【慢性炎症概说】 三，氧化引发慢性炎症的机制

三，氧化引发慢性炎症的机制

炎症通常是被认为出现了对身体不利的〝刺激〝而引发的反应。例如入侵人体的细菌和病原微生物或病毒等时的免疫反应。除此之外还需要特别注意「氧化」引起的炎症反应。近年来一直大力倡导为了健康而多吃富含抗氧化物质的蔬菜等食品，「抗氧化」一词也更多的出现在健康食品和健康科普的领域。从科普的角度形象的把氧化形容为类似自然界铁生锈的过程在人体内部的再现(身体内部生锈的过程)。而基于化学专业的解释，氧化是指氧气与物质结合形成氧化物的过程。就如，铁经氧化就会生成氧化物--铁锈，铁锈要比没有氧化时的铁更脆弱，铁经氧化而受损后也会失去原本的形态和功能。

3.1 活性氧（Reactive Oxygen Species，ROS）

　同样，在人体内发生氧化时，类似铁锈蚀的氧化过程也在人体细胞层面上发生。人体内发生氧化反应是导致健康面一系列麻烦问题的起因。氧气作为能量代谢的重要元素通过呼吸进入人体内后，通常在被称为能量转换工场的线粒体内将来自于食物的糖和脂肪转换成能量ATP(腺苷三磷酸Adenosine-5'-triphosphate）。在该过程中氧元素的电子被剥离转变成多种「活性氧」物质，也被称为活性氧（ROS）。这些活性氧（ROS）在细胞中的适度产生是正常的生理过程的一部分，例如在免疫系统中的白细胞杀灭细菌时会释放出来。活性氧具有很强的氧化能力，在免疫过程中会击退病原微生物或病毒的侵袭，是一种对人体有益的存在。然而，当活性氧（ROS）产生过多或清除不足时，就可能导致氧化应激，会对正常细胞、DNA等造成伤害、导致炎症以及许多疾病的发生。

图-1 活性氧的产生

活性氧（ROS）是一类包括氧自由基和非自由基的氧化性分子。这些分子因含有未成对电子而具有高度的不稳定性。一些主要的活性氧（ROS）包括：

超氧自由基（Superoxide Anion,O2^-）： 氧气在体内形成超氧自由基，也被称为「超氧根」，是最早被生物体认识到的ROS之一，通常由氧分子获得一个额外的电子而形成。

過氧化氫（Hydrogen Peroxide, H2O2）： 超氧自由基与氢结合形成「过氧化氢」。由超氧自由基进一步代谢而成，相对较稳定。

羥自由基（Hydroxyl Radical,•OH）：是最具有氧化能力的ROS之一，是最强大的活性氧，由过氧化氢转换而来，通常通过Fenton反应或Haber-Weiss反应产生。

一氧化氮（Nitric Oxide, NO）： 尽管通常被分类为一种氮氧化物，但也具有活性氧特性。虽然它不是氧自由基，但在生物体内可以与氧自由基产生反应。

单线态氧 ( singlet oxygen 1O2 ) ：人体受阳光中紫外线照射影响，也会产生的一种活性氧，对人体同样有害。

3.2  抗氧化酶（Superoxide Dismutase，SOD）

在活性氧（ROS）中，超氧根和过氧化氢会被体内本来就存在的酶，如超氧化物歧化酶、谷胱甘肽过氧化酶、过氧化氢酶等分解。这些酶被称为抗氧化酶（Superoxide Dismutase，SOD），是一类酶类蛋白，主要负责清除细胞内的超氧自由基（superoxide anion, O2^-）。SOD的主要功能是催化超氧自由基的转化，防止其与其他分子发生反应，从而减少氧化应激对细胞的损害。SOD根据它们作用的细胞部位和金属辅助因子的类型分为三类：

Cu/Zn-SOD(SOD1)：主要存在于细胞胞浆中，其辅助因子是铜和锌。最常见的SOD类型。

Mn-SOD(SOD2)：主要存在于线粒体内，其辅助因子是锰。线粒体是细胞内产生能量的部位，因此Mn-SOD在维护线粒体功能和防止氧化应激方面起到重要作用。

EC-SOD(SOD3)：主要存在于细胞外基质，如细胞外间质。其辅助因子是铜和锌。EC-SOD在保护细胞外结构免受氧化应激损伤方面发挥作用。

这些SOD在细胞内协同工作，形成一个细胞内外的防御网络，帮助细胞对抗氧化应激。同时，细胞内的维生素E和维生素C和谷胱甘肽以及NAD+等也参与对抗氧化应激。

3.3  活性氧（ROS）引发引起炎症

活性氧是在氧气在体内被使用的过程中产生的，因此人体在生命过程中随时会产生一定数量的活性氧。活性氧通过损伤细胞结构、改变细胞功能以及激活炎症信号通路而引发炎症反应，这被称为氧化性炎症。然而炎症是机体的一种自我保护反应，旨在清除病原体和修复受损组织。人体内适量的活性氧对细胞和机体有一定的正常调节作用。同时，在正常情况下由于细胞内抗氧化酶（SOD）的存在，使人体内本身就具有抗氧化的能力，机体能够平衡ROS的产生和清除，以维持充分的抗氧化防御系统。

图-2 氧化(ROS)-抗氧化(SOD)系统

然而随着年龄的增长、压力、紫外线、以及吸烟、化学物质等各种因素的影响，抗氧化能力下降氧化压力上升，体内的氧化（ROS）和抗氧化（SOD）平衡被打破(图-2)，体内氧化过程不断加剧，ROS的生成量超过细胞清除的能力时，就会导致氧化应激，造成细胞膜的损伤，蛋白质的氧化等生理组织损害。

细胞膜的损伤： ROS可以直接损害细胞膜中的脂质，引发脂质过氧化反应，导致细胞膜的结构和功能受损。这种细胞膜的损伤会释放出细胞内的信号分子，如炎症介质和趋化因子，从而招募白细胞和其他免疫细胞到受损部位。

蛋白质的氧化： ROS可以与细胞内的蛋白质发生氧化反应，导致蛋白质的结构和功能发生改变。这些氧化的蛋白质可能成为免疫系统识别的信号，触发炎症反应。

细胞信号通路的激活： ROS可以激活多个细胞信号通路，包括核因子-κB（NF-κB）和线粒体相关途径。这些激活的信号通路会引发炎症反应，增强炎症介质的产生，促进白细胞的迁移和炎症反应的持续。

炎症因子的释放： 活性氧的作用可以导致炎症细胞产生和释放炎症介质，如肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、白细胞介素-1β（IL-1β）等。这些炎症介质可以扩大炎症反应，并引起周围组织的炎性变化。

对能量转换用的脂肪细胞而言，能量代谢中活性氧的作用还会导致脂肪细胞异常分泌和过氧化。

脂肪细胞异常分泌：因子活化蛋白激酶（MAPK）、核因子-κB（NF-κB）等应激响应信号被激活，导致肿瘤坏死因子（TNF）-α、单核细胞趋化蛋白（MCP）-1、脂联素等多种脂肪细胞因子的异常分泌。从脂肪组织中过度分泌的炎症性细胞因子和游离脂肪酸会激活肝脏和骨骼肌的炎症信号，导致胰岛素抵抗性的发生。

不饱和脂肪酸过氧化：活性氧会氧化体内的亚油酸、花生酸、亚油酸等不饱和脂肪酸，生成「过氧化脂质」。这种过氧化脂质不仅会阻碍细胞的正常功能，还会通过氧化血管内的低密度脂蛋白胆固醇，引发慢性炎症，导致动脉硬化，成为心血管系统疾病的因素。

在上述过程中释放炎症性细胞因子触发炎症反应，导致全身各处会不断发生小型炎症。如果持续发生就会转换为慢性炎症，最终导致癌症、阿尔茨海默病等各种疾病。

 (待续)

杨金宇  初稿(健康界): 2023.12.1４

引用资料：

[1] ガン、動脈硬化、糖尿病、老化の根本原因 「慢性炎症」を抑えなさい

熊沢 義雄 (著)  青春出版社　2017.11.1

[2]基盤病態としての慢性炎症 ‎ 真鍋 一郎  中山 俊憲 医歯薬出版 (2023/5/23)

[3]万病のもと、慢性炎症を防ぐ！大石 由美子（日本医科大学大学院医学研究科代謝・栄養学分野）

[4] 生活習慣病における慢性炎症の制御に着目した新たな診断法・治療法の開発に関する研究

                     　　 　　　　平成２６年度(2014年度)厚生労働科学研究委託事業

[5] ChatGPT 4.0