活性氧(ROS,反应性氧种)是一种有毒物质。汽车利用汽油和氧气在发动机中获取动力,我们的身体则利用葡萄糖和氧气在细胞线粒体中产生能量。
在这个过程中,汽车会产生废气,而人体则会产生活性氧。因此,只要人活着,就无法避免活性氧的产生。

从分子生物学的角度来看,活性氧被称为“自由基”。正常细胞的分子中,电子成对存在,但由于某种原因,如果电子无法成对,就会变成不稳定的自由基。自由基由于想要从其他分子中夺取电子以达到稳定的性质,因此会攻击周围的细胞,强夺电子,而在这个过程中被攻击的细胞会受到损伤 [1]。
活性氧并不一定是坏的。它在我们身体的免疫系统中扮演着非常重要的角色。当白血球杀死细菌或病毒时,会利用活性氧进行杀菌作用 [2]。
活性氧还在诱导受损细胞或突变细胞自我死亡的“细胞凋亡”(Apoptosis)中起到信号传递的作用 [3]。也就是说,适量的活性氧对我们身体是必需的。
问题在于“过量”。如果活性氧过多,就像“铁在空气中生锈”一样,我们身体的各种细胞也会发生“氧化作用”,导致线粒体受损,细胞膜、蛋白质、脂质、DNA等各种组织发生结构变化(见下图) [4]。

结果可能引发心血管疾病、糖尿病、呼吸系统疾病、痴呆及神经系统疾病、肝脏和肾脏疾病、皮肤老化、癌症等多种疾病 [5, 6, 7]。
但也不必过于害怕活性氧。因为我们身体已经具备处理活性氧的防御机制。例如,削皮的苹果变成棕色是由于氧化作用,而在削皮的苹果表面涂抹柠檬汁后,褐变现象就会消失。这种物质就是“抗氧化物质”,而柠檬汁中的维生素C就是其功能所在。
“抗氧化物质”包括人体内产生的物质(酶)和通过食物摄入的物质(维生素)。人体内产生的物质有超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶、谷胱甘肽、辅酶Q10等。
通过食物摄入的物质包括维生素C(抗坏血酸)和维生素E(生育酚)、类胡萝卜素(β-胡萝卜素、叶黄素、番茄红素)、多酚(儿茶素、白藜芦醇、异黄酮、花青素、槲皮素)以及硒、锌等微量元素 [8]。这些抗氧化物质通过中和活性氧,将其转化为水、氧气等无害形式,并帮助修复受损组织 [9]。
1969年,美国杜克大学的麦克科德(McCord)和弗里多维奇(Fridovich)教授团队发现了去除活性氧的酶“超氧化物歧化酶(SOD,Super Oxide Dismutase)”,由此开始了通过开发抗氧化剂进行疾病治疗和抗衰老的研究 [10]。
SOD是一种强效的抗氧化酶。当“活性氧”遇到SOD时,会接收缺失的电子,变成“过氧化氢(H2O2)”。随后,过氧化氢与过氧化氢酶和谷胱甘肽结合,转变为水(H2O)并排出体外。特别是美国约翰霍普金斯大学医学院的研究团队表示:“所有慢性疾病的90%以上都是由于活性氧引起的” [11]。
现在人类利用包括SOD在内的“抗氧化物质”来消除活性氧,从而摆脱因衰老引起的各种退行性疾病,开启了健康长寿的道路。因此,利用抗氧化物质的临床研究在国家层面上得到了积极开展。
然而,这种氛围在1990年代却被一些研究所打破。1994年发布的ATBC(α-生育酚,β-胡萝卜素)研究是医学史上最重要且令人震惊的研究之一。
当时科学家们相信,蔬菜和水果中的抗氧化剂β-胡萝卜素(维生素A前体)和α-生育酚(维生素E)能够预防癌症。尤其是吸烟较多的人体内有害的活性氧较多,因此对这些“抗氧化营养素”能够阻止肺癌的期待很高。为了证明这一假设,芬兰国立卫生研究所与美国国立癌症研究所共同开展了“历史上最大的肺癌预防研究” [12]。
在1985年至1993年间,针对每天吸烟超过5支(平均1包)的男性吸烟者(50-69岁)约29000人进行了“双盲”(Double-blind)的大规模研究。每天服药的参与者和给药的医生都不知道谁在服用真正的营养补充剂,以提高实验的客观性。
平均进行6.1年的研究结果令人震惊。虽然期待“服用抗氧化营养补充剂会减少肺癌”,但α-生育酚没有任何效果,而服用β-胡萝卜素的组别肺癌发生率却高出18%,令全世界震惊(*见下图 -〉 服用β-胡萝卜素的人(实线)随着时间的推移,肺癌发生率比未服用的人(虚线)更高) [13]。

这篇论文得出的结论是:“本以为维生素能预防癌症,但吸烟者服用β-胡萝卜素药丸后,反而更容易得肺癌”,成为现代医学中唤醒“循证医学”(Evidence-Based Medicine)重要性的里程碑研究。营养补充剂中的维生素,并不一定能产生与实际水果和蔬菜中的维生素相同的效果。
宋武浩医学博士,整形外科·生活习惯医学专家

参考文献
1. Sciencedirect https://www.sciencedirect.com/topics/neuroscience/free-radical
2. JA Knight. 自由基、抗氧化剂与免疫系统。临床与实验室科学年鉴 2000;30(2):145-158.
3. M Redza-Dutordoir, DA Averill-Bates. 活性氧诱导的细胞凋亡信号通路的激活。生物化学与生物物理学报 2016;1863(12):2977-2992.
4. Z Zou, H Chang, H Li等。活性氧的诱导:癌症治疗的新兴方法。Apoptosis 2017;22:1321–1335.
5. YA Hajam, R Rani, SY Ganie等。人类病理学与衰老中的氧化应激:分子机制与前景。细胞 2022;11(3):552.
6. YA Hajam, R Rani, SY Ganie等。人类病理学与衰老中的氧化应激:分子机制与前景。细胞 2022;11(3):552.
7. MI Anik, N Mahmud, AA Masud等。活性氧在衰老及与年龄相关疾病中的作用:综述。ACS应用生物材料 2022;5(9):4028-4054.
8. S Sen, R Chakraborty. 抗氧化剂在人体健康中的作用。在氧化应激:诊断、预防与治疗(第1-37页)。美国化学学会 2011.
9. V Lobo, A Patil, A Phatak, N Chandra. 自由基、抗氧化剂与功能性食品:对人类健康的影响。药理学评论 2010;4(8):118-26.
10. JM McCord, I Fridovich. 超氧化物歧化酶,红细胞铜蛋白的酶功能。生物化学杂志 1969;244(22):6049–6055.
11. 健康朝鲜 https://m.health.chosun.com/svc/news_view.html?contid=2017052801010
12. ATBC癌症预防研究小组。α-生育酚、β-胡萝卜素肺癌预防研究:设计、方法、参与者特征及遵从性。流行病学年鉴 1994;4(1):1-10.
13. α-生育酚β-胡萝卜素癌症预防研究小组。维生素E和β-胡萝卜素对男性吸烟者肺癌及其他癌症发生率的影响。NEJM 1994;330(15);1029-1035。
