活性氧
活性氧（Reactive Oxygen Species, ROS）是一类由氧衍生而来的、具有高度化学反应活性的含氧分子总称。主要包括超氧阴离子 (O2•−)、过氧化氢 (H2O2) 和毒性极强的羟自由基 (OH•)。在生物体内，ROS 主要源自线粒体的电子传递链泄漏和NADPH氧化酶。ROS 具有显著的“双刃剑”效应：在低浓度下，它们是关键的细胞信号分子，调控增殖、分化和免疫防御（如吞噬细胞的呼吸爆发）；但在高浓度下，会导致氧化应激，破坏 DNA、蛋白质和脂质（如引发铁死亡），与衰老、神经退行性疾病及癌症的发生密切相关。
产生与清除：体内的氧化还原平衡
细胞必须维持 ROS 产生与清除之间的精细平衡（氧化还原稳态）。一旦失衡，要么导致信号传导阻滞（ROS过低），要么导致分子损伤（ROS过高）。
1. 活性的来源 (Sources)
内源性：
• 线粒体电子传递链 (ETC)： 复合物 I 和 III 是电子泄漏的主要位点，约 1-2% 的电子会“逃逸”直接与氧气反应生成超氧阴离子 (O2•−)。
• NADPH氧化酶 (NOX)： 尤其在吞噬细胞中，这是有意制造 ROS 以杀灭细菌的武器（呼吸爆发）。
外源性： 电离辐射、紫外线、空气污染物、吸烟。
线粒体ETC产生ROS示意图
2. 抗氧化防御系统 (Defense)
为了防止自身被氧化，细胞进化出了层层防御：
• 第一道防线：超氧化物歧化酶 (SOD) 将 O2•− 转化为毒性较低的 H2O2。
• 第二道防线：过氧化氢酶 (CAT) 和 谷胱甘肽过氧化物酶 (GPX) 将 H2O2 分解为水和氧气。
• 非酶系统： 还原型谷胱甘肽 (GSH) 是细胞内最重要的抗氧化剂储备。
生理病理效应：双刃剑
| 效应维度 | 具体机制 | 临床关联 |
|---|---|---|
| 生理信号 (Signaling) |
可逆性氧化蛋白质中的半胱氨酸残基，调节酶活性。例如：抑制磷酸酶，从而激活 MAPK 或 NF-κB 通路。 | 细胞增殖、胰岛素信号传导、免疫激活。 |
| DNA 损伤 (Mutagenesis) |
羟自由基 攻击 DNA 碱基，产生 8-OHdG (8-羟基脱氧鸟苷)，导致 G→T 颠换突变。 | 癌症发生 (尤其是慢性炎症相关肿瘤)；衰老积累。 |
| 脂质过氧化 (Lipid Peroxidation) |
ROS 攻击细胞膜上的多不饱和脂肪酸 (PUFA)，引发链式反应，破坏膜完整性。 | 铁死亡 (Ferroptosis) 的核心机制；动脉粥样硬化。 |
| 缺血再灌注 (Ischemia-Reperfusion) |
组织缺血后恢复供氧，线粒体突然产生大量 ROS，造成的损伤远超缺血本身。 | 心肌梗死急救、器官移植、脑卒中溶栓后的继发损伤。 |
| 肿瘤治疗 (Therapy) |
利用癌细胞本身 ROS 水平高、耐受阈值低的弱点，进一步爆发性增加 ROS 至致死水平。 | 放疗 (电离水产生ROS)、部分化疗药 (如顺铂)、光动力疗法。 |
学术参考文献与权威点评
[1] Sies H. (1991). Oxidative stress: oxidants and antioxidants. Experimental Physiology. 1991;76(1):153-153.
[学术点评]：概念定义。Helmut Sies 教授首次系统定义了“氧化应激” (Oxidative Stress) 这一概念，即促氧化剂与抗氧化剂平衡的破坏，倾向于氧化一侧。
[2] Holmström KM, Finkel T. (2014). Cellular mechanisms and physiological consequences of redox signaling. Nature Reviews Molecular Cell Biology. 2014;15(6):411-421.
[学术点评]：现代视角。这篇综述详细阐述了 ROS 并非单纯的有害副产物，而是精密的细胞信号传导介质，对维持干细胞功能和组织再生至关重要。
[3] Dixon SJ, et al. (2012). Ferroptosis: an iron-dependent form of non-apoptotic cell death. Cell. 2012;149(5):1060-1072.
[学术点评]：里程碑。首次定义了“铁死亡”，明确了其机制是铁依赖性的 ROS 累积导致的致死性脂质过氧化，为 ROS 在肿瘤治疗中的应用开辟了新天地。
[4] Harman D. (1956). Aging: a theory based on free radical and radiation chemistry. Journal of Gerontology. 1956;11(3):298-300.
[学术点评]：衰老理论。提出了著名的“衰老自由基学说”，认为 ROS 造成的累积性损伤是生物体衰老和寿命限制的根本原因。