基于氧化应激学说的衰老机制探究

　　衰老是机体代谢过程中一个进行性的必然阶段，是机体健康水平和维持自身内稳态能力的退行性改变，表现为机体对环境的适应能力减弱以致丧失。衰老始于机体发育成熟并获得繁殖能力之后，伴随着机体老化，组织器官功能逐渐衰退，死 亡 的 概 率 增 加。一 般 认 为 人 的 最 高 寿 限 大 约 为120 岁[1].衰老是一个多环节的生物学过程，是多因素共同作用的结果，其机制颇为复杂，涉及到机体各个系统结构与功能的改变。这些改变可以增加生物死亡的概率，同时也往往伴随疾病的发生。目前还没有一种理论能解释所有的衰老现象。有关衰老的理论颇多，如遗传控制理论、体细胞突变理论、神经内分泌理论、免疫理论、生活速率理论、生殖与老化理论以及氧化应激理论等。尽管关于衰老有许多假说不断被提出，但导致生物体增龄性功能改变和寿命改变的机制仍不明确[2],其中大多理论都是建立在生物体内在衰老重要作用的基础之上，而环境因素对衰老的发生发展同样不容忽视。环境因素既包括生物体外部环境也包括生物体内部环境。氧化应激理论的提出即是考虑了环境因素对衰老的影响。

　　1955 年，在美国的原子能委员会中，英国学者 Dr. Har-man 首次提出衰老的自由基理论，并于 1956 年在《老年》杂志上[3]发表了题为“衰老： 根据自由基和放射化学提出的理论”的文章。衰老的自由基理论同时涵盖了损伤积累衰老理论和基因程序衰老理论。核心观点包括以下几点： ①细胞代谢过程中不断产生的自由基造成的细胞损伤是引起机体衰老的根本原因之一。②造成细胞损伤的自由基主要是氧自由基，而大部分的活性氧基团（ ROS） 主要由线粒体产生，线粒体作为细胞呼吸和氧化的中心与衰老密切相关[4].③在体内维持适当的抗氧化剂和自由基清除剂可以延长寿命和延缓衰老。

　　1. 自由基的概念

　　自由基，也称为“游离基”,是化合物的分子由于光热等外界因素造成共价键发生断裂，形成具有不成对电子的原子或基团。它是多种生化反应的中间代谢产物，包括超氧阴离子自由基（ - O-2） 、氢自由基（ H - ） 、氯自由基（ Cl - ） 、甲基自由基（ CH3- ） 、羟自由基（ - OH） 、羧自由基（ ROO - ） 、一氧化氮自由基（ NO - ） 、硝基自由基（ - ONOO-） 等。由氧分子（ O2） 形成的自由基统称为氧自由基。上述的氧自由基，H2O2,单线态氧（ 1O2） 和臭氧，统称为活性氧（ ROS） ,它是外源性氧化剂或细胞内有氧代谢过程中产生的具有很高生物活性的含氧化合物。自由基可导致多种生物大分子的结构改变，其中蛋白质的氧化被认为是最重要的改变，因为蛋白质扮演着受体、载体、酶、转录因子、细胞支架等诸多重要角色。此外，蛋白质占细胞有机物的主要成分，同时也是自由基的主要攻击目标。公认的蛋白质不可逆的氧化修饰便是蛋白质的羰基化，自由基攻击蛋白质可导致蛋白质的羰基化，进而导致蛋白质的失活、水解、折叠和交联，影响蛋白质的功能和机体代谢，改变对信号传导途经的影响及酶的活性，引发生物学效应，最终导致了衰老以及衰老相关多种慢性疾病的发生[5].

　　2. 人体自由基的来源

　　人体内自由基的来源主要有外源性自由基和内源性自由基两类。

　　2. 1 外源性自由基 外源性自由基主要是从外界环境中吸收的： ①电离辐射（ 如 γ-射线和 α-射线、紫外线等） 和大气污染（ 如烟雾中的氟利昂、臭氧、香烟产生的烟雾、汽车尾气等） 均可使人体内产生自由基； ②一些药物如抗结核药、硝基化合物、解热镇痛药、类固醇激素等在体内也可产生自由基； ③其他一些水银等重金属离子污染、杀虫剂毒性与自由基相关，产业植物油等在空气中久置也会造成自由基含量增加。

　　2. 2 内源性自由基 在机体代谢过程中会不断产生多种自由基，其中以活性氧（ reactive oxygen species,ROS） 最多。内源性自由基主要由线粒体产生，可产生活细胞内 90% 以上的自由基，线粒体中自由基浓度最高。机体中约有 1% ~4%的氧在线粒体氧化磷酸化生成 ATP 的过程中转化为活性氧。过氧化物酶体，脂氧合酶，NADPH 氧化酶以及细胞色素 P450都是线粒体外 ROS 的主要来源。此外，一些吞噬细胞、血红细胞、肌红细胞也可产生少量的自由基。

　　3. 自由基的防御系统

　　氧化还原反应在细胞正常的代谢过程中大量发生，由此产生少量性质活泼的氧自由基。在正常条件下，机体为维持生理平衡会随时通过酶和非酶两种防御系统清除多余的自由基。体内一些天然抗氧化剂如 Vit A,Vit B 族，Vit C,Vit E,β-胡罗卜素、微量元素硒、谷胱甘肽、半胱氨酸等属于非酶防御系统； 而超氧化岐化酶（ SOD） 、过氧化氢酶（ CAT） 、谷胱甘肽过氧化物酶（ GSH-Px） 、过氧化物酶（ POD） 、辅酶 Q10 等属于酶防御系统，通过酶解作用清除自由基，减轻自由基的损害作用； 此外，自由基引起的 DNA 氧化损伤可以通过脱氧核糖核酸（ DNA） 修复系统进行修复，呼吸链通过自身的细胞色素 C也可以清除·O2-和 H2O2.

　　4. 氧化应激

　　1990 年美国衰老研究学者 Sohal 第一次提出了“氧化应激”的概念。机体在遭受有害刺激时，体内活性氧（ ROS） 产生过多，超出了机体的清除速度，氧化系统和抗氧化系统失衡，过剩的 ROS 参与细胞内反应，引起氧化应激。氧化应激通过损伤 DNA 使维持细胞基本生理功能的基因失去表达活性，进而导致细胞衰老[6],从而导致组织损伤[7].

　　正常的情况下，机体自由基的产生与自由基防御系统处于动态平衡状态。一旦机体暴露在有害因素中或者机体处于疾病和衰老状态下，体内活性氧自由基会不断产生，而此时机体清除能力却明显下降，不断产生的活性氧物质会修饰和干涉细胞蛋白质、脂质和 DNA,从而引起细胞大分子的氧化损伤、细胞的氧化与抗氧化功能失衡，发生氧化应激。氧化应激对机体的影响有双重作用： 首先，氧化应激可参与调节细胞膜的信号传导。如氧化应激通过影响细激发蛋白激酶 C 和MAP 激酶活性作用于分子反应、酶的活化、增殖、分化。氧化应激引起的凋亡既为分娩准备出生通道又增强了生物体的防御功能，因此从生理学角度来说，氧化应激是有益的。但是，氧化应激导致的氧化损伤的积累又会造成细胞损伤及癌症发生。