什么是活性氧（ROS）

活性氧，英文全称Reactive Oxygen Species，简称ROS，是一类具有高度化学反应活性的含氧分子或离子的统称。它们并非单一物质，而是包含了超氧阴离子（O₂⁻）、过氧化氢（H₂O₂）、羟自由基（·OH）、单线态氧（¹O₂）等多种物质。在正常生理条件下，ROS是细胞代谢过程中自然产生的副产物，同时也在细胞信号传导中扮演重要角色。

ROS在细胞内的产生来源

细胞内ROS的生成途径多样。线粒体是ROS产生的主要场所之一，在氧化磷酸化过程中，电子传递链偶尔会发生“电子泄漏"，导致分子氧被部分还原，生成超氧阴离子。此外，细胞膜上的NADPH氧化酶（NOX）家族在受到刺激时，会将电子从NADPH转移给氧分子，产生超氧阴离子，这一过程在免疫细胞的“呼吸爆发"中尤为重要。细胞内的其他酶系统，如黄嘌呤氧化酶、细胞色素P450酶系等，也会在特定条件下参与ROS的生成。过氧化物酶体在进行脂肪酸β-氧化等代谢活动时，同样会伴随ROS的产生。

ROS的生理功能

适量的ROS是细胞正常生理活动所必需的。它们作为第二信使参与细胞内多种信号通路的调控。例如，ROS可以通过氧化修饰蛋白质的特定氨基酸残基（如半胱氨酸的巯基）来调节蛋白质的活性、亚细胞定位或与其他分子的相互作用，进而影响细胞增殖、分化、凋亡等重要生命过程。在免疫防御方面，中性粒细胞等免疫细胞可通过产生大量ROS来杀灭入侵的病原体，这是机体固有免疫的重要组成部分。ROS还参与了血管舒张、凝血过程的调节以及某些激素的合成与释放。

ROS的病理损伤作用

当ROS的产生量超过细胞的清除能力，或者细胞的抗氧化防御系统受损时，就会导致氧化应激状态。过量的ROS会对细胞内的生物大分子造成氧化损伤。脂质过氧化是常见的损伤之一，ROS攻击细胞膜上的多不饱和脂肪酸，引发链式反应，破坏膜的结构和功能，导致膜流动性降低、通透性增加。蛋白质也易受ROS攻击，发生氨基酸残基的氧化、交联或断裂，从而失去其正常的结构和功能，影响酶活性、受体功能等。DNA更是ROS攻击的重要靶点，ROS可导致DNA碱基氧化、单链或双链断裂、DNA-蛋白质交联等，若损伤未能及时修复，可能引发基因突变，增加细胞癌变的风险。长期的氧化应激与多种疾病的发生发展密切相关，如心血管疾病、神经退行性疾病（阿尔茨海默病、帕金森病）、糖尿病及其并发症、衰老过程等。

细胞内的ROS清除与平衡机制

为了维持ROS的动态平衡，细胞进化出了完善的抗氧化防御系统。酶类抗氧化剂是其中的重要组成部分，包括超氧化物歧化酶（SOD），它能将超氧阴离子歧化为过氧化氢；过氧化氢酶（CAT）可将过氧化氢分解为水和氧气；谷胱甘肽过氧化物酶（GPx）则利用谷胱甘肽（GSH）作为还原剂，将过氧化氢和脂质过氧化物还原为无害物质。非酶类抗氧化剂也发挥着重要作用，如维生素C、维生素E、谷胱甘肽、辅酶Q10等，它们可以直接清除ROS，或作为酶类抗氧化剂的辅助因子。这些抗氧化机制协同作用，共同抵御ROS的潜在危害，维持细胞内环境的稳定。