疾病防治新思路——氧化应激窗口期干预假设
■关键词解析■
氧化应激(OS)：是由于某种或多种原因破坏了机体内强氧化剂和抗氧化剂的平衡，致使机体内出现过量的非正常水平含量的自由基，从而导致的潜在伤害。现在，氧化应激被认为是造成多种重大疾病和一些常见病，如糖尿病和糖尿病慢性并发症、肺纤维化、癫痫、高血压、感冒、动脉粥样硬化和相应的心血管疾病、癌症、肾病变和帕金森病等疾病的重要原因。与基因组学和蛋白质组学理论从大分子的水平认识和研究疾病不同，氧化应激理论提供给人类的是从小分子水平来认识和研究疾病的思想。
尽管高氧化应激水平对机体的损伤是立即的，但是造成机体的临床疾病表现还需要一定的时间，也就是说存在一个“潜伏期”。2003年，美国的研究人员首次提出氧化应激窗口期干预假设：每种疾病发病前的高氧化应激水平至少会有一天或者更长时间的窗口期；可通过对窗口期的某些特异指标的检测进行疾病的早期诊断；可利用某种方法或手段，迅速降低机体的高氧化应激水平，将机体调整到正常状态，从而预防因氧化应激所致的疾病，并对已有疾病进行辅助治疗。近年来，各国科研人员将氧化应激理论应用于疾病的早期诊断和预防研究上，取得了一些积极进展。
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■进展一：诊断标志物的研究不断深入
利用氧化应激窗口期进行疾病的早期诊断，需要满足三个方面的条件：一是造成疾病的高氧化应激状态存在独特的标志物，二是这些高氧化应激状态的标志物具有一定的稳定性且能够被定量化检测，三是发病前的高氧化应激状态应能维持一段足够长的时间。
当前的相关研究主要集中在高氧化应激状态标志物的判断方面。当体内出现大量的富余自由基时，过量的自由基会和构成机体的重要组分(包括脂质、蛋白质和遗传物质DNA与RNA等)发生反应，产生不同的变性物质。如自由基与脂质体反应生成的产物有丙二醛(MDA)、F2异构前列腺素、多种胆固醇氧化物、8-异前列腺素等；与蛋白质反应生成的产物有非对称性二甲基精氨酸(ADMA)、谷胱甘肽结合血红蛋白、糖化血红蛋白、硫氧还原蛋白、硝基酪氨酸、单核细胞趋化蛋白MCP-1等。与DNA或RNA反应生成的产物则更多，因为自由基既可与碱基的双键发生反应，生成几十种衍生物(8-羟基脱氧鸟苷等)，又可与DNA或RNA的长链发生反应。另外，自由基和脂质体反应生成的产物也会与DNA或RNA发生反应，生成更多的不同产物，使整个高氧化应激水平的体系更加复杂。
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上述化合物与人体内用于对抗高氧化应激水平的蛋白质类生物酶，如谷胱甘肽过氧化物酶(GPx)、过氧化氢酶、超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽还原酶(GR)等，均满足具有一定的稳定性、与疾病密切相关、能被定量检测等要求，可以用作相应疾病的标志物。
科研人员已找到分析方法来定量检测这些标志物。蛋白质的分析一般使用酶免疫分析技术，其他物质或者直接测定它们的含量，或者通过某种衍生反应来测定其衍生物：如用高效液相色谱硫代巴比妥酸法(HPLC-TBA)检测丙二醛、用高效液相色谱法(电化学检测器HPLC-ECD)检测非对称性二甲基精氨酸和8-羟基脱氧鸟苷、用光化学发光法(PCL)或液质联用法(LC-MS)检测8-异前列腺素、用31P活体核磁共振谱(31PMRS)方法检测肌酸激酶/磷酸肌苷之间的比值(CK/PCr)等。
从1988年到现在，研究人员已经确认超过两百多种疾病与高氧化应激水平相关，并发现各自特异的氧化应激标志物。如糖尿病、阿尔茨海默病等可看作是高氧化应激水平窗口期长的疾病，而普通感冒、流感或人体的亚健康状态等通常被认为是高氧化应激窗口期较短的疾病。2003年发布的一项研究表明，阿尔茨海默病发病前出现大量的F2异构前列腺素，同时会有大量的4-羟基壬烯醛生成，而后者能和多种氨基酸的氨基侧链发生反应，造成大脑内多种蛋白质变性。这些变性蛋白质被作为阿尔茨海默病的氧化应激标志物。随着研究的逐步深入，氧化应激标志物的定量结果也被不断发现。例如，健康人的脑室液中4-羟基壬烯醛浓度低于15微摩尔，而即将发病和已经发病的阿尔茨海默病患者脑室液中的该物质浓度高达25微摩尔。同时，一些能够快速检测部分简单氧化应激标志物的定量方法已经被发明出来，这些方法虽然还需要进一步完善，但是它们对测算人体的氧化应激水平能起到相当重要的帮助。
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■进展二：抗氧化应激制剂研究渐受关注
通过降低高氧化应激水平来预防疾病，主要是有效且安全地将过量自由基从体内除去。在内源性干预方面，人体可通过某种方法增加体内用于对抗过量自由基的物质，如GPx、过氧化氢酶、SOD、和/或GR等蛋白质的分泌，和/或增强这些蛋白质之间的协同作战能力，这主要是通过增强身体锻炼来实现的。
但这种内源性干预很容易受限，如人们无法坚持足够的锻炼等，而且随着年龄增长和机体老化，自体自由基的产生在数量上急剧升高，而自身分泌的抗氧化应激物质有限，协同能力也大幅下降。这就使得外源性干预极为重要，即通过某种方法将外来化合物送进人体内，协助清除过量的自由基。
开发外源性抗过量自由基的物质需要满足几个条件：一是该物质应有很高的安全性；二是其能够很快到达潜在病灶区捕捉过量的自由基；三是其作用机理类似于人体内特异生物酶(如GPx、过氧化氢酶、SOD)，确保外源性物质不会过量地捕捉自由基，维持人体内的自由基含量处于正常水平；四是外源性物质的用量有限，最好具有再生循环能力。
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目前的相关研究着重于两个方面。一方面是开发大分子蛋白质类的自由基捕捉剂。由于其结构与机体内部产生的基本相同，容易满足上述条件。但研究现实表明，开发这类物质的生产成本非常高，而且这类位置需要采用注射方法进行输送，方便度和舒适性差。另一方面是开发满足上述条件的小分子化合物，经口服途径进入机体内部。这方面的研发刚刚起步，距离临床应用还有很长的一段路要走。
例如，糖尿病的真正危害是高氧化应激水平所致的慢性并发症，如糖尿病性眼病、糖尿病性肾病、糖尿病性心脑血管病变等。使用降糖药控制血糖并没有妥善治疗糖尿病，因为产生糖尿病的两大病理基础——胰腺的β细胞受损和肝功能异常没有得到真正解决，还可能导致氧化应激水平的升高，即使应用胰岛素，也没有改善机体的氧化应激状态，而只是稳定一下病情。所以对于糖尿病来说，妥善的治疗方法是在控制血糖的同时，降低患者体内的高氧化应激水平。
在没有开发出满足上述条件的外源性抗过量自由基的物质前，有没有办法来预防这类疾病呢？近年来的研究显示，有一些小分子化合物和微量元素能够刺激人体分泌GPx、过氧化氢酶、SOD等内源性物质，本身也具有部分捕捉过量自由基的功能，如维生素E、维生素C、硫辛酸、锌、钒和硒等。虽然它们每一种组分的单独作用均不理想，但在一定的配比条件下，会表现出强大的降低氧化应激协同能力，促进糖尿病等的治疗，预防高氧化应激所致疾病的发生，其中一些配方(如那吡康普、克呋普等)已获国际专利。另外，一些可食用的草本植物也被报道过具有捕捉过量自由基的功能，如金银花、荆芥、姜、连翘、板蓝根等。通过不同配方来应用的这些物质，目前还无法满足再生循环的要求，但具有容易获得性和较高的安全性，在现阶段已经成为部分研究人员重点关注的内容。
(作者为美藉华人、淮北辉克药业技术总监，美国能源部博士后 朱作霖), http://www.100md.com
氧化应激(OS)：是由于某种或多种原因破坏了机体内强氧化剂和抗氧化剂的平衡，致使机体内出现过量的非正常水平含量的自由基，从而导致的潜在伤害。现在，氧化应激被认为是造成多种重大疾病和一些常见病，如糖尿病和糖尿病慢性并发症、肺纤维化、癫痫、高血压、感冒、动脉粥样硬化和相应的心血管疾病、癌症、肾病变和帕金森病等疾病的重要原因。与基因组学和蛋白质组学理论从大分子的水平认识和研究疾病不同，氧化应激理论提供给人类的是从小分子水平来认识和研究疾病的思想。
尽管高氧化应激水平对机体的损伤是立即的，但是造成机体的临床疾病表现还需要一定的时间，也就是说存在一个“潜伏期”。2003年，美国的研究人员首次提出氧化应激窗口期干预假设：每种疾病发病前的高氧化应激水平至少会有一天或者更长时间的窗口期；可通过对窗口期的某些特异指标的检测进行疾病的早期诊断；可利用某种方法或手段，迅速降低机体的高氧化应激水平，将机体调整到正常状态，从而预防因氧化应激所致的疾病，并对已有疾病进行辅助治疗。近年来，各国科研人员将氧化应激理论应用于疾病的早期诊断和预防研究上，取得了一些积极进展。
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■进展一：诊断标志物的研究不断深入
利用氧化应激窗口期进行疾病的早期诊断，需要满足三个方面的条件：一是造成疾病的高氧化应激状态存在独特的标志物，二是这些高氧化应激状态的标志物具有一定的稳定性且能够被定量化检测，三是发病前的高氧化应激状态应能维持一段足够长的时间。
当前的相关研究主要集中在高氧化应激状态标志物的判断方面。当体内出现大量的富余自由基时，过量的自由基会和构成机体的重要组分(包括脂质、蛋白质和遗传物质DNA与RNA等)发生反应，产生不同的变性物质。如自由基与脂质体反应生成的产物有丙二醛(MDA)、F2异构前列腺素、多种胆固醇氧化物、8-异前列腺素等；与蛋白质反应生成的产物有非对称性二甲基精氨酸(ADMA)、谷胱甘肽结合血红蛋白、糖化血红蛋白、硫氧还原蛋白、硝基酪氨酸、单核细胞趋化蛋白MCP-1等。与DNA或RNA反应生成的产物则更多，因为自由基既可与碱基的双键发生反应，生成几十种衍生物(8-羟基脱氧鸟苷等)，又可与DNA或RNA的长链发生反应。另外，自由基和脂质体反应生成的产物也会与DNA或RNA发生反应，生成更多的不同产物，使整个高氧化应激水平的体系更加复杂。
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上述化合物与人体内用于对抗高氧化应激水平的蛋白质类生物酶，如谷胱甘肽过氧化物酶(GPx)、过氧化氢酶、超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽还原酶(GR)等，均满足具有一定的稳定性、与疾病密切相关、能被定量检测等要求，可以用作相应疾病的标志物。
科研人员已找到分析方法来定量检测这些标志物。蛋白质的分析一般使用酶免疫分析技术，其他物质或者直接测定它们的含量，或者通过某种衍生反应来测定其衍生物：如用高效液相色谱硫代巴比妥酸法(HPLC-TBA)检测丙二醛、用高效液相色谱法(电化学检测器HPLC-ECD)检测非对称性二甲基精氨酸和8-羟基脱氧鸟苷、用光化学发光法(PCL)或液质联用法(LC-MS)检测8-异前列腺素、用31P活体核磁共振谱(31PMRS)方法检测肌酸激酶/磷酸肌苷之间的比值(CK/PCr)等。
从1988年到现在，研究人员已经确认超过两百多种疾病与高氧化应激水平相关，并发现各自特异的氧化应激标志物。如糖尿病、阿尔茨海默病等可看作是高氧化应激水平窗口期长的疾病，而普通感冒、流感或人体的亚健康状态等通常被认为是高氧化应激窗口期较短的疾病。2003年发布的一项研究表明，阿尔茨海默病发病前出现大量的F2异构前列腺素，同时会有大量的4-羟基壬烯醛生成，而后者能和多种氨基酸的氨基侧链发生反应，造成大脑内多种蛋白质变性。这些变性蛋白质被作为阿尔茨海默病的氧化应激标志物。随着研究的逐步深入，氧化应激标志物的定量结果也被不断发现。例如，健康人的脑室液中4-羟基壬烯醛浓度低于15微摩尔，而即将发病和已经发病的阿尔茨海默病患者脑室液中的该物质浓度高达25微摩尔。同时，一些能够快速检测部分简单氧化应激标志物的定量方法已经被发明出来，这些方法虽然还需要进一步完善，但是它们对测算人体的氧化应激水平能起到相当重要的帮助。
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■进展二：抗氧化应激制剂研究渐受关注
通过降低高氧化应激水平来预防疾病，主要是有效且安全地将过量自由基从体内除去。在内源性干预方面，人体可通过某种方法增加体内用于对抗过量自由基的物质，如GPx、过氧化氢酶、SOD、和/或GR等蛋白质的分泌，和/或增强这些蛋白质之间的协同作战能力，这主要是通过增强身体锻炼来实现的。
但这种内源性干预很容易受限，如人们无法坚持足够的锻炼等，而且随着年龄增长和机体老化，自体自由基的产生在数量上急剧升高，而自身分泌的抗氧化应激物质有限，协同能力也大幅下降。这就使得外源性干预极为重要，即通过某种方法将外来化合物送进人体内，协助清除过量的自由基。
开发外源性抗过量自由基的物质需要满足几个条件：一是该物质应有很高的安全性；二是其能够很快到达潜在病灶区捕捉过量的自由基；三是其作用机理类似于人体内特异生物酶(如GPx、过氧化氢酶、SOD)，确保外源性物质不会过量地捕捉自由基，维持人体内的自由基含量处于正常水平；四是外源性物质的用量有限，最好具有再生循环能力。
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目前的相关研究着重于两个方面。一方面是开发大分子蛋白质类的自由基捕捉剂。由于其结构与机体内部产生的基本相同，容易满足上述条件。但研究现实表明，开发这类物质的生产成本非常高，而且这类位置需要采用注射方法进行输送，方便度和舒适性差。另一方面是开发满足上述条件的小分子化合物，经口服途径进入机体内部。这方面的研发刚刚起步，距离临床应用还有很长的一段路要走。
例如，糖尿病的真正危害是高氧化应激水平所致的慢性并发症，如糖尿病性眼病、糖尿病性肾病、糖尿病性心脑血管病变等。使用降糖药控制血糖并没有妥善治疗糖尿病，因为产生糖尿病的两大病理基础——胰腺的β细胞受损和肝功能异常没有得到真正解决，还可能导致氧化应激水平的升高，即使应用胰岛素，也没有改善机体的氧化应激状态，而只是稳定一下病情。所以对于糖尿病来说，妥善的治疗方法是在控制血糖的同时，降低患者体内的高氧化应激水平。
在没有开发出满足上述条件的外源性抗过量自由基的物质前，有没有办法来预防这类疾病呢？近年来的研究显示，有一些小分子化合物和微量元素能够刺激人体分泌GPx、过氧化氢酶、SOD等内源性物质，本身也具有部分捕捉过量自由基的功能，如维生素E、维生素C、硫辛酸、锌、钒和硒等。虽然它们每一种组分的单独作用均不理想，但在一定的配比条件下，会表现出强大的降低氧化应激协同能力，促进糖尿病等的治疗，预防高氧化应激所致疾病的发生，其中一些配方(如那吡康普、克呋普等)已获国际专利。另外，一些可食用的草本植物也被报道过具有捕捉过量自由基的功能，如金银花、荆芥、姜、连翘、板蓝根等。通过不同配方来应用的这些物质，目前还无法满足再生循环的要求，但具有容易获得性和较高的安全性，在现阶段已经成为部分研究人员重点关注的内容。
(作者为美藉华人、淮北辉克药业技术总监，美国能源部博士后 朱作霖), http://www.100md.com