活性氧的生成與健康和疾病關系研究進展

李興太，張春英，仲偉利，高明波（.大連民族大學生命科學學院，遼寧 大連 6600；.黑龍江大興安嶺地區農業林業科學研究院，黑龍江 加格達奇 65000）

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活性氧的生成與健康和疾病關系研究進展

李興太1，張春英2，仲偉利2，高明波1
（1.大連民族大學生命科學學院，遼寧 大連 116600；2.黑龍江大興安嶺地區農業林業科學研究院，黑龍江 加格達奇 165000）

摘 要：從歷史上看，活性氧（reactive oxygen species，ROS）被認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，近年來，越來越多的證據顯示，ROS對健康至關重要。在生理條件下，低水平ROS的生成被認為是信號分子。另一方面，ROS的過度生成，與ROS緩沖系統的功能障礙相關，會導致慢性疾病的發展。因此，ROS的慢性釋放參與許多疾病的發病。而且，ROS生成過量誘導生物分子的氧化損傷，進而導致衰老、癌癥和許多其他疾病。ROS已經參與100多種疾病的發生，包括威脅人類健康的重大疾病癌癥、心血管疾病、糖尿病、神經退行性疾病（如帕金森病和阿爾茨海默病）、獲得性免疫缺陷綜合征、中風和衰老的發生。本文綜述了氧的出現與需氧真核生物的進化、ROS的種類、ROS的生理病理多效性、機體內主要的ROS、ROS的生成與反應、ROS與線粒體氧化磷酸化、細胞凋亡、免疫防御和炎癥、腫瘤等方面的最新進展，鑒于ATP和ROS對生命的重要性，提出，調控線粒體氧化磷酸化實現ATP與ROS生成的平衡將是健康的關鍵。

關鍵詞：活性氧；線粒體；信號傳導；氧化還原平衡；健康

引文格式：

李興太， 張春英， 仲偉利， 等.活性氧的生成與健康和疾病關系研究進展［J］.食品科學， 2016， 37（13）: 257-270.

LI Xingtai， ZHANG Chunying， ZHONG Weili， et al.Advances in generation of reactive oxygen species associated with health and diseases［J］.Food Science， 2016， 37（13）: 257-270.（in Chinese with English abstract） DOI:10.7506/spkx1002-6630-201613046. http://www.spkx.net.cn

近年來，廣泛的研究顯示，體內產生的活性氧（reactive oxygen species，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的產生與細胞相互作用。ROS又可激活各種轉錄因子，例如，B細胞的核因子κ-輕鏈增強子（nuclear factor-kappa B，NF-κB）、活化蛋白-1、缺氧誘導因子-1α及信號轉導子與轉錄激活子3（signal transducer and activator of transcription 3，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達。矛盾的是，ROS還控制各種腫瘤抑制基因（p53、Rb和PTEN基因）的表達。類似地，γ輻射和各種化學治療劑用于治療癌癥，是通過ROS的產生介導其效應。有趣的是，ROS也參與源自水果、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［1-4］。ROS是細胞信號傳導途徑的組成部分，并已被證明能調節細胞轉化、存活、增殖、侵襲、血管生成和轉移。近年發現，ROS的形成參與了食品的氧化變質，以及100多種人類疾病［5］，如嚴重威脅人類健康的重大疾病心血管疾病（高血壓、動脈粥樣硬化等）［6-8］、糖尿病［9］、慢性炎癥、神經退行性疾病和癌癥［10］的發病機制及免疫［11］和衰老過程［12］。

氧化應激被定義為ROS的產生與抗氧化防御之間的失衡。由于助氧化-抗氧化反應平衡狀態的破壞，ROS過量引起氧化應激，促進活細胞中脂質、蛋白質、DNA和RNA的氧化損傷，抑制細胞的正常功能［13-14］。ROS生成與消除（由抗氧化酶和抗氧化劑）之間保持平衡（氧化還原平衡）對健康具有重要意義［15］。這意味著，過量的ROS造成機體損傷。然而，完全消除ROS會抑制機體適應性應答外部應激因素反應的能力［3］。在這個復雜的系統中，近年出現了一個新概念，ROS對能量平衡起關鍵作用。作為神經信號的ROS途徑的損傷導致自主神經系統和神經內分泌功能的改變，導致代謝性疾病，如肥胖和2型糖尿病［16］。ROS相關疾病可以是由于缺乏ROS（如慢性肉芽腫病，某些自身免疫性疾病）或ROS過剩（如心血管疾病和神經退行性疾病）引起［17］。事實上，雖然長時間暴露于高濃度ROS可能會導致蛋白質、脂質、核酸的非特異性損傷，低到中濃度ROS卻通過調節細胞信號級聯發揮效應［17］。近幾十年的研究已經凸顯出ROS在健康和疾病中的重要性。鑒于此，本文綜述了ROS的種類、機體內主要的ROS、ROS的生成與反應等研究進展，為促進健康、防治疾病及抗氧化研究提供參考。

1 ROS的概念、種類及生理病理多效性

1.1 氧的出現與需氧真核生物的進化

由于藍藻的光合作用，大約22億年前，氧（O2）最初大量出現在地球上。首先，大部分O2與可溶性鐵（Fe）反應生成不溶性氧化礦物［18］。該初始事件后，O2開始大量積聚于周圍的環境和大氣中。大氣中氧濃度的急劇增加及形成各種礦物氧化物被稱為大氧合事件（Great Oxygenation Event）［19］，O2的增加導致了地球第一次大規模物種滅絕，這一事件也被稱為大氧災難。事實上，O2對厭氧生物有劇毒，O2的損傷效應與其自由基特性有關，其耗竭必要的硫醇并使Fe-S聚簇（厭氧生物代謝和大分子結構的生物合成所需）解聚［20］。大約15億年前，需氧α-變形菌被原始真核細胞共生吞噬后，演變為線粒體，線粒體已進化為具有多種細胞功能的特化細胞器。近年來，線粒體因作為具有明顯自主性的動態細胞器，密切參與策劃各種各樣的細胞活動，而成為舞臺中心。由于O2是線粒體電子傳遞系統中的最終電子受體，氧化是電子從一個原子到另一個原子的轉移，并代表有氧生活及新陳代謝的必須部分，以ATP的形式產生能量。氧狀態的波動，有助于增加ROS的生成，這可能對高能需求或含大量線粒體的組織，如胎盤、大腦、心臟和骨骼肌尤為相關［21］。

自由基是指“能夠獨立存在、含一個或多個未配對電子的任何物質”，一個未配對電子自身占據一個原子軌道［18］，是極不穩定的分子。考慮到基態氧在其最外層反鍵軌道有兩個未配對電子，因此可歸類為自由基［22］。O2最外層軌道的兩個孤對電子具有相同的自旋量子數，對接受電子產生自旋限制［23］。因此，當其被還原為水時，O2一次只能接受一個電子，便可以產生幾種自由基中間產物，即超氧陰離子（O·）、過氧化氫（H2O2）和羥自由基（·OH）［24］。這也使O2變得危險，因為其單價還原導致高活性中間產物的生成（圖1）。自由基是活性代謝物，可由外來物質生成。由于電子“喜歡”配對形成化學鍵，自由基不能與親核試劑發生共價反應；相反，其與另一種自由基反應形成共價鍵，從中性分子抽去氫原子，以生成一種新的自由基，或抽去一個電子形成陰離子并產生自由基陽離子。自由基可發生在脂類、氨基酸、核苷酸和含氧化合物等中。氧自由基特別重要，因為可以觸發所有其他自由基的形成［25-26］。有氧呼吸期間O2逐步還原為水。輻射誘導的水裂解產生·OH，這可解釋輻射療法的損傷效應［26］。

適應于氧化環境為生物提供了一個重要的選擇優勢，可使酶活性與氧的利用相偶聯［20，27］。在需氧細胞中，O2被許多酶系統利用，然而O2卻是有氧三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP）生成背后的主要驅動力。在需氧真核生物中，O2在營養物代謝中的利用最大化節約了能量，促使生物復雜性的增加，最終進化出人類［28-29］。需氧真核生物氧化磷酸化產生ATP是發生在線粒體，該雙層膜細胞器起源于原核生物，含有O·依賴性ATP生成（從碳氧化）所需的必要酶系統［30-31］。

1.2 ROS的概念與機體內ROS的種類

ROS可被定義為含氧中間代謝物，帶或不帶一個未成對電子，包括氧自由基（即以氧為中心的自由基），如O·、·OH、烷氧自由基（RO·）、過氧自由基（ROO·）和一氧化氮（NO·），與非自由基，如H2O2、次氯酸（HOCl）和單線態氧（1O2），其能夠氧化其他成分并將其轉變成自由基，往往引起連鎖反應，導致形成許多新的自由基［32-34］。·OH（半衰期10－9s）和RO·（半衰期數秒）非常活潑，并迅速攻擊附近細胞的分子，雖經修復過程其所造成的損傷可能是不可避免的。另一方面，O·、脂質氫過氧化物和NO·的活性較低［35］。ROS由機體的正常耗氧如呼吸和一些細胞介導的免疫功能連續生成［36］。在體內可以形成的主要自由基包括相對穩定的自由基，如尿酸自由基（UrH·－）、抗壞血酸自由基（Asc·－）、VE自由基（VE·）與苯氧自由基（Phl·）和活性自由基，包括碳中心自由基（如脂質自由基（L·））和硫中心自由基（如谷胱甘肽自由基（GS·）），其中，在有氧介質中，可導致具有較高氧化電位物質（如脂質過氧自由基（LOO·）、脂質烷氧自由基（LO·）和硫自由基（GSOO·、GSO·和GSO2OO·））。自由基鏈反應通常會繼續，直到系統變得厭氧或底物（如膜脂肪酸（LH））被耗盡，但當兩個自由基形成非自由基產物或存在鏈斷裂抗氧化劑（如VE和多酚類物質）時，鏈反應可被停止［33］。氧化劑和還原劑是化學術語，在生物環境中，其通常分別被稱為“助氧化劑和抗氧化劑”［37］。助氧化劑，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。另一方面，抗氧化劑，可以有效地還原助氧化劑，同時生成無毒性或低毒性產物的物質。人類生活在各種無處不在的環境應激劑中，其中包括紫外線輻射、微生物、過敏原和各種污染物，如增多的臭氧、香煙煙霧和多環芳烴，可以增加機體ROS的產生［38-40］。

1.3 ROS的生理病理多效性

值得注意的是，ROS是一柄雙刃劍。ROS一直被視為有害分子，通過氧化損傷各種細胞內分子并負責衰老和各種人類疾病。然而，最近的研究揭示細胞中產生的ROS的另一面，作為第二信使介導生理胞內信號。ROS-效應器蛋白的進展性鑒定，揭示ROS在生理和病理細胞生物學中的多效性功能［41］。一方面，其具有重要的生理功能，例如，NO·是一種重要的血管保護因子和神經系統的神經遞質［42］，氧自由基是免疫防御，以及調節細胞生長和基因表達必需的［43］。但是，過多的自由基，則是有害的，因為自由基是細胞代謝產生的非常危險的副產物［44］。氧化失衡，即ROS的生成與抗氧化防御系統之間平衡的破壞，被描述為氧化應激狀態［45］，這會導致細胞損傷，引起功能與完整性的喪失。不良影響包括直接與ROS化學反應使NO·失活及細胞成分如DNA和蛋白質的氧化損傷［46-47］。這些影響可能參與大量病理狀態的發展［12，48］，包括心血管疾病、神經系統疾病、癌癥和衰老過程［49-50］。

此外，在懷孕期間ROS生成的變化，強調了胎盤中氧化信號傳導的重要性，在人類懷孕的早期階段，胎盤循環的建立與胎盤內氧水平的劇增相關，導致ROS生成增加及氧化應激，隨著胎齡增加，胎盤氧合作用的改變對胎盤發育產生影響［21］。因此，了解氧化應激如何影響胎盤內氧化還原敏感的轉錄因子可能闡明潛在的治療靶點，糾正異常的胎盤血管生成及功能。

2 機體內主要的ROS

ROS是由分子氧還原產生的高反應性分子。最常見的ROS是O·、·OH、H2O2。這些ROS主要是由線粒體氧化磷酸化（電子沿呼吸鏈酶傳遞并泄漏給分子氧）生成的。生理水平的ROS參與細胞信號通路，這對發育和細胞功能尤為重要。

H2O2是由兩個電子還原O2生成的，不是一種自由基，但卻是氧化劑。在O2和過渡金屬離子存在下，H2O2可通過Fenton反應生成·OH。H2O2在生物體中作為氧化代謝的副產物自然產生，這是非自由基反應性物質，并易于在活細胞之間擴散，可被過氧化氫酶（catalase，CAT）有效地轉化為水，該過程決定其半衰期。一些證據表明，H2O2通過核因子κB和載脂蛋白-1的途徑調節基因的表達參與信號轉導［56-57］。

因此，重要的是存在不同營養物和氧化還原環境改變時，要客觀評價線粒體如何產生O·/H2O2，考慮到線粒體ROS排放對細胞通訊很重要。線粒體中有11 個潛在的O·/H2O2生成底物，其中5 種，即復合體Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、α-酮戊二酸脫氫酶（2-oxoglutarate dehydrogenase，ODH）、丙酮酸脫氫酶（pyruvate dehydrogenase，PDH）作為線粒體O·/H2O2的主要來源。其他6 種酶，分別是電子傳遞黃素蛋白氧化還原酶（electron transfer flavoprotein oxidoreductase，ETFQO）、二氫乳清酸脫氫酶（dihydroorotate dehydrogenase，DHODH）、脯氨酸脫氫酶（proline dehydrogenase，PRODH）、琥珀酸：醌還原酶（succinate:quinone reductase，SQR）、sn-甘油-3-磷酸脫氫酶（sn-glycerol-3-phosphate dehydrogenase，G3PDH）、支鏈酮酸脫氫酶（branched chain keto acid dehydrogenase），只能少量產生O·/H2O2，但當高濃度的抑制劑和底物存在時生成量可增加［26］。然而，最近研究顯示，O·等ROS也可產生有益的效應，其通過作為（氧化還原）信號參與細胞調節，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。有趣的是，ROS也可作為促存活信號增加壽命［10］。

2.2 ·OH

·OH是由3 個電子還原O2生成的，是氫氧根離子（OH－）的中性形式，是最活潑的自由基，估計半衰期約10－9s。其可能會在體內由高能量照射裂解體內水分形成或金屬催化內源性H2O2的過程中形成。紫外線不足以將水裂解，但卻可以分解H2O2，得到兩分子的·OH。該自由基的高反應性暗示了在其產生的地方立即發生反應［58］。

2.3 NO·與ONOO

NO·是哺乳動物（包括人類）重要的細胞信號傳導分子，參與許多生理和病理過程［59］。NO·是一種信使，由精氨酸在酶作用下生成，并松弛血管壁的平滑肌導致血壓降低。其也被激活的巨噬細胞在免疫防御期間所產生，過量的NO·具有細胞毒性，其可能會直接與生物分子反應或與O·結合生成過氧亞硝酸鹽（ONOO－）。ONOO－能夠誘導脂蛋白的脂質過氧化（lipid peroxidation，LPO），但還可能通過硝化蛋白質酪氨酸殘基干擾細胞信號傳導［60-61］。

2.4 ROO·與RO·

過氧自由基（ROO·）壽命較長，在生物系統中具有相當長的擴散路徑。其可以產生于LPO反應的過程中，該過程是由多不飽和脂肪酸（polyunsaturated fatty acid，PUFA）抽去H原子而起始，·OH能夠啟動該序列反應［62-63］。LPO反應產生的進一步產物是烷氧自由基（RO·）和有機氫過氧化物（ROOH）。后者可能重新排列為內過氧化物中間產物，其裂解后產生醛類，醛與蛋白氨基反應作為一種機制參與脂蛋白中蛋白部分的修飾［58］。

3 ROS的生成

ROS由細胞內的多個室和多種酶生成，其中大多都位于線粒體環境（如呼吸鏈復合體），復合體Ⅰ、復合體Ⅱ、復合體Ⅲ、線粒體甘油磷酸脫氫酶（mitochondrial glycerophosphate dehydrogenase，mGPDH，位于α-酮戊二酸脫氫酶附近）、電子傳遞黃素蛋白（electron transfer flavoprotein，ETF）、ETF泛醌氧化還原酶、丙酮酸脫氫酶（pyruvate dehydrogenase，PDH）、順烏頭酸酶、替代氧化酶（alternative oxidase，AO）、復合體Ⅳ、DHODH，外部NADH脫氫酶（external NADH dehydrogenase，NADHDH）、蛋白質p66Shc、細胞色素（cyt）b5還原酶、單胺氧化酶（monoamine oxidase，MAO）和一氧化氮合酶（nitricoxide synthase，NOS）。其他蛋白或細胞器也可以導致ROS的產生［64-66］。然而，每種酶的精確貢獻尚不清楚。線粒體呼吸鏈復合體被視為主要生產者，特別是復合體Ⅰ酶的幾個位點，復合體Ⅲ與輔酶Q相互作用的亞基和低底物條件下的復合體Ⅱ［66］。ROS產生位點還包括NADPH氧化酶、黃嘌呤氧化酶、過氧化物酶、細胞色素P450、各種胞質溶膠酶（如環氧合酶）、脂氧合酶、紅細胞中的血紅蛋白［9］等。雖然所有這些來源有助于總的氧化負擔，約90%細胞中的ROS源自線粒體。作為主要的細胞ROS的來源，線粒體參與衰老和壽命的調控［67］。線粒體ROS的產生是氧化磷酸化（oxidative phophorylation，OXPHOS）的結果，該過程將利用NADH或黃素胺腺嘌呤二核苷酸（reduced flavin adenine dinuleotide，FADH2）的控制氧化產生跨線粒體內膜的質子位能，然后，該位能通過F1F0ATP酶磷酸化ADP。在沿細胞色素鏈數個部位，來自于NADH或FADH2的電子可以直接與氧或其他電子受體反應，產生自由基。

由于ROS生成的確切機制未知，我們可以構建一個可能全面描述線粒體ROS生成的簡單關系。ROS的形成是環境氧濃度的函數［68］，細胞和有機體應答高濃度氧可能意味著應激，以探討衰老的作用機制。雖然一般認為，耗氧量增加使ROS產生增加，如果耗氧量增加相對于更高的組織氧分壓或“位點”（即功能線粒體）的數量增加是次要的，這種正相關關系才是正確的。與此相反，在恒定的組織氧濃度及固定數量的線粒體條件下，耗氧量增加則有利于降低ROS水平。對細胞高氧的反應也支持細胞內氧化劑，至少是決定培養的哺乳動物細胞壽命一個重要的決定因素［69］。研究者已發現降低環境的氧濃度可以顯著延長培養的原代細胞壽命［70］。增強抗氧化劑的水平可以實現類似的細胞壽命延長。比如，增加SOD水平可延長原代成纖維細胞的壽命，同時也降低端粒縮短速率［71］。線粒體通過產生過多的ROS（爆發）從而損傷細胞組分，而在再灌注損傷中發揮關鍵作用，并啟動細胞死亡。再灌注ROS的“爆發”，導致線粒體結構和功能損傷，誘導細胞死亡信號傳導，最終損傷組織［72］。

基于前期研究結果，有研究者提出總氧耗的約2%用于ROS生成［73］。該數值已被廣泛引用，盡管事實上，這些早期研究中ROS的測定是在人工條件下。隨后，在更符合生理條件下的研究中，該基礎值降至約0.2%［74-75］。這種較低的數值并不意味著ROS的基礎生成速率不重要，但確實提示，在大多數組織中線粒體ROS的負載可能不像一度被認為的那么嚴重［69］。

4 生成ROS的反應

超氧化物作為還原劑，可以提供電子給Fe3+，經Haber-Weiss反應變成亞鐵狀態，因此驅動后續Fenton反應并增加·OH生成：

隨后的PN分解導致形成額外的高反應性細胞毒自由基，包括二氧化氮（NO2·）和碳酸自由基（CO3·）。NO2·和CO3·是由PN質子化為過氧亞硝酸（ONOOH）或由PN與CO2反應以生成亞硝基過氧碳酸鹽（ONOOCO2）而形成。單獨分解ONOOH和ONOOCO2分別形成高活性的NO2·和·OH及NO2·和CO3·［76］。

PN-衍生的自由基可誘導蛋白質、脂類（細胞膜和線粒體膜）和核酸的氧化損傷［60，77］，例如，PN-衍生的NO2·誘導蛋白硝化導致結合蛋白的酪氨酸翻譯后修飾為3-硝基酪氨酸（3-nitro tyrosine，3-NT），因此，3-NT作為ONOO－作用的生物標志物［78-79］；此外，PN產物可以引發脂質過氧化（lipid peroxidation，LPO），進一步引起氧化和不可逆的細胞損傷。

根據其所處的環境超氧化物化學性質顯著不同，在水溶液中，超氧化物是一種弱氧化劑和較強的還原劑，由于在水溶液中的歧化反應，超氧化物迅速消失，形成H2O2與 O2［80］：

H2O2是一種弱氧化劑和弱還原劑，且不存在過渡金屬的情況下是相對穩定的。然而，超氧化物和H2O2本身的氧化毒性低，其均為凈Haber-Weiss反應的組成部分，容易由銅或亞鐵離子催化產生·OH：

·OH非常活潑，其引起ROS對生物大分子產生的大部分損傷，生物·OH的主要來源是經Fenton反應（凈Haber-Weiss反應的一半）由金屬催化H2O2的分解［80］：Mn++ H2O2→M（n+1）++·OH+OH－。

由于其半衰期短，·OH攻擊其生成部位附近的分子，由于具備非常高的反應性，使得其幾乎不可能被清除。·OH與生物大分子的反應產生新的自由基，通常具有較低的活性。

5 ROS與線粒體氧化磷酸化（oxidative phophorylation，OXPHOS）

細胞的生死存亡很大程度上取決于線粒體的功能。大部分細胞ROS，作為呼吸鏈正常能量生成的副產物，是在線粒體生成。ROS主要在OXPHOS的呼吸態4生成，線粒體在呼吸態3向呼吸態4轉換中，由于ADP耗盡，ATP積累，使O2消耗的主要途徑被切斷，導致O2濃度升高。而引起O2單電子還原的主要呼吸鏈成員都處于還原狀態，高氧的環境和高還原態的呼吸鏈促使電子漏更易于生成O·。解偶聯作用使線粒體內膜質子漏（proton leak）增加，線粒體膜電位（Δψm）降低，刺激O2的消耗，減少O·的生成，所以，解偶聯抑制O2的單電子還原。解偶聯蛋白作為線粒體ROS生成和生物能學調節器，腺苷酸激酶在哺乳動物雷帕霉素靶（mammalian target of rapamycin，mTOR，蛋白質合成的主要調節器）上游作為一種能量傳感器［81］。轉化生長因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）可激活mTOR途徑，其在某種程度上，通過mTOR增加Δψm和耗氧速率，導致ROS生成增多而起作用，這可能導致足細胞損傷，TGF-β1可刺激培養的鼠足細胞線粒體OXPHOS 及ROS的生成［82］。當溫和的解偶聯不能阻止ROS的形成時，積累ROS將激活線粒體上非特異的線粒體通透性轉換孔（mitochondrial permeability transition pore，MPTP）開放，過高的ROS持續積累導致MPTP的持續開放將引起細胞凋亡。

線粒體能量代謝，尤其是OXPHOS，受質子電化學梯度（由還原燃料的氧化和跨線粒體內膜的質子漏產生）嚴格控制。同樣，線粒體ROS生成被描述為質子電化學梯度的直接函數，由經質子漏的溫和解偶聯所調控［83］。呼吸態3 H2O2的生成比呼吸態4低3～5 倍，這表明磷酸化線粒體H2O2生成比非磷酸化線粒體低幾倍。呼吸態4高質子驅動力由于增加了超氧化物形成的概率，而對細胞可能是危險的［83］。ROS引起線粒體損傷時，影響線粒體呼吸鏈復合體的活力，降低線粒體的效能，從而影響線粒體OXPHOS，減少胞內ATP的合成，再經系列反應生成更多的ROS，使線粒體膜通透性增高，Δψm降低，從而形成ROS→線粒體損傷→ROS增多互為因果的惡性循環，損傷線粒體直至細胞功能受損甚至凋亡。線粒體ROS生成增加可導致ATP合成功能障礙［84］。由于降低的ADP可用性和增加的分子氧，在呼吸態4形成的超氧化物量增多（與呼吸態3相比），而解偶聯可減少ROS的生成。低效線粒體呼吸條件下，由于復合體Ⅰ活性降低，ROS生成也可能增加［84］。

6 ROS與細胞凋亡

細胞凋亡對多細胞生物的組織分化、器官發育、維持機體穩態具有重要意義。ROS是細胞信號通路中的重要中介體，在維持胞內氧化還原平衡和細胞信號傳導通路上發揮重要作用。ROS生成過多會引起細胞損傷，這可能作為信號觸發凋亡信號轉導途徑，而在啟動和調節細胞凋亡過程中扮演重要角色［85］。當凋亡啟動后，ROS進一步增多可能加速凋亡過程。ROS的作用方式與其濃度相關，納摩爾水平的ROS可促進細胞增殖，微摩爾水平的ROS可導致細胞凋亡，毫摩爾水平的ROS引起細胞的損傷死亡。細胞凋亡存在3 條途徑：線粒體通路、內質網通路和死亡受體通路，均與ROS密切相關［86］。

線粒體既是ROS產生的主要部位，又是ROS作用的主要靶點。通過呼吸鏈電子漏途徑，線粒體產生大量超氧陰離子，氧化應激可對膜磷脂和膜蛋白過氧化修飾，造成線粒體通透性轉換（mitochondrial permeability transition，MPT），而引起線粒體損傷［87］。ROS激活MPTP開放，釋放ROS、細胞色素c及凋亡誘導因子，從而使細胞進入不可逆的凋亡過程［88］。MPTP孔道持續不可逆地開放，引發線粒體內膜的通透性非特異地增大，內膜兩側的質子梯度消失，Δψm降低，呼吸鏈OXPHOS脫偶聯，ATP合成受到抑制，ROS大量爆發［87］。

MPT是細胞凋亡的中心事件，可以通過MPTP開放介導，ROS通過降低Δψm及促使MPTP開放作為細胞凋亡信號分子。線粒體是影響細胞死亡和存活信號的一個關鍵集成點，其中OXPHOS系統中一個關鍵的電子載體——細胞色素c，從線粒體膜間隙釋放到胞質溶膠，作為細胞凋亡的誘導事件。在某些情況下，這些事件的發生似乎需要OXPHOS系統的功能，而在其他情況下，OXPHOS功能障礙本身敏化細胞凋亡，甚至可直接誘導凋亡［89］。總之，機體95%以上的ROS都來自線粒體電子漏，ROS水平升高可誘發Δψm降低和細胞凋亡，ROS、MPT與細胞凋亡之間的關系既復雜又微妙且密不可分。

7 ROS與免疫防御和炎癥

機體受細菌等致病微生物侵入后，通過先天性免疫和獲得性免疫調動免疫效應細胞和免疫分子清除病原體。先天免疫系統遇到病原體引發急性炎癥反應，伴隨著全身性血管擴張，血管滲漏和白細胞遷移［90］，從而在感染早期對機體進行免疫干預。先天免疫防御系統在進化過程中還形成了一套（100多種）模式識別受體（pattern recognition receptor，PRR）以識別各種入侵微生物（如病毒、細菌、真菌）的病原相關分子模式（pathogen associated molecular patterns，PAMP）的保守結構域，包括鞭毛蛋白、糖類和各種微生物的細胞壁成分，如肽聚糖和脂多糖（lipopolysaccharide，LPS），以及受傷細胞釋放的危險相關分子模式，如哺乳動物雙鏈DNA和尿酸結晶。PRR家族包括膜結合受體，如Toll樣受體（toll-like receptor，TLR）和c-型凝集素受體，以及核苷酸寡聚區樣受體（nucleotide-oligomerization domain-like receptors，NLR）和維甲酸誘導基因Ⅰ樣受體（retinoic acid-inducible geneⅠ-like receptors，RLR）。PRR表達于多種免疫細胞，包括巨噬細胞、單核細胞、樹突狀細胞（dendritic cells，DCs），中性粒細胞，使早期檢測病原體成為可能［91］。

通過抗原呈遞細胞（巨噬細胞和樹突狀細胞）表面的PRR識別PAMP，誘導先天免疫反應，進行抗原呈遞，募集并激活炎癥效應細胞，釋放炎癥介質（如白細胞介素（interleukin，IL）-1、干擾素（interferon，IFN）α、IL-6、趨化因子）以及免疫效應因子（如IL-1、IL-5、IL-10、IL-12、轉化生長因子（transforming growth factor，TGF）-β和IFNγ）等，同時激活獲得性免疫。炎癥是宿主對抗外來病原所產生的免疫防御應答，脊椎動物免疫系統已進化了這一生存策略以促進組織修復［92］。TLR家族是一類關鍵的病原PRR，通過識別自身及非自身分子模式調控先天免疫、抗原提呈和獲得性免疫等多個免疫環節。大多數哺乳動物有10～14 種不同TLR，每一種識別不同的病原結構。例如，TLR2是一種靶向細菌細胞壁的脂蛋白，而TLR3識別病毒的雙股RNA［93］。TLR4是其中重要成員之一，能夠通過激活NADPH氧化酶在內的多個信號通路，上調TNF-α、IL-1、單核細胞趨化蛋白-1 （monocyte chemotactic protein-1，MCP-1）等炎癥因子的分泌，在調節先天免疫和炎癥反應方面起到舉足輕重的作用。LPS是模式識別和促炎引發劑分子TLR4的微生物激活劑［94］。TLR4也是LPS的關鍵受體之一，LPS通過與TLR4結合后激活其下游信號通路，促進炎癥因子釋放，從而擴大炎癥反應。

表達于上皮細胞以及吞噬細胞表面的PRR，如TLR家族的TLR1、2、4、5、6及CLR家族可識別細胞外病原體。而胞內微生物則由表達于細胞質內吞體或溶酶體的TLR3、7、8、9、10以及NLR和RLR識別［91］。吞噬細胞經過PRR識別入侵病原體的PAMP后，經由絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinases，MAPK）、髓樣分化因子88（myeloid differentiation factor 88， MyD88）， Toll樣受體結構域銜接蛋白（TLR adaptor molecule 1，TRIF）等通路激活NF-κB，分泌炎性細胞因子、趨化因子等募集血液循環中的單核細胞以及多形核中性粒細胞（polymorphonuclear neutrophils，PMN）至炎癥部位，從而啟動吞噬過程［95］。而ROS可激活單核細胞、巨噬細胞等多種免疫細胞釋放大量炎性細胞因子（如TNF-α、IL-6等），引起全身炎癥反應綜合征。增加ROS的水平可以觸發先天免疫，ROS與多種炎癥應答相關［96］，炎癥反應也可以導致細胞凋亡或壞死［97］。

細胞凋亡信號調節激酶1（apoptosis signal-regulating kinase 1，ASK1），一種MAPK激酶（MAPK kinase kinase，MAP3K），在應激反應中扮演關鍵角色。此外，ASK1已成為PAMP和內源性危險信號引發的免疫應答的關鍵調節器。在免疫細胞中LPS-刺激的細胞因子生成及胞外ATP-誘導的細胞凋亡需要ROS依賴的ASK1激活。ASK1參與先天免疫的激活，而這又依賴于ROS［96］。ROS的生成是許多炎性疾病進程的核心。細胞產生的ROS參與寄主防御反應，如PMN，并通過關鍵細胞信號蛋白（如酪氨酸磷酸酶）的氧化，促進內皮功能障礙。ROS既是信號分子又作為炎癥介質［92］。

氧化劑誘導炎癥的作用一直被各種實驗模型所大量研究。其從根本上參與應答已成共識，但其如何應答及抗氧化療法是否是治療炎癥病人的有效手段仍懸而未決［92］。越來越多的證據表明，促進ROS的生成是TLR-介導的信號通路激活的中心。Ryan等［98］研究表明，ROS參與LPS/TLR4-介導的IL-8信號傳導，抗氧化治療減少LPS-誘導的人單核細胞中NF-κB的核易位及IL-8的生成。Park等［99］提出了TLR4調節ROS生成的直接機制。

炎癥小體（inflammasome）是構成先天免疫系統的重要組成部分，這些新發現的多蛋白寡聚物平臺是由胞內傳感器（偶聯胱冬肽酶）和白介素激活系統構成［100］。ROS是重要的炎癥小體激活信號，ROS通過MAPK和胞外信號調節蛋白激酶1和2（extracellular signal-regulated protein kinases 1 and 2，ERK1/2）激活炎癥小體，炎癥小體的失調在各病理過程中起重要作用。病毒（如登革熱和呼吸道合胞病毒）感染亦可激活炎癥小體，矽肺和痛風發病過程中的晶體化合物也激發ROS的生成［100］。

炎癥小體激活炎癥誘導細胞發生炎性凋亡（pyroptosis），其為不同于細胞凋亡的程序性細胞死亡過程［101］，且炎癥小體的確切性質取決于活化劑。微生物或非微生物所致的組織損傷后，主要源于微生物的PAMP和損傷相關分子模式（damage-associated molecular patterns，DAMP）的釋放是炎癥小體兩種常見的興奮劑，以誘導促炎細胞因子的成熟［102］。Nod樣受體蛋白（nod-like receptor protein，NLRP）3可能是研究最廣泛的炎癥小體，且被宿主源分子如過量的ATP、葡萄糖、ROS、鞘氨醇、神經酰胺、氧化型低密度脂蛋白、尿酸和膽固醇結晶所激活［103-107］。

很顯然，ROS對炎癥和組織損傷的發病機制很重要，但ROS在生理上如何發揮免疫防御功能及其引發炎癥和組織損傷的機制還有待進一步研究。

8 ROS在腫瘤細胞中亦作為一柄雙刃劍

生物體內存在著一套完善的氧化、抗氧化體系，正常情況下可將ROS維持在穩定范圍內，并在抗炎、抗菌等方面發揮積極作用。當平衡打破，ROS持續升高，將可能促使細胞發生轉化、導致惡性腫瘤的發生。盡管大多數研究主要集中在氧化應激參與癌癥起始，ROS也作用于腫瘤轉移并可能促進腫瘤侵襲與轉移［108］。近年來ROS殺傷腫瘤細胞的作用也逐漸被認識。

ROS對調節正常細胞過程很重要，ROS過量或不足所致的氧化還原失衡是疾病發病機制的誘因，包括癌癥的發生和進展，ROS與細胞氧化應激被認為是癌癥發生的誘導物。然而，ROS與癌癥的相關性既復雜，有時又矛盾［109］。ROS的形成對癌細胞的生長是必要且有益的事件，氧化還原失衡被認為可導致腫瘤細胞死亡［109］。ROS在調節細胞信號傳導和體內平衡中有重要作用，ROS失衡會引起各種疾病（包括癌癥）的發展。由于代謝加速，腫瘤細胞表現出增高的ROS水平（與正常細胞相比）［110］，這使其更容易受到氧化應激誘導的細胞死亡，這也是其Achilles之踵（致命弱點）［111］。所以，進一步增加細胞的氧化應激已成為當前抗癌療法的常見策略［111-112］。因為體內總氧化還原平衡是由ROS生成和清除之間的平衡來維持，特別是，增加ROS的產生或抑制ROS清除的外源性化合物，有利于癌細胞ROS的積累，從而引起細胞損傷，一旦達到“耐受”閾值甚至可誘導癌細胞死亡［113］。

Wang［114］和Laurent等［115］提出了一個新的假說，稱為“ROS閾值概念”，進一步描述細胞內ROS在腫瘤細胞中的作用［116］。根據這一假說，細胞生存需要一定水平的ROS，但高濃度的ROS可以觸發細胞死亡，且腫瘤細胞的ROS水平通常遠遠高于正常細胞。進一步增加ROS水平可使腫瘤細胞比正常細胞更早達到死亡閾值［117］。誘導ROS生成已成為癌癥治療一種新穎的方法［118-119］。這種策略激動人心的優勢在于其良好的選擇性，癌細胞通常處于氧化應激，且因此具有相對較高的ROS基礎水平［113，120］，腫瘤細胞ROS的輕微誘導可能推動ROS水平超過細胞死亡閾值，而正常細胞因為其較低的ROS基礎水平和較強的抗氧化能力，可以更好地耐受氧化攻擊［114，121］。

促進ROS生成的藥物包括：1）線粒體電子傳遞鏈調節劑（如三氧化二砷、阿霉素、托泊替康等）；2）氧化還原循環化合物（如莫特沙芬釓）；3）破壞抗氧化防御機制的藥物，如GSH-耗竭藥物（如丁硫氨酸亞砜胺、β-苯乙基異硫氰酸酯（β-phenylethyl isothiocyanates，PEITC））、SOD抑制劑（如2-甲氧基雌二醇）和過氧化氫酶抑制劑（如3-氨基-1，2，4-三唑）［113，122-125］。3-甲基丙酮酸能激活人肺癌A549細胞和小鼠鱗狀細胞癌SCCVII細胞線粒體能量代謝，細胞接觸X射線后，用3-甲基丙酮酸預處理可顯著促進這兩個細胞系輻射誘導的細胞死亡，并導致Δψm的升高和線粒體源ROS的生成［117］。

綜上，幾乎所有腫瘤細胞均有一個共同點，氧化還原失衡、氧化應激水平增高，表現出ROS水平的升高和抗氧化酶活性的降低。ROS通過脂質過氧化、DNA損傷和蛋白質破壞等過程介入腫瘤的形成，并且在腫瘤的轉移方面發揮重要的作用。細胞內ROS對惡性腫瘤的誘發和治療具有雙重作用，降低細胞中ROS的含量似乎可用于腫瘤的預防，而提高腫瘤細胞中ROS的含量似乎可用于腫瘤的治療中，這將使ROS在腫瘤的防治中發揮更積極的作用。

隨著對ROS生理功能了解的深入，且閾值理論正被實驗，ROS不再僅僅被視為促腫瘤發生的分子。然而，促進ROS生成的策略對癌癥治療是否可行仍有待觀察。誘導腫瘤細胞凋亡被認為是一個有效的抗癌策略，而腫瘤與正常細胞之間治療的選擇性始終是一個挑戰。

增高的ROS水平和高糖酵解通量是腫瘤細胞的共同特征，這對癌癥的發生和發展尤為重要。在有氧條件下，正常細胞主要通過OXPHOS產生ATP，缺氧時則主要依賴糖酵解；而腫瘤細胞即使在有氧條件下，也主要通過糖酵解產生ATP，因此稱為“有氧糖酵解”（即Warburg效應），Warburg假設，腫瘤細胞以有氧糖酵解為主要產能方式是因為線粒體功能不可逆轉的損傷（線粒體能量代謝缺陷）所致［126］。但目前認為，多數腫瘤的線粒體OXPHOS功能是完好的［127-128］，并發現腫瘤細胞線粒體并沒有缺陷［129-130］，是由于糖酵解抑制了OXPHOS，而非線粒體功能出現不可逆轉的損傷［131-132］。

與正常細胞的代謝相比，癌細胞經常發生如下代謝重新編程（癌細胞的代謝特征）：癌細胞呈現增加的糖酵解、磷酸戊糖途徑、谷氨酰胺消耗、合成代謝、Δψm和ROS的生成，以及降低的三羧酸循環通量、呼吸復合體活性、MPT和細胞凋亡［133］。可見，腫瘤細胞的代謝異常并非單一代謝通路的簡單調整，而是整個細胞代謝網絡顛覆性的改變，這也是癌邪峻烈難除的原因所在。

正常細胞與癌細胞之間線粒體功能的差異，可能為抗癌藥物的設計提供獨特的潛力，使藥物靶向于線粒體以選擇性殺死癌細胞。從癌癥相關性線粒體異常的發現，到新穎的抗癌療法臨床探索的長期過程，表明癌癥基本知識的積累最終產生醫療上可利用的信息是何等緩慢，成功地抗癌必須基于細胞能量代謝、線粒體的穩定性及腫瘤細胞對死亡刺激抗性的其他機制的協同調節。

9 結 語

近50多年來，ROS被視為有害物質，可以攻擊蛋白質、脂質和核酸。為了應對ROS，線粒體進化了復雜的防御系統，以防止可能的傷害；ROS水平的增加可使防御系統受損，從而有助于闡明一些疾病的病理機制。然而，近年來，ROS對許多細胞信號通路的重要性已經被揭示，我們不應再將ROS只看作是線粒體呼吸的有毒副產物了［66］。ROS作為主要免疫防御的一部分在生物體產生，吞噬細胞如中性粒細胞、單核細胞或巨噬細胞通過合成大量的O·或NO·作為其殺傷機制的一部分抵御外來生物。一些疾病伴隨著過多的巨噬細胞的激活導致組織損傷，至少部分是由于ROS的作用。而且，ROS生成過量誘導生物分子的氧化損傷，進而導致衰老、癌癥和許多其他威脅人類健康的重大疾病［134］。此外，內源性ROS形成的生物途徑是一整套反應中間物及其生成方式的實例。應當進一步指出，機體亦暴露于外源性ROS。在活生物體中，各種ROS可以以不同的方式生成。正常的有氧呼吸刺激多形核白細胞和巨噬細胞，及過氧化物酶體似乎是細胞產生氧化劑的主要內源性來源。外源性ROS來源包括煙草煙霧、某些污染物、有機溶劑和農藥。許多助氧化劑性質的化合物，如苯醌具氧化還原循環能力，隨膳食進入機體。一些自由基也隨香煙煙霧吸入，據報道，因空氣污染臭氧水平增加，臭氧是一種氧化脂質的ROS。

ROS，由于各種內源或外源因素產生于人體內。越來越多的證據表明，ROS，如ROO·、·OH、O·和1O2，都參與衰老和多種疾病，如癌癥、阿爾茨海默病和帕金森病的病理生理學。ROS，通過UV光、X射線和γ射線在照射過程中產生，也是金屬催化反應的產物；又在大氣污染物中存在，嗜中性粒細胞和巨噬細胞在炎癥過程中同樣產生，還是線粒體催化的電子傳遞反應和其他機制的副產物。研究表明，α-生育酚保護角化細胞抵御紫外線A（ultraviolet A，UVA）輻射，可能是通過增加谷胱甘肽水平或減少脂質過氧化和ROS生成的水平［135］。胰島素治療可抑制ROS過度生成，從而緩解糖尿病條件下鈦植入受損的骨生成（通過磷脂酰肌醇3-激酶/ Akt-依賴性機制），胰島素的抗氧化與代謝特性應該使其成為一個可行的治療選擇以對抗糖尿病植入失敗［136］。尋找有效的方法以減少或抑制自由基在體內的過量產生，對健康具有重要意義。

ROS作為信號分子在中樞神經系統，尤其是下丘腦，有強烈作用。由于下丘腦是參與體內能量平衡調控的一個關鍵區域，下丘腦ROS在能量代謝和食物攝入量調節中起重要作用［16］。能量代謝和食物攝入量是一個非常復雜的過程，它包括由下丘腦網絡信號通路驅動的穩態機制。下丘腦ROS水平，由各種分子和燃料信號控制，在下丘腦控制能量平衡中扮演著重要角色。下丘腦ROS釋放的控制涉及到許多分子事件，如線粒體動力學、NADPH氧化酶活性、突觸彈性、過氧化物酶體和內質網。高水平ROS使緩沖機制飽和，可能啟動神經元退化，并損傷體內能量平衡，導致疾病，如肥胖和2型糖尿病［16］。抑制與減少底物的量、低氧與高氧、或內源性與外源性應激均可增加ROS。因此，對于不同的機體生理狀況或疾病狀態一定存在多種機制并導致不同的答案。此外，對ROS的生成、來源及機制尚有待進一步充分研究。機體需要ROS是因為其保護最初的原核細胞在危險的環境中生存？或是基于某種目的而后發展起來的？機體如何影響ROS的生成水平？我們如何能從其外獲得什么？由于諸多原因，開創了一個偉大的氧化還原生物學領域以進一步揭示其中的奧秘，并將為人類的健康做出貢獻。

能量平衡是所有高等生物生存的主要決定因素，能量應激又可導致氧化應激。主要由線粒體ROS引起的蛋白質、核酸與脂質氧化，是決定健康和壽命的關鍵因素［137］。OXPHOS是線粒體一個關鍵的功能單位，并將電子傳遞與細胞呼吸和ATP的合成結合在一起，其不僅產生絕大部分細胞的能量，也參與了ROS的產生和細胞凋亡［138］。由線粒體的OXPHOS系統合成ATP是必需的以保持細胞活力，因為幾乎所有的細胞內ATP都是在線粒體中生成，約1/3的細胞腺苷酸定位于該細胞器。因此，線粒體功能障礙具有多種功能后果，且發現于大多數的人類疾病［139-141］，其特征是呼吸態3、呼吸控制率（respiratory control ratio，RCR）和Δψm降低，且呼吸態4和與氧化產物含量的增加相關的線粒體的大小和脆性增加。ROS介導的氧化是線粒體功能障礙和更替、細胞凋亡、組織功能及壽命的決定因素。線粒體不僅在生物能的供應和ROS的“調節器”中發揮了重要作用，而且還控制細胞的生和死。細胞缺乏能量、ROS生成過多、細胞凋亡的失調被單獨或組合發現于大多數人類疾病，包括神經退行性疾病、中風、心腦血管疾病、缺血/再灌注損傷和癌癥等。大量且還在不斷增加的人類疾病都與OXPHOS功能障礙相關。所涉及的兩個不同的關鍵因素是缺乏能量及ROS產生增加。由于細胞功能中OXPHOS的核心作用，其組件的活性不得不經過嚴密精細的調控，因為很顯然要考慮發育和組織特異性的能量需求［142］。線粒體通過操縱生物能學、MPT和ROS等因素而調控細胞的生與死［143］。如何控制線粒體內ROS的生成并改善線粒體生物能學，防護線粒體損傷將成為研究者關注的熱點。

綜上，筆者認為，線粒體消耗人體約90%的氧，產生人體約90%的ROS和約90%的能量（ATP），線粒體控制細胞生死及整個生命過程（其本質就是氧化還原），線粒體成為生命的主宰。這一切也許最終是通過操縱ATP與ROS的生成實現的，而ATP與ROS的生成又主要是線粒體呼吸鏈氧化磷酸化的結果，如何通過調控線粒體氧化磷酸化實現ATP與ROS生成的平衡將是健康的關鍵。

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大連民族大學人才引進科研項目（20116126）

DOI:10.7506/spkx1002-6630-201613046 10.7506/spkx1002-6630-201613046 http://www.spkx.net.cn

中圖分類號：Q505

文獻標志碼：A

文章編號：1002-6630（2016）13-0257-14

收稿日期：2015-05-10

基金項目：大連市科學技術計劃項目（2013E15SF131）；大興安嶺地區科技計劃項目博士后基金資助項目（LRB10-316）；

作者簡介：李興太（1966—），男，副教授，博士，研究方向為功能食品及中藥線粒體生化藥理。E-mail：xtli@dlnu.edu.cn

Advances in Generation of Reactive Oxygen Species Associated with Health and Diseases

LI Xingtai1， ZHANG Chunying2， ZHONG Weili2， GAO Mingbo1
（1.College of Life Science， Dalian Nationalities University， Dalian 116600， China；2.Heilongjiang Daxing'anling Academy of Agriculture and Forestry Sciences， Jiagedaqi 165000， China）

Abstract:Historically， reactive oxygen species （ROS） are thought to exclusively cause cellular damage and physiological dysfunctions.The accumulation of ROS and oxidative damage has been linked to multiple pathologies， including neurodegenerative diseases， diabetes， cancer， and premature aging.Accumulating evidence in recent years suggests that ROS are critical for health.In physiological conditions， ROS are considered as a signaling molecule produced at low level and in a transient manner.On the other hand， over-production of ROS， associated with the dysfunction of ROS buffering systems， can lead to the development of chronic diseases.Thus， chronic ROS release participates in the occurrence of over 100 kinds of diseases， including major diseases that threaten human health， such as cancer， cardiovascular diseases， diabetes，neurodegenerative diseases （Parkinson's and Alzheimer's diseases）， acquired immune defciency syndrome， stroke and aging.This paper reviewes the latest progress in the presence of oxygen on earth and the evolution of aerobic eukaryotic organisms，ROS types， physiological and pathological pleiotropy of ROS， the major ROS in the body， the generation and reactions of ROS， the association of ROS with mitochondrial oxidative phosphorylation， apoptosis， immune defense， infammation and cancers.Given the importance of ATP and ROS to life， we propose that the balance between the generation of ATP and ROS by regulation of mitochondrial oxidative phosphorylation will be the key to human health.

Key words:reactive oxygen species； mitochondria； signal transduction； redox balance； health