活性氧(ROS)的产生和消除之间不平衡时,就会造成氧化应激。肠道在外来物质和病源微生物的作用下,容易产生ROS。肠道中ROS长期积累会导致各种肠道疾病的发生,如炎症性肠病(IBD)、肠道感染、坐骨神经痛、肠损伤与结直肠癌。已有大量研究表明,天然营养素包括维生素、蛋白质、脂肪、矿物质和植物提取物质可以保护肠道健康,减轻氧化应激引起的损伤,因此有望将他们开发成为新型功能性营养补充剂。本文综述了近些年肠道氧化应激的研究进展,对其成因、机理以及营养素对其的健康干预。
1.简介氧化应激是活性氧(ROS)产生和消除过程之间的不平衡状态(Hussain等,)。活性氧,包括自由基ROS和非自由基ROS,是一种不稳定的含有未配对电子的活性氧分子。活性氧作为重要的信号分子,在人体代谢过程和免疫系统中发挥正常的生理功能(Lushchak,年)。正常情况下,生物体具有产生和消除ROS的能力。然而,除了内在来源之外,污染物、辐射、饮食和生活方式都可能导致ROS升高。细胞内ROS的升高不仅导致细胞组分(如蛋白质、脂肪和DNA)内的频繁化学反应,还可以触发相关的信号通路(Bhattacharyya,Chattopadhyay,MitraCrowe,;FinkelHolbrook,)。过多ROS产生会导致机体氧化应激,具体表现为肠道、心血管、神经衰退性疾病,甚至会影响人类寿命(FinkelHolbrook,;KimSieburth,;Patel等,)。
肠道是食物消化、吸收和代谢的主要器官,也是机体重要的物理屏障和免疫屏障。肠道生理功能包括消化吸收养分、感知病原体和维持肠道稳态(SegristCherry,)。由于肠道不可避免地接触外来物质和病源微生物,它也被认为是一个关键的ROS来源(Bhattacharyya等,)。肠道氧化应激在肠道损伤早期发挥重要作用。它作为肠道屏障功能紊乱的激活因子,进一步触发免疫失衡和炎症反应(Han等,;Yang等,)。许多肠道疾病是由氧化应激引起和激化,如炎症性肠道疾病(IBD)、肠道感染、缺血性肠损伤和结直肠癌(Bhattacharyya等,)。然而,鲜有有效的治疗策略去缓解IBD和恢复肠道屏障功能(Vargas-Robles,FabiolaCastro-Ochoa,FranciscoCitalan-Madrid,Schnoor,)。治疗肠道相关疾病的基础是维持ROS平衡。蛋白质、脂肪、维生素和矿物质等必需营养素与机体代谢息息相关,同时在维持组织和器官功能中必不可少。而营养添加剂则包含了必需营养素以及植物、细菌和动物源的生物活性天然产物。这些产品都有望作为保障肠道健康的营养添加剂,但相关机制仍需进一步研究。
2.ROS和氧化应激2.1自由基和ROS
自由基和ROS是具有未配对电子的分子、离子、原子或原子团,可以独立存在。自由基和ROS并不是完全包容和等同,但一些ROS化合物在许多疾病中更为常见(Lushchak,)。因为ROS是在细胞呼吸中持续产生,线粒体是机体大多数ROS的主要来源(Skulachev,)。活性氧的形成途径是氧化还原反应和电子激发。
ROS可分为自由基活性氧和非自由基活性氧。自由基ROS包括超氧(O2?)、羟基自由基(·OH)、过氧自由基(ROO·)和烷氧自由基(RO·)。非自由基化合物由氧(1O2)组成)、臭氧(O3)、过氧化氢(H2O2)、次氯酸(HOCl)、低溴酸(HOBr)、氯胺(RNHCl)和有机过氧化物(ROOH)(BedardKrause,;SiesJones,)。其中,·OH被认为是活性最强的ROS,·H2O2和·OH是关键的氧化还原信号物质,包括NADPH氧化酶和线粒体电子传递链(SiesJones,)。ROS的多样性决定了ROS的性质,包括不稳定性、活性、富集性和多向性。同时,机体内也存在一些与活性氧相似的高活性化合物,称为活性氮(RNS),包括一氧化氮(·NO)、二氧化氮(·NO2)、过氧亚硝酸(ONOO?)和三氧化二氮(N2O3)。由于RNS通常与ROS一起作用,引起氧化应激,它们不从氧化应激中单独分离出来。ROS的来源被归类为习惯、环境、疾病和自我生成(见图1)。
2.2肠道氧化应激
当机体抗氧化防御系统不能清除多余的ROS时,就会发生肠道氧化应激损伤,主要表现为蛋白质、脂类和DNA损伤(Han,HuangWang,)。蛋白质作为组织和器官的基本成分,在生物体中发挥着重要的生理功能,是ROS攻击的重要靶点。ROS可以修饰氨基酸残基、交联蛋白、破坏肽链,甚至破坏高级结构(Dalle-Donne、Rossi、Giustarini、Milzani和Colombo,)。在磷脂双层上,ROS与饱和脂肪酸有很强的亲和力,生物膜的脂质过氧化在氧化应激损伤中值得