永生道路上的一座大山——「自由基」

衰老一直是人類避不開的問題,按照2015年中國統計局發布的數據來看,我國人口的平均壽命是76.34歲,這一數字看似再平常不過,但如果說這還不到人類潛在壽命的一半,你會作何感想?

美國哈佛醫學院基因診斷室的研究人員根據人體生長規律及基因特點進行推測,提出人類的潛在壽命可以達到167歲左右,遠高于實際統計的平均壽命,那到底是什么原因導致了人們平均壽命的降低呢?





“自由基衰老理論”


正如物種起源一樣,關于衰老的理論眾說紛紜,其機制并不能被完全確定,但目前較多的研究表明衰老可能與人體內的自由基有關。早在1950年,美國內布拉斯加大學醫學院醫學博士Denham Harman教授就首次提出了“自由基衰老理論”[1],其核心內容有三條:

(ⅰ) 衰老是由自由基對細胞成分的有害進攻造成的;

(ⅱ) 這里所說的自由基,主要就是氧自由基,因此衰老的自由基理論,其實質就是衰老的氧自由基理論;

(ⅲ) 維持體內適當水平的抗氧化劑和自由基清除劑水平可以延長壽命和推遲衰老。


圖1  自由基進攻人體細胞

(圖源:網絡)


自首次提出后,Harman博士也在不斷對該理論進行改進。1972年,他提出“線粒體衰老理論”,認為線粒體中產生的氧自由基會破壞某些大分子,包括脂質,蛋白質和最重要的DNA。這種破壞又會使氧自由基不斷增加,加速對細胞的破壞,最終導致人類機體的損害,是一個惡性循環的過程。





認識自由基


自由基是1832年德國化學家Von Liebig在化學反應中最先發現并命名的,也稱游離基。自由基是指原子核外存在不成對電子的原子、原子團或分子。如果按照Harman博士的“自由基衰老理論”來看的話,可能有很多人會認為自由基是衰老的罪魁禍首,但這其實只是自由基的負面作用被放大化了而已。


一、自由基之利


在正常生理情況下,人體內也會不斷地產生自由基,它們是人體正常代謝的中間體或產物,適量的自由基也能夠輔助機體進行一定的代謝,如:

(ⅰ) 自由基可以幫助機體傳遞能量,維持機體正常代謝;

(ⅱ) 白細胞可以通過釋放活性氧向癌細胞進攻,抑制癌細胞的生長繁殖;

(ⅲ) 一氧化氮自由基有抑制血小板凝集的作用,可以使平滑肌松弛,降低血壓;

……


因此,適量的自由基對人體反而是有好處的,維持一個正常的自由基生理水平也能幫助我們延緩衰老。


二、自由基之弊


當人體自身機能無法清除過量的自由基時,它們就會向細胞成分發動進攻。自由基都帶有不穩定的電子,會奪取細胞成分中的電子來使自己穩定下來,這也導致了人體內原本正常的物質因為失去電子而發生異變,如皺紋的產生:當自由基奪取了正常皮膚細胞蛋白分子的電子時,就會導致蛋白質形成畸變蛋白構象而成為新的自由基,這個新自由基又會去奪取臨近正常分子的電子,形成大面積的蛋白纖維非正常伸展,最終導致肌膚骨架塌陷,產生皺紋。


圖2  自由基搶奪正常細胞成分電子
(圖源:網絡)

當你以為產生如皺紋這種衰老現象已經夠糟糕的時候,過量的自由基還可以將你的身體機能破壞的更糟:

(ⅰ) 自由基會攻擊神經系統,促使神經退行性改變,引起記憶減退、智力障礙等疾??;

(ⅱ) 氧自由基可以攻擊遍布全身的脂肪組織,會導致動脈粥樣硬化,引起心腦血管疾??;

(ⅲ) 氧自由基還可以直接作用于DNA,激活相關基因,誘發癌癥;

……


正如自由基破壞機體是一個惡性循環的過程,機體對自由基的控制和衰老之間也是一個惡性循環的過程,當機體無法清除過量的自由基時,自由基便會不斷地破壞機體,最終表現的現象除了各類疾病外,便是衰老了。





自由基從何而來?


人體內的自由基來源可以分為兩類[2]:一是外源性的;二是內源性的。

一、外源性自由基


圖3  吸煙

(圖源:網絡)


放射性射線、汽車尾氣、空氣煙霧、氟利昂、臭氧、各種煎炒烹炸食物、酗酒、吸煙等均可產生大量的自由基。其中大量資料表明吸煙是產生自由基最多的外源性來源之一。過去我們只知煙草中的焦油煙堿、尼古丁、苯并芘對人體的直接危害,但其實危害最大又難以控制的是大量自由基的存在。

二、內源性自由基


圖4  呼吸

(圖源:網絡)


氧氣是人體新陳代謝過程中的最關鍵物質,是人體生命活動的第一需要,它在促進新陳代謝生化反應過程中,在細胞內的線粒體、內質網等細胞器中,都可產生氧自由基。機體通過酶促反應和非酶促反應產生的活性氧,能攻擊生物膜磷脂中的不飽和脂肪酸,引發自由基連鎖,產生脂質過氧化物。此外,工作壓力過大、生氣上火、抑郁、失眠、過量運動、炎癥、高熱、應激等因素都可引發人體內產生自由基。





過量的自由基可以控制嗎?


正如Harman博士的“自由基衰老理論”所說,氧自由基是引起衰老、破壞人體機能最主要的自由基之一,因此抗氧化物質成為了控制自由基、延緩衰老的一個重要的選擇,而抗氧化物質的的作用大致也可分為4類[3]

(ⅰ) 淬滅單線態氧、清除自由基;

(ⅱ) 降低細胞膜通透性,限制自由基滲透進細胞內;

(ⅲ) 提高超氧化物歧化酶和谷胱甘肽過氧化物酶(人體內清除自由主要的酶類)的活性;

(ⅳ) 降低DNA的氧化損傷以及抑制脂質過氧化。


圖5  部分存在維生素C的果蔬
(圖源:網絡)


維生素類的物質大多都具有抗氧化性,如維生素C可以通過還原作用消除有害氧自由基的毒性;維生素E則可以與超氧化物歧化酶和谷胱甘肽過氧化物一起構成體內抗氧化系統,保護細胞膜及細胞內的核酸免受自由基的攻擊。眾所周知,維生素廣泛存在于我們日常的飲食中,所以在非病理狀態下沒有必要額外去特意補充。


圖6  存在多酚類物質的橄欖油

(圖源:網絡)


多酚類物質因其化學結構中存在多個—OH,也具備一定的抗氧化性,如廣泛存在于葡萄中的原花青素可以清除部分特定的自由基及提高抗氧化酶的活性;橄欖油有效成分之一的羥基酪醇則對DNA的氧化損傷具有很強的保護作用,同時還能抑制人體內過氧化物的產生。

大多數抗氧化物質都廣泛存在于水果、蔬菜中。因此,針對氧自由基引起的衰老甚至疾病而言,我們并不一定需要額外地去補充特定的抗氧化物質,只要生活規律、飲食健康就足夠了。




參考資料
[1] Denham H . Aging: A Theory Based onFree Radical and Radiation Chemistry[J]. J Gerontol, 1956, 11(3):298-300.
[2] 方維忠,汪天柱. 中老年病防控[M]. 2018
[3]https://zhuanlan.zhihu.com/p/144147413

封面圖源:網絡

(文章內容源于相關研究資料的整理,若有不足之處,歡迎指正)


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