过氧化与自由基损伤
正常生理状态下,机体的氧化代谢产生一些自由基(或称游离基)和过氧化物,自由基在化学上处于不稳定态,必须从其他物质获得电子,即“氧化” 反应。这些自由基具有重要的生理意义,如杀灭细菌等,但自由基过多对机体反而不利。然而机体也有一个抗氧化系统及时将这些多余氧化物质清除,使氧化和抗氧化过程处于动态平衡。但是在某些病理因素或外界环境或营养失衡等因素影响下,自由基和过氧化物产生过多,或机体的抗氧化系统功能不足,从而不能有效清除多余的自由基和过氧化物。体内过多的自由基可使机体处于过度氧化状态——即过氧化,产生过氧化压力,或过氧化应激(oxidative stress,OS)。
这些活性氧(reactive oxygen species,ROS)包括超氧阴离子、羟自由基和过氧化氢等,活性炭(reactive nitrogen species,RNS)包括一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)和过氧化亚硝酸盐等。
过氧化压力的危害是使细胞信息传递紊乱,细胞膜脂质过度氧化损伤,细胞离子通道损伤,细胞内所有含SH基的分子包括蛋白质、DAN等都会受到影响和损伤,也会影响细胞各种酶的活性。机体的抗氧化系统有两类:一类为酶系统,包括超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、谷胱甘肽氧化酶(GSH-PX)等;另一类是非酶系统,包括金属硫蛋白、维生素C、维生素E、谷胱甘肽、褪黑素、α-硫辛酸、类胡萝卜素,以及微量元素铜、锌、碘等。
多个研究表明,过多的活性氧和一氧化氮(NO)可能是造成众多神经心理障碍的潜在因素。甲硫氨酸代谢异常,过多的同型半胱氨酸和过氧化物也与神经心理障碍有关。研究表明NO启动许多生理过程,如去甲肾上腺素和多巴胺的释放。研究者们发现低浓度的NO对神经有保护作用,但过高浓度的NO对神经有过氧化作用,从而损伤其功能,并能增加血-脑屏障的通透性。
近年来的研究表明,自闭症患者广泛存在过氧化与自由基损伤问题。AIGadani A和EI-Ansory O博士的团队采用30位自闭症儿童(年龄在3～15岁)和30位健康儿童作为对照,检测了血清中的脂质过氧化物、维生素E、维生素C、谷胱甘肽水平,同时检测了谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-PX)和过氧化氢酶(CAT)的活性,也检测了红细胞中过氧化物歧化酶(SOD)的活性。结果显示与对照组相比,自闭症组儿童的过氧化物(过氧化的产物)明显升高,而维生素E、谷胱甘肽明显降低,维生素C变化不明显。实验也显示具抗氧化作用的谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-PX)和过氧化物歧化酶(SOD)活性在自闭症组也明显升高,而过氧化氢酶在两组变化不明显。这一实验结果表明,自闭症儿童体内过氧化物增加,抗氧化物质不足,而使抗氧化酶过度表达。
众多研究发现自闭症患者的脂质过氧化活动增强,表明其过氧化能力增加。这些研究还发现自闭症患者的异前列烷有中度到重度增加,磷脂酰乙醇胺(phosphatidylethanolamine)水平降低,磷脂酰丝氨酸(phosphatidylserine)水平升高。主要的抗氧化蛋白-铁传递蛋白(transferrin)和血浆铜蓝蛋白(ceruloplasmin,CP)水平明显降低。这些抗氧化蛋白水平的降低与患者的语言能力丧失相符合。S Sahih Zoroglu博士的团队也做了类似的研究,他们应用了27位自闭症儿童和性别年龄相同的26位正常儿童做对照。研究结果发现在自闭症组红细胞中的硫代巴比妥酸反应物(TBARS)升高,同时黄嘌呤氧化酶(XO)和过氧化物歧化酶(SOD)的活性也增加;而过氧化氢酶(CAT)的活性降低,腺苷脱氧酶的活性不变。此结果表明,在自闭症儿童体内抗氧化状态发生了变化,从而引起脂质过氧化,增加体内过氧化压力,也产生了抗氧化酶的变异。
除上述过氧化的直接指标外,学者们也检测了抗氧化的营养素来评估自闭症患者体内的氧化还原状态。多个研究表明,自闭症患者血清中的维生素C、维生素E、维生素A及红细胞中的锌、镁和碘都降低,活性维生素B6即吡哆醛5-磷酸盐(P5P)降低,红细胞中谷氨酸-草酰乙酸转氨酶(EGOT)的活性都降低。研究也表明在自闭症患者中,氧化物增高,如一氧化碳,并且黄嘌呤氧化酶(XO或XAO)活性升高,从而导致大量自由基产生。在自闭症患者血清中还发现某些环境毒素也升高,如氯乙烯、乙烷、戊烷;在红细胞中汞、铅和砷也升高;尿中汞的排量升高等。(https://www.daowen.com)
也有不同专家研究了自闭症患者脑组织的过氧化状态。如有学者应用了10位自闭症患者和10位相同年龄的非自闭症组进行研究,他们检测了还原型谷胱甘肽(GSH)和氧化型谷胱甘肽(GSSG)之比(GSH/GSSG)。结果发现与对照组相比,自闭症患者的GSH在小脑和大脑颞叶皮质都明显减少。另一个研究发现,自闭症组患者还原型谷胱甘肽(GSH)在小脑和布罗德曼分区也都减少。
氧化还原酶的代谢也至关重要,有研究发现自闭症患者脑组织样本中过氧化物歧化酶的水平降低,谷胱甘肽氧化酶、谷胱甘肽转移酶、谷氨酸半胱氨酸连接酶的活性在小脑中也明显降低。甲硫氨酸合成酶、同型半胱氨酸和胱硫醚在脑前叶也明显降低。这些研究结果都表明自闭症患者机体的抗氧化及排毒功能减弱。
脂褐质沉积是过氧化的一个重要指标,有研究发现ASD患者在3个语言区都发现有明显的脂褐质沉积增加。过氧化氢物是另一个过氧化指标,也有研究发现在自闭症组的患者脑颞叶和小脑的过氧化氢物明显升高。硝基酪氨酸是蛋白氧化的一个指标,有研究发现自闭症患者的小脑组织中硝基酪氨酸也明显升高,并且与小脑的汞含量相一致。研究者们认为硝基酪氨酸的增加可影响脑神经的生长发育,造成小脑过度增长。这在自闭症的病理发展中起着重要作用,硝基酪氨酸不但影响神经轴突的生长和突触的形成,也可能造成浦肯野细胞(Purkinje cells)的异常。
过氧化对DNA的损伤则可通过检测脑组织的8-氧代-脱氧鸟苷得以了解。有研究对20位自闭症患者和25位对照组的受试者进行了检测。结果表明在自闭症组的脑颞叶中这一指标明显升高。另一个研究表明自闭症组患者在小脑的这一指标比对照组高63%。
过氧化及自由基对脑组织DNA、RNA的损伤,也会影响基因表达;蛋白合成和酶的活性,也损伤细胞磷脂成分,妨碍神经递质的合成。对甲基化通路酶的损伤使甲基化通路不畅,氧化代谢产物和外来的重金属等毒素难以被清除,从而导致恶性循环,加重过氧化,使更多的自由基堆积。腺苷甲硫氨酸(SAM)与腺苷同型半胱氨酸(SAH)的比例是甲基化能力的指标,有学者对这一比例进行了研究,结果表明自闭症儿童的这一比例明显降低。他们还发现在自闭症儿童血浆中的半胱氨酸、谷胱甘肽、还原型/氧化型谷胱甘肽的比例都明显降低,表明其抗氧化能力下降。同一组学者也对自闭症儿童的等位基因和基因与基因之间的相互作用等进行了研究,他们认为自闭症患者易受过氧化损伤,在疾病的发展中可能起到一定的作用。
总之,过氧化、自由基对机体的损伤是多方面的,除了中枢神经系统外,消化系统和免疫系统也非常敏感,影响功能的正常发挥。过氧化和自由基也引发慢性炎症反应,通过启动细胞因子的释放,对机体产生更广泛的影响。