氧化應(yīng)激（Oxidative Stress）是機(jī)體活性氧（ROS）產(chǎn)生與清除失衡，導(dǎo)致ROS過度累積并引發(fā)細(xì)胞損傷的病理狀態(tài)。從微觀的分子損傷到宏觀的疾病發(fā)生，氧化應(yīng)激貫穿了生命活動(dòng)的多個(gè)層面，其背后的分子機(jī)制與信號通路調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，更是生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。深入解析其分子機(jī)制與相關(guān)信號通路，對理解疾病病理、開發(fā)靶向干預(yù)策略具有重要意義。

細(xì)胞內(nèi)活性氧（ROS）的來源包括

線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、過氧化物酶體等^[1]。

一、氧化應(yīng)激的起源：

ROS 的生成與平衡失調(diào)

氧化應(yīng)激的本質(zhì)是細(xì)胞氧化還原穩(wěn)態(tài)被打破，核心驅(qū)動(dòng)物質(zhì)為活性氧（ROS），包括超氧陰離子（O???）、H?O?、羥基自由基（?OH）等，其生成與清除的動(dòng)態(tài)平衡決定細(xì)胞氧化狀態(tài)。

1. ROS 生成途徑

1) 內(nèi)源性：線粒體是主要來源，氧化磷酸化時(shí)電子傳遞鏈復(fù)合體 Ⅰ/Ⅲ 會發(fā)生電子泄漏，1%-2% 的電子與氧結(jié)合生成 O???，后續(xù)可轉(zhuǎn)化為 H?O?，在鐵 / 銅等過渡金屬參與下還能生成毒性?OH；此外，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激、NADPH 氧化酶異常激活、過氧化物酶體脂肪酸 β- 氧化也會產(chǎn)生 ROS。

2) 外源性：紫外線、電離輻射可直接誘導(dǎo) ROS 生成；鉛 / 鎘等重金屬會抑制抗氧化酶、干擾線粒體功能間接促 ROS 累積；空氣顆粒物、化療藥、過量酒精等也會打破氧化平衡。

2.抗氧化系統(tǒng)與穩(wěn)態(tài)維持

正常狀態(tài)下，酶類抗氧化劑（SOD、CAT、GSH-Px 等）和非酶類抗氧化劑（GSH、維生素 C/E 等）可清除多余 ROS；若抗氧化系統(tǒng)功能受損（如 SOD 基因突變、GSH 合成酶不足），即便 ROS 生成未增，也會引發(fā)氧化應(yīng)激。

二、氧化應(yīng)激的核心損傷機(jī)制：

生物大分子的氧化破壞

當(dāng) ROS 大量累積，會對核酸、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)造成不可逆損傷，引發(fā)細(xì)胞功能紊亂：

1. DNA 損傷：?OH 可致堿基修飾（如鳥嘌呤氧化為 8-OHdG 引發(fā)基因突變）、DNA 鏈斷裂（誘發(fā)染色體畸變）、DNA - 蛋白質(zhì)交聯(lián)（干擾基因表達(dá)），長期損傷易誘發(fā)細(xì)胞癌變、衰老。

2. 蛋白質(zhì)損傷：ROS 會氧化氨基酸殘基、斷裂肽鍵、誘導(dǎo)蛋白質(zhì)交聯(lián)聚集，導(dǎo)致蛋白構(gòu)象異常、功能喪失，且聚集體無法降解會引發(fā)細(xì)胞毒性（如阿爾茨海默病與 β- 淀粉樣蛋白異常聚集相關(guān)）。

3. 脂質(zhì)損傷：ROS 攻擊膜上多不飽和脂肪酸引發(fā)脂質(zhì)過氧化，終產(chǎn)物 MDA、4-HNE 會破壞膜完整性、引發(fā)細(xì)胞器功能紊亂，還會造成生物大分子二次損傷，并激活炎癥通路放大病理效應(yīng)。

三、氧化應(yīng)激調(diào)控的核心信號通路

氧化應(yīng)激不僅直接損傷生物大分子，還會通過激活或抑制特定信號通路，調(diào)控細(xì)胞的存活、凋亡、炎癥等生理過程，以下為四類核心通路的詳細(xì)解析：

（一）Nrf2-ARE 通路：細(xì)胞抗氧化防御的 “核心開關(guān)"

通路核心分子：核因子 E2 相關(guān)因子 2（Nrf2）、Kelch 樣環(huán)氧氯B烷相關(guān)蛋白 1（Keap1）、抗氧化反應(yīng)元件（ARE）、超氧化物歧化酶（SOD）、CAT、谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-Px）。

通路工作機(jī)制：生理狀態(tài)下，Nrf2 與細(xì)胞質(zhì)中的 Keap1 緊密結(jié)合，處于持續(xù)泛素化降解狀態(tài)，細(xì)胞內(nèi) Nrf2 含量極低。當(dāng)發(fā)生氧化應(yīng)激時(shí)，ROS 可修飾 Keap1 上的關(guān)鍵半胱氨酸殘基，使其構(gòu)象改變并與 Nrf2 解離；同時(shí)，ROS 激活的 PI3K/Akt 通路會促進(jìn) Nrf2 磷酸化，進(jìn)一步加速其與 Keap1 的分離。游離的 Nrf2 會快速轉(zhuǎn)位至細(xì)胞核，與小 Maf 蛋白形成異二聚體，結(jié)合到下游基因的 ARE 區(qū)域，啟動(dòng) SOD、CAT、GSH-Px 等抗氧化酶及谷胱甘肽合成酶的轉(zhuǎn)錄表達(dá)，強(qiáng)化細(xì)胞 ROS 清除能力，恢復(fù)氧化還原穩(wěn)態(tài)。此外，該通路還能通過上調(diào) Ⅱ 相解毒酶，增強(qiáng)細(xì)胞對氧化損傷的修復(fù)能力，在肝臟、神經(jīng)系統(tǒng)等組織的抗氧化防御中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

（二）NF-κB 通路：氧化應(yīng)激與炎癥的 “交聯(lián)樞紐"

通路核心分子：NF-κB 二聚體（p50/p65）、抑制蛋白 IκB、IκB 激酶（IKK）、腫瘤壞死因子 α（TNF-α）、白細(xì)胞介素（IL-1β、IL-6）。

通路工作機(jī)制：靜息狀態(tài)下，NF-κB 二聚體與 IκB 結(jié)合滯留于細(xì)胞質(zhì)，無法發(fā)揮轉(zhuǎn)錄活性。氧化應(yīng)激時(shí)，ROS 可直接激活 IKK 復(fù)合物，使其磷酸化 IκB 并觸發(fā)其泛素化降解，NF-κB 二聚體因此得以釋放并轉(zhuǎn)位至細(xì)胞核。進(jìn)入核內(nèi)的 NF-κB 會結(jié)合靶基因的 κB 位點(diǎn)，啟動(dòng) TNF-α、IL-1β 等促炎因子及細(xì)胞黏附分子的表達(dá)，引發(fā)局部炎癥反應(yīng)；而炎癥過程中免疫細(xì)胞釋放的 ROS 又會進(jìn)一步激活 IKK，形成 “氧化應(yīng)激 - 炎癥" 的正反饋循環(huán)。在動(dòng)脈粥樣硬化、類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎等慢性炎癥疾病中，該通路的持續(xù)激活會加劇組織損傷，成為疾病進(jìn)展的關(guān)鍵推手。

（三）MAPK 通路：氧化應(yīng)激介導(dǎo)的 “細(xì)胞命運(yùn)調(diào)節(jié)器"

通路核心分子：細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶（ERK）、c-Jun 氨基末端激酶（JNK）、p38 MAPK、MAPK 激酶（MKK）、轉(zhuǎn)錄因子 c-Jun/ATF2、凋亡蛋白 Bax/FasL。

通路工作機(jī)制：MAPK 通路包含 ERK、JNK、p38 三個(gè)功能差異化的亞家族，其激活依賴 MKK 的磷酸化級聯(lián)反應(yīng)。低濃度 ROS 可激活 ERK 通路，通過磷酸化下游靶蛋白推動(dòng)細(xì)胞周期進(jìn)展，促進(jìn)細(xì)胞增殖；而高濃度 ROS 會抑制 ERK 活性，同時(shí)激活 JNK 和 p38 通路。JNK 和 p38 被磷酸化后，會進(jìn)一步激活 c-Jun、ATF2 等轉(zhuǎn)錄因子，啟動(dòng) Bax、FasL 等凋亡相關(guān)基因的表達(dá)，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。例如在心肌缺血再灌注損傷中，再灌注引發(fā)的 ROS 爆發(fā)會特異性激活 JNK/p38 通路，導(dǎo)致大量心肌細(xì)胞凋亡，加重心肌組織損傷；而在腫瘤細(xì)胞中，低水平 ROS 激活的 ERK 通路則會成為腫瘤增殖轉(zhuǎn)移的 “助力器"。

（四）PI3K/Akt 通路：氧化應(yīng)激下的 “細(xì)胞存活信號"

通路核心分子：磷脂酰肌醇 3 - 激酶（PI3K）、蛋白激酶 B（Akt）、磷脂酰肌醇 - 3,4,5 - 三磷酸（PIP3）、雷帕霉素靶蛋白（mTOR）、促凋亡蛋白 Bad。

通路工作機(jī)制：該通路與氧化應(yīng)激呈雙向調(diào)控關(guān)系。適量 ROS 可激活 PI3K，使其催化細(xì)胞膜磷脂生成 PIP3，PIP3 招募 Akt 至細(xì)胞膜并完成磷酸化激活。激活的 Akt 通過多重途徑維持細(xì)胞存活：一是磷酸化促凋亡蛋白 Bad，使其與抗凋亡蛋白 Bcl-2 結(jié)合而失活；二是抑制胱天蛋白酶家族的活化，阻斷凋亡通路；三是激活 mTOR 通路，促進(jìn)細(xì)胞代謝與增殖。此外，Akt 還能磷酸化 Nrf2，增強(qiáng)其核轉(zhuǎn)位效率，形成 “抗氧化 - 促存活" 的協(xié)同效應(yīng)。但當(dāng) ROS 過量時(shí)，會氧化損傷 PI3K 和 Akt 的活性位點(diǎn)，抑制通路功能，同時(shí)激活線粒體凋亡通路，最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡。

四、氧化應(yīng)激通路與疾病的關(guān)聯(lián)

氧化應(yīng)激信號通路的紊亂是多種重大疾病的核心病理機(jī)制。在腫瘤領(lǐng)域，腫瘤細(xì)胞可通過激活 Nrf2 通路增強(qiáng)抗氧化能力，形成化療耐藥；而靶向抑制 Nrf2 則能提升腫瘤細(xì)胞對 ROS 的敏感性，增強(qiáng)放化療效果。在神經(jīng)退行性疾病中，神經(jīng)元內(nèi) ROS 累積會抑制 PI3K/Akt 通路，同時(shí)激活 JNK 通路，導(dǎo)致多巴胺能神經(jīng)元凋亡，誘發(fā)帕金森??；而激活 Nrf2 通路可減少 β- 淀粉樣蛋白聚集，緩解阿爾茨海默病的病理癥狀。在心血管疾病中，NF-κB 通路的持續(xù)激活會加劇血管內(nèi)皮炎癥，促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化斑塊形成，而 PI3K/Akt 通路的激活則能保護(hù)心肌細(xì)胞，減輕缺血再灌注損傷。

綜上，氧化應(yīng)激的分子機(jī)制是一個(gè)多靶點(diǎn)、多通路的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，各通路間的交叉調(diào)控決定了細(xì)胞的最終命運(yùn)。深入解析通路的核心分子與調(diào)控邏輯，將為氧化應(yīng)激相關(guān)疾病的精準(zhǔn)靶向治療提供全新方向。

相關(guān)實(shí)驗(yàn)案例

01

IA0050  N-乙酰-L-半胱氨酸

經(jīng)指定處理CAT 100 微摩爾 / 升、N - 乙酰半胱氨酸（NAC）50 微摩爾 / 升，預(yù)處理3-5 分鐘）后，A549 細(xì)胞內(nèi)活性氧（ROS）水平的檢測結(jié)果：（C）熒光顯微鏡檢測（比例尺：100 微米）；（D）酶標(biāo)儀檢測（樣本數(shù) n=6）^[1]。

02

IL0510 番茄紅素

莠去津（ATR）和 / 或番茄紅素（LYC）對雞肝組織形態(tài)學(xué)及超微結(jié)構(gòu)的影響^[3]。

莠去津（ATR）和 / 或番茄紅素（LYC）對雞肝組織銅離子水平及氧化應(yīng)激的影響^[3]。

莠去津（ATR）和 / 或番茄紅素（LYC）對雞肝組織銅死亡的影響^[3]。