自由基的氧化性损伤及抗氧化药研究应用现状

自由基的氧化性损伤及抗氧化药研究应用现状



概述

一、什么是自由基

又称游离基，系指外层轨道含有未配对的电子、原子团或特殊状态的分子（氢原子是最简单的的自由基），通常在该原子、分子或原子团的右面或右上角用符号(·)表示。

上世纪80年代受到生物医学领域的重视物质由原子构成，原子由原子核和外周分布的电子组成电子轨道存在能量差异，由外层向内层逐渐降低，而电子分布在不同能级的电子轨道上每个轨道最多只能分布两个自旋方向相反的电子，称配对电子。最外层的电子称价电子价电子可与其他原子或分子通过电子连接成新的化合物，连接的两个电子的形态称为键(reactiveoxygenspecies，ROS)：包括超氧阴离子（O2-.(·OH)、过氧化氢（H2O2



二、自由基来源

分外源性、内源性两种。

（一）自由基的体外来源

1、加热

炸制食品可使脂肪裂解，产生自由基。

2、电离辐射

a射线具有高能粒子作用，r射线具有电磁波作用，他们均可使生物体组织成分的分子激活或离子化，导致化学键被断开，生成自由基，对生物体产生损伤。

如可见光、紫外线、X射线均可使共价键断裂生成自由基。皮肤中的蛋白、核酸、黑色素、酪氨酸、胡萝卜素、仆啉类化合物，极易吸收光的能量产生自由基，导致皮肤癌。

3、环境化学污染

我们所处的环境中，存在各种不利于生存的气体，其中许多是自由基产生的前体或自由基反应的诱导物质，如NO、NO2及汽车尾气中的碳化氢，氟利昂等经紫外线照射及光解作用，可以产生多种碳的自由基及卤原子。

（二）自由基的体内来源

红细胞内的氧合血红蛋白可自发转变为高铁血红蛋白，从而铁供出电子给O2生成.O-2（胞质）

细胞内有的酶促反应以O2为受氢体，H2O2可以在Fe2+或Cu+存在下，与O2-.生成HO.（线粒体）

微粒体酶催化药物等非营养性物质羟化时，有黄素蛋白及细胞色素P450及O2参加，反应中有O2-.生成。（线粒体）

体内的醌类化合物，在氧化还原中生成半醌自由基，后者将单电子交给O2成.O2-（线粒体）

吞噬细胞的“呼吸爆发”。

（三）ROS与疾病的关系

1、氧自由基过多的有害作用，表现在可使许多生物大分子，如核酸、蛋白、膜多聚未饱和脂肪酸(PUFA)

2、参与某些疾病的发生，肿瘤、糖尿病、动脉粥样硬化、慢性炎症、人类免疫缺陷病、缺血重灌注损伤、睡眠呼吸暂停综合征等。

（四）自由基的损伤作用

1、自由基对核酸的损伤:

·OH可与核酸的碱基发生化学发应，破坏碱基，从而产生突变，·OH和·H可从核酸的去氧核糖C4部位夺取氢原子，使DNA链断裂或碱基缺失。

DNA的双股螺旋同时被交联，细胞分裂时双股螺旋无法解开，导致细胞死亡。

2、氧自由基对脂类的损伤:

蛋白质被破坏，一些酶活性降低，影响细胞代谢。

细胞膜的脂质过氧化，可引起膜通透性增强，线粒体膨胀，溶酶体酶的释放从而导致细胞膜的结构和功能改变，出现细胞的变性和坏死。

3、氧自由基对糖类的损伤:

自由基可作用于细胞膜上的寡糖链中糖分子的羟基碳，使之氧化成为不饱和碳基或一聚体，引起细胞的多糖链破坏，造成细胞自溶。



第一部分氧化性损伤致器官功能障碍



一、氧应激与动脉粥样硬化（AS）

动脉粥样硬化是以动脉血管壁变硬变厚为特征的多因素性疾病，血管病变区含有单核细胞、增生的平滑肌细胞及细胞外基质。

动脉粥样硬化是一种慢性炎症性疾病，而且与某些高危险因素有密切关系，如高血脂、高血压及糖尿病。

AS主要以内皮细胞损伤、血管平滑肌细胞增殖及内膜下移为特点。

（一）动脉粥样硬化生成的假说

1、致突变学说2、脂源性学说3、脂蛋白氧化应激修饰损伤学说4、受体缺失学说5、细胞因子学说6、病毒学说(LDL)、特别是经过氧化修饰的LDL(OX-LDL)。动脉壁中的内皮细胞、血管平滑肌细胞和单核细胞都可氧化LDL；血浆中铜、铁等金属离子过高时，也可能使LDL氧化形成OX-LDL。

OX-LDL作用：

使内皮细胞变性、坏死、脱落；

促进血管平滑肌细胞增殖：

促进血小板粘附和聚集以及血栓形成；

巨噬细胞吞噬，形成泡沫细胞，成为AS早期损伤

吸引循环中的单核细胞滞留于动脉壁，转变成组织巨噬细胞，参与粥样硬化斑块的形成

刺激单核巨噬细胞导致内皮舒缩功能受损

促进血管平滑肌细胞合成胶原等结缔组织以及促进细胞钙化



二、氧应激与阿尔茨海默病

AD是以认知功能不断减退和大量神经元丧失为特征的神经退行性疾病。AD在65岁以上人群中的发病率为5%，80岁以上为20%，在西方是仅次于心脏病、癌症、中风的第4位死亡原因。

AD的发生除Aβ前体蛋白(APP)、早老素1（PS1）和早老素2（PS2）基因突变有关外，氧应激是AD发生发展的主要诱因。

研究表明，老年期痴呆患者脑内过度氧化的标志物，如脂质过氧化物、蛋白质及核酸氧化物的改变都很明显；脑组织内丙二醛(MDA)含量选择性升高；自由基形成的另外一种重要因素—单胺氧化酶B(MAO-B)的活性，在痴呆患者脑组织及血小板内都显著升高，且与AD症状的严重程度密切相关

（一）ROS在AD中的病理作用

研究证实，AD患者伴有显著的自由基活性的增加和抗氧化反应的降低

脑各区神经元中细胞色素氧化酶的活性低下，从而增加了脑细胞中活性氧的生成；

病灶处神经元中Fe2+增多，这是由于患者大脑皮层和海马回中铝增多，铝能与转铁蛋白结合，穿过血脑屏障，生成羟自由基和诱发脂质过氧化

抗氧化能力下降，表现为谷胱甘肽合成酶活性低下，血浆中维生素A，E和β-胡萝卜素都减少。

ROSβ-淀粉样蛋白(Aβ)对神经细胞的毒性损害：实验证明，无论在Aβ形成过程以及Aβ的神经细胞毒性都有ROS参与



Aβ由Aβ前体蛋白(APP)经分泌蛋白酶水解而来。

APP基因位于21号染色体。APP大约含600个氨基酸，分别经γ、α分泌蛋白酶的降解而为42或43个氨基酸组成的Aβ多肽。

Aβ呈液相状态，进入神经细胞质，凝聚成纤维状而沉积于老年斑块。Aβ纤维和Aβ斑块能直接地或间接地引起神经细胞毒性

Aβ能降低Na+-K+-ATP酶的活性，从而改变膜的极性和流动性，并通过干扰L-型电压依赖性的Ca2+通道来破坏细胞内钙的动态平衡。在此过程中ROS发挥了重要作用，因为ROS能降低Na+-K+-ATP酶的活性，而氧化还原电位的异常将导致细胞内钙稳态的破坏。

另外，Aβ能引起蛋白质过氧化和脂质过氧化，破坏SOD，从而降低细胞抵御氧化应激的能力。

病理学特点：

病变脑及神经元中含有以淀粉样蛋白（Aβ）为主要成分的神经原纤维缠结（NFTs）。

Aβ神经毒性的产生是包含多个途径的复杂过程，氧化应激、炎症反应、钙超载等都参与其中并相互影响，共同导致AD的主要病理改变。因此，通过阻断Aβ产生神经毒性的关键环节，可以达到延缓或阻止AD发展的治疗作用。



（二）清除自由基与AD的治疗

清除自由基，减弱氧化应激：Aβ引起的自由基紊乱是氧化应激与AD之间的重要环节，因此抗氧化剂和自由基清除剂具有潜在的缓解AD发展的作用。维生素E、维生素C、辅酶Q、褪黑素等都能清除自由基，可能成为AD的辅助治疗药物。

银杏叶提取物EGb761也能清除Aβ诱导的自由基，对AD患者的认知功能障碍有所改善



三、氧应激与血管性痴呆

血管性痴呆(vasculardementia,VaD)是发生在脑血管病基础上的以记忆、认知功能缺损为主，或伴有语言、视空间技能及情感或人格障碍的获得性智能的持续性损害。

在欧洲和美国VaD是仅次于阿尔茨海默病(AD)的第二位最常见的痴呆，占全部痴呆的12%～37.2%，从目前我国痴呆流行病学的研究趋势来看，痴呆各型的比例大概为3∶3∶3∶1，即AD占30%，VaD占30%，混合性痴呆占30%，10%为其它类型痴呆。

ROS在VD中的病理作用A2含量增加，造成血管痉挛和血管内凝血，使半暗带的缺血严重，扩大梗死范围。

2、脂质过氧化反应引起细胞损伤：

膜脂改变导致膜功能的障碍和膜酶的损伤

脂质过氧化过程中生成的活性氧对酶和其他细胞成分的损伤

脂质过氧化物的分解产物，特别是醛式产物对细胞及其成分的毒性效应。

由于自由基的醛类产物能够带着原自由基的损伤潜能，从它生成的部位如内质网，扩散到线粒体、核糖体、核和其它细胞成分，因此其对细胞的毒性效应能够在细胞内传播扩增和导致其他细胞成分的损伤。

目前已经明确MDA是学习记损的重要因素，MDA作为自由基对生物细胞膜损伤后的主要代谢产物，能够交链蛋白质、脂类、核酸和糖类,使被交联的物质丧失活性，致使DNA复制转录过程中的解链发生困难，遗传信息的表达受到影响。

3、自由基使蛋白质产生变性、降解从而使蛋白质丧失原有的结构与功能，氧自由基可与碱性基团发生加成反应，使碱基的结构和性质发生变化，造成原核酸分子所携带的遗传信息错失。

4、脑缺后，谷氨酸在神经元突触间隙中异常积聚，可使细胞内氧化型和还原型谷胱甘肽均减少，亦可使谷胱甘肽还原酶活力下降。细胞内谷胱甘肽的减少可抑制H2O2对磷酸戊糖途径的促进作用，使NADPH合成减少，增加活性氧成分对细胞的毒性作用。



四、氧应激与帕金森病

正常大脑黑质特别容易受到氧化损害，其原因包括:



大脑接受了与其重量不成比例的氧耗。

自身保护机制相对薄弱，如与肝脏相比，大脑几乎无过氧化氢酶，而CSH.CSH-Px及维生素E等明显减少。

多巴胺神经元的神经黑素对Fe3＋的高亲和力使黑质聚集高浓度的Fe3＋，并可随时转为活化的Fe2

因此推测PD的发生正是由于自由基的产生与清除之间正常的平衡受到了严重的破坏，最终导致了多巴胺神经元死亡。

（一）PD的自由基产生途径

1、多巴胺通过B型单胺氧化酶（MAO-B）催化或自氧化过程产生大量自由基

2、MPTP是一种派替啶类化学衍生物，它对黑质细胞具有特异性毒性。其神经毒性主要是间接通过其代谢产物MPP+和同时产生的大量自由基，然后影响线粒体的呼吸和化学功能

（二）ROS在PD中的病理作用

DA自氧化和/或环境毒素MPTP或类似化合物氧化代谢中产生的大量自由基和神经细胞膜的脂质过氧化和黑质神经元的破坏密切相关。可使细胞膜不饱和脂肪酸脂质过氧化，继之使神经元发生细胞毒性水肿和兴奋性递质释放，神经元的各种生物酶丧失活性，线粒体损伤，溶酶体膜破裂，大量溶酶体的水解酶进入细胞质，促使神经元发生自溶。

近儿年来，有关氧化应激过度与自由基毒性在PD病程的重要作用已成为人们研究的焦点。减少自由基、抗氧化治疗在PD治疗，已日益受到药物研究者和临床医学家的重视。



五、活性氧与缺血再灌注损伤（IRI）

IRI指在一定条件下恢复血液再灌注后，部分动物或患者的细胞功能代谢障碍及结构破坏不但未获得恢复反而加重的现象。

缺血再灌注能够引发组织损伤，而且是器官移植、心肌梗死和脑卒中最严重的并发症。

（一）缺血再灌注损伤的主要表现

不同组织IRI有不同的反应机制和损伤过程，但其相对共同表现有：

细胞肿胀

微血管堵塞

细胞钙超载

前列腺环素升高



心脏：心功能降低，心律失常。能量代谢异常（氧化磷酸化功能障碍，ATP减少）。超微结构变化（基底膜缺失，收缩带形成，线粒体肿胀）。

脑：细胞膜对钠离子、钙离子及大分子物质的通透性增加，使细胞发生细胞毒性水肿和兴奋性递质释放。脑细胞的各种生物酶活性丧失或转化为对脑细胞有损害的酶。线粒体破坏、功能丧失，钙离子溢出，加速钙超载的进程。溶酶体膜裂解，大量溶酶溢入细胞浆，促使脑细胞发生自溶。

其他器官的IRI：肠管IRI的特征为黏膜损伤（上皮与绒毛分离，上皮坏死）。肾IRI的特征肾功能严重受损。



（二）IRI中的自由基：

（1）黄嘌呤氧化系统

毛细血管内皮细胞存在黄嘌呤氧化酶和其前体黄嘌呤脱氢酶，正常情况下前者为10%，后者为90%。缺血时，过量消耗ATP，导致嘌呤分解代谢产物次黄嘌呤和黄嘌呤的蓄积，在缺血/再灌注条件下，黄嘌呤脱氢酶利用NAD+作为电子受体转化为黄嘌呤氧化酶。随着再灌注血O2O2-.和H2O2O2+H2O——黄嘌呤+O2-.+H2O

黄嘌呤+O2+H2O——尿酸+O2-.+H2O

O2-.通过单电子还原，形成H2O2。H2O2在金属离子参与下，进一步单电子还原，形成.OH

（2）线粒体系统

缺血缺氧可导致呼吸链功能失调，使进入细胞的O2通过单电子还原生成O2-.增加。

（3）花生四烯酸代谢的相关酶系统

缺血早期即造成血管内皮细胞的磷脂膜大量降解生成花生四烯酸，随后缺血组织细胞亦发生相同反应。

花生四烯酸在前列腺素环氧化酶或脂氧化酶作用下生成前列腺素和白三烯等。在前列腺素氢过氧化物酶促使前列腺素G2氧化成前列腺素H2的过程中，通过还原型腺苷酸提供电子如NADPH，可间接生成自由基。

（4）白细胞系统

中性粒细胞、巨噬细胞等均含有黄嘌呤氧化酶、NADPH氧化酶等自由基生成系统，产生大量自由基。同时生成其它生物毒性物质，如中性粒细胞释放的髓过氧化物酶使H2O2生成次氯酸根（CLO-）。

（5）儿茶酚胺的自身氧化

交感-肾上腺髓质系统是机体应激时的重要调节系统。一方面有重要的代偿调节作用，另一方面儿茶酚胺氧化将产生大量自由基，损伤有关细胞和组织。实验证明Adr，Iso，NA引起细胞损伤而且造成心肌损害的是其氧化产物，而非儿茶酚胺本身。

（三）ROS在缺血再灌注损伤中的病理作用

IRI对膜脂质的损伤：脂质过氧化物的形成使膜受体、膜酶和离子通道的脂质微环境改变，从而影响其功能。

IRI对蛋白质的损伤：交联成二聚体或更大的聚合物，使其失去活性，并发生结构改变。

IRI对核酸的损伤反应：染色体畸变，核酸碱基改变或DNA断裂。80%是.OH引起的，因其易与脱氧核糖及碱基反应。



六、活性氧与肝脏疾病

大量研究证明，许多肝脏疾病伴有氧自由基产生增加，这与肝脏疾病损害线粒体呼吸链，产生自由基渗漏有关，及与激活中性粒细胞、单核-巨噬细胞产生自由基有关。大量中性粒细胞进入病变处被激发产生大量超氧阴离子，超氧阴离子及其引发的其它氧自由基，一方面破坏其它细胞，另一方面又进攻中性粒细胞本身，导致正常肝细胞及中性粒细胞的大量死亡，再引起溶酶体大量释放，进一步损伤细胞，导致炎性病变。

肝硬化时脂质过氧化物增高的原因为：肝纤维组织增生，压迫肝组织，导致缺血、缺氧，通过黄嘌呤氧化酶作用产生大量超氧阴离子。

缺血缺氧时肝脏合成SOD减少，清除氧自由基的能力下降。肝脏的解毒能力减低，造成体内毒性物质蓄积，吞噬细胞被激活，产生大量氧自由基。

作为自由基清除剂，硒-谷胱甘肽过氧化酶的缺乏造成自由基及其衍生物在体内蓄积促使并加重肝组织损伤。谷胱甘肽在肝细胞的浓度高，是多种抗氧化过程的辅酶是肝内能量产生与对抗氧应激的重要物质。

免疫功能紊乱是病毒性肝炎重要的发病机制，氧自由基及其脂质过氧化物对人体免疫尤其是细胞免疫有重要作用，可削弱淋巴细胞对有丝分裂原刺激的反应，引起抑制型淋巴细胞和辅助型淋巴细胞比例的改变，降低自然杀伤细胞和白细胞介素-2含量，从而影响免疫功能。

患者体内免疫功能紊乱、炎症反应增强、免疫复合物形成、补体活化及胶原纤维形成均可刺激自由基生成增多，加重肝细胞损伤，若自由基持久增多可引起肝细胞长期损害导致肝炎慢性化。



七、活性氧与药物中毒

药物与酶相互作用的结果之一是药物被代谢成化学性质活泼的活性中间体。现已知很多活性中间体是自由基。

由药物衍生的自由基中间体，可以是碳自由基、氮自由基或氧自由基，它们具有自由基的活泼化学性质，往往成为一些药物具有毒性效应的原因。



（一）能形成O2-.自由基的药物

蒽环类抗生素：是一组抗肿瘤抗生素，其中阿霉素和柔红霉素是二个非常有效的化学治疗剂，长期用药的患者往往在肿瘤治疗出现明显的“疗效”后死于心脏病。

儿茶酚胺：儿茶酚胺是一类3，4-二羟苯丙氨酸（多巴）的取代物，儿茶酚胺是氢醌结构，可以通过氧化作用生成邻苯半醌和醌。已知机体有多种途径使儿茶酚胺生成半醌自由基。

醋氨酚和非那西汀：醋氨酚在体内通过细胞色素P450系统使其氨基上的氮羟化。随后放出H2O2生成高活性的醌亚胺。

醌亚胺细胞毒可能作用机制：



（二）能形成硝基阴离子自由基的药物

硝基化合物

硝基咪唑类：甲硝哒唑、醚醇硝唑

硝基呋喃类：呋喃唑酮、呋喃妥因、呋喃西林

氯霉素

硝基化合物在体内经酶性还原形成阴离子自由基代谢产物，在有氧条件下，可以作为氧的单电子传递体，形成O2-.，在无氧条件下，硝基阴离子自由基本身能歧化形成亚硝基化合物。亚硝基化合物可以进一步还原生成羟胺和胺。

硝基阴离子自由基除能生成O2-.产生毒性效应外，硝基阴离子自由基本身及其代谢物亚硝基和羟胺，都是活性中间产物，能与蛋白或巯基化合物GSH结合，对生物大分子引起损伤。



（三）能形成肼自由基的药物

常用的有苯肼、肼苯哒嗪、异烟肼和异丙异烟肼等。

苯肼、乙酰苯肼在水溶液中会缓慢地氧化形成苯肼自由基，它可以使血红蛋白变性和膜脂类过氧化，引起溶血以及血红素的卟啉环断开并且加上苯基，形成绿色产物。血红蛋白的氧化变性在细胞内形成沉淀物称之为海恩茨氏粒

苯肼哒嗪是血管扩张药，大剂量连续应用有10%-20%患者可产生类风湿性关节炎或播散性红斑性狼疮;异烟肼为抗结核药，久服可引起周围神经炎和肝损伤，以及偶见粒细胞缺乏、血小板减少和贫血等。

肼衍生物这些副作用都与它们在体内产生肼自由基和肼中间代谢物自由基及O2-.有关。



八、氧化应激与衰老

衰老机制与抗衰老的研究是全世界学术界最受重视的领域之一。然而令人遗憾的是。迄今为止虽然产生了多种不同的学说，各种学说也有相当数量的研究证据支持，但无一种学说能够概括全貌。纵观衰老研究的历程，人们意识到，衰老同肿瘤一样，其发生机制极为复杂，而现有的每一种可能都只是“盲人摸象”，仅仅阐释了衰老机制的一个组成部分。

衰老发生的环节：包括基因启动、调控发展、衰老表现、功能退化、损伤积累效应、衰老疾病发生、生命重要脏器（心、肝、脑、肺、肾等）功能耗竭、寿命终结。显然，判定各种学说的地位与重要性的基本尺度应该是在衰老各环节中的作用。首先要考虑的是作用在生命过程中的哪一个层次，比如基因水平还是细胞水平，其次要考虑对机体整体表现的影响度有多大。

端粒、氧化应激与寿命期限：

衰老学说遗传程序学说占重要地位,衰老实际上是某些基因依次开启或关闭的结果。其实质是寿命期限决定说，即认为人类体细胞的端粒长度变化随年龄而缩短是人类固有的生物学年龄的重要标志。1938年Muller在研究果蝇染色体末端时发现了微带性结构，并提出了端粒概念。1991年harley等发现体细胞染色体的端粒DNA可随细胞分裂的次数增加而不断缩短。所以以人肝细胞为例，正常细胞周期为18个月，最少分裂次数90次，得出人类寿命期限135年。氧化应激可使其缩短加速，从而加速细胞的衰老死亡。

衰老的自由基理论：

20世纪50年代denhamHarman提出衰老的自由基理论，认为衰老为：细胞和机体代谢过程产生ROS和自由基；细胞间相互作用过程中通过自由基的介导作用，分子氧在金属离子（Fe2+，Cu，Mg）催化作用下，对细胞及组织内大分子氧化过程中也会产生自由基，自由基在体内的氧化还原作用及对蛋白质、DNA、RNA的损伤，发生相关疾病，因而出现衰老。

自由基可引起结缔组织及大分子的交联，从而阻碍膜物质的扩散并损伤组织活力。其中，胶原蛋白交联可使其失去弹性和膨胀性，是皮肤出现皱纹；DNA、RNA的损伤、交联可导致体细胞突变；膜脂质过氧化可破坏亚细胞器官的完整性，使细胞形态、功能受损。

衰老最明显的标准和典型的表现是皮肤老年斑的产生，即老年人的面部和手部皮肤出现褐色斑块或斑点。此外，某些环境因素也可使皮肤组织发生雀斑、瘙痒、干燥、粗糙或皮炎的改变，既影响美观又不利于皮肤组织发挥其生理作用。

皮肤组织是抵御外界侵害、保障机体健康的重要生理屏障。皮肤由多种细胞和细胞间质组成，其结构功能正常是保证皮肤细腻、富有弹性和光泽的基础。正常情况下，皮肤附属器官——皮脂腺分泌皮脂，以保持皮肤滑润。皮脂：不饱和脂肪酸、饱和脂肪酸、甘油等组成，与汗腺、上皮细胞排出的水分及其他物质共同形成一层乳脂质膜，防止皮肤干燥和破裂。然而，随年龄增长和某些体外因素（日光：产生光毒性和超敏反应）的作用，使机体自由基的产生超过对其的清除能力，此时皮肤组织将同其他组织一样受到自由基的损害，脂质在自由基和氧化物酶作用下形成脂质过氧化物与某些蛋白质和磷脂聚合交联，形成衰老或变性皮肤组织中常见的两类粘稠状物质——脂褐素和蜡样质，使皮肤变黑、粗糙。而且，在自由基作用下，胶原蛋白之间发生共价交联，形成多聚多肽链，使胶原蛋白溶解度降低。这些多聚多肽链可阻碍营养物质的扩散，使皮肤细胞得不到足够的营养供应，造成皮肤组织活力降低，皮肤出现褶皱，失去弹性。

这些反应也可影响其他部位的结缔组织（心肌、血管、肌腱），出现僵硬、含水量减少、弹性降低。脂褐素沉积于神经、肌肉等组织中，影响其功能，继而影响其结构。多数学者认为，这种沉积对机体十分有害，是衰老的原因之一。

目前，我国人口人均寿命72岁，但健康寿命只有60多岁。



第二部分抗氧化损伤药物研究进展



抗氧化剂：凡能干扰氧自由基链锁反应的启动和蔓延过程，从而阻断自由基反应过程的任何物质，统称自由捕捉剂。

在自由基生物学领域里,抗氧化剂与自由基清除剂是同义词。

分类：

1、预防性抗氧化剂：SOD、过氧化氢酶、谷胱甘肽过氧化物酶(GSHpx)、金属络合物如枸橼酸、EDTA和去铁敏等。这类抗氧化剂的作用是阻断自由基的生成。

2、链锁反应阻断剂：自由基捕捉剂或抗氧化剂。

还可分为酶类和非酶类抗氧化剂,通常把体内固有的清除剂称为内源性抗氧化剂,而作为食品或药品从外界摄入者称为外源性抗氧化剂。

20世纪80年代以前，抗氧化剂主要应用于食品工业，以预防食品的酸败，延长保存期限，并保持营养品质。80年代以后，由于发现自由基生物学的作用广泛，特别是在高活性、高含量的自由基或中等剂量自由基的长时间作用可能导致对机体的伤害，因而自由基清除剂受到普遍重视。研究发现，富含抗氧化物质的食物，特别是蔬菜、水果等，具有减少癌症、心血管疾病及白内障的发生趋势。所以，对抗氧化剂的研究越来越成为研究的热点。

由于氧自由的半衰期很短，扩散范围短，所以，抗氧化剂必须满足下列几点要求：

1、适当浓度药物应准确到达目标部位；

2、适当浓度药物到达目标部位应及时；

3、抗氧化剂与毒性自由基反应后本身生成另一种毒性低的自由基；

4、进一步反应又可恢复原来的形式，继续起清除自由基作用。

一、内源性抗氧化剂

（一）抗氧化酶类

1、超氧化物歧化酶(superoxidedismutase，SOD)

是抗氧化防御体系中一类重要的金属酶，有三种同功酶，CuZn-SOD（胞浆中，表达活性高）和Mn-SOD（线粒体中），Fe-SOD（原核生物，维管植物）。体内SOD的合成随外界与生物体内O2-.生成量的增加而增加。

SOD是机体内唯一以O2-.加为底物的酶，使氧自由基产生歧化反应，生成O2和H2O2，H2O2在CAT作用下成O2和H2O。

2、过氧化氢酶(catalase,CAT)

是机体内不需要特殊供体而能够执行第一道抗氧化任务的重要的抗氧化酶。活性高，0℃下每分子每分钟可催化264万个H2O2。

H2O2+H2O2——2H2O+O2

3、非特异性过氧化物酶

含硒谷胱甘肽过氧化物酶：硒谷胱甘肽过氧化物酶（SeGPx），细胞外谷胱甘肽过氧化物酶（eGPx），磷脂氢过氧化物谷胱甘肽过氧化物酶(PHGPx)，它能清除生物膜上的磷脂氢过氧化物，防止生物膜的脂质过氧化

不含硒的谷胱甘肽过氧化物酶：谷胱甘肽硫转移酶(GST)

SeGPx具有重要的抗氧化作用，在硒缺乏相关疾病的诊断中，全血水平降低常作为缺硒的特征为指标。

GPx具有保护所在的生物膜（红细胞膜、线粒体、微粒体）免受氢过氧化物所致的氧化损伤的作用。几乎所有的氢过氧化物均可由GPx催化还原。高度特异性的底物为还原型GSH，能够催化GSH，将体内代谢的脂质氢过氧化物还原成无害的醇类或水。

无机氢过氧化物：2GSH+H2O2——GSSG+2H2O

有机氢过氧化物：2GSH+ROOH——GSSG+2H2O

4、与抗氧化作用相关的其他酶

如醛酮还原酶，它可催化脂肪醛和脂肪醛-谷胱甘肽加成物的还原，以清除脂质过氧化作用的毒性产物。

（二）谷胱甘肽

是由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸组成的小分子三肽化合物。是细胞内含巯基最为丰富的一类化合物。广泛存在于细胞内，以肝内最高，其他依次为脾、肾、肺、脑、心、胰和骨髓，血液中浓度最低。

GSH在体内以两种形式存在，其还原型（GSH）在氧化剂作用下，通过GPx催化，被氧化成氧化型谷胱甘肽（GSSG）。GSSG通过NADPH供氢，在谷胱甘肽还原酶（GSH-R）作用下，又还原成GSH。正常情况下GSSG占总GSH的1~10%，GSH/GSSG下降，可评估脂质氧化损伤的情况。

GSH是细胞合成的抗氧化剂，主要存在于细胞内，是细胞内重要的水溶性抗氧化剂。内源性GSH的重要作用之一是保护蛋白巯基免受氧化损伤。

GSH具有多种功能，参与药物与污染物的解毒作用，并对肝脏功能有保健功能。对于增强免疫功能十分重要，增加GSH能逆转与衰老相关的免疫功能的迅速下降。GSH参与氨基酸的贮存与运输。



二、外源性抗氧化剂

(一)维生素E

又称a-生育酚或a-妊娠醇，为脂溶性分子，人体不能合成，只能由食物供给。未精炼的植物油，坚果、坚果油、米糠油、大麦均有VE存在，绿叶蔬菜中也有少量。但大多数VE在精炼加工中丢失，我们膳食中经常缺乏，需补充。但补充的人工合成VE活性较低。

VE在机体中主要存在于内质网、线粒体膜、肾上腺和血液脂蛋白内。

其抗氧化作用的主要机制是该分子结构上酚羟基的氢原子供给氧自由基或脂自由基(R·，ROO·，RO·)，使之还原成脂氢过氧化物(ROOH)，后者由GSHpx分解成无毒性的羟化物，生物膜上PUFA（多不饱和脂肪酸E本身在提供其酚羟基上的氢原子后，自身氧化生成一种比较稳定的和毒性较低的自由基，在维生素C作用下，提供电子，使其恢复为原形，重新发挥自由基消除作用。其方式如下：

VE的抗病作用：

抗癌作用：临床观察发现，多食富含VE的食物其患癌率明显低于常规膳食人群。美国研究发现老人服用VE肿瘤的死亡率减少41%，心脏病的死亡率减少40%。

抗心血管疾病作用：87000女护士调查，补充VE2年，严重心脏病的发病率41%，29000男性降低37%

抗阿尔茨海默病作用

抗白内障作用

抗关节炎和炎症作用



（二）维生素C

人体不能合成，需要在食物中补充。

维生素C是参与胶原合成的脯氨酸羟化酶和赖氨酸羟化酶的辅助因子，维生素C缺乏的人易患坏血病，不能合成正常纤维，伤后难愈合。

维生素C的最突出特性是它的还原性，维生素C是血浆中最有效的抗氧化剂，通过还原作用消除有害氧自由基的毒性。其抗氧化作用表现在可以与O2-.、HOO.OH.迅速反应，生成半脱氢抗坏血酸，还能清除单线态氧，还原硫自由基。

AH2+O2-.+H——H2O2+AH.

AH2+.OH——H2O+AH.

AH2+R.——RH+AH.

Vc的抗病作用：

抗坏血病作用：

抗心血管疾病作用：

抗癌作用

抗糖尿病作用

抗白内障作用

抗感冒作用



（三）β-胡萝卜素(β-carotene)

β-胡萝卜素可直接有效地清除O2-自由基、提高动物体内谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px),保护细胞内DNA和蛋白质免受自由基损伤。

（四）硒

稀有微量元素，多以硒代半胱氨酸形式存在，为含硒GSHpx的活性部分。

存在于多种蔬菜和食物中，其中以大蒜、洋葱、小麦胚芽、奶油、全谷类、红葡萄、甘蓝、鸡蛋黄或海产类含量较高。

GSHpx为有效的抗氧化酶，能阻断或减轻脂质过氧化连锁反应。硒缺乏时，GSHpx的含量和活性均降低，不利于体内自由基的清除；增加血中硒的水平，可使Se-GSHpx的含量和活性均提高。



三、中药及其成分

（一）黄酮类化合物

黄酮类化合物是一大类低分子、以二苯基色原酮为母核的天然植物成分，其大家族主要包括原花青素、花色素、黄酮醇、黄烷酮、黄烷酮醇、新黄酮、双黄酮、异黄酮等，多具颜色，广泛存在于药用植物中，具有多种生物活性。

主要通过直接捕捉和清除超氧阴离子和过氧化氢等自由基，对自由基起一种氢原子供体的作用，通过夺氢反应生成自由基中间体而阻断或终止自由基连锁反应链，从而阻止或抑制氧自由基反应和脂质过氧化反应，抑制脂质过氧化物(LPO)及其代谢产物丙二醛(MDA)和共轭二烯等毒性物质的生成。参与调节和提高体内抗氧化酶的活性。

抗氧化原理直接清除自由基抑制NOS抑制氧化酶系，激活抗氧化酶系络合诱导氧化的金属离子抑制中性粒细胞脱颗粒再生体内抗氧化系统



银杏叶黄酮(GF)，其分子中含有还原性羟基，可直接发挥抗氧化作用，具有显著升高体内抗氧化物质含量和抗氧化酶活性的作用。

甘草黄酮的组分保肝作用也与其抗氧化作用有关

丹参酮可有效缓解稳定型心绞痛患者的临床症状，改善心肌缺血，此效果与抗氧化作用有关

黄芪总皂苷及黄芪总黄酮对多种自由基有良好的清除作用

淫羊藿总黄酮具有补肾阳、强筋骨、祛风湿等作用，可抑制炎症渗出物中MDA的含量，降低脂质过氧化，提高肝脏SOD、CAT活性。特别对激素缺乏、免疫功能低下引起的老年性骨质疏松等具有良好的治疗作用



（二）酚类化合物

对来自山葡萄籽中的多酚类化合物(+)-儿茶素、原花青素和山葡萄素进行抗脂质过氧化研究，从其构效关系分析，发现带有没食子酰基的多酚具有更强的抗氧化活性，二聚体的抗氧化活性均比单体(+)-儿茶素的活性强。研究认为，原花青素及山葡萄素的抗氧化活性强于维生素E，且这类多酚的抗氧化活性强弱与取代类型及聚合方式密切相关。

绿茶成分中所含有的儿茶酚具有抗氧化及激活机体内部抗氧化酶系，增强机体内SOD活性，减少自由基代谢产物含量，提高自身抗氧化能力的作用，是一种有效的抗氧化剂。



（三）皂苷类

许多中药均含有皂苷，如人参、知母、柴胡、牛膝、桔梗、麦门冬、绞股兰、红景天等，为很好的抗氧化和增强免疫功能的天然制剂。

人参皂苷具有抗自由基氧化作用，可有效抑制氧自由基引起的海马神经元损伤。

知母皂昔对活性氧自由基有较好的清除作用。

金丝桃苷可显著抑制大鼠脑缺血时氧自由基生成增加，抑制SOD和乳酸脱氢酶(LDH)活性的降低，对脑缺血损伤有很好的保护作用。

三七皂苷对沙鼠脑缺血一再灌注产生的自由基有较好的清除作用，可有效防护缺血-再灌注引起的脑损伤。

红景天皂苷可降低老龄小鼠肝内过氧化脂质和心脏脂褐素的含量。



（四）多糖类

近年来发现，许多中药富含活性多糖成分，具有促进机体免疫功能、抗肿瘤、抗细菌、抗病毒、抗寄生虫以及抗辐射等作用，临床用于治疗肝炎、癌症、艾滋病等。



如人参多糖、黄茂多糖的免疫增强作用，香菇、猪苓多糖的抗肿瘤作用，银耳多糖的保护肝细胞作用，芦荟多糖的抗肿瘤和抗艾滋病毒作用等，都与其抗氧化作用密切相关



（五）其它中药化学成分

除了以上几大类的中药主要成分在自由基清除中起着重要作用外，其它富含生物碱类、蒽醌类、蛋白质和酶类以及微量元素的一些中药也有抗氧化作用。

苦豆碱对氧自由基有清除作用，

主要含有蒽醌的大黄是作用很强的自由基清除剂和脂质过氧化抑制剂，化学发光法检测显示对多种自由基有广谱清除作用。

以粗蛋白为主的冬虫夏草对氧自由基也有较好的清除作用。

石斛的抗氧化作用与其富含微量元素Se有关，而Se作为抗氧化酶GSH-px的活性结构组成部分，通过该酶催化过氧化氢或过氧化脂质还原，减少过氧化脂质的生成及破坏作用，从而起到保护细胞膜和DNA等的作用。



三、抗氧化剂研究的发展趋势

1、天然抗氧化剂日益受到重视



2、植物抗氧化剂的提取利用成为时尚

3、针对疾病，研究抗氧化剂的特殊用途4、更重视多功能复合抗氧化剂的整体有效性





氧自由基及抗氧化生化学基本方法

超氧阴离子测定

过氧化氢测定

羟自由基测定

过氧化产物测定

MDA、脂褐质、LPO

抗氧化酶活性测定

CAT、GSHPX、SOD