《氧化应激的机制》课件

氧化应激的机制氧化应激是机体内氧化与抗氧化系统失衡的状态，当自由基和活性氧（）产生过多或抗氧化防御能力下降时，就会导致氧化应激这种状态ROS会对细胞中的蛋白质、脂质和等生物大分子造成损伤，与多种疾病的发DNA生发展密切相关目录氧化应激概述包括氧化应激的定义、重要性及研究历史自由基与活性氧自由基概念、类型及活性氧的来源与生理作用氧化应激的产生机制基本原理及内源性、外源性影响因素氧化应激的影响与相关疾病对生物大分子的影响及与多种疾病的关系抗氧化防御机制及检测方法酶促与非酶促抗氧化系统及氧化应激的检测技术氧化应激的调控策略第一部分氧化应激概述定义与概念1氧化与抗氧化系统失衡重要性分析2在生命过程中的关键作用研究历史3重要发现与理论发展什么是氧化应激？定义特征表现氧化应激是指体内氧化与抗氧化氧化应激状态下，中性粒细胞会作用失衡的状态，当自由基和活发生炎性浸润，蛋白酶分泌增性氧产生过多，或抗氧化防御系加，同时产生大量氧化中间产统功能不足时，机体倾向于氧化物，这些变化共同导致细胞结构状态，导致一系列生物学反应和和功能的损伤病理变化平衡失调氧化应激的重要性疾病关联细胞功能影响12氧化应激与多种疾病密切相适度的氧化应激在细胞信号转关，包括心血管疾病、神经退导和基因表达调控中发挥重要行性疾病、癌症、糖尿病以及作用然而，过度的氧化应激衰老等了解氧化应激机制有会导致细胞结构损伤、功能障助于阐明这些疾病的发病机碍，甚至引发细胞死亡，缩短理，为临床治疗提供新思路细胞寿命生理病理意义氧化应激研究历史年11954哈伯和维斯（）首次提出自由基衰老理论，认为自由基损伤是衰老Harman的主要原因，这被视为氧化应激研究的开端年21969麦考德和弗里多维奇（）发现超氧化物歧化酶（），McCordFridovich SOD证实生物体内存在抗氧化防御系统，为氧化应激研究奠定基础年31985赫尔姆特西斯（）首次正式提出氧化应激概念，将其定义为氧·Helmut Sies化剂和抗氧化剂之间的不平衡状态年后42000随着分子生物学技术发展，氧化应激研究进入分子机制阶段，特别是Nrf2-通路等抗氧化信号途径的发现，极大推动了该领域发展Keap1第二部分自由基与活性氧自由基类型自由基概念超氧阴离子、羟基自由基等21不成对电子的原子或分子活性氧概述含氧的活性分子种类35生理作用活性氧来源信号传导、免疫防御等4线粒体、氧化酶等NADPH自由基和活性氧是氧化应激研究的核心概念自由基是指含有不成对电子的原子或分子，具有高度不稳定性和反应活性活性氧（）则是一类含氧的活性分子，包括自由基和非自由基形式它们不仅参与正常的生理过程，也是引发氧化损伤的关键因素ROS自由基的概念自由基定义自由基特点自由基是含有一个或多个不成对电子的自由基最显著的特点是高度不稳定和反原子、原子团或分子由于电子倾向于应活性强它们的寿命极短，通常以纳成对存在，不成对电子使自由基具有极秒或微秒计，但反应速度极快，可以迅高的化学反应活性，容易与周围分子发速攻击周围的生物分子此外，自由基生反应，获取或给出电子以达到稳定状反应常呈链式反应特点，一个自由基可态以引发一系列连锁反应在生物体内，自由基的产生和清除处于动态平衡状态适量的自由基参与正常的生理功能，如细胞信号传导和免疫防御；但过量的自由基会打破这种平衡，引起氧化应激，损伤细胞成分常见自由基类型超氧阴离子自由基羟基自由基过氧自由基OH•ROO•O₂•-生物体内反应性最强的主要由脂质与氧气反应由分子氧得到一个电子自由基，可通过形成，是脂质过氧化过形成，是最常见的自由反应（⁺与程中的重要中间产物Fenton Fe²基之一主要来源于线₂₂反应）或具有较长的半衰期和较H O粒体呼吸链和反应产强的脂溶性，能够穿透NADPH Haber-Weiss氧化酶系统虽然反应生由于其极高的反应细胞膜，在脂质过氧化性相对较弱，但可转化活性，能与几乎所有的链式反应中起关键作为更具损伤性的自由生物分子发生反应，造用基，是许多氧化损伤的成严重的氧化损伤始动剂活性氧（）概述ROS活性氧定义1含氧的高活性分子种类主要类型2包括自由基和非自由基形式特性3化学反应活性强、寿命短生物学意义4双重作用信号分子与损伤因子活性氧是一类包含氧的反应性分子的总称，既包括氧自由基（如超氧阴离子自由基₂、羟基自由基等），也包括非自由基形式的活性氧（如过氧化氢O•-OH•₂₂、单线态氧₂等）这些分子虽然结构和性质各异，但都具有较强的氧化能力，能够与生物大分子发生反应H O¹O在正常生理条件下，的产生和清除处于动态平衡状态适量的作为信号分子参与细胞信号传导和基因表达调控；而过量的则会引起氧化损伤，导ROS ROS ROS致氧化应激状态的来源ROS线粒体电子传递链氧化酶其他酶系统NADPH线粒体是细胞内产生的主要场所在氧化酶是一种专门产生的酶黄嘌呤氧化酶和细胞色素系统也是重ROS NADPH ROS P450电子传递链中，约的氧气未完全还原复合物，主要存在于吞噬细胞和血管内皮要的来源前者主要在嘌呤代谢过程1-3%ROS为水，而是形成超氧阴离子自由基主要细胞中它催化将电子转移给氧中产生超氧阴离子和过氧化氢；后者在药NADPH在复合物和复合物处发生电子泄漏，随气，形成超氧阴离子自由基，在免疫防御物和毒物代谢过程中可能导致产生I IIIROS后产生₂中发挥重要作用O•-的生理作用ROS细胞信号传导免疫防御12适量的作为重要的第二信吞噬细胞（如中性粒细胞和巨ROS使参与细胞信号传导它们可噬细胞）利用氧化酶NADPH以通过氧化蛋白质中的特定巯产生大量，形成氧化爆ROS基，调节蛋白质的结构和功发，直接杀死病原微生物能，从而影响下游信号通路这是先天性免疫系统的重要防例如，₂₂可以抑制蛋白御机制，对抵抗感染至关重H O酪氨酸磷酸酶的活性，增强受要体酪氨酸激酶信号基因表达调控3可以影响多种转录因子的活性，如、和等，从而κROS NF-B AP-1Nrf2调节基因表达例如，氧化应激可激活，促进抗氧化基因表达，Nrf2这是细胞适应性防御机制的重要组成部分第三部分氧化应激的产生机制基本原理产生与清除平衡失调ROS内源性因素线粒体功能障碍、炎症等外源性因素环境污染物、辐射、药物等分子机制氧化还原失衡、信号通路异常氧化应激的产生是一个复杂的过程，涉及多种因素和机制本部分将详细探讨氧化应激产生的基本原理、影响因素以及关键分子机制，包括线粒体功能障碍和氧化NADPH酶的作用等，帮助我们深入理解氧化应激状态是如何形成的氧化应激产生的基本原理氧化还原平衡失调抗氧化防御系统功能下降氧化应激本质上是氧化与抗氧化系统之间平衡的破坏正常情况抗氧化防御系统包括酶促和非酶促两部分酶促系统主要包括超下，机体通过精密的调控机制维持的产生和清除平衡，确氧化物歧化酶、过氧化氢酶和谷胱甘肽过氧化物酶ROS SOD CAT保细胞内氧化还原状态的稳定等；非酶促系统包括维生素、维生素、谷胱甘肽等GPx C E当产生过多或抗氧化防御能力下降时，这种平衡被打破，ROS导致氧化应激状态这种失衡可能源于产生增加、抗氧化这些抗氧化系统的活性降低或含量减少，会导致机体清除ROS ROS物质减少，或两者同时发生的能力下降，引发氧化应激这种下降可能由基因表达改变、蛋白质修饰或辅因子缺乏等原因导致内源性因素线粒体功能障碍炎症反应12线粒体是细胞能量代谢的中心，也炎症过程中，吞噬细胞大量浸润并是产生的主要场所当线粒体被激活，通过氧化酶系统ROS NADPH功能出现障碍时，如电子传递链效产生大量，参与对病原体的杀ROS率降低、线粒体突变或线粒伤然而，这些也可能损伤周DNA ROS体膜通透性改变等，会导致产围正常组织，形成旁观者损伤ROS生增加特别是电子传递链中的电此外，炎症因子（如α、βTNF-IL-1子泄漏增加，将直接增加超氧阴离等）可以激活细胞内产生系ROS子自由基的产生，引发氧化应激统，进一步促进氧化应激细胞代谢异常3细胞代谢异常，如糖代谢紊乱、脂质代谢障碍等，也是引发氧化应激的重要因素例如，高血糖状态下，糖基化终产物增加，可刺激产生；脂质代谢障ROS碍则可能导致脂质过氧化增加，进一步加剧氧化应激外源性因素环境污染物辐射药物和化学物质各种环境污染物，如大气颗粒物、重金紫外线、射线和γ射线等辐射可直接或间某些药物和化学物质在体内代谢过程中可X属、农药、工业废料等，可通过不同机制接引起氧化应激电离辐射能引起水分子产生活性中间代谢物，引起氧化应激例诱导氧化应激它们可能直接产生自由电离，产生大量活性自由基，如羟基自由如，解热镇痛药对乙酰氨基酚过量使用可基，也可能通过干扰细胞内氧化还原系基这些自由基能迅速攻击周围生物分导致其代谢物积累，耗竭肝细胞谷NAPQI统，间接增加产生或降低抗氧化能子，造成断裂、蛋白质变性和脂质过胱甘肽，引起严重氧化应激和肝损伤ROS DNA力例如，可刺激肺部炎症反应，氧化等氧化损伤PM

2.5增加产生ROS线粒体与氧化应激电子泄漏与产生线粒体损伤ROS DNA1呼吸链复合物和处发生电子泄漏更易受氧化损伤I IIImtDNA2功能障碍恶性循环线粒体膜电位下降43损伤加剧产生形成循环影响合成和能量代谢ROS ATP线粒体是细胞内产生的主要场所，约的细胞来源于线粒体在电子传递链中，少量电子会泄漏并与氧分子结合形成超氧阴离子自由ROS90%ROS基这种泄漏主要发生在复合物（脱氢酶）和复合物（细胞色素还原酶）处I NADHIII c线粒体（）由于缺乏组蛋白保护和修复系统不完善，比核更容易受到氧化损伤的损伤会影响呼吸链蛋白的合成，导致电DNA mtDNADNA mtDNA子传递效率下降，更多电子泄漏，产生更多，形成恶性循环，进一步加剧氧化应激ROS氧化酶与氧化应激NADPH结构与功能细胞表达分布氧化酶是一种多亚基酶复合氧化酶最初在吞噬细胞中发NADPH NADPH物，包括膜结合组分（如现，负责产生呼吸爆发现象中的大gp91phox和形成的细胞色素）量现在已知它在多种细胞中都p22phox b558ROS和细胞质组分（如、有表达，包括血管内皮细胞、平滑肌p47phox和）活化后，细胞、成纤维细胞和神经元等不同p67phox p40phox细胞质组分转位至膜，与膜组分结合细胞类型表达的氧化酶亚型NADPH形成完整的酶复合物，催化可能不同，如、、NADPH NOX1NOX2将电子转移给氧气，形成超氧阴离子、等NOX3NOX4自由基激活机制与调控氧化酶的激活受多种信号分子调控，包括生长因子、细胞因子、激素、缺NADPH氧等这些信号通过不同途径激活氧化酶，如细胞质组分磷酸化、小蛋NADPH G白活化、钙离子浓度升高等过度激活氧化酶是多种病理状态下氧Rac NADPH化应激的重要来源第四部分氧化应激的影响生物大分子氧化1蛋白质、脂质、损伤DNA信号通路干扰

2、、通路κNF-B Nrf2MAPK细胞命运改变3凋亡、自噬、坏死等氧化应激对生物体的影响是多方面的，从分子水平到细胞水平，再到组织和器官水平本部分将重点讨论氧化应激对生物大分子（蛋白质、脂质和）的氧化修饰，以及对细胞信号通路和细胞命运的影响，包括细胞凋亡和自噬等过程DNA对生物大分子的影响蛋白质氧化脂质过氧化损伤DNA可以氧化蛋白质中不饱和脂肪酸由于含有可以攻击分ROS ROS DNA的氨基酸残基，导致蛋双键，特别容易受到自子，导致碱基修饰、单白质结构和功能改变由基攻击，发生脂质过链和双链断裂、DNA-常见的蛋白质氧化修饰氧化反应这一过程产蛋白质交联等其中最包括巯基氧化、酪氨酸生的脂质过氧化物和醛常见的是鸟嘌呤氧化为硝化、赖氨酸羰基化类产物（如和羟基脱氧鸟苷（MDA4-8--2-8-等这些修饰可能导致）具有细胞毒性，）氧化损HNE OHdG DNA蛋白质活性下降、构象能进一步损伤蛋白质和伤如果不能及时修复，改变、聚集或降解加速，扩大氧化损伤范会导致突变和基因组不DNA等围稳定性蛋白质氧化氨基酸残基修饰结构和功能影响降解和聚集蛋白质中的氨基酸残基对的敏感性氧化修饰会影响蛋白质的三级结构和四轻度氧化的蛋白质可被细胞蛋白酶体系ROS不同最易受氧化的是含硫氨基酸（半级结构，导致蛋白质失活、功能改变或统选择性识别和降解，这是细胞清除受胱氨酸和蛋氨酸）和芳香族氨基酸（色完全丧失例如，酶的活性中心如含有损蛋白质的重要机制然而，严重氧化氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸）半胱氨酸关键的半胱氨酸残基，氧化后可能导致的蛋白质可能形成交联聚集体，不易被的巯基可被氧化形成亚砜、酶活性显著下降降解，反而可能抑制蛋白酶体功能-SH-SOH砜₂或磺酸₃，或与另一-SO H-SO H某些蛋白质氧化后会暴露出疏水区域，氧化蛋白质的累积是生物体衰老和多种个巯基形成二硫键增加聚集倾向蛋白质聚集是多种神经疾病的重要特征开发针对氧化蛋白质蛋白质羰基化是另一种常见的氧化修退行性疾病（如阿尔茨海默病、帕金森的检测和清除策略，对疾病治疗具有重饰，主要发生在赖氨酸、精氨酸、脯氨病）的共同特征，与氧化应激密切相要意义酸和苏氨酸残基上蛋白质羰基含量是关评估蛋白质氧化程度的重要指标脂质过氧化起始阶段自由基（如）攻击不饱和脂肪酸，夺取氢原子，形成脂质自由基（）不饱和脂肪OH•L•酸双键附近的亚甲基氢原子特别容易被夺取，因为形成的自由基可以通过共振稳定传播阶段脂质自由基与氧分子结合形成脂质过氧自由基（），后者可继续攻击另一分子脂肪LOO•酸，夺取氢原子形成脂质氢过氧化物（）和新的脂质自由基，从而形成链式反应LOOH终止阶段当两个自由基相遇并发生反应，或自由基被抗氧化剂（如维生素）捕获时，链式反应终E止此外，可在过渡金属（如⁺）存在下分解为醛类产物LOOH Fe²脂质过氧化的主要产物包括丙二醛（）和羟基壬烯醛（）等醛类物质这些产物可与蛋白质MDA4-HNE和发生交联反应，进一步扩大损伤范围是最常用的脂质过氧化标志物，可通过硫代巴比妥酸DNA MDA反应测定脂质过氧化会改变细胞膜的流动性、通透性和完整性，影响膜蛋白功能和细胞信号传导严重时可导致细胞膜破裂和细胞死亡损伤DNA碱基修饰链断裂12可攻击碱基，导致多种特别是羟基自由基（）ROS DNA ROS OH•氧化修饰产物其中最常见的是鸟可攻击骨架中的脱氧核糖，DNA嘌呤氧化为羟基脱氧鸟苷导致磷酸二酯键断裂，形成8--2-DNA（），它是评估氧化单链断裂两个靠近的单链8-OHdG DNASSB损伤的重要生物标志物断裂可导致双链断裂，后者8-OHdG DSB可引起→转换，导致基因突对细胞更具破坏性此外，GC TADNA变其他常见的碱基修饰还修复过程中的切除修复也可能产生DNA包括胸腺嘧啶糖醇、羟基腺嘌呤暂时性的链断裂8-等染色体异常3严重的损伤特别是双链断裂如果修复不正确，可导致染色体断裂、重排和DNA缺失等染色体结构异常持续的氧化应激会使这些染色体异常累积，增加基因组不稳定性，这是癌症发生的重要因素之一同时，端粒序列也特别易受氧化损伤，加速端粒缩短和细胞衰老氧化应激与细胞信号通路氧化应激可影响多种细胞信号通路，调节基因表达和细胞命运κ通路是最重要的炎症相关通路之一，可被激活，促进炎症因子表达，形成氧化应激NF-B ROS-炎症的恶性循环此外，还可活化κ激酶（），促进κ降解，导致κ入核ROS I B IKKIB NF-B通路是主要的抗氧化应激通路正常情况下，与结合，被靶向降解；氧化应激条件下，氧化上的关键巯基，导致释放Nrf2-Keap1Nrf2Keap1ROS Keap1Nrf2并入核，激活抗氧化反应元件（）相关基因表达家族（包括、和）也可被氧化应激激活，参与调控细胞增殖、分化和凋亡ARE MAPKERK JNKp38氧化应激与细胞凋亡线粒体通路死亡受体通路内质网应激氧化应激可引起线粒体膜通透性改变，促氧化应激可增加死亡受体（如、氧化应激可导致内质网应激，上调Fas TNF-CHOP进细胞色素释放到细胞质，激活、）及其配体的表达，或使受（同源蛋白）表达，下调表c R1TRAIL-R C/EBP Bcl-2和下游效应，如体聚集，增强死亡信号当配体与受体结达，激活和，促进细胞凋Caspase-9Caspase JNKCaspase-12，导致细胞凋亡还可上合后，招募适配蛋白，形成死亡诱亡此外，内质网钙释放增加也参与凋亡Caspase-3ROS FADD调促凋亡蛋白和，下调抗凋亡蛋导信号复合物（），激活调控持续的内质网应激被认为是多种疾Bax BakDISC Caspase-白和的表达，进一步促进细胞，进而激活下游，引发细胞病发病机制的重要环节Bcl-2Bcl-xL8/10Caspase凋亡凋亡氧化应激与细胞自噬自噬的诱导机制线粒体自噬自噬与氧化应激的双向调节氧化应激是自噬的重要诱导因素线粒体自噬是选择性降解自噬与氧化应激之间存在复杂的双向调ROS Mitophagy可激活多种自噬相关信号通路一方受损线粒体的过程，对维持线粒体质量节关系适度的自噬有助于清除受损细面，可抑制活性，解除对自和功能至关重要氧化应激导致的线粒胞器和氧化蛋白，减轻氧化应激；但过ROS mTOR噬的抑制；另一方面，可激活体膜电位下降可激活通度或持续的自噬可能导致自噬性细胞死ROS PINK1-Parkin，促进磷酸化，启动自噬路，促进线粒体自噬被招募到亡另一方面，自噬相关蛋白如也AMPK ULK1Parkin Atg4此外，还可通过激活，促进受损线粒体表面，泛素化线粒体外膜蛋可被直接氧化修饰，影响自噬进ROS JNKROS与解离，增强自噬活性白，招募自噬受体如，与相互作程了解这种相互作用对靶向治疗氧化Beclin-1Bcl-2p62LC3用，将线粒体靶向自噬体应激相关疾病具有重要意义第五部分氧化应激与疾病心血管疾病神经退行性疾病动脉粥样硬化、高血压、心肌缺血阿尔茨海默病、帕金森病12炎症性疾病癌症63关节炎、炎症性肠病细胞转化、肿瘤进展、转移衰老代谢性疾病54细胞衰老、器官功能下降糖尿病、肥胖、脂肪肝氧化应激与多种疾病的发生发展密切相关本部分将详细探讨氧化应激在心血管疾病、神经退行性疾病、癌症、代谢性疾病、衰老和炎症性疾病中的作用机制，以及氧化应激作为疾病发生和发展的共同机制，如何贯穿不同病理过程氧化应激与心血管疾病动脉粥样硬化高血压12氧化应激在动脉粥样硬化发生发展中扮氧化应激与高血压的发生发展密切相演核心角色促进低密度脂蛋白关可通过多种机制促进血压升ROS ROS氧化，氧化被巨噬细胞大量高降低一氧化氮生物利用度，破LDL LDLNO摄取，形成泡沫细胞，这是动脉粥样硬坏血管舒张功能；刺激血管收缩物质化的早期标志此外，还可破坏内（如内皮素）的产生；促进血管重构ROS-1皮功能，促进血管炎症，增加血管平滑和肾脏损伤，影响血压调节NADPH肌细胞增殖和迁移，加速斑块形成和不氧化酶是血管和肾脏中产生的主要ROS稳定化多项研究表明，抗氧化治疗可来源，其活性增加与多种高血压模型相能有助于预防动脉粥样硬化的发生发关，成为潜在的治疗靶点展心肌缺血再灌注损伤3心肌缺血再灌注后，产生显著增加，是再灌注损伤的主要原因之一缺血期间，ROS ATP水平下降，钙超载，黄嘌呤氧化酶活性增加；再灌注时，大量氧气涌入，与上述因素共同导致氧化爆发可直接损伤心肌细胞膜，破坏线粒体功能，激活炎症反应，最终ROS导致心肌细胞凋亡和坏死保护性介入策略和抗氧化治疗有望减轻再灌注损伤氧化应激与神经退行性疾病阿尔茨海默病帕金森病多发性硬化阿尔茨海默病的特征是β淀粉样蛋白β沉积帕金森病的主要病理特征是黑质多巴胺能神经多发性硬化是一种自身免疫性脱髓鞘疾病氧-A和神经纤维缠结氧化应激与这两种病理特征元变性和α突触核蛋白聚集形成的路易体多化应激与其病理过程密切相关活化的免疫细-密切相关促进β产生和聚集，而β又巴胺代谢本身产生₂₂和其他，使多胞（如巨噬细胞和小胶质细胞）产生大量ROS AA H O ROS ROS可增加产生，形成恶性循环；此外，巴胺能神经元特别脆弱此外，线粒体复合物和一氧化氮，共同形成强氧化剂过氧亚硝酸盐ROS ROSI还可促进蛋白过度磷酸化，加速神经纤维功能障碍是帕金森病的重要特征，会导致（⁻），直接损伤髓鞘和少突胶质细tau ROSONOO缠结形成脑组织特别易受氧化损伤，因其高产生增加铁的积累和谷胱甘肽的减少进一步胞氧化应激还可破坏血脑屏障，促进免疫细氧消耗、丰富的多不饱和脂肪酸及相对较弱的加剧黑质区域的氧化应激，促进α突触核蛋白胞浸润，加剧神经炎症和脱髓鞘过程靶向氧-抗氧化防御系统错误折叠和聚集化应激的治疗策略在多发性硬化中显示出一定前景氧化应激与癌症致癌作用机制肿瘤进展与转移药物耐药性氧化应激通过多种机制促进癌变氧化损伤肿瘤细胞通常处于较高的氧化应激状态，但同时上氧化应激与肿瘤药物耐药性密切相关许多化疗药DNA导致基因突变，特别是原癌基因激活和抑癌基因失调抗氧化防御系统，达到新的氧化还原平衡适度物通过诱导产生杀伤肿瘤细胞，但肿瘤细胞ROS活；蛋白质氧化修饰影响信号通路功能，如κ升高的水平有利于肿瘤细胞增殖、侵袭和转可通过上调抗氧化防御系统（如通NF-B ROSNrf2-Keap1和等促生长信号通路激活；表观遗传修饰改移促进血管生成因子表达，如，增加肿瘤路）产生耐药性此外，还可激活多种耐药MAPK VEGFROS变，如甲基化模式异常和组蛋白修饰变化，血供；激活上皮间充质转化相关信号通路，相关信号通路，如，促进药物外排转运DNA-EMT PI3K/Akt导致基因表达谱改变持续的氧化应激状态会不断如β，增强侵袭能力；通过体表达，或修复系统增强，减少药物效应TGF-/Smad MatrixDNA累积这些变化，最终导致细胞恶性转化活化，促进细胞外基于氧化应激的双重策略，如联合抗氧化剂或促氧metalloproteinases MMPs基质降解，有利于肿瘤细胞迁移化剂，可能为克服肿瘤耐药提供新思路氧化应激与代谢性疾病糖尿病肥胖非酒精性脂肪肝氧化应激在糖尿病的发生发展中起关键脂肪组织扩张与慢性低度炎症和氧化应非酒精性脂肪肝的发病机制涉NAFLD作用高血糖状态下，产生增加主激密切相关肥胖状态下，脂肪细胞肥及二次打击理论，氧化应激是关键的ROS要通过以下途径多元醇途径活性增大，局部缺氧，激活炎症细胞浸润，产第二次打击肝脏脂质堆积增加β氧-强，消耗，降低谷胱甘肽还原；生炎症因子和此外，游离脂肪酸化，产生过量；慢性脂毒性也促进NADPHROSROS晚期糖基化终产物形成，激活其水平升高，促进线粒体和内质网应激，线粒体功能障碍和内质网应激，进一步AGEs受体，增加产生；蛋白激酶进一步增加产生加剧氧化应激RAGE ROSROS激活，增强氧化酶活CPKC NADPH可影响脂肪细胞分化和代谢功能，肝脏氧化应激激活炎症反应和纤维化过ROS性；葡萄糖自氧化直接产生ROS如降低脂肪细胞对胰岛素的敏感性，抑程通过κ通路增加炎症因子表达；NF-B持续的氧化应激导致胰岛细胞功能损伤制脂肪因子（如脂联素）的产生，破坏激活肝星状细胞，促进转化生长因子β和胰岛素抵抗，加剧糖代谢异常此脂肪组织内分泌功能肥胖相关的全身ββ和胶原沉积；诱导肝细胞凋TGF-外，氧化应激是糖尿病多种并发症如血性氧化应激是多种代谢紊乱的重要诱亡，形成从单纯性脂肪肝到非酒精性脂管病变、肾病和神经病变的共同机制因肪性肝炎再到肝硬化的疾病进NASH展氧化应激与衰老自由基衰老理论线粒体功能障碍端粒缩短自由基衰老理论由哈伯（）于线粒体理论是自由基衰老理论的延伸，强调端粒是染色体末端的特殊结构，由Harman1956TTAGGG年提出，认为衰老是自由基引起的细胞和组线粒体在衰老过程中的核心作用随着年龄重复序列组成，保护染色体完整性端粒织累积性损伤的结果随着年龄增长，增长，线粒体突变累积，电子对氧化损伤特别敏感，因为它富含鸟嘌ROS DNAmtDNADNA产生增加而抗氧化防御能力下降，导致氧化传递链效率降低，导致产生增加，形成呤，容易被氧化；且端粒损伤修复能力ROS DNA损伤累积这些损伤包括蛋白质氧化修饰、恶性循环线粒体功能障碍还会影响能量代较弱氧化应激可加速端粒缩短，诱导细胞脂质过氧化、突变和交联等，最终导致谢、钙稳态和细胞凋亡调控等，加速衰老过衰老衰老细胞分泌炎症因子和，形成DNAROS细胞功能下降和组织器官退行性变虽然该程研究表明，延长寿命的多种干预措施，衰老相关分泌表型，进一步促进组织SASP理论有一定局限性，但仍是解释衰老机制的如热量限制和运动，都能改善线粒体功能，衰老靶向清除衰老细胞（衰老清除疗法）重要理论之一减轻氧化应激已成为抗衰老研究的热点方向氧化应激与炎症性疾病类风湿性关节炎炎症性肠病12类风湿性关节炎是一种自身免疫性疾病，以炎症性肠病包括克罗恩病和溃疡性结IBD关节滑膜炎症和骨软骨破坏为特征氧化应肠炎，是一组慢性肠道炎症性疾病氧化应激与其病理过程密切相关浸润的中性粒细激参与发病过程肠道炎症导致中性粒IBD胞和巨噬细胞通过氧化爆发产生大量细胞浸润，产生和炎症因子；肠道微生ROS；滑膜液中抗氧化物质（如谷胱甘肽）物失调和肠上皮屏障功能破坏，增加肠道通ROS含量减少，氧化还原平衡失调；可激活透性和氧化损伤；通过和κROSROSMAPK NF-Bκ等炎症相关转录因子，促进炎症因子通路促进肠道炎症，形成恶性循环研究表NF-B和基质金属蛋白酶表达，加剧关节软骨降明，某些抗氧化策略如乙酰半胱氨酸N-解研究表明，抗氧化治疗可能是类风湿性补充可能有助于缓解症状和减轻NAC IBD关节炎的有效辅助治疗策略肠道炎症慢性阻塞性肺疾病3慢性阻塞性肺疾病的病理特征是持续性气流受限和进行性肺功能下降吸烟是的主COPD COPD要危险因素，烟草烟雾含有大量氧化剂和自由基，直接引起氧化应激此外，患者体内抗COPD氧化防御能力下降，如谷胱甘肽水平减低，加剧氧化应激持续的氧化应激导致肺部炎症反应，活化蛋白酶，抑制抗蛋白酶，破坏肺泡结构，并诱导肺纤维化靶向氧化应激的治疗，如激Nrf2活剂，在治疗中显示出一定前景COPD第六部分抗氧化防御机制系统概述主要抗氧化酶1酶促与非酶促系统、、等SOD CAT GPx2抗氧化调控非酶促抗氧化剂43通路等维生素、、谷胱甘肽等Nrf2-ARE C E为应对氧化应激的挑战，生物体进化出了精密的抗氧化防御系统这些系统共同作用，维持细胞内氧化还原平衡，保护细胞免受氧化损伤本部分将详细介绍抗氧化防御系统的组成、功能及其协同作用机制，包括酶促抗氧化系统、非酶促抗氧化系统以及相关调控机制抗氧化系统概述酶促抗氧化系统非酶促抗氧化系统酶促抗氧化系统由一系列特异性抗氧化酶组成，是清除的非酶促抗氧化系统包括多种小分子抗氧化物质，如维生素抗坏ROS C第一道防线主要包括超氧化物歧化酶、过氧化氢酶血酸、维生素生育酚、谷胱甘肽、尿酸、辅酶、SODEGSH Q10和谷胱甘肽过氧化物酶等这些酶催化特定的硫辛酸、类胡萝卜素和黄酮类化合物等这些分子通过直接与自CAT GPxROS转化反应，具有高效率和高特异性的特点由基反应，中断自由基链式反应，或与金属离子螯合，减少反应Fenton除主要抗氧化酶外，还包括辅助酶系统，如谷胱甘肽还原酶、硫氧还蛋白还原酶和过氧氧化物酶等，它们非酶促抗氧化剂在细胞内外均有分布，且可跨区室发挥作用它GR TrxRPrx与主要抗氧化酶协同作用，形成完整的防御网络不同抗氧化酶们具有更广泛的反应性，可清除多种类型的自由基此外，许多在细胞内分布和表达有所差异，共同维持局部氧化还原平衡非酶促抗氧化剂可通过饮食获取，是抗氧化策略的重要组成部分酶促和非酶促系统协同作用，提供全面的抗氧化防御主要抗氧化酶超氧化物歧化酶（）过氧化氢酶（）谷胱甘肽过氧化物酶（）SOD CAT GPx催化超氧阴离子自由基₂转化为过氧主要存在于过氧化物酶体中，催化过氧化催化还原型谷胱甘肽将过氧化氢或SOD O•-CAT GPx GSH化氢₂₂和氧气₂的反应₂氢分解为水和氧气的反应₂₂→有机过氧化物还原为水或相应的醇，同时H OO2O•-+2H OGSH⁺→₂₂₂在哺乳动物中存在三₂₂是一种含血红素的四聚体被氧化为氧化型谷胱甘肽₂₂2H H O+O2H O+O CATGSSG H O+种同工酶细胞质、蛋白，具有极高的催化效率，每分子每秒→₂哺乳动物体内存在SOD Cu/Zn-SODSOD1CAT2GSH2H O+GSSG线粒体和细胞外可分解数百万分子₂₂在高浓度₂₂多种同工酶，大多数含硒，以半Mn-SODSOD2EC-H O H OGPx GPx1-8，分别定位于不同细胞区室，共条件下，是主要的清除酶；而在低浓度胱氨酸硒醇为活性中心不仅能清除SODSOD3CAT GPx同提供全面保护₂₂条件下，起主要作用₂₂，还能清除脂质过氧化物，保护细胞膜H OGPx H O完整性超氧化物歧化酶（）SOD类型与分布作用机制1SOD2哺乳动物体内存在三种主要的同工通过金属辅因子或介导SOD SOD Cu,Zn Mn酶，分别是，主要的催化反应，将一个₂氧化为₂，Cu/Zn-SODSOD1O•-O分布在细胞质和细胞核，是最丰富的同时将另一个₂还原为₂₂这一SOD O•-H O形式；，定位于线粒体过程分两步进行首先，金属离子被Mn-SODSOD2基质，是清除线粒体产生的₂的关键₂还原（如⁺→⁺），同时O•-O•-Cu²Cu酶；，分泌到细胞外基质₂被氧化为₂；然后，还原态金属EC-SODSOD3O•-O和体液中，保护细胞外环境免受氧化损离子被另一个₂氧化（如O•-伤不同同工酶虽然催化相同反应，⁺→⁺），同时₂被还原为SODCuCu²O•-但在结构、金属辅因子和基因调控方面有₂₂通过这种机制，每次催化H OSOD显著差异循环清除两个₂分子，显著降低超氧O•-自由基水平生理意义3在抗氧化防御中起关键作用，是清除₂的唯一酶系统基因敲除小鼠研究表明SOD O•-SOD敲除导致肝损伤和神经退行性变；敲除则致命，表明其对生命至关重要；SOD1SOD2SOD3敲除增加肺部缺氧损伤敏感性在多种疾病中，表达或活性异常与氧化应激和病理进展SOD相关开发类似物和模拟物成为抗氧化治疗的重要方向，如含的脂质体和细胞靶向SOD SOD已在临床前研究中显示出良好的抗氧化效果SOD过氧化氢酶（）CAT结构与功能催化反应是一种四聚体蛋白，每个亚基包含一主要催化两种类型的反应催化反CAT CAT个含铁血红素作为辅基团这种结构使应，直接分解₂₂为₂和₂H OH OO能高效催化₂₂分解的活性（₂₂→₂₂），这是主CAT H O CAT2H O2H O+O中心血红素铁在₂₂存在下形成化合要的反应途径，特别是在高浓度₂₂H OH O物（⁴⁺，卟啉阳离子自由基），存在时；过氧化反应，在低浓度₂₂I Fe=OπH O然后与另一分子₂₂反应，恢复为和存在氢供体₂情况下，催化H ORHCAT⁺状态，同时释放₂和₂₂₂氧化氢供体（₂₂₂→Fe³OH O CAT H OH O+RH催化效率极高，每分子每秒可分解数₂）这种双功能性使能在CAT2H O+R CAT百万分子₂₂，接近扩散限制速率不同条件下高效清除₂₂，表现出优H OHO异的适应性组织分布在各组织中分布不均肝脏和红细胞含量最丰富，这与这些组织高代谢率和₂₂产CATHO生相关其次是肾脏、肺和心脏等氧耗量大的组织在细胞水平，主要定位于过氧化物CAT酶体，这是细胞内₂₂产生的主要场所之一，尤其是在脂肪酸β氧化过程中某些组织HO-如大脑中活性相对较低，可能更依赖系统清除₂₂的组织特异性表达反CAT GPxHOCAT映了不同组织对氧化应激的适应性防御策略谷胱甘肽过氧化物酶（）GPx同工酶类型催化机制与谷胱甘肽的协同作用哺乳动物体内已鉴定出种同工酶的催化循环包括三个主要步骤与谷胱甘肽系统紧密协作催化反应8GPx GPx1-GPx GPxGPx，它们在结构、组织分布和底物特异性方面产生的需由谷胱甘肽还原酶在8GSSG GR活性位点硒半胱氨酸残基被过氧化

1.Sec有所差异参与下还原回，维持NADPH GSH GSH/GSSG物氧化，形成硒烯酸R-SeOH比例和抗氧化能力•经典型，广泛分布于细胞质GPx1GPx第一分子与硒烯酸反应，形成硒代巯

2.GSH和线粒体细胞内水平和合成酶活性直接影响基酯GSH GSHR-Se-SG功能不足会限制活性，降低•胃肠型，主要在胃肠道上皮GPxGSHGPxGPx2GPx第二分子与硒代巯基酯反应，还原活

3.GSH抗氧化防御能力在多种疾病状态下，活细胞表达GPx性位点，同时形成GSSG性下降常与耗竭有关GSH•血浆型，是体液中主要的过GPx3GPx通过这一循环，将有毒的过氧化物转化为GPx氧化物酶与相比，在低浓度₂₂条件下更CAT GPxHO相应的醇，同时将氧化为这一机GSH GSSG•GPx4磷脂氢过氧化物GPx，能直接还制使能高效清除多种过氧化物，包括高效，且能清除CAT不能作用的有机过氧化GPx物，特别是能直接还原膜脂质过氧化原膜磷脂过氧化物GPx4₂₂和有机过氧化物HO物，对维护细胞膜完整性至关重要大多数同工酶含硒，以硒半胱氨酸为活性GPx位点；但不含硒，活性较低，功能尚GPx5-8未完全阐明非酶促抗氧化剂维生素（抗坏血酸）维生素（生育酚）类胡萝卜素C E维生素是水溶性抗氧化维生素是主要的脂溶性抗类胡萝卜素是一类脂溶性色CE剂，能直接清除多种，氧化剂，存在于细胞膜和脂素，包括β胡萝卜素、叶黄ROS-如₂、、蛋白中它主要通过氢原子素和番茄红素等它们具有O•-OH•ROO•等它通过单电子转移机转移机制清除脂质过氧自由长的共轭双键系统，能有效制，先氧化为抗坏血酸自由基，中断脂质过氧淬灭单线态氧₂和清除LOO•¹O基，再进一步氧化为脱氢抗化链式反应维生素氧化过氧自由基β胡萝卜素作E-坏血酸维生素还能再生后形成生育酚自由基，可被为维生素前体，除抗氧化C A维生素，协同保护细胞维生素、辅酶或作用外还参与视觉和细胞分E CQ10GSH膜然而，高浓度维生素还原再生α生育酚是生物化调控值得注意的是，高C-在过渡金属如⁺存在活性最高的形式，但γ生育剂量β胡萝卜素在吸烟者中Fe³--下可能产生促氧化作用，通酚在某些抗炎方面可能更有可能增加肺癌风险，表明抗过反应增加生效维生素缺乏与多种疾氧化剂补充需个体化考虑Fenton OH•E成病相关，如神经病变和红细叶黄素和玉米黄质富集于眼胞溶血部，对预防年龄相关性黄斑变性有益谷胱甘肽系统结构与功能合成与代谢在氧化应激中的作用谷胱甘肽是一种三肽，由谷氨酸、半胱氨酸和甘的合成需要两步依赖性反应首先，谷氨酸半是细胞抗氧化防御的核心，通过多种机制应对氧GSH GSHATP GSH氨酸组成γ是细胞内最丰富的非胱氨酸连接酶催化谷氨酸与半胱氨酸结合，形成化应激直接与和亲电性物质反应；作为和-Glu-Cys-Gly GSHGCL ROSGPx蛋白巯基化合物，浓度可达具有多种γ谷氨酰半胱氨酸γ；然后，谷胱甘肽合成酶的辅因子；参与抗氧化剂再生（如维生素和1-10mM GSH--GC GSGST C生理功能作为抗氧化剂直接清除自由基；作为的催化γ与甘氨酸结合，形成半胱氨酸的可用）；调节蛋白质巯基氧化状态，影响蛋白质功能和信GPx-GC GSHE辅因子参与过氧化物的还原；将氧化修饰的蛋白质巯基性通常是合成的限速因素细胞内水平受到号通路氧化应激条件下，比例下降，激GSH GSHGSH/GSSG还原（谷胱甘肽化）；解毒亲电物质；维持细胞氧化还合成、利用、氧化和细胞外转运的平衡调控可活氧化应激响应通路，如通路，促进合GSH Nrf2-ARE GSH原状态比例是细胞氧化还原状态的重要被谷胱甘肽转移酶用于解毒外源物质，也可被成和相关抗氧化酶表达耗竭是许多疾病的共同GSH/GSSG GSTGSH指标，正常细胞中这一比例通常大于氧化为可通过谷胱甘肽还原酶特征，如神经退行性疾病、炎症性疾病和化疗毒性100:1GPx GSSGGSSG GR在参与下还原回，或被转运出细胞前体如乙酰半胱氨酸已成为临床治疗药NADPH GSHGSH N-NAC物，用于增加细胞水平，减轻氧化应激GSH抗氧化反应元件（）ARE定义与结构ARE1特征序列调控抗氧化基因表达转录因子作用Nrf22激活并促进下游基因转录ARE负调控机制Keap13通过蛋白酶体降解调控水平Nrf2靶基因作用ARE4编码抗氧化酶和解毒酶等保护蛋白抗氧化反应元件是位于多种抗氧化和解毒基因启动子区域的顺式作用元件，其核心序列为通过结合转录因子核因子相关因子ARE5-TGACnnnGC-3ARE Nrf2E2调控基因表达，是细胞应对氧化应激的关键调控机制2在正常条件下，被样相关蛋白锚定在细胞质中，并被靶向泛素化降解氧化应激条件下，氧化上的关键巯基，导致构象改变，Nrf2Keap1Kelch ECH1ROS Keap1稳定并转位入核，与小蛋白形成异二聚体，结合，激活下游基因转录靶基因包括多种抗氧化酶如、、、解毒酶如、醌还原Nrf2Maf AREARESOD CATGPxGST酶和合成相关酶等，共同构成细胞抗氧化防御网络GSH第七部分氧化应激的检测方法活性氧检测1包括多种直接或间接测定水平的技术，如荧光探针、化学发光和电子自旋共振等ROS氧化损伤产物检测2测定脂质过氧化产物、蛋白质氧化修饰和氧化损伤等生物标志物DNA抗氧化能力评估3评价总抗氧化能力和特定抗氧化物质水平，反映机体抵抗氧化应激的能力基因表达分析4研究氧化应激相关基因的表达变化，揭示分子机制和调控网络精确评估氧化应激状态对于研究其生物学效应和疾病关联至关重要本部分将介绍氧化应激检测的主要方法，包括直接测定、氧化损伤产物分析、抗氧化能力评估和基因表达研究ROS等，为氧化应激研究提供技术支持活性氧检测荧光探针法化学发光法电子自旋共振法荧光探针是检测细胞内最常用的方法之一化学发光法基于与发光试剂反应产生光信电子自旋共振或电子顺磁共振是直接ROSROSESR EPR常用探针包括二氯荧光素二乙酸酯号常用试剂包括鲁米诺和鲁西发亚检测自由基的金标准它基于未配对电子在磁场2,7-luminol，可检测多种，尤其是等鲁米诺主要检测₂₂、中的共振吸收原理，可提供自由基的身份和浓度DCFH-DA ROSlucigenin HO OH•₂₂；二氢乙啶，特异性检测₂；和次氯酸，而鲁西发亚特异性检测₂化学信息由于大多数自由基寿命极短，通常采用自HODHE O•-O•-，专门检测线粒体₂这些探发光法灵敏度高，可用于检测细胞、组织和体液旋捕获技术，使用如、等自旋MitoSOX RedO•-DMPO DEPMPO针进入细胞后被氧化，产生荧光信号，可通样本此外，增强化学发光技术结合特异捕获剂与自由基反应，形成相对稳定的自由基加ROS ECL过荧光显微镜、流式细胞仪或荧光酶标仪检测性抗体，可用于检测特定的氧化蛋白质修饰化合物的优点是特异性高、可直接检测自由ESR荧光探针法优点是灵敏度高、可实时动态检测活学发光法的优点是操作简便、灵敏度高；缺点是基；缺点是仪器昂贵、操作复杂，且样本制备要细胞内变化；缺点是探针特异性有限，易受难以实现空间分辨率，且某些物质可能干扰发光求高，主要用于研究环境而非临床实践ROS光照影响，可能产生假阳性反应脂质过氧化产物检测1丙二醛（MDA）测定24-羟基壬烯醛（HNE）测定是脂质过氧化过程中产生的主要醛类产是ω多不饱和脂肪酸过氧化的主要产MDA HNE-6物，是最常用的脂质过氧化标志物检测方法物，具有较强的细胞毒性和信号分子作用主要包括硫代巴比妥酸反应物法，检测方法包括免疫学方法，如酶联免疫TBARS HNE基于与硫代巴比妥酸在酸性条件下吸附试验和免疫组织化学，使用MDA TBAELISA IHC反应形成粉红色复合物，可通过分光光度法或针对蛋白质加合物的特异性抗体；色谱HNE--荧光法测定；高效液相色谱法，可提质谱联用技术，如，可精确定量游HPLC LC-MS/MS高特异性，降低干扰；气相色谱质谱联用离或加合物与相比，在-HNE HNEMDA HNE和液相色谱质谱联用法，灵生理下更稳定，能形成更稳定的蛋白质加GC-MS-LC-MS pH敏度和特异性更高检测简便易行，广合物，是评估脂质过氧化的重要补充指标MDA泛应用于各种生物样本，但法特异性TBARS有限，可能受其他醛类物质干扰3异前列腺素测定异前列腺素，是花生四烯酸经自由基催化的非酶促过氧化形成的前列腺素类似Isoprostanes IsoPs物，特别是α异前列腺素α被认为是体内脂质过氧化的金标准检测方法主要包括8-iso-PGF28-F2质谱法，如、，提供最高的灵敏度和特异性；免疫学方法，如和放射免疫分GC-MS LC-MS/MS ELISA析，适用于大规模筛查异前列腺素在体内稳定，可在尿液中检测，不受膳食影响，且在氧化应RIA激早期就会升高，是评估体内氧化应激的理想生物标志物蛋白质氧化修饰检测蛋白羰基含量测定硝基酪氨酸测定蛋白质巯基氧化检测蛋白羰基是评估蛋白质氧化程度最常用的标志蛋白质硝基化是活性氮物种如过氧亚硝酸盐蛋白质巯基是氧化应激最敏感的靶点之-SH物之一检测方法主要基于羰基与二硝基引起的修饰，主要发生在酪氨酸残基一，可形成多种氧化修饰，如二硫键、亚砜和2,4-ONOO-苯肼反应形成稳定的二硝基苯腙衍生上，形成硝基酪氨酸，是氧化应激和硝化应砜检测方法包括DNPH3-物激的标志物检测方法包括•埃尔曼试剂法测定总巯基含量DTNB•分光光度法测量二硝基苯腙在的•免疫学方法使用抗硝基酪氨酸抗体进行370nm•生物素标记法使用巯基特异性试剂如吸光度、和免疫组织化学检ELISA Western blot生物素碘乙酰胺标记未氧化巯基BIAMN-测•使用抗二硝基苯腙抗体进行免疫检•电化学检测法分离和定量硝基酪氨ELISA HPLC-•氧化还原蛋白质组学结合质谱技术，鉴定测酸特定蛋白巯基的氧化状态•结合蛋白电泳，检测特定•提供最高灵敏度和特异性，可WesternblotLC-MS/MS•荧光探针法如二硫键荧光开关，可实时监氧化蛋白鉴定特定蛋白的硝基化位点测细胞内巯基氧化状态•免疫组织化学可视化组织中氧化蛋白分布硝基酪氨酸在炎症相关疾病如神经退行性疾蛋白质巯基氧化不仅是氧化损伤指标，也是氧病、心血管疾病和关节炎中表达增高，是评估化还原信号传导的重要机制，对理解氧化应激氧化硝化应激的重要指标蛋白羰基检测简便可靠，样本稳定性好，适用/的分子机制具有重要意义于多种生物样本，是氧化应激研究中的常规指标氧化损伤检测DNA羟基脱氧鸟苷（）测定8--2-8-OHdG是氧化损伤最常用的生物标志物，由鸟嘌呤碱基氧化形成检测方法主要包括酶联8-OHdG DNA免疫吸附试验，使用特异性抗抗体，适用于尿液和血液样本的高通量筛查；高效液ELISA8-OHdG相色谱电化学检测，灵敏度高，适用于提取物中的定量；液相色谱质谱-HPLC-ECD DNA8-OHdG-联用，提供最高的灵敏度和特异性，可同时检测多种氧化产物；免疫组织化学，可LC-MS/MS DNA视化组织切片中的分布在多种疾病和衰老过程中水平升高，是评估体内氧化8-OHdG8-OHdGDNA损伤和致突变风险的重要指标彗星试验彗星试验又称单细胞凝胶电泳，是检测链断裂和碱基损伤的敏感方法在电场Comet assayDNA作用下，损伤的从细胞核迁移出形成彗星尾巴，通过荧光染料染色后，可在荧光显微镜下观DNA察根据电泳条件分为碱性彗星试验检测单链断裂和碱敏感位点和中性彗星试验主要检测双链断裂结合特异性修复酶如糖基化酶处理，可特异性检测等DNA8-oxoguanine DNAOGG18-oxoG氧化碱基彗星试验的优点是灵敏度高、所需样本量少、可在单细胞水平评估损伤，广泛应用DNA于基础研究、毒理学评估和临床研究γ-H2AX检测γ是组蛋白在双链断裂位点磷酸化形成的产物，是的敏感标志-H2AX H2AX DNADSB Ser139DSB物氧化应激可直接或间接导致，因此γ也被用作评估氧化损伤的指标检测方法主DSB-H2AX DNA要包括免疫荧光显微镜，可观察γ焦点在细胞核内的分布，每个焦点对应一个位-H2AX fociDSB点；流式细胞术，高通量定量细胞中γ水平；，检测总体γ水平γ-H2AX Westernblot-H2AX-检测的优点是灵敏度高、可实现单分子检测、能评估损伤修复动力学，在辐射生物H2AX DSB DNA学、肿瘤研究和药物筛选中具有重要应用抗氧化能力评估总抗氧化能力（）测定氧自由基吸收能力（）测定TAC ORAC总抗氧化能力是评估样本整体抗氧化状态的氧自由基吸收能力是评估抗氧化剂清除过TAC ORAC综合指标，反映酶促和非酶促抗氧化剂的总和常氧自由基能力的方法，基于过氧自由基导致荧光探用方法包括法，基于联氮二乙基苯针荧光猝灭，而抗氧化剂可延缓这一过程常用的ABTS2,2--3-并噻唑啉磺酸自由基被抗氧化剂清除，探针包括荧光素和苯基乙烯酰氨基荧光素-6-ABTS B-B-导致蓝绿色减退；法，基于二苯基三，过氧自由基源自偶氮化合物如偶DPPH1,1--2-PE AAPH2,2-硝基苯肼自由基被抗氧化剂还原，引起紫色氮双氨基丙烷二盐酸盐的热分解值通DPPH2-ORAC减退；法，测量抗氧化剂还原⁺为⁺常以当量表示，即样品与维生素水溶FRAP Fe³Fe²Trolox TEE的能力；法，测量抗氧化剂还原⁺为性类似物的比较法的优点是考虑了CUPRAC Cu²Trolox ORAC⁺的能力测定简便快速，可应用于血浆、反应时间和程度，能更全面反映抗氧化能力；缺点Cu TAC尿液、组织均质液等多种样本，但不能反映特定抗是操作复杂，需要特殊的荧光检测设备在ORAC氧化组分的变化食品抗氧化能力评估中应用广泛，也用于评估血浆和组织的抗氧化状态铁还原抗氧化能力（）测定FRAP铁还原抗氧化能力测定是基于抗氧化剂在酸性条件下还原⁺三吡啶三嗪复合物为蓝FRAP Fe³-TPTZ2,4,6--S-色⁺的原理反应程度通过吸光度测定，与抗氧化剂的还原能力成正比法简便快Fe²-TPTZ595nm FRAP速，重复性好，适用于水溶性抗氧化剂评估；但不能检测巯基类抗氧化剂如和蛋白质的抗氧化能力，也GSH不能反映抗氧化剂对特定的清除能力主要用于血浆、组织和植物提取物的抗氧化能力评估，在临ROS FRAP床研究和食品科学中有广泛应用与其他抗氧化能力评估方法如、结合使用，可提供更全面的抗ORAC TEAC氧化状态评估氧化应激相关基因表达分析实时荧光定量是分析特定基因表达的金标准方法它通过荧光标记监测扩增过程，实现对目标基因水平的精确定量在氧化应激研究中，常用PCRqRT-PCR PCRmRNA于分析抗氧化酶如、、、氧化应激应答因子如、κ和炎症因子如α、等关键基因的表达变化灵敏度高、特异性好，但一次只SOD CATGPxNrf2NF-BTNF-IL-6qRT-PCR能分析有限数量的基因基因芯片技术允许同时分析数千个基因的表达模式，适合全基因组水平的氧化应激研究通过杂交和荧光信号检测，可比较不同条件下的基因表达谱，发现氧化应激相关的基因网络测序基于新一代测序技术，提供更高的灵敏度和动态范围，可检测新转录本和剪接变体，是研究氧化应激转录组变化的强大工具这些高通量RNA RNA-Seq技术结合生物信息学分析，有助于揭示氧化应激的分子网络和调控机制第八部分氧化应激的调控策略信号通路调控抗氧化剂补充激活和抑制κ2Nrf2NF-B1天然和合成抗氧化剂线粒体靶向策略改善线粒体功能减轻氧化应激35生活方式干预基因治疗策略运动和饮食等非药物方法4调控抗氧化基因表达基于对氧化应激机制的深入理解，研究者开发了多种调控策略来防治氧化应激相关疾病本部分将系统介绍这些策略，包括传统的抗氧化剂补充、靶向等关键信号通路的调节剂、线粒体靶向抗氧化剂、基因治疗方法以及生活方式干预等，探讨它们的作用机制、Nrf2优缺点和应用前景抗氧化剂补充天然抗氧化剂合成抗氧化剂靶向抗氧化剂天然抗氧化剂主要来源于植物，合成抗氧化剂是人工合成的具有靶向抗氧化剂是近年来发展的新包括维生素如维生素、、类抗氧化活性的化合物，如乙酰型抗氧化策略，旨在将抗氧化剂CEN-胡萝卜素、多酚类和黄酮类等半胱氨酸、硫辛酸、依达精确递送到特定细胞区室或组NAC它们通过直接清除自由基、螯合拉奉、泛硫乙胺等与天然抗氧织，提高治疗效果并减少副作金属离子或增强内源性抗氧化防化剂相比，合成抗氧化剂通常具用主要包括线粒体靶向抗氧化御系统发挥作用天然抗氧化剂有更明确的作用机制、更可控的剂如、，将抗氧MitoQ SS-31的优点是安全性高、来源广泛、药代动力学特性和更高的靶向化剂与线粒体靶向基团如三苯基往往具有多靶点作用；缺点是生性一些合成抗氧化剂如已膦⁺结合，利用线粒体膜NAC TPP物利用度可能较低、个体间吸收成功应用于临床，如治疗对乙酰电位将药物富集到线粒体中；纳差异大、高剂量可能产生促氧化氨基酚中毒、黏液溶解和肺部疾米递送系统，如脂质体、纳米作用流行病学研究表明，富含病然而，合成抗氧化剂也可能粒、树枝状大分子等，可改善抗天然抗氧化剂的饮食与多种疾病存在副作用、药物相互作用和长氧化剂的稳定性和生物利用度，风险降低相关，但单纯补充抗氧期安全性问题，需要谨慎评估实现组织特异性递送；细胞器靶化剂的临床试验结果不一致向递送，针对溶酶体、内质网等特定细胞器的氧化应激靶向抗氧化策略有望克服传统抗氧化剂的局限性，提高治疗精准度天然抗氧化剂多酚类化合物类黄酮多酚类是植物中最丰富的抗氧化物质之一，包括类黄酮是一类广泛存在于果蔬、茶和红酒中的植红酒中的白藜芦醇、绿茶中的儿茶素、姜黄素和物次级代谢产物，主要包括黄酮醇（如槲皮素、橄榄油中的羟基酪醇等这些化合物具有多羟基山柰酚）、黄酮（如芹菜素）、异黄酮（如大豆芳香结构，能高效清除自由基，螯合过渡金属离异黄酮）和花青素等它们的基本结构为C6-C3-子，抑制脂质过氧化多酚类化合物还可通过激骨架，含有多个羟基，具有良好的抗氧化活性C6活通路，增强内源性抗氧化防御类黄酮不仅能直接清除自由基，还能螯合过渡金Nrf2-Keap1研究表明，多酚类化合物具有多种生物活性，包属离子，减少自由基产生；此外，类黄酮还可调括抗炎、抗衰老和神经保护作用，与多种慢性疾节抗氧化酶表达，如增加、和活性SOD CATGPx病风险降低相关然而，多酚类的生物利用度通然而，类黄酮在胃肠道中的吸收率通常较低，且常较低，且在体内会经历复杂的代谢转化，其抗在体内会迅速代谢，影响其生物利用度和抗氧化氧化效果可能受到个体差异和肠道菌群的显著影效力响脂肪酸ω-3ω脂肪酸（尤其是二十碳五烯酸和二十二碳六烯酸）主要存在于深海鱼油、亚麻籽油和藻类-3EPA DHA中，是一类重要的必需脂肪酸虽然多不饱和脂肪酸易被氧化，但ω脂肪酸的抗氧化作用主要通过调节-3基因表达和信号通路实现抑制炎症因子如α、β产生，减轻炎症引起的氧化应激；激活通TNF-IL-1Nrf2路，增强抗氧化基因表达；改善线粒体功能，减少产生多项研究表明，ω脂肪酸补充可降低多种ROS-3炎症性和氧化应激相关疾病的风险，如心血管疾病、神经退行性疾病和自身免疫性疾病合成抗氧化剂1N-乙酰半胱氨酸（NAC）2硫辛酸是一种含硫氨基酸半胱氨酸的乙酰化衍生硫辛酸（α硫辛酸或二硫己二酸）是一种天然存NAC L--物，是目前临床应用最广泛的合成抗氧化剂之在的含硫化合物，也作为合成补充剂广泛使用一其抗氧化作用主要通过以下机制作为谷胱它具有独特的抗氧化特性同时溶于水和脂，可甘肽的前体，增加细胞内水平；直接在多种细胞环境中发挥作用；含有二硫键结构，GSHGSH通过其硫醇基团清除自由基，特别是羟基自由基能在氧化型（硫辛酸）和还原型（二氢硫辛酸）和次氯酸；与重金属离子螯合，减少金属催化的之间循环，清除多种自由基；能再生其他抗氧化自由基反应在临床上主要用于乙酰氨基酚剂如维生素、和；螯合过渡金属离子，减NAC CE GSH中毒（通过补充）、慢性阻塞性肺病（作为少自由基产生硫辛酸还可激活通路，增强GSH Nrf2黏液溶解剂）和某些精神疾病（如成瘾和强迫内源性抗氧化防御临床上，硫辛酸主要用于糖症）具有良好的安全性和耐受性，但大剂尿病周围神经病变治疗，也用于治疗肝病、心血NAC量可能导致恶心、呕吐和过敏反应管疾病和某些神经退行性疾病3MitoQ（线粒体靶向抗氧化剂）是一种新型线粒体靶向抗氧化剂，由抗氧化剂泛醌（类似于辅酶）与三苯基膦⁺正电荷基MitoQ Q10TPP团结合而成⁺利用线粒体膜内负电势，使几百倍富集于线粒体内膜在线粒体内，循环TPP MitoQ MitoQ在氧化型（泛醌）和还原型（泛醇）之间，有效清除线粒体，特别是脂质过氧自由基与传统抗氧化剂ROS相比，具有更高的线粒体靶向性和更强的抗氧化效力动物研究表明，对多种氧化应激相关疾MitoQMitoQ病模型有保护作用，包括心肌缺血再灌注损伤、神经退行性疾病、肝损伤和糖尿病并发症临床试验显示，对某些疾病如慢性肝炎有潜在治疗价值，但长期安全性和有效性仍需更多研究MitoQ基因治疗策略抗氧化酶基因过表达和介导的基因沉默基因编辑siRNA miRNA CRISPR-Cas9通过基因转染或病毒载体介导的基因输送，实现抗氧小干扰和微可通过干基因编辑技术为精确修改氧化应激相关RNAsiRNA RNAmiRNARNACRISPR-Cas9化酶如、和的过表达，是一种有前景的扰机制，特异性沉默促氧化或抑制抗氧化的基基因提供了强大工具，具有更高特异性和持久性潜SODCATGPx RNAi抗氧化策略这种方法可直接增强细胞抗氧化能力，因，调节氧化应激状态潜在靶点包括促氧化酶如在应用包括敲除促氧化基因，如氧化酶组分；NADPH对氧化应激相关疾病提供持久保护研究表明，氧化酶各亚基、黄嘌呤氧化酶；抑制活化修复抗氧化酶基因突变，如突变相关的肌萎缩侧NADPH Nrf2SOD

1、或过表达可减轻多种疾病模型中的负调控因子；促炎基因如α、β等索硬化症；增强抗氧化反应元件功能，提SOD1/2/3CATGPxKeap1TNF-IL-1ALS ARE的氧化损伤，如心肌缺血再灌注、神经退行性疾病和疗法的优势在于高度特异性和可设计性，但面高抗氧化基因表达敏感性；编辑通路组分，siRNA Nrf2-Keap1糖尿病并发症然而，这种策略也面临挑战，包括基临体内递送和稳定性挑战研究正在开发改进的递送增强抗氧化反应技术还可用于创建更精确的CRISPR因递送效率、表达持久性、细胞特异性靶向和潜在免系统，如脂质纳米粒、聚合物纳米粒和细胞穿疾病模型，深入研究氧化应激机制尽管LNPs CRISPR-疫反应等新型递送系统如腺相关病毒和非病毒膜肽等调控是另一种方法，如增强抗氧化相具有巨大潜力，但仍面临递送效率、脱靶效应和AAV miRNACas9载体如脂质体和纳米粒子，正在克服这些障碍关如、或抑制促氧化免疫原性等挑战新型蛋白如、和碱miRNAs miR-200miR-34a CasCas12Cas13如、基编辑器等正在开发，有望进一步提高基因编辑的安miRNAs miR-155miR-21全性和精确性线粒体靶向策略线粒体功能调节线粒体动力学调控线粒体自噬诱导线粒体是细胞产生的主要场所，因此直线粒体动力学包括融合、分裂、运输和自噬线粒体自噬是选择性清除受损ROS Mitophagy接改善线粒体功能是减轻氧化应激的关键策等过程，与线粒体质量控制密切相关氧化线粒体的过程，是线粒体质量控制的关键机略主要方法包括增强电子传递链效率，应激条件下，这些过程往往失调，导致功能制促进线粒体自噬可减少功能障碍性线粒减少电子泄漏，如使用辅酶、细胞色素障碍性线粒体累积调控策略包括促进线体积累和过量产生主要策略包括激Q10ROS等电子传递链组分补充剂；保护线粒体粒体融合，通过上调和等融活通路，如通过泛素化调节c Mfn1/2OPA1PINK1-Parkin，减少突变累积，如使用线粒合蛋白，有助于互补性互救受损线粒体；调剂或激活剂；增强受体介导的线粒体DNA mtDNAPINK1体靶向核酸酶或修复酶；维持线粒体膜节线粒体分裂，通过靶向和等分自噬，如上调、和等受DNA Drp1Fis1BNIP3NIX FUNDC1完整性，如通过环孢素或其衍生物调节线裂蛋白，防止过度分裂导致的功能破坏；维体；使用线粒体靶向自噬诱导剂，如线粒体A粒体通透性转换孔开放；增强线粒体能量代持线粒体运输，确保线粒体在细胞内正确分去偶联剂的优化衍生物；结合线粒体CCCP谢，如通过激活或α促进线粒布，特别是在神经元等高能量需求区域这特异性损伤分子，引导自噬机制识别受损线AMPK PGC-1体生物合成些调控可通过小分子调节剂（如抑粒体研究表明，适当增强线粒体自噬对多Mdivi-1制）或基因治疗实现种氧化应激相关疾病如神经退行性疾病、代Drp1谢性疾病和衰老具有保护作用细胞信号通路调控活化剂Nrf2通路是细胞抗氧化防御的主要调控系统激活后转位入核，结合抗氧化反应元件，Nrf2-Keap1Nrf2ARE促进抗氧化基因表达活化剂主要分为共价修饰型，如磺醇、异硫氰酸酯和迈克尔受体类化合物，Nrf2它们通过修饰上的关键巯基，破坏相互作用；非共价调节型，如某些黄酮类和萜类化Keap1Nrf2-Keap1合物，通过影响结合或的磷酸化状态发挥作用；蛋白蛋白相互作用抑制剂，特异性阻断Nrf2-Keap1Nrf2-结合临床上已有激活剂如二甲基富马酸酯用于多发性硬化治疗，巴多昔芬用于Nrf2-Keap1Nrf2DMF糖尿病肾病，表明这是一种有前景的抗氧化策略NF-κB抑制剂κ通路在炎症和氧化应激相互促进中发挥关键作用抑制κ可减轻炎症引起的氧化应激，形成保NF-B NF-B护性循环κ抑制策略包括阻断κ激酶活性，如、某些天然产物姜黄素、白藜芦醇NF-B IB IKKNSAIDs和专一性抑制剂；阻止κ与结合，如选择性κ抑制肽；调节κ转录后修饰，如去乙IKK NF-BDNANF-B NF-B酰化酶激活剂；靶向κ下游效应基因，选择性抑制促炎和促氧化基因表达由于κ在免疫功能中NF-BNF-B的重要性，完全抑制可能导致免疫抑制，因此开发组织特异性或刺激特异性的κ调节剂是研究热点NF-B激活剂AMPK激活蛋白激酶是细胞能量感受器，也是重要的抗氧化和代谢调节剂激活可通过多种AMP AMPKAMPK机制减轻氧化应激促进线粒体生物合成和功能，通过α激活，提高线粒体质量和数量；增强自噬PGC-1和线粒体自噬，清除受损细胞器和氧化蛋白；激活抗氧化通路，包括通路和转录因子；抑制促Nrf2FOXO炎和促氧化通路，如κ和氧化酶常用激活剂包括二甲双胍（糖尿病一线药物）、NF-B NADPHAMPK、和多种天然产物如白藜芦醇和柏柏碱研究表明，激活剂对多种氧化应激相关AICAR A-769662AMPK疾病如代谢综合征、神经退行性疾病和心血管疾病有保护作用生活方式干预1运动训练2饮食调控适度的运动训练是一种自然的抗氧化策略虽然急饮食模式和特定营养素对氧化应激有显著影响地性剧烈运动会暂时增加产生，但规律的中等强中海饮食和得舒饮食等健康饮食模式富含天ROS DASH度运动能激活适应性防御机制，增强抗氧化能力然抗氧化物质，与氧化应激相关疾病风险降低相运动抗氧化机制包括上调抗氧化酶表达，如、关饮食抗氧化策略包括增加富含抗氧化物质的SOD和；增强谷胱甘肽系统，提高合成和食物摄入，如水果、蔬菜、全谷物、坚果和橄榄CATGPxGSH循环；激活通路，促进抗氧化基因表达；改善油；摄入优质蛋白质，提供含硫氨基酸用于合Nrf2GSH线粒体功能和生物合成，减少泄漏；减轻慢性成；增加ω脂肪酸摄入，减少炎症和氧化应激；ROS-3炎症，降低炎症介导的氧化应激研究表明，有氧限制高糖、高饱和脂肪和高加工食品摄入，这些食运动、抗阻训练和高强度间歇训练都具有抗物可增加产生；适当热量限制，模拟饥HIIT ROSCR氧化益处，但效果可能因个体差异、运动类型和强饿素增加，激活和等抗氧化通路营SIRT1AMPK度而异适度规律的运动已成为预防和改善多种慢养干预需个体化考虑，考虑年龄、健康状况和基因性疾病的重要非药物干预策略多态性等因素3压力管理心理压力与氧化应激密切相关，慢性压力可通过多种机制增加产生激活交感神经系统，释放儿茶酚胺，增ROS加氧耗和产生；激活下丘脑垂体肾上腺轴，升高皮质醇水平，影响线粒体功能和炎症反应；促进慢性炎症，ROS--增加促炎细胞因子释放，形成氧化应激炎症恶性循环有效的压力管理策略包括正念冥想和瑜伽，研究表明可-降低压力激素水平，增强抗氧化防御；充足的睡眠，睡眠不足与氧化应激和炎症标志物升高相关；社会支持和积极心理活动，可减轻心理压力，改善氧化应激状态将压力管理与其他生活方式干预结合，可形成综合性抗氧化策略氧化应激与精准医疗个体化氧化应激评估基于氧化应激状态的治疗策略氧化应激生物标志物在疾病诊断中的应用随着检测技术进步和生物标志物研究深入，个精准医疗理念强调根据个体特征制定治疗方案，体化评估氧化应激状态成为可能这种评估包这在氧化应激干预中尤为重要个体化抗氧化氧化应激生物标志物在疾病早期诊断、风险评括多维度指标基因组分析，检测氧化应激相策略需考虑氧化应激的具体类型和程度，如估和治疗监测中具有重要价值其应用包括关基因多态性，如抗氧化酶和通路基因线粒体来源或氧化酶来源；疾病特异心血管疾病风险评估，如异前列腺素和氧Nrf2NADPH F2-变异；多种氧化应激生物标志物组合检测，包性机制，如神经退行性疾病中的蛋白聚集或糖化低密度脂蛋白水平与心血管事件ox-LDL括氧化损伤产物如、异前列腺素尿病中的高糖引起的氧化应激；基因背景，如风险相关；神经退行性疾病早期诊断，如脑脊8-OHdG F2-和抗氧化能力指标如比值；代谢抗氧化酶基因多态性可能影响药物反应；年龄、液和血液中特定氧化蛋白质和脂质修饰产物作GSH/GSSG组学分析，检测与氧化还原状态相关的代谢物性别和共病因素，这些可能影响氧化还原平衡为潜在生物标志物；癌症诊断和分型，肿瘤特谱变化和药物代谢异性氧化修饰模式可辅助诊断和预后评估；药物疗效监测，通过动态监测氧化应激标志物变个体化评估允许更精确地判断氧化应激程度和根据这些因素，可选择最适合的抗氧化干预化评估抗氧化干预效果类型，为靶向干预提供依据新技术如可穿戴靶向特定来源的抑制剂；个体化抗氧化ROS设备和即时检测系统，使实时监测氧化应激成剂剂量和组合；特定信号通路调节剂；配合生多种氧化应激生物标志物组合，结合人工智能为可能，为精准干预提供动态数据支持活方式干预的综合方案这种精准方法可最大和机器学习算法，有望开发出更准确的疾病预化治疗效果并减少不必要的干预测和诊断模型，推动精准医疗发展未来研究方向新型抗氧化剂开发是未来研究的重点方向传统抗氧化剂面临生物利用度低、靶向性差和可能的促氧化作用等问题下一代抗氧化剂研究集中于开发具有开关功能的智能抗氧化剂，只在氧化应激环境中激活；设计细胞器特异性靶向系统，如线粒体、内质网或过氧化物酶体靶向递送；开发多功能抗氧化剂，同时靶向多个氧化应激机制；利用纳米技术改善药物递送和控制释放；开发抗氧化酶模拟物，克服天然酶不稳定和免疫原性问题氧化应激与表观遗传学的交互作用是新兴研究领域可影响甲基化、组蛋白修饰和非编码表达，这些表观遗传改变可进一步ROSDNARNA影响氧化应激相关基因表达，形成复杂的调控网络人工智能在氧化应激研究中的应用前景广阔，包括大数据分析发现新的生物标志物组合，预测药物响应，加速抗氧化剂研发，以及建立个体化氧化应激评估模型总结与展望氧化应激研究重要性氧化应激作为多种疾病的共同机制和关键环节，研究其分子机制对理解疾病发病过程和开发新疗法具有重大意义深入研究氧化应激可以揭示不同疾病之间的内在联系，为多病共治提供新思路面临的挑战氧化应激研究仍面临许多挑战在生理和病理过程中的双重作用使抗氧化干预需精准把握；ROS生物标志物特异性和可靠性有待提高；临床试验结果不一致性需要更深入解析；个体差异大使标准化干预策略效果有限未来发展前景未来氧化应激研究将向精准化、个体化和多学科融合方向发展新技术如单细胞分析、体内实时监测、辅助药物设计等将推动领域发展随着对氧化还原生物学认识深入，将出现更AI有效、更精准的靶向抗氧化策略，为氧化应激相关疾病带来突破性治疗进展氧化应激研究已从单纯关注抗氧化剂补充，发展到深入研究氧化还原信号网络和调控机制的阶段通过整合多种技术和学科知识，我们对氧化应激在生理和病理中的作用有了更全面的理解未来研究将更加注重氧化应激的动态性和特异性，开发针对特定细胞类型、特定细胞器和特定疾病阶段的干预策略随着精准医疗理念深入，基于个体氧化应激特征的诊断和治疗将成为现实，有望为多种难治性疾病带来新的治疗选择，提高患者生活质量并延长健康寿命在这一过程中，多学科合作和转化研究将发挥关键作用，促进基础研究成果向临床应用的转化。