線粒體氧化與抗氧化平衡對健康的重要性,病理學論文在過去的幾十年里，由于認識到氧自由基對心血管疾病、神經退行性疾病、衰老和癌癥等經過的影響，人們對食品和膳食抗氧化活性的研究興趣越來越濃，抗氧化已成為我們國家功能食品27項保健功能之一。近年來已報道了很多關于抗氧化劑對人類健康的奉獻。但最佳攝入量及這些微量營養素抗氧化作用的機制仍未見報道。抗氧化劑是身體健康所必需的，富含抗氧化劑的膳食有助于心血管疾病、神經退行性疾病等慢性疾病發病率的降低。十分是癌癥的發展或生長可被抗氧化劑抑制。抗氧化劑可延緩或阻止自由基對某一底物的氧化[1],能阻斷氧化的自由基鏈反響且能從酚羥基提供氫，進而構成穩定的終產物而不啟動或延伸脂質進一步氧化[2].由于事關人類生活和健康，抗氧化劑的保健作用遭到普遍認可，對抗氧化劑的需求也就越來越大。高劑量活性氧〔reactiveoxygenspecies,ROS〕是有害的，表現為病理生理作用，而在低劑量時其對正常的生理活動則是有益的[3-4].在生命系統中外源性抗氧化劑對維持氧化與抗氧化之間這種深奧玄妙的平衡中發揮了關鍵作用[5-6].氧化與抗氧化平衡是維持健康的生物系統的關鍵[5,7].本文從線粒體氧化應激、抗氧化防御系統、氧化復原平衡與抗氧化悖論、天然抗氧化劑等方面闡述氧化與抗氧化平衡對健康的重要性，為促進健康、延緩衰老提供新理念。1線粒體氧化應激1.1線粒體的主要功能及功能障礙線粒體，一種將物質代謝、能量代謝和遺傳變異三大基本生命活動形式融于一體的半自主性細胞器，承當細胞能量〔腺苷三磷酸〔adenosinetriphosphate,ATP〕〕生成、ROS的主要來源及細胞凋亡的主開關等多種重要功能，是整個細胞乃至生命體進行各項生命功能活動的樞紐和核心。除此之外，該多功能的細胞器還介入細胞信號傳導[8].線粒體這些生理功能主要是通過調整能量代謝和ROS的生成實現的，線粒體通過操縱生物能學、氧化復原平衡、通透性轉換〔mitochondrialpermeabilitytransition,MPT〕等因素而調控細胞的生與死[9-10].線粒體功能障礙會毀壞細胞、組織和器官的功能，進而引起癌癥、重癥肌無力、肥胖、中風、心血管疾病〔高血壓、冠心病、心衰、糖尿病及動脈粥樣硬化等〕、年齡相關性疾病、神經退行性疾病〔帕金森氏癥、老年癡呆癥、抑郁癥等〕等多種疾病和衰老的發生，而這些疾病正是現今威脅人類生命的重大疾病，所以，線粒體已成為治療疾病的一個新靶點[11-12],而線粒體Ca2+、ATP、ROS代謝紊亂及細胞凋亡是所有這些疾病的共同病理機制[13].通過外在的干涉調節這些內在途徑能夠改善或危及健康壽命[14].這些壽命調節干涉措施的一個共同點似乎是由其對細胞能量代謝和應激反響的能力來決定[10].線粒體又是高度動態的細胞器，在細胞內環境穩定中發揮核心作用[15].1.2線粒體活性氧〔mitochondrialreactiveoxygenspecies,mROS〕的生成及其雙刃效應機體內95%以上的ROS源于細胞內氧被消耗的主要部位--線粒體〔消耗機體所攝入氧的90%〕。正是在這里，復原性底物提供電子以構成電化學梯度，進而最終導致細胞的能量貨幣ATP的生成，這是通過線粒體內膜上一系列蛋白復合體的氧化反響進行的。電子從這些復合體漏出導致氧的單電子復原構成超氧陰離子自由基〔O2-〕--大部分ROS的前體。歧化超氧化物生成H2O2,隨后通過Haber-Weiss反響O2-與H2O2互相作用或Fenton反響裂解H2O2構成羥自由基〔？OH〕[16].線粒體呼吸是機體內ROS的主要來源，耗氧的約0.2%通常在靜息狀態轉化成O2-[17].除非充分解毒，超氧化物導致線粒體氧化應激且可能有助于線粒體功能的下降，該經過與多種病理學相關。當這些氧化復原載體帶電荷越多且電子轉移的位能〔線粒體膜電位〕較高時，則電子轉移到氧產生超氧化物的可能性就越大；相反，當可用電子減少且轉移位能降低，ROS的生成就會減少。已經知道通過電子漏至分子氧生成ROS的線粒體酶包括電子傳遞鏈〔electrontransportchain,ETC〕復合體Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ[18-21]、三羧酸〔tricarboxylicacid,TCA〕循環酶順烏頭酸酶和-酮戊二酸脫氫酶[22]、丙酮酸脫氫酶和甘油-3-磷酸脫氫酶[23]、二氫乳清酸脫氫酶、單胺氧化酶A和B[24]及細胞色素b5復原酶[25].從歷史上看，mROS被以為只引起細胞損傷及生理功能障礙。ROS及其氧化損傷與多種疾病，包括神經退行性疾病、糖尿病、癌癥和過早衰老相關。然而，在過去的20多年，廣泛的研究顯示，mROS對健康的細胞功能至關重要[26].O2-等ROS可以產生有益的效應，其通過作為〔氧化復原〕信號介入細胞調節，且其有害作用主要是由于信號傳導受損的結果，而不是由于直接損傷敏感的靶標。ROS可以作為促存活信號增加壽命[27].體內產生的ROS,在不同的細胞信號傳導通路中發揮重要作用。與慢性疾病〔如癌癥〕有關的絕大多數危險因素，如應激、煙草、環境污染物、輻射、病毒感染、膳食和細菌感染，均通過ROS的產生與細胞發生互相作用[28].ROS是細胞信號傳導途徑的組成部分，ROS又可激活各種轉錄因子〔例如，活化B細胞的核因子-輕鏈加強子〔nuclearfactorkappa-light-chain-enhancerofactivatedBcells,NF-B〕、激活蛋白-1、缺氧誘導因子-1及信號轉導子與轉錄激活子3〔signaltransducerandactivatoroftranscription3,STAT3〕〕，導致調控炎癥、細胞轉化、腫瘤細胞存活、腫瘤細胞增殖與侵襲、血管生成和轉移的蛋白的表示出。矛盾的是，ROS還控制各種腫瘤抑制基因〔p53、Rb和PTEN基因〕的表示出，抑制腫瘤的進展，大多數化療和放療藥是通過增加腫瘤細胞ROS應激而起作用。類似地，輻射和各種化療劑用于治療癌癥，是通過ROS的產生介導其效應。有趣的是，ROS也介入源自水果、蔬菜、香料和傳統醫學使用的其他天然產物的營養保健品的化學預防和抗腫瘤作用，ROS是一把雙刃劍。由于ROS的雙重作用，既有基于助氧化劑，又有基于抗氧化劑的抗癌藥物已經開發出來[28-29].1.3氧化應激在正常細胞中，存在適當的助氧化-抗氧化平衡，但是，當ROS的生成加強或抗氧化劑的水平降低時這種平衡能夠轉向助氧化，這種狀態稱為氧化應激。Sies[30]引入了氧化應激的概念，即助氧化-抗氧化平衡的毀壞，氧化應激代表ROS的生成和表現與生物系統解毒活性中間產物或修復損傷的能力之間的不平衡；氧化應激是指過量的ROS或氧化劑超過細胞有效的抗氧化應答能力而導致的失衡；氧化應激是有害的，由于其會導致細胞生物大分子損傷與突變及生長抑制等，且介入各種疾病如動脈粥樣硬化、糖尿病、癌癥、神經退行性疾病和衰老等[27]的發生。氧化應激基本上是由兩種主要機制引起的：由抗氧化酶的突變、毒素或天然抗氧化劑的攝入減少所致的抗氧化劑的濃度降低；在慢性炎癥時活化吞噬細胞產生的活性氧、氮或碳為基礎的活性物質數量的增加[31].ROS和活性氮〔reactivenitrogenspecies,RNS〕如超氧化物、H2O2、單線態氧〔1O2〕和氮自由基等，由于各種內源或外源因素將產生于人體內。越來越多的證據表示清楚，ROS,如過氧自由基〔ROO〕、HO、O2-和1O2,都介入衰老和多種疾病，如癌癥、阿爾茨海默氏病和帕金森氏癥的病理生理學[32-33].ROS和其他自由基是需氧生命正常細胞代謝的副產品。ROS也通過紫外線、X射線和射線在照射經過中產生，是金屬催化反響的產物；還在大氣污染物中存在，嗜中性粒細胞和巨噬細胞在炎癥經過中同樣會產生，又是線粒體催化的電子傳遞反響和其他機制的副產物[34].ROS能夠促進活細胞中的脂類、蛋白質、核酸和多不飽和脂肪酸的氧化損傷。眾所周知，自由基或ROS對很多慢性疾病的發展，如衰老經過、心臟疾病和癌癥發揮著重要的作用[35].在過去的幾年中，發現ROS和RNS的構成介入了食品的氧化變質，以及一些人類疾病，如動脈粥樣硬化、糖尿病、慢性炎癥、神經退行性疾病和某些類型的癌癥的發病機制[36-37].尋找有效的方式方法以減少或抑制自由基在體內的產生，對健康具有重要意義。氧化應激被定義為ROS的產生和抗氧化防御之間的失衡。由于助氧化-抗氧化反響平衡狀態的毀壞，ROS過量引起氧化應激，抑制細胞脂質、蛋白質、DNA和RNA的正常功能[38].衰老的自由基理論已經擴展到線粒體氧化應激理論，線粒體因其在生物能學、氧化劑生成和細胞死亡的調控中起關鍵作用而在衰老的發展經過中發揮核心作用[20].1.4線粒體低毒興奮效應近些年發現，固然抗氧化酶的過量表示出和抗氧化劑的膳食補充在減輕年齡相關性生理功能障礙，及延長平均壽命方面有一定程度的成功，但其并不能延長最大壽命。臨床研究表示清楚，抗氧化干涉對癌癥、糖尿病、心血管疾病和整體死亡率沒有健康受益之處或產生不利的影響。在某些情況下，例如在酵母生長或線蟲發育活潑踴躍階段，在應答多種環境應激，包括高壓氧和ROS生成增加〔可成為信號分子〕時，加強應激抵抗，表現出壽命延長[39-40].這些結果表示清楚，適度的ROS產生促進長壽是通過誘導固有適應性反響對抗氧化應激；這種機制可能是總應激抵抗的發展及壽命延長所必須的。對低劑量毒物有利的應答稱為低毒興奮效應〔hormesis〕。而對mROS的適應性有益應答稱為線粒體低毒興奮效應〔mitohormesis〕，其已成為衰老和長壽通路中一個新的重要組成部分[41-43].鑒于外源性抗氧化干涉對線粒體生物發生和內源性抗氧化防御影響矛盾的報道，一個新的研究領域聚焦于表征應答低水平應激時適應性細胞保衛應答的分子機制--低毒興奮效應，這是一個雙相劑量效應，非致命性應激物在低濃度下產生陽性或刺激效應，而高濃度產生抑制性或毒性效應[20,44-45],線粒體構造和功能的改變可損傷氧化磷酸化，這反過來又減少能量產生、改變細胞的氧化復原狀態、增加ROS的產生，怎樣使氧化磷酸化蛋白表示出的變化轉化為延長壽命？越來越多的證據表示清楚，線粒體低毒興奮效應是一個奉獻者，使衰老的線粒體理論指向一個新的方向。基于低毒興奮效應的壽命延長作用，線粒體低毒興奮效應理論以為，葡萄糖限制條件下mROS的產生可加強抗應激能力，進而延長壽命[46-47].2抗氧化劑的概念與必要性越來越多的關注轉向于發現一些天然抗氧化劑化合物，其能夠從草藥中分離，并有效地去除自由基。近期，抗氧化劑對這些有害的氧化誘導反響的保衛作用遭到較多關注，尤其是在生物、醫療、營養和農業化學領域[48].氧化劑和復原劑是化學術語，在生物環境中，其通常分別被稱為助氧化劑與抗氧化劑.助氧化劑，是指對各種生物靶如核酸、脂類和蛋白質，可誘導其氧化損傷的物質。而抗氧化劑，能夠有效地復原助氧化劑，并生成無毒性或低毒性產物的物質。抗氧化劑的最佳定義由Halliwell等[49]所提出，是指與可氧化的底物〔DNA、蛋白質、脂肪或糖類〕相比，在低濃度時可顯著延遲或防止ROS引起該底物氧化損傷的物質。這種保衛可能是基于不同的作用機制，如抑制ROS或RNS的產生和對其去除的能力、復原力、金屬螯合能力、1O2猝滅活性及H2O2分解活性。抗氧化劑作為一種防御性的因子，可對抗體內自由基的效應，不僅能消除ROS,還能調節細胞的氧化復原狀態，使氧化復原信號轉導成為可能。其通過抑制起始和延伸步驟，導致反響終止并延緩氧化經過[50],抑制疾病惡化的氧化機制[51].3抗氧化防御系統在體外，線粒體可將所攝入氧的1%~5%轉換成O2-[52],考慮到該數值是在較高〔非生理〕濃度的氧存在下測得的，在體內，O2-生成速率則可能會相對較低[33].但是，機體不依靠于ROS生成的絕對量，并進化了幾個抗氧化保衛系統，以對抗這些氧化劑的生成[53].3.1機體的抗氧化防御系統人體的抗氧化防御系統，包括內源性〔酶和非酶〕抗氧化劑，如超氧化物歧化酶〔superoxidedismutase,SOD〕、過氧化氫酶〔catalase,CAT〕及谷胱甘肽過氧化物酶〔glutathioneperoxidase,GSH-Px〕〔將H2O2轉化為水〕等，和主要來源于膳食的外源性抗氧化劑，如親水性的自由基去除劑〔VC和谷胱甘肽〔glutathione,GSH〕〕，與親脂性的自由基去除劑，即生育酚、類黃酮、類胡蘿卜素和輔酶Q〔均直接去除O2-和？OH及1O2〕[5,54].內源性和外源性抗氧化劑共同〔如協同〕作用，以保持或重新建立氧化復原平衡，如VE的再生經過是通過GSH或VC防止脂質過氧化〔lipidperoxidation,LPO〕，LPO通過使受體、酶和離子通道失活可影響膜流動性或損傷膜蛋白，甚至毀壞膜的完好性，最終導致細胞死亡[55].兒茶素通過去除膜外表附近的親水性自由基而阻止VE的消耗，VE作為氫供體去除脂質過氧自由基〔LOO〕進而阻止自由基鏈反響〔鏈斷裂抗氧化劑〕[56].GSH和其他低分子質量抗氧化劑，在保持足夠的GSH-Px底物水平及保持VE和VC的復原態方面發揮了重要作用[57].很多健康組織〔如美國衛生部等〕建議，應該攝取富含天然抗氧化劑的全食物，其包含營養素〔如維生素〕和植物化學物質〔如多酚〕。事實上，人類是不能夠從頭合成這些抗氧化成分，而植物性食物，如蘋果、李子、香蕉、西紅柿、土豆、洋蔥、西蘭花等是這些抗氧化劑成分的天然來源[5,54,58].抗氧化劑除了天然存在于食品外，強化、補充分離得到的抗氧化成分及攝入合成抗氧化劑，也是抗氧化劑的來源，如丁基羥基茴香醚〔butylatedhydroxyanisole,BHA〕、二丁基羥基甲苯〔butylatedhydroxytoluene,BHT〕、叔丁基對苯二酚〔tert-butylhydroquinone,TBHQ〕、丙基、辛基與十二烷基沒食子酸〔最初用于保衛和保持營養品質及延長加工食品的保質期〕[59].3.2線粒體抗氧化防御系統與ROS的去除線粒體亦具有酶和非酶抗氧化防御系統。該系統的非酶成分，包括親水性和親脂性的自由基去除劑，例如，細胞色素c、-生育酚、-硫辛酸、VC、復原型輔酶Q10和GSH.酶系統包括錳SOD〔MnSOD〕[60]、CAT、GSH-Px、磷脂氫過氧化物谷胱甘肽過氧化物酶〔復原磷脂、脂蛋白和膽固醇酯上的氫過氧化物基團〕[61],以及介入氧化形式的小抗氧化分子復原的酶，如谷胱甘肽復原酶；負責保衛蛋白質巰基的酶，如硫氧還蛋白復原酶；或谷氧還蛋白復原酶和過氧化復原酶[62].GSH由谷胱甘肽復原酶及復原型硫氧還蛋白2復原，復原酶的再生均依靠于煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸〔nicotinamideadeninedinucleotidephosphatereduced,NADPH〕。這些酶其相應的基因突變與特發性心肌病、神經系統疾病、糖代謝障礙及癌癥相關[63-65].在構造和功能完好的線粒體中，抗氧化防御能力能夠平衡ROS的生成，限制凈ROS的利用度。降低的抗氧化防御能力是增加的凈ROS生成和氧化應激的先決條件[66].近年來，對抗氧化劑的攝入及其在降低慢性疾病，如癲癇、癌癥、冠心病〔coronaryheartdisease,CHD〕、中風、糖尿病和關節炎發病率中的作用給予了極大的關注。提出抗氧化化合物的保衛作用部分原因是由于抗氧化營養素〔如VC和類胡蘿卜素〕抑制LPO和氧化細胞損傷[67-68].膳食補充乙酰基肉堿和硫辛酸及富含類黃酮的植物提取物可預防年齡相關性小鼠生理功能下降，并解釋為是由于線粒體氧化損傷的保衛或修復[69].線粒體氧化功能障礙，被很多常見的微量營養素缺乏所加速。一個主要的機制是抑制了線粒體血紅素生物合成途徑，進而導致血紅素a缺陷。通過這一機制，礦物質，如鐵、鋅和幾種維生素缺乏〔如生物素或泛酸〕，可促進線粒體氧化功能障礙。Ames等[70]提出，微量營養素的最佳攝入量，能夠調整代謝，并以較小的代價明顯增進健康，十分適于窮人、老人和肥胖者。膳食中參加低分子質量的抗氧化劑，如2-巰基乙胺[71]和2-乙基-6-甲基-3-羥基吡啶[72],能夠實現13%~29%的平均壽命延長。其他物質，如N-乙酰半胱氨酸[73]、泛醌[74]和褪黑素[75],可改善衰老線粒體功能，其效應被解釋為抗氧化作用。過度表示出抗氧化酶及其他線粒體調節酶的轉基因動物壽命的增加促進了對衰老機制的理解。Schriner等[76]報道稱，過度表示出人心臟線粒體CAT的轉基因小鼠已增加了平均和最大壽命。該種轉基因小鼠減少了年齡依靠性動脈粥樣硬化，并增加了基因組的穩定性，如氧化應激標記物及心臟和肌肉線粒體DNA〔mtDNA〕缺失的減少所示。氧化損傷被減少，H2O2的生成和H2O2-誘導的順烏頭酸酶的失活被減輕，且線粒體的缺失減少了。這些結果支持線粒體的氧化應激及損傷是健康和壽命的決定因素的概念[76].從單一基因的上調所導致較大的壽命延長，提示上調相對較少的長壽基因，有可能會導致壽命的戲劇性增加[77].因而，線粒體O2-和H2O2的穩態濃度降低能夠誘導生存期的延長[69].VC能夠通過促進葡萄糖轉運子進入線粒體，并抗氧化損傷以保衛線粒體。VC介入很多生物經過，是膠原蛋白、單胺、氨基酸、肽類激素和肉堿的合成步驟中一些酶的輔因子[78-79]及在多層次抗氧化防御中起重要作用。其能夠直接代謝ROS,使-生育酚〔VE〕維持復原形式，并介導電子傳遞經過中依靠于VC的過氧化物酶[79-80].因凋亡性細胞死亡引起的組織致病性功能障礙，是氧化應激一個重要的后果，使用抗氧化劑如VC能夠使之降低[81].4氧化復原平衡與抗氧化悖論由于mROS的雙刃效應，ROS構成和消除〔由抗氧化酶和抗氧化劑〕之間必須保持平衡。這意味著，過量的ROS造成機體損傷。然而，完全消除ROS會抑制機體應答外部應激因素〔以適應性應激應答的形式〕反響的能力[44].ROS相關疾病能夠是由于缺乏ROS〔如慢性肉芽腫病、某些本身免疫性疾病等〕或ROS過剩〔如心血管疾病和神經退行性疾病等〕引起。對于ROS過剩引起的疾病，在臨床研究中補充抗氧化劑已被證明基本無效，很可能是由于其作用太晚、太小及特異性太差[82].因mROS的雙重功能〔促進細胞損傷與促進細胞適應〕使得它可能難以成為治療靶點。換言之，通過抗氧化劑抑制mROS對細胞功能不具有可預測的結果，由于mROS的作用因不同的環境條件而改變[26].因而，術語氧化復原調控似乎更好地描繪敘述氧化復原狀態及其后果。ROS與抗氧化保衛系統必須協調作用，到達氧化復原平衡狀態[83],筆者以為，這頗類似于中醫學幾千年前就提出的陰陽平衡理論〔陰平陽秘，精神乃治〕，在這里，復原〔抗氧化〕屬陰、氧化屬陽。氧化與抗氧化平衡是健康的關鍵。生理條件下，人體的抗氧化防御系統能夠去除過剩的ROS,包括O2-OH、RO和ROO。然而，離開在生物體的很多抗氧化機制中發揮了至關重要作用的外源性復原性物質，如VC、VE、類胡蘿卜素和多酚化合物，我們的內源性抗氧化防御系統則是不充分的。因而，對外源性抗氧化劑有持續需求，以防止氧化應激的發生。然而，分離得到的抗氧化劑化合物在使用劑量較高時可能是有毒的，由于這種高濃度時的助氧化作用或其與生理條件下存在的最佳細胞功能需要的有益濃度的ROS反響的可能性。本文討論膳食源最豐富的抗氧化劑化合物，十分是多酚類，VC、VE和類胡蘿卜素的雙刃效應。強調指出，生理劑量的抗氧化劑通常是安全的，并表現出對健康有益的影響。已確認很多食品和飲料，包括水果、蔬菜、茶、咖啡和可可對人體健康的有益影響源于其抗氧化活性。所有需氧生物均具有抗氧化防御系統，包括抗氧化酶和抗氧化成分，可去除或修復受損的分子。保衛細胞對抗氧化應激是由抗氧化酶交互網與化學抗氧化劑共同完成[84].除此之外，酶在一些食品中的應用，已被作為新型天然抗氧化劑來評價，其能夠被有益地用來除去ROS并降低脂質氫過氧化物。抗氧化化合物能去除自由基、延緩LPO反響經過〔這是食品和藥品在加工和儲存經過中變質的主要原因之一〕以增加保質期[85].抗氧化劑能夠保衛人體免受自由基和ROS的影響，其延緩很多慢性疾病及LPO的進展。抗氧化劑往往添加到食品中，以防止氧化的自由基鏈反響，并通過抑制起始和延伸步驟，導致反響終止并延緩氧化經過[50].不加批評地接受一個事實，即生物分子及其降解產物中額外氧原子的存在是氧化的標志，這導致抗氧化劑定義的誤導。根據電化學原理抗氧化劑必須具有復原性，但除了VC和GSH,只要極少數的天然物質具有復原性[86].因而，VC不但不能防止氧化應激的后果[87],相反卻具有有害的效應則并不奇怪[88].基于這些事實，提出了抗氧化悖論，即不能證明抗氧化療法對氧化應激相關疾病，如動脈粥樣硬化，表現出顯著的效果[89].另一證據表示清楚，使用抗氧化劑預防或治療高血壓無效，講明其沒有受益之處[90].與此相反，富含水果、蔬菜和粗糧的膳食卻可通過減少自由基的應激保衛心血管系統并能降低血壓[91].5抗氧化效應在過去的幾年中，抗氧化劑在保衛生物體或組織，或非生物系統對抗氧化應激方面的重要性已經越來越明顯，其被各種領域，包括生理學、藥理學、營養和食品加工方面的研究所支持[92].在食品領域，抗氧化劑被定義為能夠延遲、減緩或防止酸敗，或其他因氧化而致食品香味變質的任何物質。抗氧化劑通過延長誘導期延緩異味的變化，這一時期結束后添加抗氧化劑延遲酸敗是無效的。除此之外，其還可按兩種方式抑制或延緩氧化：能夠通過去除自由基抗氧化，在這種情況下，該化合物被稱為初級抗氧化劑，或通過不牽涉直接去除自由基的機制。初級抗氧化劑包括酚類化合物，如-生育酚，這些化合物在誘導期被攝入。次級抗氧化劑則通太多種不同機制發揮作用，如金屬離子的螯合、ROS的去除、將氫過氧化物轉換為非自由基物質、UV輻射的吸收或1O2的失活等。通常情況下，次級抗氧化劑只要當第二種微量成分存在時才有抗氧化活性。如多價螯合劑檸檬酸僅在金屬離子存在的情況下有效，而復原劑，例如VC,在生育酚或其他初級抗氧化劑存在時才有效[93].抗氧化活性的原理是根據可利用的電子中和任何自由基。另外，抗氧化活性與芳環上不同類型羥基的數量和性質有關。一般以為，作為氫供體及抑制氧化的能力隨酚環羥基數的增加而加強。酚類化合物是一大類非常多樣化的植物化學物質，廣泛分布于植物中，如水果、蔬菜、茶葉、橄欖油、煙草等。表現出抗氧化性能的物質，可用于人類的食物成分，或作為特定的預防藥物。因而，抗氧化劑已成為食品保鮮技術和當代醫療保健的重要組成部分，這與具有抗氧化藥理活性的植物中酚類化合物，尤其是酚酸和類黃酮的存在有關。6天然抗氧化劑當前比擬常用的合成抗氧化劑為酚類化合物，如BHA、BHT、TBHQ和沒食子酸丙酯〔propylgallate,PG〕，這些合成的抗氧化劑最常應用于食品中及藥理學研究。合成抗氧化劑總是被烷基取代，以改善其在脂肪和油中的溶解度。但由于毒性和致癌作用，BHA和BHT已被立法機構限制其使用。因而，可在食品中應用的安全、天然的抗氧化劑引起人們的濃烈厚重興趣，消費者越來越喜歡天然抗氧化劑，并推動了對天然抗氧化劑來源的探尋求索。天然抗氧化劑被發現于幾乎所有的植物、微生物、真菌、甚至動物組織中。酚類化合物是植物次生代謝產物且天然存在于幾乎所有的植物材料，包括植物源食品。人類膳食中含有具有抗氧化活性或基于其構造特性可去除ROS的一系列不同化合物。膳食抗氧化劑最突出的代表有VC、VE、類胡蘿卜素和黃酮類化合物。除了VC,這些抗氧化劑中的每一組均由構造不同的化合物組成，例如，到當前為止已經鑒定了600多種類胡蘿卜素且華而不實約50種可能會出如今人類膳食中[94].這些化合物被以為是人類和動物膳食不可缺少的部分[95].大部分天然抗氧化劑是酚類化合物，并且最重要的天然抗氧化劑類別有生育酚、類黃酮和酚酸。在膳食中，有可能存在這些不同化合物的協同效應且當前尚難以評價。事實上，膳食作用可被以為是成分之間互相作用引起的協同效應，這是個別成分所沒有的性質。在體外研究中強調了植物性食物成分的細胞保衛活性，如多酚類物質及其混合物對抗氧化應激誘導的細胞死亡有預防作用[96-97].固然公認植物化學成分的抗氧化活性[5-6],但在一定條件下其可以表現助氧化活性，如高劑量或金屬離子存在時[98].助氧化或抗氧化活性與其濃度密切相關。在這方面，近期采用細胞模型的研究強調指出，已經知道作為抗氧化劑的幾種多酚物質具有助氧化活性，如槲皮素、兒茶素〔包括表兒茶素與表沒食子兒茶素-3-沒食子酸酯〔epigallocatechin-3-gallate,EGCG〕〕和沒食子酸[99-100].例如，已經證實，高劑量的槲皮素〔50mol/L〕能夠在離體線粒體和培養的細胞中加強O2-的生成[99].在另一項研究中，觀察到低劑量〔0.1~20mol/L〕槲皮素具有抗氧化活性，而濃度較高〔50mol/L〕時卻降低細胞總抗氧化能力、細胞存活率和活力、巰基含量、SOD、CAT及谷胱甘肽S-轉移酶〔glutathioneS-transferase,GST〕活性[100].也已證明，低濃度〔10~25mol/L〕的黃酮類化合物〔如槲皮素和漆黃素〕保衛大鼠H4IIE細胞對抗H2O2誘導的細胞毒性、DNA斷裂和細胞凋亡，而高濃度〔50~250mol/L〕則引起細胞毒性、DNA損傷和細胞凋亡[98].由于高濃度的黃酮類化合物能夠通過自氧化〔如楊梅酮和六羥黃酮〕或氧化復原循環〔如槲皮素〕產生ROS[101].酚類抗氧化劑在去除自由基時，可構成活性較低的酚氧自由基，由于芳環周圍未成對電子的離域作用而使之穩定。然而，即便這些自由基是相對穩定的，卻可以以表現助氧化活性，誘導細胞損傷[102].公認多酚〔或富含抗氧化劑的水果和蔬菜〕對抗癌癥發展的化學預防機制之一是抑制癌變的第一步--起始，其發生于DNA氧化損傷引起突變之后[103].另一個可能的抗癌機制是單一膳食多酚的助氧化活性及促使線粒體功能障礙進而使細胞凋亡[102].事實上，已證明經常食用水果和蔬菜的人群死亡率較低，可能是由于植物性食物可對抗癌癥或心血管疾病等與氧化應激相關的慢性疾病的發展[104].然而，一些特定的食品，如蘋果和洋蔥對肺癌和冠心病有保衛作用。流行病學專家揣測，蘋果和洋蔥對肺癌的有益影響，可歸因于少數甚至個別的物質，如動物實驗研究中槲皮素對致癌物質表現出強大的化學預防活性[105].然而，越來越多的證據顯示，植物性食物的健康受益之處可能不會歸因于某一個特定的化合物，而是歸因于整個水果和蔬菜，即華而不實的植物化學物質和營養物質復雜的協同作用[103,106].且在很多人體補充單一物質實驗中未觀察到其健康受益之處，甚至提出抗氧化成分，在一定條件下可能是有毒的，例如高劑量或缺乏協同化合物時[7].個別抗氧化劑缺少有益的活性，甚至有毒，可能由于劑量差異所致[107-108].由于對劑量的依靠突出了復雜混合物的重要特性，如全食物含有維生素、礦物質等必需成分、膳食纖維和很多非營養植物化學物質，包括黃酮類、酚酸類、幾種類胡蘿卜素等。一些研究表示清楚，單獨補充VC、VE或-胡蘿卜素沒有任何有益效應[107].如給30名健康人天天補充500mg高劑量的VC,引起淋巴細胞DNA的氧化損傷增加，表示清楚高劑量的助氧化作用[108].另外，通過補充VE和VC沒有能減少吸煙者DNA的氧化損傷[109].與此相反，一些食用富含VC的水果和蔬菜的健康志愿者，DNA氧化損傷的水平卻下降了。有人提出，在生理條件下，VC的抗氧化性能超過其助氧化活性[109].人體實驗和體外研究表示清楚，氧化應激導致VC和VE快速耗竭[110].反之，VE的缺乏引起轉基因小鼠氧化應激紊亂[111].因而VC與VE之間的協同作用對預防LPO很重要[3].除了抗氧化劑的活性在體內受不同濃度影響外，氧代謝物的雙刃效應也有據可查。細胞的氧化復原狀態及其波動決定其功能。在低劑量時，ROS對多種生理功能起關鍵作用，如細胞信號傳導、基因表示出、免疫反響的調節及促進抗氧化防御機制[3,112].例如