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开博时间:2016-07-01 14:43:00

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自由基?“坏小子”还是“好小子”

2018-08-30 23:51:00

  关注健康和长寿的人,应该听说过一帮“坏小子”的鼎鼎大名—自由基。什么是自由基呢?

  无处不在自由基

  在由原子组成的世界中有一个特别的法则:只要有两个以上的原子组合在一起,它们的外围电子就一定要配对;如果不能配对,它们就只得靠“掠夺”别的电子使自己变得安稳。在化学中,这种现象被称为“氧化”,这种有着不成对电子的原子或分子叫作自由基。

  自由基的种类非常多,存在的空间相当广泛,可谓无处不在。在生物体系中遇到的自由基主要是氧自由基,通称活性氧(ROS)。这些活跃的自由基就像社会中的未婚青年一样,如果总也找不到理想的伴侣,就可能成为社会中的不安定因素。如果一位单身小伙子有幸遇到了另一位单身女性,并最终结为夫妻稳定下来,后者就可以被称为“自由基清除剂”或“抗氧化剂”了。

  人体内部就存在抗氧化剂,如性激素、辅酶Q10、超氧化物歧化酶(SOD)等酶类和维生素C、维生素E、β-胡萝卜素和硒等;其中,维生素C和维生素E被誉为“自由基清道夫”,它们具有平衡自由基或者说清除多余自由基的能力。

  每个人体内都免不了会产生自由基,因为人体新陈代谢需要通过氧化反应产生能量,这些氧化反应就是自由基的重要来源。人体在运动时需要更多的能量支持,机体对氧的摄取和消耗都会增加,体内自由基也将因此成比例增加;人体在极端不良情绪下,如愤怒、紧张、恐惧时等,也会产生自由基。另外,外界环境中的紫外线辐射、X射线、电磁波、酒精、药物、空气污染、农药以及吸烟等因素都会使人体产生更多的活性氧自由基。

  总之,自由基可谓无处不在,其来源于两个渠道:一是在机体本身氧化代谢过程中不断产生;二是因环境污染、辐射和不良生活习惯等产生。

  惹事的“坏小子”

  人类生存的环境中充斥着不计其数的自由基,我们每天都要遭到自由基成千上万次攻击。这种攻击的途径是多方面的,既有来自体内的,也有来自外界的。如炒菜时产生的油烟中就有自由基,家庭主妇、厨师等患肺部疾病和肿瘤的概率因而远远高于其他人;此外,吸烟也是产生自由基的一大因素。自由基对人体的攻击,既在最深层引起基因突变,又在最表层留下痕迹。

  自由基对人体的损害主要有四个方面:第一,损害脂类,破坏细胞膜;第二,攻击蛋白质细胞,损害蛋白质,令蛋白质失去功能;第三,损害碳水化合物;第四,损害核酸,损伤基因,导致细胞变异的出现和蓄积。

  蛋白质、脂肪、碳水化合物和核酸是组成生物体基本而重要的物质。这些物质一旦受损,生命活动将受到威胁。自由基对生物体的危害就在于能破坏这些生物大分子,使生物体患病乃至加速衰老。此外,自由基还会使核酸突变。这是人类衰老和患病的根源。

  换句话说,如果氧自由基过多或清除过慢,就会导致人体正常细胞和组织受损,从而引起心脏病、阿尔兹海默病、帕金森症和肿瘤等100多种疾病,并由此影响人的健康和寿命。因此,自由基是人体疾病、衰老和死亡的启动剂和直接参与者,是不受欢迎的“坏小子”。

  为了革除这帮“坏小子”,人们开发了一种又一种的抗氧化剂,其抗氧化力提高了几百倍。不少人,尤其是亚健康的人和癌症患者,日复一日地坚持补充各种维生素和微量元素。他们认定,“大量补充维生素可以抗氧化”,而“抗氧化就等于防癌”。

  2005年的一项调查发现,有11%的美国人服用的营养补充剂中所含维生素E达到了每日建议摄入量的17倍以上。抗氧化剂和富含抗氧化物的食物已然成为人们保健、抗衰老的“灵丹妙药”。

  人体中的“好小子”

  不过,在自由基理论风靡全球的同时,科学界出现了一些要为自由基平反的声音。

  2008年下半年,有报道称,自由基衰老理论的可靠性、抗氧化剂的安全性值得质疑。伦敦大学戴维·格姆斯博士的一项研究证明,一些经过SOD突变处理的线虫,虽然体质比同类虚弱,但寿命没有缩短。研究者就此得出“自由基理论站不住脚”的结论,并指出抗氧化物的抗衰老效果甚微甚至无效。

  2014年5月8日,加拿大麦吉尔大学的研究人员在世界权威科学期刊—美国《细胞》杂志上公布了一项新的研究成果,再次为自由基洗刷“坏小子”的名声。此前几年,该研究团队利用模式生物秀丽隐杆线虫做实验,惊讶地发现,自由基的作用是在分子层面上告诉细胞去“自杀”。这一细胞程序性死亡,即所谓“细胞凋亡”,是指受损细胞在几种情况下自我死亡的过程,它包括避免发生癌变、避免引发自身免疫系统疾病或是通过“自杀”来消灭侵入细胞内的病毒。该机制的分子层面原理存在于所有动物体内,但最早是在秀丽隐杆线虫身上发现的。这一发现获2002年诺贝尔生理学或医学奖。他们近期的研究工作又向前推进了一步,证明这种机制一旦通过适当的途径经过自由基激活,就可以加强细胞的防御机制并延长其生命周期,即从分子机制层面上为自由基实际上会促进长寿提供了有力的新证据,证明自由基作为一种信号分子具有有益的作用。简单来说,自由基不仅不是机体衰老背后的罪魁祸首,反而是促进生物体健康长寿的神秘推手。以后如果要问人们长寿的秘诀是什么,答案也许并不是“抗氧化剂”,而是自由基了。

  另外,近些年来的一系列研究发现也给“抗氧化物热”泼了一盆冷水。迄今为止,几乎所有抗氧化剂的临床试验均没有显示其保护效应与抗癌效应,反而证明它们有助肿瘤生长。

  最初,人们对抗氧化剂与癌症之间的关联曾经有过各种各样的研究,但都未能获得明确的结果。动物实验或小规模临床试验显示,抗氧化剂能够预防癌症;然而,若展开严谨的大规模对照试验,结果又无法再现。例如1994年一项针对29133名吸烟者的研究反而提示,服用抗氧化的β-胡萝卜素的人群容易罹患肺癌。

  2014年1月,瑞典哥德堡大学的研究人员证明,抗氧化剂(维生素E与乙酰半胱氨酸)会加速肺癌恶化过程。何以如此?推测的原因是,抗氧化剂能够保护细胞DNA免受伤害。与此同时,癌细胞也获得了保护。通常情况下,一旦DNA受损累积到一定程度,被称为基因组守护者的抑癌基因P53蛋白就会开始表达;然而,抗氧化剂会减轻DNA受到的损害,进而抑制P53蛋白的表达,结果反而为癌细胞提供了“保护伞”。不过,研究人员表示,该实验用的是小鼠,因此同样的状况是否会在人类身上发生还未可知;同时,它是否会增加癌症发生的风险这一点也尚无结论,将来的研究应该致力于阐明抗氧化剂在癌细胞内部的具体作用及相应机制。

  但美国德州大学医学院安德森癌症中心的研究人员仍然认为,这项研究显示了抗氧化剂在癌细胞内的作用或许并不那么单纯。抗氧化剂或许的确可能预防癌症;然而,一旦癌症发生了,它就“翻手为云,覆手为雨”,或许反过来扮演守卫癌细胞的帮凶角色。这一假说提示,抗氧化剂之于癌症的作用可能存在条件依赖性。若顺着这一思路,导致先前各类研究显示矛盾结局的缘由便昭然若揭。

  哥德堡大学的研究人员随后于2015年10月发表的研究成果表明,抗氧化剂会使皮肤癌中最危险的一种—恶性黑色素瘤的转移速率增加两倍。早期肿瘤本身并不危险,通常可以治愈;但是,抗氧化剂会增加肿瘤细胞的迁移能力。这是更严重的问题,因为癌细胞转移是导致恶性黑色素瘤患者死亡的原因。他们发现,抗氧化剂至少可以通过两种不同的方式加快癌症进程。简单来说,就是抗氧化剂能保护健康细胞免受自由基的攻击,但可能也会保护已经形成的肿瘤细胞。

  美国德州大学西南医学中心儿童研究所的研究人员在2015年10月完成的一项研究中也发现,用抗氧化物对小鼠进行处理,会帮助转移性黑色素瘤细胞存活,促进癌细胞转移。在一些临床试验研究中,有研究人员发现,接受抗氧化物处理的病人死亡得更快。因此,他们不得不终止了研究。

  2016年2月,香港大学医学院的研究人员在《美国国家科学院院刊》上报告了他们的研究成果:动物实验发现,抗氧化物会刺激肝癌细胞生长,甚至可能会刺激其他类别的癌细胞的发展。因此,他们建议肝癌患者应避免服用高剂量的抗氧化物补充剂,如维生素A、C或E。

  1962年诺贝尔生理学或医学奖得主、DNA双螺旋结构发现者之一、美国科学家詹姆斯·沃森,曾任世界著名的美国冷泉港实验室主任近40年。他也认为,抗氧化剂不但无助于预防癌症,甚至可能引发癌症。2013年1月,他在英国皇家学会出版的《开放生物学》上发表文章指出,时下流行的超级防癌食物,如蓝莓、花椰菜等,都无法预防癌症,甚至会增加致癌风险,抗氧化剂“引起的癌症可能多于预防的种类”。他认为,自由基可能是预防与治疗癌症的关键,它不仅使生病细胞获得控制,也使癌症药物与放射治疗有效,如果将它们从人体内去除,反而可能带来反效果。他表示:“最新公布的相关研究结果显示,许多末期癌症无药可治的病例,可能肇因于病人体内累积太多的抗氧化剂。科学家必须严肃探讨抗氧化剂太多反而可能引发癌症的课题。”沃森认为,包括维生素A、C、E与硒在内的多种抗氧化剂,不仅无助于预防胃癌或延长寿命,甚至可能减少寿命,维生素E可能特别危险。

  随后,美国冷泉港实验室教授David Tuveson博士和西北大学的Navdeep Chandel博士在2014年7月出版的《新英格兰医学》杂志上发表论文,揭示了抗氧化剂不抑癌、反倒促进癌细胞发展的关键原因在于,现在市场上抗氧化能力越来越强、种类越来越多的抗氧化剂由于作用点跑偏,不仅没有在促癌活性氧(ROS)生成的细胞关键位点—线粒体这一细胞能量工厂中发挥作用,反而在细胞其他地方干扰了正常细胞的成长;因此,抗氧化能力越来越强的抗氧化剂对健康的伤害可能也越来越大。他们提出,抗氧化剂可能刺激癌细胞发展,所以抑制抗氧化物和提高氧化剂水平才是治疗癌症的正确方法。这就从理论上解释了沃森的观点。

  这一切,似乎也在证明自由基的作用和清白。

  历史上,麻雀变凤凰的情况是存在的。曾经被人们视为废物乃至毒物的一氧化氮,如今就跨入“好小子”行列,成为“明星分子”“健康信使”,风靡世界的“伟哥”就是它的杰作。自由基也能像一氧化氮那样,从“坏小子”摇身一变成为“好小子”吗?仅凭上述研究成果恐怕还难以服众,仍需后续研究进一步证实。或许,只说自由基是“坏小子”或“好小子”都不全面,它们很可能是二者的统一体。但不管怎样,自由基都值得追求健康和长寿的人们去关注。

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