氧化应激不是选择性抗氧化的标准

稳态氧化还原状态在生理上很重要，因此可以维持稳态。状态的变化会导致信号传导（良性应激）或氧化损伤（氧化窘迫）。氧化应激是一个难以量化的术语，只能根据不同的生物标志物进行估计。氧化应激的临床应用，特别是用于氧化应激患者的选择性抗氧化治疗效果评价，需要定量评估，但缺乏通用的生物标志物来描述它而受到限制。此外，不同的抗氧化剂对氧化还原状态有不同的作用。因为氧化应激本身无法确定和量化，就无法作为评估通过“识别和治疗”方法进行的治疗干预，因此不太可能成为针对氧化损伤的选择性预防措施的基础。

Lichtenberg D, Pinchuk I, Yonassi E, Weber D, Grune T. Oxidative Stress Is a Concept, Not an Indication for Selective Antioxidant Treatment. Antioxidants (Basel). 2023 May 30;12(6):1188

图1 “识别和治疗”的方案。不同生物标志物可能会给出不同的氧化应激水平的结果。用不同抗氧化剂治疗氧化应激患者可能会导致不同的，甚至是相反的氧化应激分析结果。

在这篇评论中，我们提出了对临床试验结果与氧化应激和抗氧化剂基础研究之间关系的看法。首先，我们简要介绍了氧化应激一词的临床应用历史。接下来，我们将讨论与临床应用可能性相关的主要问题，包括术语氧化应激定性定义的复杂性和抗氧化剂的作用。我们的目标是基于氧化应激的概念评估未来临床应用的可能性。

1956年，哈曼提出了衰老的自由基假说。从那时起，许多疾病都归因于活性氧引起的氧化损伤，这是由于自由基的过度产生或消除速度太慢造成的。氧化应激是“氧化还原生物学和医学中的整体概念”。不幸的是，Helmut Sies 在 1985 年定义的术语氧化应激是定性的，没有可衡量的标准。氧化应激的评估基于不同化学性质的各种生物标志物的浓度，主要是生物分子氧化损伤的生物标志物，包括丙二醛（MDA）、蛋白羰基（PC）、硝基酪氨酸（NT）和氧化低密度脂蛋白（oxLDL）。问题在于不同的方法会产生不同的结果。因此，氧化应激取决于用于估计氧化应激的生物标志物的化学性质以及这些测量方法的标准化程度。

基础研究与临床应用之间因果关系的证据相当薄弱，正如Sies在其题为“氧化应激：从基础研究到临床应用”的评论中指出的那样。在这篇综述中，他写道：“目前临床研究的证据并未显示促氧化剂与疾病过程之间的因果关系或关联关系之间的明确目标”。尽管如此，1992 年 6 月，氧化应激和抗氧化剂领域的 17 位顶尖科学家签署了“Saas Fee（瑞士）宣言”。根据他们的估计，即“抗氧化营养素可能在预防多种疾病方面具有重要意义”，该宣言呼吁公众支持研究和教育。尽管当时有这种明显的广泛共识，但人们必须指出，这种观点在很大程度上已被克服和过时。

2004年，两项meta分析报道，不分青红皂白地摄入维生素E会导致预期寿命缩短。此外，Rahal等人对健康食品降低氧化应激的效果表示怀疑。尽管存在争议，但这些分析至少使普遍使用抗氧化剂预防疾病的策略受到质疑。

2017年，Ghezzi等人回顾了“疾病的氧化应激理论”的流行病学方面的研究，并“讨论了在氧化应激临床前研究中声称因果关系所需的证据水平”。关于“与疾病氧化应激理论相关的过度简化”的弱点，他们指出，“没有系统的临床试验证明对人类的健康促进、疾病预防和/或积极的长寿影响”。然而，作者表示希望最近的几个课题即将在临床上应用，并且药物开发的进展将能够更有效地使用抗氧化剂。然而，越来越多的基础研究表明，内源性抗氧化防御和外源性低分子量抗氧化剂（LMWA）是反应性物种解毒的主要贡献者。换句话说，尽管令人失望，但我们仍然希望在某些确定的条件下，有针对性地使用抗氧化剂可能会有所帮助。

鉴于氧化状态变化的生理重要性，这种变化被模糊地细分为两类氧化应激，分别表示为“窘迫”和“正常应激”，前者会导致化学损伤，后者提供有益的信号。“eustress”一词必须谨慎使用。通过“eustress”发出信号可能是一种积极的反应。

术语“遇险”应该意味着“化学损伤”，而术语eustress和distress，类似于术语氧化应激，不是化学情况，而是无法化学区分的整体概念，在所有情况下都是相同的。药物治疗是预防医学中常用的方法。高血压和高胆固醇的治疗策略就是很好的例子。血压和血脂在过高的情况下有危害，当然过低也不健康，药物治疗的目的是将血压血脂恢复到正常范围。所以在高血压高血脂这两种情况下，如果水平过高，则必须对该患者进行适当的治疗。使用这种方法，提倡治疗炎症等“核心问题”。氧化还原稳态对于保持细胞过程的正确功能很重要。

活性氧和活性氮物质，无论它们是通过生化过程还是环境污染物（例如辐射）形成的，都会损害细胞生物分子（脂质、碳水化合物、蛋白质和核苷酸）。这种损伤反映在“氧化应激的生物标志物”上（补充表S1）。

一些防御系统在细胞内起作用，以防止不受控制的氧化应激增加。我们防止氧化损伤的主要贡献者是抗氧化酶如超氧化物歧化酶 （SOD） 和过氧化氢酶，以及谷胱甘肽系统。在操作系统条件下，可以在需要时激活所有功能。在食物中存在或内源性非酶LMWA的帮助下，我们可以更好地防止氧化损伤。

LMWA的抗氧化作用远未得到很好的理解。显而易见的机制涉及LMWA的每个分子最多淬灭两个自由基。最流行的抗氧化能力测定和氧化应激评估都是基于这种机制。有趣的是，抗氧化剂衍生的自由基也可能与一个分子相互作用，而不是与另一个自由基相互作用，因此抗氧化剂可以通过启动其他分子的氧化来发挥促氧化剂的作用。因此，这种分子可能是另一种抗氧化剂，产生抗氧化氧化还原链（例如，维生素E和维生素C）。

在氧化还原医学中，“识别和治疗”方法假设高氧化应激患者可能从任何抗氧化剂补充剂中获益最多。当然，应用“识别和治疗”方法需要对氧化应激进行定量，并了解LMWA的影响。这两个要求都是有问题的：氧化应激是定性的，其级别取决于如何评估它。此外，不同的抗氧化剂对氧化应激有不同的影响，如下所述。

根据Sies在1985年的定义，氧化应激的定量需要几乎不可能测量自由基的产生速率和消除自由基的速率。一般来说，氧化应激的程度很大程度上取决于活性氧  的内源性浓度或通量率。因此，对于任何与氧化应激相关的标准具有临床价值，例如过氧化氢或超氧阴离子，我们必须与氧化应激水平似乎取决于用于估计氧化应激的方法这一事实的含义相关联。由于不存在通用标准，因此考虑了多种生物标志物的整合（补充表 S2），但这过于复杂且不精确，无法作为常规检测。此外，氧化应激概念的预测，即氧化应激应该被抗氧化剂“治愈”，这与大量证据表明抗氧化剂补充剂很少被用作抗氧化药物/化合物不一致。值得注意的是，许多不同的疾病和病理状态与不同的氧化应激生物标志物（表1)。几种天然化合物，主要是草药，包括姜黄素、多酚和维生素，用于传统/补充医学，但尚不清楚这些化合物是作为抗氧化剂，还是通过诱导内源性反应或其他机制。

定性定义的概念表示为氧化应激是一个显然无法解决的问题：来自各种方法的数据彼此之间没有相关性（或相关性差），这意味着氧化应激不能用通用标准来定义。因此，没有一个单一因素可以描述整个氧化还原状态。我们认为这意味着有几种“类型”的操作系统在生物标志物上有所不同。

根据 Ghezzi 等人的说法，“零”型生物标志物表明在临床环境中直接测量活性氧。“一”型生物标志物，包括活性氧对细胞分子的氧化产物，是氧化应激最常用的指标，其中包括脂质（如MDA或异前列腺素）、蛋白质（主要是PC）或核酸（特别是8-羟基脱氧鸟苷，8-OH-dG）的氧化产物。“三型”生物标志物包括LMWA和抗氧化酶。

关于应用合理的“识别和治疗”方法的可能性，Witztum认为问题在于缺乏可靠的氧化应激测定和评估所谓的抗氧化剂的抗氧化活性的措施。事实上，问题比这更复杂，不仅因为难以定量定性定义的术语氧化应激，还因为缺乏对氧化应激的可能治疗方法的了解。因此，即使我们知道如何识别氧化应激下的患者，我们也无法治疗他们（图1).

对于定性定义的概念，表示为氧化应激作为氧化损伤的危险因素，它必须与促氧化化合物超过抗氧化剂有关。换句话说，我们需要定量地定义氧化应激，使其反映一个人抵抗氧化损伤的能力。氧化应激通常通过作为氧化应激生物标志物的氧化产物的稳态浓度来评估。

事实上，抗氧化剂补充剂很少能预防任何疾病，可能是因为它在体内没有达到保护水平（即，不足以充分清除自由基）。此外，LMWAs可能具有与其抗氧化能力无关的功能。在某些情况下，抗氧化处理会产生不良结果。有时，活性氧作用是治疗的预期效果。鉴于抗氧化剂消费量增加的趋势，需要强调的是，识别氧化应激并用抗氧化剂治疗“氧化应激人群”的常用方法可能是对氧化应激概念的误用，因为没有单一的生物标志物可用于评估“一般氧化还原状态”和不同的抗氧化剂。生育酚在LDL中的氧化作用有据可查，这种作用由生育酚介导的过氧化（TMP）表示，可能很常见，因为LMWA的抗氧化作用通常通过抗氧化剂衍生的自由基的双自由基淬灭而发生。然而，在某些条件下，后一种自由基与分子相互作用，产生的自由基介导传播，其中一些抗氧化剂可能会促进特定生物分子的氧化。这种机制在体内过程中的相关性仍然值得怀疑。

Witztum（1998）假设高氧化应激人群可能从抗氧化剂补充剂中获益最多，因此对不加选择地补充维生素E提出了反对意见，认为维生素E具有确定氧化应激和评估抗氧化活性的可靠措施。这种方法被称为“识别和治疗”，在医学中很常见，尽管它通常用不同的词来描述（例如，测试或测量或发现）。不幸的是，这种常用方法在氧化还原生物学中的普遍使用并非基于数据，因为一方面，没有生物标志物反映一般的“氧化还原状态”，而另一方面，不同LMWA的效果并不相同。

鉴于其必不可少的生理作用，氧化还原的稳定状态通过复杂的稳态机制严格维持。尽管氧化应激与多种病理状况相关，但在许多情况下，很难确定氧化应激与疾病进展之间的因果关系。欧洲联盟MARK-AGE的综合研究根据10多种不同的生物标志物评估了2000多例年龄分层健康志愿者的氧化应激数据。对这些数据的分析表明，这三个重要问题的答案都取决于生物标志物的选择。根据10种不同的方法，氧化应激排名前10%的人的名单重叠不超过随机选择的预期。

6. 检测试剂盒

对于常规使用的试剂盒，它必须具有可重复性、灵敏性、快速性和易于操作性，并且如果可能的话，必须具有高通量。此外，它必须是具体的，以便根据测试结果得出结论。如今，许多生产商都可以买到试剂盒，其中许多生产商生产了不止一种试剂盒来检测细胞氧化应激和体液中活性氧的浓度，旨在识别被认为从补充抗氧化剂中获益的氧化应激个体。主要的脂质过氧化产物是氢过氧化物、醛和异前列腺素。强烈推荐后一种产品，但氢过氧化物和醛类更常用于筛查 氧化应激。这可以归因于对生物体液进行预处理的需要。

氢过氧化物在生物系统中相对稳定，只要它们不暴露于非螯合的过渡金属离子。相比之下，氧化应激的离体测定（通常在过渡金属离子存在下的稀血清中测量）主要通过自由基途径进行，因为脂质过氧化产物（氢过氧化物）与过渡金属离子相互作用，产生新的自由基。由此产生的自加速自由基链式反应可能产生与体内过氧化反应相关可疑的反应的信息，其中氢过氧化物相对稳定。

术语d-ROM用作测定活性氧代谢物的缩写。氧化应激的d-ROM估计值通常以Carrately单位表示。在健康受试者中，d-ROM 的值在 250 到 300 单位 CARR （U CARR） 之间。在“氧化应激条件”下观察到高于 300 U CARR 的值，无论是环境（例如，吸烟、酗酒、运动不足、饮食质量和数量不平衡）还是与氧化平衡变化相关的疾病（例如，心血管疾病、神经退行性疾病、代谢综合征或癌症）。事实上，有人声称 ROM 可用于评估疾病风险，但这种用途受到 ROM 化学性质不确定性的限制。 具体来说，ROM 测试相对于叔丁基过氧化氢或 H2O2 进行了标准化。因此，从该测定中获得的氢过氧化物血清浓度似乎高得不切实际。

使用MDA浓度来评估体内氧化应激似乎优于氢过氧化物的稳态浓度。首先，MDA的浓度与氢过氧化物的浓度明显不同。这可以解释为什么 MDA 确定的 氧化应激 与 d-ROM 确定的 氧化应激 之间缺乏相关性。其次，与d-ROM不同，吸烟者和非吸烟者之间的总MDA（T-MDA，包括结合和游离MDA）存在差异，因此得出结论，这是检测氧化应激的最佳标志物。其他研究认为 F2-异前列腺素是最可靠的氧化应激生物标志物（取决于用于确定异前列腺素的分析方法和取样），因此它们是脂质氧化损伤的可靠标志物。但是，它们不能总是用作氧化应激的常见标志物。

7. 结束语

一些间接证据表明，某些特定人群可能从补充维生素E或其他抗氧化剂中获益。抗氧化剂补充剂的可能选择性使用是基于合理但有问题的范式，即氧化应激下的人是那些可能从治疗中获益最多的人。如果这是正确的，那么只要使用氧化应激评估依赖于适当方法的方法确定氧化应激，就可以证明氧化应激的常规测量是合理的。

我们认为，氧化应激依赖于其评估方法的原因是存在几种类型的氧化应激，各种氧化应激生物标志物可能具有不同的生物学命运，而抗氧化剂对各种氧化应激的影响也不同。因此，我们认为各种类型的氧化应激的分类，以及它们与不同病理的关联及其对不同抗氧化剂的反应，是重要的问题。在获得此类信息之前，通过任何方法确定的氧化应激级别都是有限的。可能从特定抗氧化剂补充剂中受益的特定群体可能是，但不一定是那些患有一种或另一种高氧化应激的群体。这并不意味着它不值得检测氧化应激。

我们相信相反的结论：氧化应激的分类非常重要，我们实现它的唯一方法是通过多个测定来测定氧化应激。

第8章 未来展望

在Sies指出“临床研究没有显示促氧化剂与疾病过程的因果关系”30年后，“仍然没有直接证据证明因果关系”。此外，“识别和治疗”方法有望监测氧化应激，从而“改善患者管理决策和患者结局”，并降低“总体护理成本”。不幸的是，综上所述的研究表明，“识别和治疗”方法不太可能产生高氧化应激的选择性治疗。有人试图开发一种不依赖于生物标志物的评估“一般氧化状态”的方法。

其中一种可能性是利用体外快速过氧化前的滞后来测定脂蛋白或普通血脂对过氧化的抵抗力，以及抗氧化剂的浓度，使滞后加倍，使抗氧化剂排名。值得注意的是，这种方法也主要考虑了对脂质的损害。因此，过于简化的“识别和治疗”方法没有解决许多重要问题，例如不同器官和细胞器中活性氧的化学和来源，生物标志物的稳定性和分布，抗氧化剂（脂质/水，组织等）的分布以及抗氧化剂通过转录因子激活的作用。因此，不同生物标志物稳态浓度的测量具有非常有限的实用价值。此外，鉴于抗氧化剂的“双刃剑性质”，即使我们有办法识别氧化应激下的人，我们也没有一种直接的方法用LMWA治疗氧化应激。

鉴于氧化剂数量众多且不同靶标的反应性存在差异，不能指望单一生物标志物的浓度能给出个体抵抗氧化损伤的整体能力的答案，因此不能具有诊断价值。后一个结论得到了以下结论的支持：根据不同的标准，氧化应激排名前10%的人名单的重叠并不大于随机选择的预期。我们必须注意，MARK-AGE参与者总体上是健康的，在其他有潜在疾病的人群中，结果可能会有所不同。

在最近的一篇出版物中，Sies等人明确地证明了使用总抗氧化能力（TAC）来评估氧化应激的可能性（我们同意这一观点）。相反，他们建议评估单个抗氧化酶的活性，但承认鉴于氧化剂的数量非常多，并且不同底物的反应性之间存在巨大差异，不能指望单个生物标志物的浓度给出个体抵抗氧化应激的整体能力的答案。

表1表明与疾病数量最多的生物标志物是MDA。我们认为这一发现表明，自由基与分子反应的产物是与PUFA残基相互作用的产物。然而，其他生物标志物可能是其他底物自由基氧化的产物。我们认为某些疾病与特定的生物标志物有关。氧化应激的类型和治疗方法可以根据疾病确定。后者需要进一步研究。氧化应激和氧化应激指数的生物标志物概述见补充材料。此外，“常用面板”中可能仍然缺少其他相关的生物标志物，采样时间也可能影响结果。例如，一旦在患者身上检测到MDA的变化，干预可能为时已晚。也许蛋白质组学/质谱学的变化、特定氧化应激相关蛋白的磷酸化模式或特定基因的转录组学变化可以在临床应用方面提供早期信息。

氧化应激相关蛋白的转录组学或蛋白质组学谱可能具有疾病和器官特异性，并为氧化应激下改变的信号通路提供线索。 使用激动剂/抑制剂对氧化应激相关通路进行靶向干预可能有效控制氧化应激的破坏性作用，而不是直接的抗氧化治疗。然而，这些技术及其产出还不是大规模的标准临床实践。这需要更多的实验。