相信大家都听说过自由基，一谈到自由基与健康的关系，包括一些医生常说自由基是人体垃圾可以导致癌症和衰老。这样的说法对也不全对，其实是对自由基的误解。自由基除了有对细胞损伤导致疾病、癌症和衰老以外，自由基在体内有很多功能。严格地说自由基具有保护和损伤健康的两个方面，是一个双刃剑。下面对人体健康有密切关系的两类自由基，活性氧和活性氮自由基的两面性进行一些详细介绍。

一、 活性氧自由基是双刃剑

活性氧是指含有氧的一类物质，包括超氧阴离子自由基O₂-·和羟基自由基·OH及过氧化氢和单线态氧。过氧化氢和单线态氧不是自由基，但很容易转化成·OH。对活性氧自由基的认识最初主要是从发现活性氧自由基的损伤作用开始的，而且持续时间很长，宣传的很多，而发现其具有生物功能是比较晚的。因此这就是使得人们一提到自由基往往就认为自由基是人体垃圾，可以导致疾病、癌症和衰老的原因。

1、活性氧自由基的损伤作用

活性氧自由基对人体确实有很多损伤作用，比如能引起衰老和致癌作用。衰老的自由基理论是Harman 1955 年提出的，该理论认为衰老是自由基对细胞成分进攻造成的。这里所说的自由基，主要就是氧自由基，因此衰老的自由基理论，其实质就是衰老的氧自由基理论^[1-3]。大量实验证明氧自由基和氧化应激损伤可以导致细胞和动物衰老^[4-5]。

辐射和紫外线可以致癌已经被很多事实证明。早在1902年就发现从事放射性工作者手容易得皮肤癌，受离子辐射容易得白血病，日本广岛爆炸原子弹5 年之内白血病发病率特别高，从事放射性矿物开采的工人吸入放射性尘埃得肺癌发病率很高，而辐射损伤主要产生氧自由基^[6]。

多环芳烃致癌物是比较惰性的化学物质，经生物转化为能与细胞成分反应的高活性物质。 这一活化过程中包括一电子或二电子氧化还原形成的自由基中间物半醌和偶氮，在有氧条件下可以向氧转移一个电子，形成超氧阴离子自由基，进一步产生羟基自由基和单线态氧，可以损伤几乎所有细胞成分，并形成二，三级自由基，在致癌过程都具有重要作用^[7]。 例如苯在橡胶、塑料和石油工业中广泛使用， 它是一个广泛的环境污染物。大量暴露于苯，可以引起骨髓性白血病，超氧化物歧化酶 (SOD)可以阻断这些代谢，表明超氧阴离子自由基参与这些物质的致癌过程^[8]。

除此次之外，大部分早期研究自由基在疾病中的损伤作用也都集中在活性氧的损伤方面，如心脑血管疾病、炎症等等^[9-12]。

2、活性氧自由基的生物功能

与活性氧自由基对人体有很多损伤作用相比，人们对活性氧自由基的生物功能认识的就晚了很多[13]。其实活性氧自由基在体内是不可缺少的，是生理过程中不断产生的，具有很多生物功能。例如发现线虫暴露于高压条件导致应激抵抗和预期寿命会延长，而这种情况会增加线粒体活性氧的形成是2006年才有报道。最近发现低温能延长小鼠和线虫寿命也导致线粒体活性氧自由产生增加。研究发现增活性氧自由基能够诱导长寿调节防御机制^[12-13]。

人体细胞必须处理活性氧的持续产生。大量数据表明，适度水平的活性氧自由通过维持氧化还原信号传导控制基因表达，在细胞的信息传递、分化生长及免疫和杀伤肿瘤方面都发挥着重要功能^[14]。

在正常和病理条件下，细胞的代谢受到复杂的环境控制，除了细胞因子和生长因子和机械刺激外，活性氧自由基也是这种调节的主要因素。一些细胞信号通路对氧化还原敏感，活性氧自由参与调节一些参与软骨降解和关节炎的生化因子的产生^[15]。细胞器与细胞核存在通讯，大部分细胞器的蛋白是由细胞核编码、翻译后进入细胞器发挥作用的。研究表明细胞器中的氧化还原感应和信号转导都与活性氧自由基有关^［15-19］。

二、 活性氮自由基是双刃剑

活性氮是指含有氮的一类物质，包括一氧化氮（NO）、二氧化氮自由基和过氧亚硝基。过氧亚硝基不是自由基，但反应性很强可以转化为一氧化氮和巯基自由基。与活性氧自由基的研究相反，尽管一般人都知道一氧化氮和二氧化氮是有毒气体，是空气污染的重要物质，但是对NO自由基在人体的作用的认识与比对活性氧要晚了很多，一直到上世纪70年代才知道NO自由基对人体的生物作用。而且与活性氧的研究相反，一开始是首先发现NO自由基的生物功能的，后来随着研究的深入才发现NO自由基也是双刃剑，对人体也有损伤作用^[20-23]。

1、活性氮自由基的生物功能

上世纪80年代Murad教授研究发现具有扩张血管活性的硝酸甘油，能使组织内环鸟苷酸（cGMP）、环腺苷酸（cAMP）等第二信使的浓度升高。这类化合物有一个共同性质，可以在体内代谢生成NO自由基。由此他认为NO自由基可能是一种对血流具有调节作用的信使分子。FIgnarro教授与Furchgott教授合作，针对内皮细胞松弛因子（EDRF）的药理作用和化学本质进行了一系列研究，发现EDRF与NO自由基及许多亚硝基化合物一样能够激活可溶性鸟苷酸环化酶，增加组织中的cGMP水平。在此基础上，他们于1986年大胆推测，EDRF是NO自由基。因此1998年，这三个科学家因研究NO自由基的生物功能而获得诺贝尔生理学或医学奖。一时NO自由基名声大震，关于NO自由基的文章像雪崩一样在世界各个有名的杂志上争相发表出来。归纳起来，有以下几方面的内容：NO自由基是内皮细胞松弛因子，能够松弛血管平滑肌，防止血小板凝聚，是神经传导的逆信使，在学习和记忆过程中发挥着重要作用；巨噬细胞等在吞噬和刺激时活化释放NO自由基作为杀伤外来入侵微生物和肿瘤细胞的毒性分子；NO自由基作为自由基可以损伤正常细胞，在心肌和脑组织缺血再灌注损伤过程中起着重要作用。作者自1987 年以来也开展了对NO自由基的研究工作，取得一些进展^[21-25]。

2、活性氮对生物的损伤作用

NO自由基对人体的损伤作用其实是诺贝尔发现的，只不过他没有意识到是NO自由基的作用，一直认为是炸药引起。1864年，诺贝尔发现爆炸性极强的硝酸甘油经硅藻土吸附后稳定性大大增加，并根据这一发现成功研制出了安全炸药。这给诺贝尔带来了巨大的荣誉和财富，使他得以创立世界科学界的最高奖项—诺贝尔奖。诺贝尔晚年患有严重心脏病，医生建议他服用硝酸甘油，但被诺贝尔拒绝了，因为他知道吸入过量硝酸甘油蒸汽会引起剧烈血管性头疼。1896年，诺贝尔因心脏病发作逝世。如果他当时听从医生的话，及时服用硝酸甘油，也许可以活更长时间，为人类创造更多财富。直到近年才通过3个获得诺贝尔生理学或医学奖的工作得以解释。那是因为硝酸甘油释放的NO自由基可以松弛血管，增加心脏血液供应，但是如果浓度过高就会引起损伤。

我们在研究心肌缺血再灌注损伤时就发现，低浓度的NO自由基对可以预防心肌缺血再灌注损伤，但浓度升高时，NO自由基与超氧阴离子自由基生成的过氧亚硝基^[27]。过氧亚硝基在体内的毒性远大于NO自由基，可以氧化损伤一系列生物分子，如蛋白质、核酸、脂类、巯基化合物，甚至损伤线粒体和引起细胞膜氧化损伤 ^[28-30]。

三、结论

通过以上介绍我们可以看出不论是活性氧还是活性氮自由基确实是一个双刃剑，在一定条件下既是人体正常生理过程产生的，具有对人体有益的一面，如果浓度太高又有对人体有损伤作用的另一面，我们应当以客观的态度认识和对待自由基。

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