【癌症康復45談】氫分子的生物學作用及其控制癌症的机制(2)自由基和活性氧

: 08/26/2018 - 13:45

癌症是一包含起始,促進和進展多階段過程。氧化應激與該過程的所有三個階段都有關。通過誘導細胞信號轉導途徑,活性氧(ROS)可以促進腫瘤細胞增殖,存活和細胞遷移。

(一)什麼是自由基和活性氧(ROS)?

自由基是具有不成對價電子的原子,分子或離子。因為電子喜歡成對地“行進”或需要伴侶,如果化學物本身只有一個電子,這將使這個化學實體具有很強的反應性,並且很很容易從周圍環境中“竊取”電子。由於這種特性,自由基具有很強的反應性。

(二)活性氧的產生

ROS通過多種機制在細胞內產生,取決於細胞和組織類型。“專業”ROS生產者有細胞膜,線粒體,過氧化物酶體和內質網中的NADPH氧化酶(NOX)複合物。在線粒體中,ROS是氧化磷酸化的副產物。電子傳遞鏈包括線粒體內膜上的複合物I-IV和ATP合酶。在復合物I和III處產生超氧化物並釋放到膜間空間(約80%的產生的超氧化物)或線粒體基質(約20%)。通過線粒體外膜的通透性轉換孔(MPTP),超氧化物滲漏到細胞質中。超氧化物在線粒體基質(通過MnSOD)或細胞漿(通過Cu / ZnSOD)中被歧化為H2O2。H2O2是一種真正的第二信使,具有高度可擴散性。

除線粒體外,過氧化物酶體是細胞ROS產生的其他主要部位。在這些呼吸性細胞器中,超氧化物和H2O2通過過氧化物酶體基質和過氧化物酶體膜中的黃嘌呤氧化酶產生。

外源性ROS可以由污染物、煙草、煙霧、藥物、異生素,紫外線或輻射產生。電離輻射與水的相互作用,產生破壞性中間體,這一過程稱為輻射分解。由於水佔人體的55%至60%,因此在電離輻射的存在下,輻射分解的可能性非常高。在該過程中,水失去電子並變得具有高度反應性。然後通過三步鏈反應,水依次轉化為羥基自由基(‧OH),過氧化氫(H2O2),超氧自由基(O2‧ - ),最終生成氧氣(O2)。

缺氧是ROS生成的促進因素:缺氧通過線粒體電子傳遞鏈(ETC)觸發ROS產生,抑制脯氨酰酰化酶(PHD),激活缺氧誘導因子1(HIF1)和HIF2;(2缺(3)線粒體DNA(mtDNA)突變 - 或核DNA線粒體ROS的產生。

活性氮物質(RNS)由含氮氧化劑如一氧化氮(NO)形成。線粒體呼吸鏈可在低氧條件下產生RNS,而RNS可進一步產生其他活性物質,現在已知連續性細胞ROS和RNS產生是多種因素的結果,包括致癌物暴露,炎症和線粒體呼吸。

(三)活性氧的生理作用

在生物學背景下,ROS是氧的正常代謝的天然副產物,在細胞信號傳導和體內平衡中起重要作用。在內源性代謝反應中,嗜氧細胞產生ROS,包括O2‧ - ,H2O2和‧OH,參與控制着細胞功能,包括調節細胞凋亡,誘導宿主防禦基因和離子轉運系統,參與傷口修復和血液穩態。血小板釋放ROS,促使血小板募集到損傷部位。ROS還通過募集白細胞,參與免疫調節。

在環境壓力(例如輻射、紫外線或化學物暴露)下,ROS水平會急劇增加,並可能導致細胞結構損害。這被稱為氧化應激,對細胞的有害影響表現為 - 

‧細胞核內DNA或RNA損傷

‧線粒體DNA損傷

‧脂質中多不飽和脂肪酸的氧化(脂質過氧化)

‧蛋白質中氨基酸的氧化

‧通過輔因子的氧化,氧化滅活特定的酶

 

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