结构生物化学/细胞器/线粒体/活性氧 (ROS)
活性氧 (ROS) 是含有氧的分子。根据 ROS 的水平，它们可能对细胞有益或有害。
起初，科学家认为 ROS 是有害的分子。第一个发现的抗氧化剂，超氧化物歧化酶，被发现可以将 ROS，超氧化物（一种有毒的分子）转化为过氧化氢。这导致科学家认为 ROS 是有毒的副产物，必须转化为无害的东西。几十年后，发现细胞仅仅为了产生 ROS 而存活，这引发了质疑，认为 ROS 仅仅是一种有害的分子。
高 ROS 水平也与癌症和糖尿病相关。然而，ROS 后来通过多次实验被证明并非导致癌症和疾病的原因。相反，抗氧化剂有时甚至会提高死亡率。
线粒体中 ROS 的主要来源是电子传递链。当 O2 被还原为 O2- 时，就会产生超氧化物。超氧化物歧化酶 (SODs) 然后将超氧化物转化为过氧化氢。这个过程可以在电子传递链的任何复合物中发生。复合物 I 和 II 可以将 ROS 产生到线粒体基质中，而复合物 III 可以将 ROS 产生到膜的两侧。[1]
缺氧是指细胞暴露于低氧水平。在缺氧期间，细胞需要更保守地使用氧气和能量。作为响应，细胞会产生更多 ROS。ROS 会抑制脯氨酰羟化酶 (PHD2)，从而稳定 HIF。稳定的 HIF 将允许转录发生并表达调节糖酵解、血管生成和红细胞生成基因。为了减少氧气消耗，ROS 会抑制 Na/K-ATPase 活性。ROS 的产生会激活 AMP 活化蛋白激酶 (AMPK)，从而降低细胞中 ATP 的使用。AMPK 会磷酸化 Na/K-ATPase，导致内吞作用，抑制 Na/K-ATPase 的活性。[2]
ROS 还可以帮助收缩肺动脉，将含氧量低的血液重新导向肺部。肺动脉收缩是由钙离子增加引起的，而钙离子增加直接依赖于 ROS 产生的水平。
叉头框蛋白 O (FOXO) 是一系列转录因子，它们有助于细胞周期停滞、抗应激、细胞凋亡和肿瘤抑制。高水平的 ROS 有助于导致肥大（细胞生长），以使心肌细胞适应压力环境。然而，如果肥大持续时间过长，心脏可能会发生充血性心力衰竭，并最终导致死亡。因此，FOXO 会被激活，以清除 ROS，防止心力衰竭。蛋白激酶 B (Akt) 激活通过磷酸化抑制 FOXO，如果需要，可以再次积累 ROS。[1]
实验表明，FOXO 是调节 ROS 水平所必需的；否则，细胞将会死亡。低水平的 ROS 将允许细胞分化和增殖；然而，随着分化的增加，ROS 的产生也会增加。在造血干细胞 (HSC) 中，FOXO 1、3 和 4 基因的缺失会破坏细胞的过度增殖，最终导致死亡。然而，如果用抗氧化剂处理 HSC，它们可以存活，以对抗高水平的 ROS。在 Bmi1 缺失的小鼠中，可能会观察到类似的结果。[3]
肿瘤坏死因子α (TNFα) 有助于决定细胞是存活还是死亡。这个决定取决于 B 细胞 kappa 轻链增强子 (NF-κB) 的活性以及 c-Jun N 末端激酶 (JNK) 的活性。JNK 有助于发出细胞死亡的信号。没有 NF-κB，JNK 的活性持续时间更长，导致更多细胞死亡。没有 NF-κB，SOD2 不会被激活，允许 ROS 积累。ROS 可以使 JNK 磷酸酶失活，导致 JNK 活性延长，从而导致更多细胞死亡。ROS 已被证明具有作用，因为在没有 SOD2 的情况下用抗氧化剂治疗会提高细胞存活率。[1]
ROS 被认为是肿瘤和癌细胞中突变的原因，因为 ROS 水平与突变率直接相关。此外，当用抗氧化剂治疗肿瘤时，肿瘤生长被抑制了。
ROS 实际上有助于发出信号让肿瘤抑制因子激活。当癌基因 Ras 和 Myc 过度表达时，ROS 会增加，并有助于细胞转化。然而，作为对 ROS 的响应，沉默信息调节因子 3 (SIRT3)（一种激活 FOXO 的肿瘤抑制因子）被激活。FOXO 反过来会降低 ROS 水平。被激活的肿瘤抑制因子 SIRT3 还会杀死细胞。[1]
- 线粒体活性氧调节细胞信号传导并决定生物学结果。
- Hamanaka RB，Chandel NS。
- 趋势生物化学科学。2010 年 9 月；35(9)：505-13。2010 年 4 月 27 日在线发表。综述。
- PMID：20430626 [PubMed - 已编入 MEDLINE] 免费 PMC 文章
- Hamanaka RB，Chandel NS。