內(nèi)蛋白氧化(主要發(fā)生在對(duì)自由基敏感的半胱氨酸或蛋氨酸殘基位點(diǎn)上)，線粒體損傷，并誘發(fā)DNA結(jié)構(gòu)破壞，促使端粒變短，激活細(xì)胞凋亡信號(hào)，最終影響細(xì)胞壽命。

1.2.2 ROS作為細(xì)胞內(nèi)代謝調(diào)節(jié)的分子信號(hào)

雖然ROS的產(chǎn)生會(huì)引起細(xì)胞脂質(zhì)氧化、蛋白變性以及DNA損傷等負(fù)面影響，但ROS也是細(xì)胞內(nèi)的重要信號(hào)傳遞分子。研究證實(shí)，ROS抑制細(xì)胞增殖，激活或抑制細(xì)胞凋亡，并在高濃度條件下促發(fā)細(xì)胞壞死[1]，對(duì)細(xì)胞的生命代謝具有重要意義。由于ROS分子結(jié)構(gòu)較小，并能短距離擴(kuò)散，ROS在很多途徑上發(fā)揮了信號(hào)分子的作用。較早研究報(bào)道，H2O2可促進(jìn)多個(gè)轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)，包括 c-fox[2]、c-myc[2]、c-jun[3]和 egr-1[4]。此后更多研究證實(shí)·和H2O2是廣泛參與轉(zhuǎn)錄激活調(diào)節(jié)的重要信號(hào)調(diào)節(jié)分子，在各種細(xì)胞影響因子的作用下都能發(fā)生作用(圖1)，Jak/Stat信號(hào)是主要的多個(gè)轉(zhuǎn)錄控制系統(tǒng)[5]。細(xì)胞質(zhì)膜中由Nox和組成型NADPH氧化酶(CNOX)產(chǎn)生的·和H2O2作為信號(hào)分子，激活 Jak-Stat系統(tǒng)[6-7]，參與細(xì)胞內(nèi)相關(guān)信號(hào)通路[包括核因子-κB(NF-κB)和絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)信號(hào)通路]的調(diào)控。胞內(nèi)細(xì)胞ROS與抗氧化酶協(xié)同作用，共同參與氧化還原反應(yīng)，并通過(guò)cAMP介導(dǎo)的信號(hào)路徑打開或關(guān)閉一些酶活性[8]。

高等動(dòng)物機(jī)體中神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)需要維持較高的ROS水平才能發(fā)揮正常生理功能，且能對(duì)ROS濃度的變化能作出較敏感的反應(yīng)。最新的研究發(fā)現(xiàn)，ROS可通過(guò)PI3K/Akt信號(hào)通過(guò)增強(qiáng)腦組織來(lái)源的神經(jīng)細(xì)胞的自我更新和修復(fù)[9]，暗示著ROS在神經(jīng)細(xì)胞中發(fā)揮的第二信使作用。研究發(fā)現(xiàn)，ROS可增強(qiáng)體內(nèi)胰島素信號(hào)的敏感性[10]。這表明，ROS可能作為細(xì)胞內(nèi)生命代謝的介導(dǎo)物，并作為一種信號(hào)分子從細(xì)胞外環(huán)境到細(xì)胞進(jìn)行傳遞。

圖1 ·和H2O2對(duì)基因表達(dá)和細(xì)胞代謝的氧化還原調(diào)節(jié)Fig.1 The role of superoxide anion/hydroxyl superoxide in the redox regulation of gene expression and cellular metabolism[11]

1.3 動(dòng)物體內(nèi)ROS清除機(jī)制

雖然機(jī)體中在生理或病理?xiàng)l件下不可避免地產(chǎn)生ROS，但生命體在演化過(guò)程中建立了較完善的ROS清除的生理機(jī)制，從而使得機(jī)體中ROS含量維持在相對(duì)穩(wěn)定的濃度。機(jī)體中存在著大量的生物活性酶(酶促系統(tǒng))，可將ROS轉(zhuǎn)化為活性較低的分子，并能阻止這些活性物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)槲：π愿鼜?qiáng)的物質(zhì)轉(zhuǎn)變，進(jìn)而減少對(duì)細(xì)胞的氧化損傷。此外，抗氧化類物質(zhì)對(duì)ROS的清除作用是降低促氧化效應(yīng)的另一重要途徑，包括金屬結(jié)合蛋白(鐵和銅)、谷胱甘肽、尿酸、膽紅素、維生素C和維生素E等。

1.3.1 酶促系統(tǒng)

細(xì)胞內(nèi)抗氧化酶主要包括超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽過(guò)氧化物酶(GSH-Px)、過(guò)氧化氫酶(CAT)，他們協(xié)同完成細(xì)胞內(nèi)抗氧化作用。SOD是一種含金屬的酶，可分為2類:位于線粒體中的Mn-SOD和位于胞漿的Cu/Zn-SOD。SOD可歧化·形成 H2O2(· +2H+→H2O2+O2)，消除·對(duì)機(jī)體的毒性作用。在還原型谷胱甘肽(GSH)作為電子受體條件下，GSH-Px可催化有機(jī)過(guò)氧化氫(ROOH)和 H2O2，生成醇和H2O。含有金屬鐵的CAT與GSH-Px共同完成細(xì)胞內(nèi) H2O2的分解CAT存在于紅細(xì)胞及組織細(xì)胞內(nèi)微體，主要生理作用是催化 H2O2轉(zhuǎn)變?yōu)?H2O和 O2。相比GSH-Px，CAT更能有效清除高濃度的 H2O2，而GSH-Px對(duì)低劑量的H2O2清除更為有效。除上述酶系統(tǒng)之外，細(xì)胞中其他酶促系統(tǒng)對(duì)維持氧化平衡也起到十分重要的作用，包括硫氧還酶(thioredoxin，TRX)、谷氧還蛋白、過(guò)氧化還原蛋白(peroxiredoxin，Prx1)等。

1.3.2 非酶促系統(tǒng)

細(xì)胞中存在許多抗氧化的非酶促系統(tǒng)，包括GSH、尿酸、膽紅素和輔酶Q等。根據(jù)溶解性質(zhì)可分為2類:一類為水溶性抗氧化劑，如維生素C、谷胱甘肽、半胱氨酸、白蛋白、金屬結(jié)合蛋白等，另一類為脂溶性抗氧化劑，如維生素E、類胡蘿卜素(或維生素A)、膽紅素等。該類物質(zhì)大多能提供電子使自由基還原，參與抗氧化作用。如維生素E能還原·、1O2、過(guò)氧化脂質(zhì)自由基等;維生素C具有相同作用且能協(xié)助維生素E維持其還原狀態(tài)。胞漿中的GSH與NADPH在某些酶如GSH-Px、CAT等協(xié)同作用下，還原 H2O2、過(guò)氧化脂質(zhì)、二硫化物等。

2 氧化應(yīng)激的誘導(dǎo)

3 抗氧化研究

3.1 營(yíng)養(yǎng)限制與抗氧化

多年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者關(guān)于氧化應(yīng)激的機(jī)制在多個(gè)方面做了深入研究。從代謝角度而言，細(xì)胞代謝率增加時(shí)可提高ROS的產(chǎn)生，引起細(xì)胞損傷，進(jìn)而影響到細(xì)胞生命周期。人類醫(yī)學(xué)發(fā)現(xiàn)，能量限制(caloric restriction，CR)可提高嚙齒類動(dòng)物的壽命達(dá)到50%，人的飲食CR可提高平均壽命[16]，很可能與降低細(xì)胞代謝速率和氧化應(yīng)激有關(guān)[17]。能量限制一方面降低ROS的產(chǎn)生，另一方面還可能提高了抗氧化酶的表達(dá)[18]，從而成為緩解氧化應(yīng)激的有效潛在營(yíng)養(yǎng)手段。盡管能量限制能有效抑制ROS的生成，但在人類醫(yī)學(xué)或動(dòng)物實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中因?yàn)槎喾N因素其應(yīng)用仍不現(xiàn)實(shí)。越來(lái)越多的證據(jù)表明，天然植物中存在著眾多抗氧化物質(zhì)(如維生素A、維生素 C、維生素 E、α-硫辛酸、異黃酮)，對(duì)機(jī)體中ROS的清除及抗氧化功能具有十分重要的貢獻(xiàn)。

3.2 抗氧化劑的抗氧化作用與潛在的促氧化效應(yīng)

3.2.1 維生素A和β-胡蘿卜素

維生素A族維生素是屬于全反式視黃醇的一組有活性的β-紫香酮衍生物，包括視黃醇、視黃醛、視黃酸類。β-胡蘿卜素是維生素A原，是體內(nèi)重要的脂溶性抗氧化營(yíng)養(yǎng)素，它可以保護(hù)脂膜免受過(guò)氧化損傷，其主要功能是清除生理?yè)p傷產(chǎn)生的大量自由基或ROS。由于已知維生素A抑制脂質(zhì)過(guò)氧化的作用不是清除引發(fā)脂質(zhì)過(guò)氧化的自由基，而是作為阻斷反應(yīng)鏈的抗氧化劑，與有機(jī)過(guò)氧化自由基結(jié)合。視黃醇、視黃醛、視黃酰酯與視黃酸均能在生物體系中抑制脂質(zhì)過(guò)氧化[19]。因而，維生素A和β-胡蘿卜素是重要的抗氧化物質(zhì)。

細(xì)胞中缺乏維生素A增加ROS的產(chǎn)生，誘發(fā)線粒體膜通透性轉(zhuǎn)變和細(xì)胞色素c的釋放，暗示著維生素A在細(xì)胞中的抗氧化作用[20]。大鼠試驗(yàn)證實(shí)，與維生素A缺乏組相比，補(bǔ)充維生素A可上調(diào)大鼠血清的GSH-Px水平，并抑制脂質(zhì)過(guò)氧化[21]。相似的體外和體內(nèi)試驗(yàn)都證實(shí)了β-胡蘿卜素的抗氧化作用[22-24]。維生素A和β-胡蘿卜素發(fā)揮抗氧化的主要機(jī)制是通過(guò)電子轉(zhuǎn)移、脫氫反應(yīng)和加合反應(yīng)3種途徑而進(jìn)行。

與其低劑量下的抗氧化作用相反的是，大劑量的維生素A可能引發(fā)促氧化反應(yīng)[25]。研究報(bào)道，當(dāng)大劑量補(bǔ)充維生素A時(shí)可導(dǎo)致大鼠脂質(zhì)過(guò)氧化[26]。研究報(bào)道，高劑量的β-胡蘿卜素可促進(jìn)白血細(xì)胞(HL-60)中ROS的產(chǎn)生[27]，表明高劑量的β-胡蘿卜素是細(xì)胞中潛在的ROS誘導(dǎo)劑。高濃度β-胡蘿卜素造成促氧化的機(jī)理可能是:由于β-胡蘿卜素結(jié)構(gòu)中大量的共軛雙鍵使得β-胡蘿卜素更易受到自由基的攻擊[28]，從而加快β-胡蘿卜素代謝產(chǎn)物的自氧化過(guò)程[29]，進(jìn)而減弱β-胡蘿卜素的抗氧化能力，同時(shí)誘導(dǎo)促氧化效應(yīng)的發(fā)生。此外，β-胡蘿卜素的抗氧化與促氧化的二重性效應(yīng)可能與氧分壓有關(guān)。當(dāng)處于低分壓狀態(tài)下，β-胡蘿卜素與過(guò)氧自由基(ROO-)反應(yīng)轉(zhuǎn)化成β-胡蘿卜素自由基(CAR-)，后者與另一個(gè)ROO-繼續(xù)反應(yīng):CAR+ROO-→CAR-ROO，從而以1分子β-胡蘿卜素清除2個(gè)ROO-，阻斷脂質(zhì)過(guò)氧化鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。但在高氧分壓狀態(tài)下，β-胡蘿卜素與ROO-反應(yīng)生成β-胡蘿卜素過(guò)氧化自由基(CAR-OO-)，后者可與不飽和脂肪酸(LH)發(fā)生反應(yīng):CAR→CAR-OO-+LH→CAR+LOOH，從而誘導(dǎo)脂質(zhì)發(fā)生過(guò)氧化擴(kuò)增反應(yīng)[30-33]?？梢?，β-胡蘿卜素發(fā)揮抗氧化與氧化作用與其作用的環(huán)境有關(guān)。

3.2.2 維生素E

維生素E是苯并二氫呋喃的衍生物，具有β-色酮環(huán)和1個(gè)側(cè)鏈。根據(jù)側(cè)鏈結(jié)構(gòu)的不同分為生育酚和生育三烯醇，而根據(jù)其甲基在色酮環(huán)上的位置不同則分為α、β、γ、δ 4種，共8種異構(gòu)體，其中以α-生育酚活性最強(qiáng)。維生素E可作為氧自由基和單線氧的清掃劑，因而是機(jī)體抗氧化系統(tǒng)中非酶促反應(yīng)體系的重要組成成分。在鉛、乙醇誘發(fā)的肝、腎損傷動(dòng)物模型中，維生素E可通過(guò)清除活性自由基起到明顯保護(hù)作用[34]。此外，試驗(yàn)還表明維生素E可抑制細(xì)胞的脂質(zhì)氧化[35]，減少細(xì)胞中H2O2誘導(dǎo)的 DNA損傷[36]。維生素 E清除脂質(zhì)過(guò)氧化自由基作用可能通過(guò)以下機(jī)制完成:1)維生素E的斷鏈反應(yīng)，即維生素E打斷脂質(zhì)過(guò)氧化鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，清除高反應(yīng)性脂質(zhì)過(guò)氧化物和烷氧自由基;2)抑制核酸內(nèi)切酶的活化，該酶可被細(xì)胞內(nèi)的氧化應(yīng)激觸發(fā);3)促進(jìn)受損DNA的清除[37]。

人類醫(yī)學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，在吸煙者攝入的含高不飽和脂肪酸的飲食中，添加維生素E可提高受試者血清中的同型F2-前列腺素水平，表明添加維生素E可促進(jìn)脂類氧化[38]。動(dòng)物試驗(yàn)表明，飼料中添加高劑量的維生素E(10 000 mg/kg)引起大鼠紅細(xì)胞中抗氧化酶(SOD、CAT等)活性下降且紅細(xì)胞中谷胱甘肽濃度也下降[39];而另一小鼠試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)接受飼糧添加(600 mg/kg)的維生素E達(dá)6周可誘導(dǎo)脂質(zhì)過(guò)氧化，同時(shí)降低了血漿中SOD活性和GSH-Px活性[40]。體外細(xì)胞試驗(yàn)也證實(shí)，在Cu2+誘導(dǎo)的低密度脂蛋白(LDL)氧化過(guò)程中，維生素E的水溶性同類物trolox的添加可起到抗氧化作用，但隨著添加時(shí)間的延長(zhǎng)，trolox卻發(fā)生促氧化作用[41]。維生素E的高劑量不僅參與了促氧化作用，而且有可能造成患者死亡的危險(xiǎn)[42]。

以上研究證實(shí)了維生素E在機(jī)體中的抗氧化和促氧化的雙重生物學(xué)效應(yīng)。目前，關(guān)于維生素E對(duì)促氧化機(jī)制研究報(bào)道較少，但相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)高劑量維生素E下調(diào)了抗氧化酶的活性，因而維生素E的促氧化作用可能與抗氧化酶的調(diào)節(jié)有關(guān)。新的研究表明，維生素E抑制了蛋白激酶C和二?；视图っ竅43]，而蛋白激酶C可上調(diào)Mn-SOD蛋白[44]。因而，維生素E可通過(guò)信號(hào)通路下調(diào)抗氧化酶的活性，降低抗氧化防御進(jìn)而促進(jìn)了抗氧化。

3.2.3 維生素C

維生素C是含有1個(gè)共軛雙鍵的己糖醛酸內(nèi)酯。由于維生素C可以從雙鍵中提供2個(gè)電子作為電子供體，從而發(fā)揮清掃自由基的作用。維生素C能緩解許多ROS和硝基自由離子的負(fù)面作用，在防止或減少由于氧自由基和硝基自由基所導(dǎo)致的疾病(如動(dòng)脈粥樣硬化)治療中發(fā)揮重要的抗氧化效應(yīng)。國(guó)內(nèi)外關(guān)于其抗氧化的效應(yīng)及可能的機(jī)制已做了大量研究，詳見 Padayatty等[45]的綜述。

盡管低劑量的維生素C發(fā)揮抗氧化作用，而在高劑量條件下維生素C則表現(xiàn)為促氧化。在0.1、0.25 mmol/L維生素C劑量下，能明顯降低H2O2所誘導(dǎo)HeLa細(xì)胞的DNA氧化性損傷，而過(guò)量的維生素C對(duì)H2O2誘導(dǎo)的DNA損傷具有明顯的增強(qiáng)作用[46]。動(dòng)物試驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)，對(duì)豚鼠靜脈大劑量注射維生素 C可促使脂類的過(guò)氧化[47]。人類醫(yī)學(xué)研究顯示，妊娠婦女?dāng)z入量為14 mg/d的鐵離子和500 mg/d維生素C后，也發(fā)現(xiàn)血漿中硫代巴比妥酸反應(yīng)物水平上升[48]。此后，維生素C的促氧化作用也在臨床醫(yī)學(xué)研究中被陸續(xù)報(bào)道，包括損傷后恢復(fù)期患者[49]、血液透析病人[50]及缺氧癥[51]。在健康人接受高劑量注射維生素C也可導(dǎo)致促氧化的發(fā)生。肌肉損傷運(yùn)動(dòng)員每千克體重注射12.5 mg維生素 C引起脂類過(guò)氧化[52]。對(duì)健康人靜脈注射高劑量的螯合維生素C(5 g/d)可引發(fā)短期自由基的產(chǎn)生，并導(dǎo)致DNA氧化損傷[53]。一個(gè)重要的體外細(xì)胞試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在存在有血清的情況下，濃度為5 mmol/L時(shí)維生素C可誘導(dǎo)產(chǎn)生高濃度的H2O2并選擇性殺死各種癌細(xì)胞系，而此高濃度下的H2O2對(duì)其他正常細(xì)胞沒(méi)有產(chǎn)生影響[50]。但難以解釋的是，為什么H2O2對(duì)癌細(xì)胞系的殺傷作用是選擇性的。

以上體內(nèi)體外試驗(yàn)表明，適宜劑量的維生素C在機(jī)體中發(fā)揮抗氧化作用，但高劑量的維生素C則表現(xiàn)為促氧化。其促氧化作用可能與維生素C對(duì)抗氧化酶的抑制有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，人體中高劑量注射維生素C降低了紅細(xì)胞中抗氧化的GSH-Px和SOD活性，血液中還原型谷胱甘肽/氧化型谷胱甘肽比(GSH/GSSG)也顯著下降[53]。但維生素C對(duì)抗氧化酶活性抑制的可能機(jī)制尚不清楚。此外，維生素C的促氧化作用可能是由于維生素C分解產(chǎn)物的作用。崔乃杰等[54]研究發(fā)現(xiàn)，維生素C的促氧化作用可能是由于自身在存放期被空氣氧化，提供一個(gè)電子后形成去氫抗壞血酸負(fù)離子自由基(AH-+R·→A-·+RH)。維生素C除了可以直接清除·OH外，同時(shí)又產(chǎn)生A-(H2A→H++HA-，HA-+·OH→A-+H2O)。維生素C在有氧情況下通過(guò)自氧化反應(yīng)產(chǎn)生去氫抗壞血酸負(fù)離子自由基(A-)、·和H2O2(H2A→H++HA-，HA-+O2→A-+H++·+2H+→H2O2+O2)，從而誘發(fā)一系列自由基連鎖反應(yīng)，造成機(jī)體氧化損傷。在中性金屬離子的存在下，維生素C可將Fe3+還原形成Fe2+，且還原 Cu2+形成 Cu+，并誘導(dǎo) Fenton反應(yīng)[55]，從而引發(fā)自由基鏈反應(yīng)。另?yè)?jù)報(bào)道，維生素C可以?shī)Z走鐵結(jié)合蛋白的鐵離子，最終誘導(dǎo)氧化應(yīng)激[56]。由此可見，與其在低劑量下抗氧化作用相反的是，在高劑量的維生素C可通過(guò)多種途徑表現(xiàn)出促氧化作用。

3.2.4 異黃酮

異黃酮是天然存在于各種植物中(如大豆)的黃酮類化合物中的一類。異黃酮具有活性羥基，能夠有效清除自由基，螯合金屬離子(Fe2+、Cu2+)，與重金屬形成復(fù)合物，從而降低重金屬的毒性[57]。由于異黃酮能減少自由基形成和清除自由基的抗氧化活性[58-59]，在畜禽生產(chǎn)及食品加工業(yè)，異黃酮作為豬、雞等動(dòng)物的抗氧化劑，并能起到改善肉質(zhì)，延長(zhǎng)肉品貨架期[60-61]。異黃酮發(fā)揮抗氧化作用的可能機(jī)制是:1)提高抗氧化酶促反應(yīng)體系的作用[62];2)通過(guò)提供氫原子和氧自由基結(jié)合[63]，從而減少自由基的產(chǎn)生;3)螯合金屬鐵離子，降低金屬鐵誘導(dǎo)的過(guò)氧化反應(yīng)[64]。

但近年來(lái)的相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，異黃酮在低濃度條件下發(fā)揮抗氧化作用，在高濃度條件下卻表現(xiàn)促氧化作用，導(dǎo)致DNA損傷，細(xì)胞死亡率提高[65-66]。相似的研究報(bào)道，在細(xì)胞培養(yǎng)基中加入高劑量的異黃酮，H2O2的含量明顯增加[67]，表明高劑量的異黃酮具有促氧化作用。許宗運(yùn)[68]報(bào)道，在油脂中添加異黃酮，劑量較低時(shí)防止油脂氧化，但是當(dāng)添加劑量超過(guò)一定限量，在添加初期就發(fā)生助油脂氧化現(xiàn)象。朱宇旌等[69]在豬油中添加苜蓿異黃酮，發(fā)現(xiàn)在較低劑量添加范圍(0.02%～0.2%)內(nèi)，異黃酮對(duì)豬油的抗氧化效果隨添加量的增大而增大，但在較高劑量添加范圍(0.2% ～1%)內(nèi)，異黃酮的抗氧化效果卻隨著添加量的增高而降低。程忠剛等[70]報(bào)道，豬飼料中添加10～20 mg/kg異黃酮能提高機(jī)體抗氧化能力，但隨著劑量的進(jìn)一步添加，機(jī)體GSH-Px與SOD活性下降，機(jī)體抗氧化能力也呈下降趨勢(shì)。細(xì)胞培養(yǎng)試驗(yàn)亦證實(shí)異黃酮在一定條件下表現(xiàn)促氧化效應(yīng)。Lu等[71]發(fā)現(xiàn)，在高濃度條件下，黃酮化合物能夠損傷人的紅細(xì)胞膜蛋白構(gòu)象，造成細(xì)胞嚴(yán)重?fù)p傷。腸內(nèi)皮細(xì)胞培養(yǎng)試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，低濃度異黃酮具有較強(qiáng)的抗氧化作用，但是當(dāng)異黃酮濃度超過(guò)1 mmol/L，不具有抗氧化作用甚至表現(xiàn)促氧化特性[72]。另有研究表明，高劑量的黃酮在紅細(xì)胞內(nèi)能夠產(chǎn)生自由基，降低維生素C、還原型輔酶Ⅰ以及血紅蛋白含量[73]。

目前關(guān)于高劑量異黃酮促氧化機(jī)制的研究報(bào)道尚不多，但初步的研究表明異黃酮的的促氧化機(jī)制可能與抗氧化酶系統(tǒng)的下調(diào)有關(guān)。由于高劑量的異黃酮能顯著降低含巰基的酶的活性[74]，因而可能影響到γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶(γ-GCSyn，合成GSH的限速酶)活性，進(jìn)而降低了GSH在機(jī)體中的生成。研究發(fā)現(xiàn)，高劑量的異黃酮促進(jìn)大鼠體內(nèi)GSH轉(zhuǎn)化為GSSG，顯著降低了GSH/GSSG值，并降低了與其代謝相關(guān)物質(zhì)(如金屬硫蛋白和GSH依賴性酶)的活性[75]。此外，異黃酮由于可氧化生成H2O2[76]，而 H2O2通過(guò)氧化半胱氨酸殘基抑制酪氨酸磷酸化，從而一次激活酪氨酸激酶(如MAPK)及其下游區(qū)域的信號(hào)通路[77]。

3.2.5 α-硫辛酸

α-硫辛酸是一種含有二硫鍵的辛酸衍生物，是線粒體中脫氫酶的含硫輔酶，參與三磷酸腺苷形成過(guò)程中的脫氫反應(yīng)。α-硫辛酸及其主要還原形式——二氫硫辛酸(DHLA)，都屬于含巰基化合物，可以清掃氧自由基，與其他抗氧化劑發(fā)生還原反應(yīng)，并抑制脂質(zhì)過(guò)氧化。α-硫辛酸可通過(guò)4個(gè)方面發(fā)揮抗氧化作用:金屬螯合能力、清除ROS、再生內(nèi)源性抗氧化劑和修復(fù)氧化損傷，可與Mn2+、Cu2+、Zn2+、Cd2+、Pb2+等形成復(fù)合物，并能與維生素C競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合Fe，阻止維生素C將Fe3+還原為Fe2+，參與脂質(zhì)過(guò)氧化損傷的保護(hù)作用。此外，α-硫辛酸可直接清除 ROS，如:·OH、H2O2、1O2、過(guò)氧化亞硝基(·ONOO)和次氯酸等，也可作為氧化還原反應(yīng)鏈中的阻斷劑參與抗氧化[78]。

同前述抗氧化物質(zhì)一樣，硫辛酸也對(duì)機(jī)體或細(xì)胞表現(xiàn)出抗氧化或促氧化的雙重效應(yīng)。α-硫辛酸在清除ROS過(guò)程中，可產(chǎn)生比原來(lái)ROS氧化能力更強(qiáng)的氧化中間產(chǎn)物如含巰自由基(HSRS·)，導(dǎo)致蛋白質(zhì)氧化損傷，從而表現(xiàn)出促氧化效應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)，二氫硫辛酸通過(guò)增加線粒體或線粒體亞結(jié)構(gòu)中·的產(chǎn)生而提高線粒體通透性[78-79]。研究進(jìn)而表明，二氫硫辛酸可誘導(dǎo)肝臟中線粒體膜通透性發(fā)生轉(zhuǎn)化，而該效應(yīng)可受到2，6-二叔丁基對(duì)甲酚(自由基清掃劑)的抑制[80]。這暗示著二氫硫辛酸可能通過(guò)誘導(dǎo) ROS的生成或抑制線粒體抗氧化能力誘發(fā)促氧化效應(yīng)。但，α-硫辛酸的抗氧化或促氧化作用與動(dòng)物的生理代謝狀態(tài)有關(guān)。糖尿病模型小鼠口服α-硫辛酸(每千克體重30 mg)通過(guò)降低NADPH誘導(dǎo)的生成從而對(duì)腎臟發(fā)揮抗氧化作用，但對(duì)于健康小鼠卻表現(xiàn)出促進(jìn)NADPH誘導(dǎo)的·生成，即促氧化作用[81]。目前關(guān)于α-硫辛酸的促氧化機(jī)理還不十分清楚，但相關(guān)研究暗示其促氧化的可能機(jī)制是與DHLA氧化形成巰基自由基或二硫鍵自由基團(tuán)，并通過(guò)自氧化而產(chǎn)生[82]。

4 小結(jié)

總之，抗氧化劑可通過(guò)螯合或清掃已存在的ROS，或抑制ROS的產(chǎn)生，從而發(fā)揮抗氧化作用。但由于抗氧化劑的抗氧化及促氧化的雙重效應(yīng)，目前在人類醫(yī)學(xué)上還沒(méi)有足夠的證據(jù)表明，注射抗氧化劑(如維生素C、維生素E和β-胡蘿卜素等)能有效改善或防止氧化損傷等所引發(fā)的人類疾病[11，83]。此外，已被證明有抗氧化和促氧化雙重性質(zhì)的物質(zhì)還包括蘆薈提取物[84]、綠茶酚[85]、槲皮素等。由此可見，絕大多數(shù)具有抗氧化作用的物質(zhì)在其濃度或動(dòng)物生理?xiàng)l件發(fā)生改變條件下也會(huì)表現(xiàn)出抗氧化→促氧化轉(zhuǎn)變的特點(diǎn)。

生理?xiàng)l件下生成的微量ROS，是細(xì)胞生命中分子信號(hào)傳導(dǎo)的重要信使。正常生理?xiàng)l件下細(xì)胞中低劑量的ROS處于平衡狀態(tài)，并對(duì)維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)和生理功能起著十分重要的作用。當(dāng)通過(guò)基因敲除等多種方式誘發(fā)自由基清除功能的缺失或增加自由基的產(chǎn)生提高ROS的凈生成，都會(huì)對(duì)動(dòng)物和細(xì)胞造成健康損傷甚至引發(fā)死亡[86]。反之，當(dāng)在生理?xiàng)l件下添加抗氧化劑過(guò)度清除ROS，而導(dǎo)致氧化還原失衡，也可誘發(fā)細(xì)胞信號(hào)紊亂，觸發(fā)機(jī)體中自我代償性的促氧化系統(tǒng)的啟動(dòng)。即使在動(dòng)物發(fā)生氧化應(yīng)激條件下補(bǔ)充抗氧化劑，也需考慮劑量效應(yīng)。有研究表明，大劑量補(bǔ)充抗氧化劑易導(dǎo)致患者死亡[87]。由上可知，無(wú)論正常生理?xiàng)l件還是病理?xiàng)l件下大劑量補(bǔ)充抗氧化劑對(duì)機(jī)體是有害的，非氧化應(yīng)激條件下抗氧化劑的補(bǔ)充也存在著促氧化的潛在可能。因而，無(wú)論在醫(yī)學(xué)或動(dòng)物生產(chǎn)中，明確試驗(yàn)對(duì)象的生理狀態(tài)，以及確定適宜的劑量對(duì)抗氧化劑的抗氧化效應(yīng)的發(fā)揮至為關(guān)鍵。

關(guān)于抗氧化劑的促氧化機(jī)理研究目前仍處于探索階段。大多抗氧化劑在清除自由基同時(shí)自身產(chǎn)生活性更強(qiáng)的不對(duì)稱電子自由基，從而誘發(fā)氧化反應(yīng)。但幾乎所有抗氧化劑的促氧化作用都表現(xiàn)為下調(diào)抗氧化系統(tǒng)(酶促或非酶促)，這暗示著這些抗氧化劑可能通過(guò)影響自由基的清除功能，從而表現(xiàn)出促氧化作用。但目前尚不能回答的問(wèn)題是，是否這些抗氧化物質(zhì)都通過(guò)同一途徑啟動(dòng)抗氧化系統(tǒng)的抑制作用?雖然動(dòng)物遭受外來(lái)環(huán)境或病理等應(yīng)激所誘發(fā)的促氧化研究已經(jīng)引起研究者們的廣泛關(guān)注，但對(duì)于外源抗氧化劑的促氧化轉(zhuǎn)變尚未得到足夠的重視，這對(duì)未來(lái)深入認(rèn)識(shí)氧化應(yīng)激及抗氧化研究具有重要的意義。

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