经常听人们说“自由基是体内的垃圾,抗氧化剂可以清除自由基,预防癌症和延缓衰老”。这种说法对吗?严格说起来这种说法是不对的,至少是不科学的!下面就讲讲自由基是否是体内的垃圾;抗氧化剂与健康的关系及如何补充天然抗氧化剂呢?
一、 自由基是双刃剑
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。
体内自由基主要有活性氧和活性氮自由基,活性氧自由基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。活性氮是指含有氮的一类物质,包括一氧化氮(NO·)、二氧化氮(NO2·)自由基和过氧亚硝基。
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 [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]。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。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]。
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·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·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·的生物功能的 [20-23]。NO·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·作为杀伤外来入侵微生物和肿瘤细胞的毒性分子。后来随着研究的深入才发现NO·也是双刃剑,对人体也有损伤作用,NO·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。
二、 什么是抗氧化剂
什么是抗氧化剂?抗氧化剂是一种能延长物质氧化反应的诱导期,减缓物质氧化速度的物质,可以在低于被氧化物质浓度时,能显著推迟或抑制物质的氧化。抗氧化剂可以清除有自由基,预防脂质过氧化发生或阻断脂质过氧化反应。
根据抗氧化剂的性质可以分为:
预防性抗氧化剂:指金属螯合剂类、与过渡金属转运和存储相关的蛋白以及抗氧化酶。例如:转铁蛋白、过氧化氢酶、超氧阴离子歧化酶或谷胱甘肽还原酶等。
链阻断抗氧化剂 :自由基清除剂类抗氧化物质,可中止自由基链反应的增长。如维生素C、E与类胡萝卜素及多酚都是典型的此类抗氧化剂。
间接抗氧化剂 :泛指一类物质,虽然没有直接的抗氧化性能,但在细胞内可以通过启动抗氧化、抗炎及抗纤维化酶表达的基因,增强细胞的抗氧化能力。
天然抗氧化剂:来自中草药和食物的天然产物,一般无毒副作用。有小分子和大分子,可以清除不同自由基和防止自由基对生物分子和细胞的损伤。
合成的抗氧化剂:人工合成的抗氧化剂,一般用在工业制剂的抗氧化,食品在不允许使用。
抗氧化剂按溶解性还可分为脂溶性、水溶性和兼容性三类。比如维生素E是脂溶性,维生素C是水溶性,茶多酚就是既可以溶于水又可以溶于脂类的兼容性抗氧化剂。
另外有些抗氧化剂有抗氧化作用,但也可能扮演促氧化的角色。比如维生素C通过还原有氧化性的过氧化氢起到抗氧化作用,也能通过芬顿反应先将将高价态的过渡金属离子还原,之后被还原的金属离子通过反应产生自由基[1-2]。
三、 抗氧化剂与健康的关系
这个问题需要从两个方面考虑,一方面是自由基和抗氧化剂在体内处于平衡状态才能保持我们的身体健康,另一方面就是我们的身体如果处于自由基过多而抗氧化剂不足的不平衡状态,在这种状况下就需要补充抗氧化剂清除多余的自由基使身体恢复平衡和健康。
自由基和抗氧剂处于平衡才能保持我们的身体健康。如下图所示,自由基和抗氧化剂在体内保持平衡才能保持身体健康,如果自由基过多抗氧化剂过少就会导致氧化还原的不平衡,身体就会出毛病导致亚健康状态;反之,如果自由基过少和抗氧化剂过多,也会引起身体出毛病的亚健康状态。如果自由基太多和抗氧化剂太少,就会打破氧化还原的平衡,导致身体生病和衰老的发生,反之亦然。
图1,自由基和抗氧化剂在体内保持平衡才能保持身体健康
为什么还要补充抗氧化剂?看看周围就知道我们现在处在一个氧化环境中。我们周围环境产生大量自由基,如工业排放的废气、汽车尾气、空气污染、房屋装修释放的甲醛、太阳发射的紫外线、农药化肥残留导致的蔬菜和粮食的污染、自来水水漂白都会产生自由基。在厨房高温炒菜也会产生自由基。一些医药和放化疗副作用及体检如X都会导致自由基的产生。吸烟会产生大量自由基。这些自由基使我们的环境处于一个氧化状态,如果不很好保护,就会对身体健康造成严重的损伤[1-5]。
图2,我们处于一个氧化环境中
我们体内也有内源自由基产生,如线粒体就是一个产生自由基的重要细胞器,过氧化物体、NADPH氧合酶和细胞色素P-450都可以产生自由基。身体不健康或者患有疾病,如心脑血管疾病、癌症、高血压、高血脂、高血糖、动脉粥样硬化、中风、神经退行性疾病老年痴呆症和帕金森综合征、细菌和病毒感染的导致的炎症都会产生大量自由基,还有免疫失调也会导致自由基的产生。如果体内抗氧化系统功能下降不能及时清楚这些多余的自由基,就会导致细胞和组织的损伤[7-12]。
以上讨论就可以看出抗氧化剂与我们的健康息息相关,一刻也不能离开。在身体处于亚健康状态和一些疾病及衰老情况下就需要补充抗抗氧化剂清除体内外的自由基,保护我们的身体不受自由基的攻击。但是又不能太多,多了也会伤害我们的身体。自由基和抗氧剂处于平衡才能保持我们的身体健康 。
二、如何补充天然抗氧化剂?
在亚健康状态和一些疾病及衰老情况下就需要补充抗抗氧化剂去清除体内过多在自由基,如何补充抗氧化剂呢?
如何补充抗氧化剂呢?补充抗氧化剂有以下原则,就是根据每个人自己的身体情况选择合适自己的抗氧化剂,尽量通过饮食补充天然抗氧化剂,如果还不能满足身体的需要,可以直接补充抗氧化剂时,尽量补充从食物中提取的天然抗氧化剂。补充复合的抗氧化剂比单一抗氧化剂效果更好一些。下面举几个例子.
1、处于更年期症状的妇女可选择补充大豆异黄酮:
处于更年期症状的妇女,补充大豆异黄酮最好。因为流行病学调查表明欧美妇女更年期症状的比中国和日本严重很多,一个重要的原因是中国和日本吃豆制品比欧美多。因为豆制品含有天然抗氧化剂大豆异黄酮。因此通过喝豆浆或者吃豆制品利于克服更年期症状,我曾经建议几位处于更年期妇女喝豆浆,一般10-15天就可以改善症状。
另外欧美治疗更年期的妇女服用雌性激素,结果发现雌性激素会导致患乳腺癌和子宫癌的风险加大。而大豆异黄酮是黄酮类化合物,是大豆生长中形成的一类次级代谢产物,与雌激素有相似结构,因此大豆异黄酮又称植物雌激素。大豆异黄酮不仅可以影响激素分泌,还可以促进蛋白质合成、生长因子活性,预防癌症。
我们的实验结果表明大豆异黄酮对老年痴呆症还有一定的预防和治疗作用[13-14]。
2、高血脂高血糖可选择补充茶多酚
流行病调查结果显示喝茶有利减肥和降血脂。我们研究茶多酚对肥胖大鼠的减肥与降脂作用,结果发现茶多酚喂食30天能明显的降低正常对照大鼠体重大约6.3%,降低高脂饮食大鼠体重大约9.4%的体重;茶多酚喂食45天能更明显的降低正常对照大鼠体重大约8.2%,降低高脂饮食大鼠体重大约11.8%。茶多酚可以明显的抑制由高脂饲料引起的大鼠肝脏的增生和肝脏中甘油三酯的含量。茶多酚还可以明显的降低大鼠空腹血清中甘油三酯的含量。北京医科大学出版社编辑出版临床药物手册已经把茶多酚列为用于治疗高血脂和动脉粥样硬化的药物[15-16]。
我们研究发现茶多酚还能够降低糖尿病大鼠餐后血糖、餐前血糖和餐后2小时血糖;另外茶多酚还可以增加糖尿病大鼠葡萄糖耐受性[16-17]。
除此之外,我们研究发现茶多酚可以预防癌症、防辐射损伤,对神经退行性疾病帕金森综合征和老年痴呆症有一定缓解作用,还可以延缓衰老,甚至还可以预防骨质疏松症和贫血等等诸多好处[16]。
3、延缓衰老和预防心脑血管疾病可选择补充葡萄中的抗氧化剂
流行病学调查发现,欧美心脑血管疾病发病率比较高,大部分学者认为与他们的高脂肪饮食有关,喝红葡萄酒就有效果,而白葡萄酒的就没有效果。因为红葡萄酒是带皮带籽酿造的,白葡萄酒是去皮去籽酿造的。研究发现葡萄皮和葡萄籽分别含有一种天然抗氧化剂白藜芦醇和原花青素。研究发现天然抗氧化剂白藜芦醇可以延缓衰老,原花青素对心脑血管健康有益[1,18]。
4、预防氧化损伤可选择补充补充维生素E、维生素C及虾青素复合抗氧化剂
补充复合的抗氧化剂比单一抗氧化剂效果更好一些。因为单一的抗氧化剂往往具有局限性甚至副作用,典型的例子是维生素C和维生素E,维生素C可以清除自由基,具有抗氧化作用,但是只能清除水溶性的氧化剂防止细胞表面的氧化损伤,维生素E也能清除自由基,具有抗氧化作用,但是只能清除脂溶性的氧化剂防止细胞膜内的氧化损伤。二者结合起来就有抗氧化协同作用,当维生素C清除水溶性自由基后就被氧化进入细胞膜,维生素E可以把氧化的维生素C还原再回到细胞膜表面,继续清除水溶性自由基,形成协调抗氧化作用[1-2]。
虾青素的结构非常有特点,与类胡萝卜素(如番茄红素和β-胡萝卜素)相比,由于其极性结构,虾青素可在不破坏膜的情况下并入膜中,降低脂质过氧化氢水平,且不会产生有害的促氧化作用[56];类胡萝卜素多烯链参与结构只能在细胞膜内脂质环境发挥抗氧化作用;虾青素多烯链参与类胡萝卜素类似,可以进入细胞膜,清除细胞膜内的自由基,虾青素的两头含有亲水基团可以露出在细胞膜外,而且还有一个清除自由基的基团,可以在细胞表面发挥抗氧化作用。因此,虾青素具有同时在细胞内和细胞外对自由基的清除作用 [19]。
参考文献
1、 赵保路: “氧自由基和天然抗氧化剂”科学出版社,1999(初版),2002(修订版),北京。
2、 赵保路:自由基和天然抗氧化剂和健康,中国科学文化出版社 2007, 香港。
3、 赵保路:一氧化氮自由基,科学出版社 2008,北京
4、 赵保路:一氧化氮自由基生物学和医学, 科学出版社 2016,北京
5、 赵保路:再论香烟气中一氧化氮自由基对人体的作用,北京烟草,21,20-21,2000。
6、 赵保路:吸烟、自由基与健康。生物物理学报,28, 332-340,2012。
7、 Zhao,B-L, Li,X-J, He, R-G, Cheng, S-J, Xin,W-J: Scavenging effect of extracts of green tea and natural antioxidants on active oxygen radicals. Cell Biophys.14:175.1989.
8、 Zhao,B-L, Shen,J-G,Li,M. & Xin,W-J: Scavenging effect of Chinonin on NO and oxygen free radicals generated from ischemia reperfusion myocadium. Biachem.Biophys. Acta. 1317:131-137,1996.
9、 Zhang D-L, Yin J-J,Zhao B-L: Oral administration of Crataegus extraction protects against ischemia/reperfusion brain damage in the Mongolian gerbils. J Neur Chem.. 90,211-219, 2004.
10、 Nie GJ, Jin C-F, Cao Y-L, Shen S-R, Zhao B-L: Distinct effects of tea catechins on 6-hydroxydopamine-induced apoptosis in PC12 cells. Arch Biochem Biophys 397,84-90,2002.
11、 Jie Zhang, Qiang Liu Nian-Qing Liu, Fu-Liang Li, Qi Chen, Chuan Qin, Hua Zhu, Yu-Ying Huang, Wei He, Bao-Lu Zhao.Nicotine reduces β-amyloidosis by regulating metal homeostasis. FASEB J 20,1212-1214,2006。
12、 Longze Zhang, Guoliang Jie, Junjing Zhang, Baolu Zhao。Significant Longevity-extending Effects of EGCG on C. Elegans under Stresses。Free Rad Biol Med (2009) 46, 414–421。
13、 Haiyan Zeng, Qi Chen, Baolu Zhao: Genistein ameliorated β-amyloid peptide -induced hippocampal neuronal apoptosis. Free Rad Biol Med 36,180-188,2004.
14、 Astrid Gutierrez-Zepeda, Ross Santell, Zhixin Wu, Marishka Brown, YanJue Wu, Ikhlas Khan, Christopher D Link, Baolu Zhao and Yuan Luo:Soy isoflavone glycitein protects against beta amyloid-induced toxicity and oxidative stress in transgenic Caenorhabditis elegans.BMC Neuroscience. 2005, 6:54,1-9。
15、 Yan J, Zhao Y, Suo S, Liu Y, Zhao B-L。Green tea catechins ameliorate adipose insulin resistance by improving oxidative stress。Free Radical Biology & Medicine 52 (2012) 1648–1657。
16、 Baolu Zhao:Tea polyphenols, oxidative stress and health. Wotld scientific Publishing Co. Pte. Ltd.,2023, Singapore.
17、 Jingqi Yan, Yan Zhao, Baolu Zhao。Green tea catechins prevent obesity through modulation of peroxisome proliferator-activated receptors。Sci China,Life Sciences,56,804–810,2013。
18、 Gao J-T, Tang H-R, Zhao B-L: The ESR study on the protective effect of grape seed extract on rat heart mitochondria from injury of lipid peroxidation. Res Chem Intermed 26,817-828 2000.
19、 赵保路,张标:天然抗氧化剂虾青素。上海科学普及出版社,2021.