综述：氧化应激与抗氧化治疗机制

《Pharmacology & Therapeutics》：Oxidative stress and antioxidant therapeutic mechanisms

氧化应激是由活性氧/氮物种与抗氧化防御失衡引起的，影响细胞功能及多种疾病（如心血管病、糖尿病、癌症等）。抗氧化系统包括酶（如SOD、CAT）和非酶（如维生素C、谷胱甘肽）成分，其机制研究对疾病预防和治疗至关重要。本文综述了氧化应激的病理机制、现有干预手段及未来研究方向，包括新型抗氧化剂、基因治疗和精准医学。

　　

刘恒瑞|焦雅琪|王鹏超|陈颖洁|徐茂凯|张晓娟|郑晓春|杨振山

英国剑桥大学生物化学系

摘要

氧化应激现在被理解为细胞氧化还原平衡的紊乱，涉及活性氧、活性氮及其他活性物质的积累，超过了抗氧化防御系统的能力范围，其影响从重要的氧化还原信号传导到有害的氧化损伤不等。活性氧和活性氮物质既来源于内源性代谢过程，也来源于外源性环境因素。虽然适量的氧化应激有助于细胞信号传导和稳态维持，但过度的氧化损伤可能导致病理状况，包括心血管疾病、糖尿病、神经退行性疾病、炎症性疾病和癌症。为了对抗氧化损伤，机体采用了一套复杂的抗氧化防御系统，包括内源性酶促和非酶促机制，以及外源性膳食抗氧化剂。因此，了解抗氧化剂的调控途径和机制对于探索其在疾病预防、衰老和免疫功能中的作用至关重要。本文全面分析了氧化应激、其对细胞功能的影响及其在疾病发病机制中的作用。此外，还讨论了当前的治疗干预机制，包括膳食策略、药物抗氧化剂以及评估抗氧化剂效果的临床试验。最后，本文还强调了新兴的研究方向，如新型抗氧化化合物、基因治疗和个性化抗氧化治疗，作为未来研究的潜在途径。

引言

氧化应激在细胞生理中起着关键作用，既影响正常的生物过程，也影响疾病发病机制（Afrose等人，2025年；Gorrini等人，2013年；Hybertson等人，2011年；Jiao等人，2024年；Kimball等人，2021年；Sies等人，2024年；van der Pol等人，2019年）。氧化应激源于活性氧（ROS）与机体利用抗氧化系统清除这些活性中间体的能力之间的不平衡（Brieger等人，2012年）。虽然ROS在生理水平上具有重要的信号传导功能，但过度积累会导致氧化损伤，影响脂质、蛋白质和DNA。这种损伤与多种慢性疾病有关，包括心血管疾病、神经退行性疾病和癌症。

为了对抗氧化应激，生物系统进化出了复杂的抗氧化防御机制。抗氧化剂是能够中和ROS的分子，从而防止细胞损伤。它们大致分为酶促抗氧化剂（如超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、谷胱甘肽过氧化物酶（GPx）和过氧化物还原酶（Prx））和非酶促抗氧化剂（如维生素A、C和E、谷胱甘肽（GSH）及辅酶Q10（CoQ10）（Gulcin，2025a））。抗氧化剂的研究历史悠久且成果丰富，许多重要发现塑造了我们对氧化还原生物学和氧化应激相关疾病治疗策略的理解。图1展示了抗氧化剂研究的关键里程碑时间线，包括1900年CAT的发现、关键抗氧化维生素（A、C和E）的发现，以及SOD、GPx和Prx等关键抗氧化酶的表征。这些里程碑为氧化应激和抗氧化防御机制提供了基本见解，为当前和未来的研究奠定了基础（图1）。

尽管许多关于抗氧化剂生物学效应的见解来自体外和动物实验，但将其应用于人类健康需要基于设计良好的临床试验的证据。为此，我们将在本文的后续部分讨论关键的临床试验结果，提供从基础研究到临床应用的综合性视角。

活性物质

ROS是一类由分子氧衍生的活性分子，属于活性物质（RS）的关键子集。它们通过氧化还原反应或电子激发产生，比分子氧（O?）具有更高的反应性。细胞内的ROS在氧化还原信号传导和翻译后修饰中起着关键作用，是氧化应激的重要指标（Matsui等人，2020年；Sies等人，2017年）。除了ROS之外，其他RS也参与细胞内的

抗氧化剂的来源和类型

与氧化剂类似，抗氧化剂可以内源性产生或从外部来源获得。内源性抗氧化剂主要分为酶促抗氧化剂和非酶促ROS清除剂（图2）。此外，某些分子（如转铁蛋白和白蛋白）能够结合促氧化的过渡金属离子，防止其在体内运输过程中发生反应并生成氧化剂（Gulcin，2025b；Halliwell，2024a）。

氧化应激与疾病发病机制

ROS和RNS是细胞代谢的天然副产物。在低至中等水平下，ROS和RNS在多种生理过程中起着关键作用，如病原体防御、伤口愈合和组织修复。生物体不断努力维持ROS和RNS的最佳水平，以满足正常的生理功能。然而，ROS和RNS的过量产生会压倒抗氧化防御系统，降低抗氧化酶的活性并耗尽其储备

抗氧化剂在健康中的作用

尽管普遍认为许多慢性疾病是多因素引起的，但它们都有一个共同因素——氧化应激（Jomova等人，2023年）。酶促和非酶促抗氧化剂在缓解和预防氧化应激的有害影响方面发挥着重要作用。通过它们的共同作用，抗氧化剂可能有助于预防糖尿病、心血管疾病和神经退行性疾病等慢性疾病（Sen & Chakraborty，2011年）。

抗氧化剂补充

人们普遍认为ROS会导致或加剧多种人类疾病，包括神经退行性疾病、癌症和其他多种疾病。抗氧化剂被认为可以对抗ROS的有害影响，并预防或治疗与氧化应激相关的疾病。已有大量研究探讨使用抗氧化剂补充剂来预防和治疗各种疾病（Ashok等人，2022b；Ayoka等人，2022年）。

未来研究

氧化应激和抗氧化剂系统的进展为创新疗法铺平了道路。重点研究领域包括新型抗氧化剂的开发、高通量药物筛选以及增强内源性抗氧化剂的基因治疗。诸如基于人工智能的建模、实时ROS检测和精准药物递送系统等前沿技术有望彻底改变癌症、神经退行性疾病及其他与氧化应激相关疾病的治疗

结论

氧化应激是由于活性氧和活性氮物质（ROS/RNS）的产生与机体抗氧化防御能力之间的不平衡所导致的，它是包括心血管疾病、糖尿病、神经退行性疾病、癌症和炎症性疾病在内的多种疾病发生的关键因素。虽然ROS在调节细胞信号传导和稳态方面至关重要，但过度的氧化损伤会破坏细胞功能，导致病理变化

CRediT作者贡献声明

刘恒瑞：撰写——审稿与编辑、撰写——初稿、验证、概念化。焦雅琪：撰写——审稿与编辑、撰写——初稿。王鹏超：撰写——审稿与编辑、撰写——初稿。陈颖洁：撰写——审稿与编辑、撰写——初稿。徐茂凯：撰写——初稿。张晓娟：撰写——审稿与编辑、撰写——初稿、可视化、监督。郑晓春：撰写——审稿与编辑、撰写——初稿

未引用参考文献

Ashok等人，2022a

Bai, Tan, An和Xu，2022

版权所有，1998

Li等人，2025

Liang等人，2024

Liu等人，2023

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

我们感谢陈伟芬、刘宗雄、刘 Bryan和杨雅琪的支持。