1、氧化應激與病毒感染。
氧化應激(OS)是指機體受到有害刺激時，比如病毒感染等，體內產生過多的高活性分子，如活性氧自由基(ROS)和活性氮自由基(RNS)，使體內氧化程度超出氧化物的清除能力，呈現促氧化狀態，導致氧化系統和抗氧化系統失衡，引起組織和細胞的損傷。氧化應激是自由基在體內產生的一種負面作用，能對機體幾乎所有的組織器官造成傷害，進而誘發發生疾病及衰老效應。除氧化應激外，機體還存在還原應激的情況，如缺氧狀態下，一些酶類能產生大量的還原劑，導致氧過度還原，形成超氧陰離子基團(O2·－)，同樣能對機體造成損傷。
病毒感染是導致多種疾病發生的直接原因，并與氧化損傷程度密切相關。一方面，病毒感染引起ROS釋放；另一面，感染使呑噬細胞活化并釋放前氧化性細胞因子，如TNF和IL-1。ROS引起細胞膜磷脂層的脂質過氧化，這一過程生成的產物可以跨越細胞膜并引起膜轉運和線粒體呼吸鏈的功能紊亂。因此，ROS通常被視為病毒性病理進程中引起細胞損傷的元兇。
另一方面，ROS在病毒性病理進程中也能激活機體兔疫系統，在病毒清除和免疫導致的細胞損傷方面起到正面的調節作用。抗氧化劑和抗原提呈細胞一起孵育能抑制T細胞增殖，從而減少免疫導致的組織損傷。抗氧化劑還抑制抗原刺激引起的鳥氨酸脫羧酶的活化，從而抑制細胞增殖所必需的底物——聚胺的合成。
機體通過維持氧化物/抗氧化物平衡來保持正常狀態，而病毒通過改變宿主細胞內前氧化物/抗氧化物的平衡，影響細胞凋亡過程。從而引起機體狀態的改變。受清除過氧化物的抗氧化劑的影響，如N—乙酰半胱氨酸、谷光甘肽過氧化物酶( GSH-Px),包括一部分病毒能產生細胞毒性，從而導致細胞凋亡。此外，病毒還可通過增加細胞的前氧化物(如NO)，以及抑制抗氧化酶的合成來影響宿主的前氧化物/抗氧化物平衡。
2、自由基造成細胞病變的發生機制。
(1)何謂自由基？所謂自由基亦稱游離基，是指能夠獨立存在的具有一個或多個不配對電子的任何元素的原子、原子團或者是分子。它具有很高的化學活性。在生物體內最重要的是活性氧類(如 O2·－)和羥自由基(OH·)，尤其是超氧陰離子( O2·－)自由基。正常情況下，機體自由基的生成量很少，壽命也短，對機體不構成危害。但是，在某些病理情況下，比如病毒感染等，自由基產生過多，機體不能及時清理，自由基就會損害生物膜脂質的氧化反應，導致生物膜的流動性發生改變，膜的通透性升高，滲透壓改變，細胞內外物質失衡，導致正常細胞發生病變，動物機體表現發病狀態。另外，自由基可引起蛋白質的交聯、聚合和肽鏈的斷裂，也可使蛋白質與脂質結合形成聚合物，從而使蛋白質功能喪失。自由基還可作用于DNA，引起基因突變、染色體畸變和斷裂。
自由基實質上是具有共價鍵的有機分子(RX)發生均裂后的產物，所謂均裂是指有機分子的共價鍵斷裂后，共用的電子對分別屬于兩個原子或原子團，即生成含有奇數電子的自由基。如水在電離輻射下分解,可產生氫自由基(H·)及羥自由基(OH·)：HOH——→H·＋OH·
含有弱鍵的化合物可通過熱解、光解(電磁輻射或粒子轟擊)、氧化還原法和加氫或奪氫等途經形成自由基。根據其組成，自由基可分為ROS和RNS等二大類型。
(一) 活性氧自由基(ROS)。主要是超氧陰離子自由基(O2·－)。由三線態的氧分子(3O2)單電子還原生成。生成過程受一些重要物質的調節，其中有酶類物質，如NAD(P)H氧化酶和黃嘌呤脫氫酶；或者非酶類的還原反應產物，如線粒體電子傳遞鏈中的半一泛醌化合物。機體內的O2·－可經超氧化物歧化酶(SOD)催化生成非自由性質的過氧化氫(H2O2)，也可經非酶轉化生成和單線態氧(1O2)。在過渡金屬(如亞鐵或亞銅離子)的作用下，H2O2被轉化生成高反應性的羥自由基(·OH)。另外，H2O2能被酶類如過氧化氫酶(CAT)和谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)轉化生成水，從而保護細胞生物膜免遭氧化性損害。
(二) 活性氮自由基(RNS)。氮自由基(NO·)是高等生物中一氧化氮合酶( NOS)催化左旋精氨酸末端鳥嘌呤上的氮原子氧化而生成。在不同的環境中，NO能被催化生成多種其他的反應氮族，包括硝基陽離子(NO＋)、硝基陰離子(NO－)或過氧化亞硝酸鹽陰離子(ONOO－)。常見的自由基類型見表1。

除自由基外，有些非自由基氧化物也是導致氧化應激的化學物質，能引起機體氧化應激性損傷和相關疾病的發生。非自由基氧化物對氧化應激的發生亦有重要影響。其中，最有代表性的是過氧化氫(H2O2)。其主要來源于氧分子經過過氧化物酶，如GSH-Px催化生成，或在線粒體內經SOD催化產生。常見的非自由基氧化物見表2。

(2)自由基的性質與反應特點。
絕大多數的自由基具有極高的化學活性。自由基尤其是溶液中產生的自由基，常常與相鄰的物質迅速反應，所以自由基的壽命極短。自由基可發生復合反應，包括奪氫在內的轉換反應，芳香族取代反應，氧的消耗，歧化反應，加成反應和連鎖反應等。自由基反應中最重要的是連鎖反應。這種連鎖反應與離子反應不同，一經啟動就連鎖進行。一般可分為引發、增殖及終止3個階段。從總體來說，反應起始時，引發階段占主導地位，反應體系中的新生自由基形成許多鏈的開端，反應物濃度高。引發后的增殖階段成為反應的主體，待到一定階段，體系中的反應物濃度越來越少，自由基本身互相碰頭的機會越來越多，于是進入終止階段。另外在自由基連鎖反應中加入少量清除劑，就可以使反應受到抑制或使之減慢。這是用自由基清除劑治療自由基性疾病的理論基礎。自由基連鎖反應的最好例子是脂類過氧化作用。生物膜中含有多種不飽和脂肪酸，在有自由基引發劑和氧的存在下，被奪走氫形成不飽和脂肪酸自由基(R·)，后者與基態穩定的氧結合，產生不飽和脂肪酸過氧自由基(ROO·)，該自由基進步攻擊另一個甲烯基團，產生不飽和氫過氧化物(ROOH)和新的R·。可見只要少數幾個自由基引發劑就可導致數以千計的分子發生自由基的反應。丙二醛(MDA)作為脂質過氧化的終產物之一，被稱為生物體內自由基的指示物，廣泛地作為各種氧自由基損傷機體的指標。
3、自由基的來源與代謝。動物機體內，自由基產生的部位主要在機體細胞內的線粒體。
第一、活性氧自由基(ROS)的來源與代謝。
(1)來源。機體內，ROS主要在細胞內的線粒體產生。ROS最具代表性的是超氧陰離子(O2·－)。正常情況下，O2在線粒體有氧呼吸過程中得到4個電子，被還原生成水。但依然有少量的O2被單電子還原生成O2·－。
(2)代謝。O2·－能在線粒體內被SOD催化生成穩定的H2O2，H2O2能被線粒體中的酶類清除，如GSH-Px及硫氧還原蛋白氧化酶/硫氧化蛋白還原酶系統等。H2O2能透過線粒體酶，擴散到細胞內，然后被細胞質中的抗氧化系統清除。線粒體所產生的H2O2還能作為信號分子，影響細胞質中多種信號轉導過程，如控制細胞周期，應激反應、能量代謝、氧化還原平衡，以及激活線粒體解偶聯反應等。此外，還原型尼克酰胺腺嘌呤二核什酸( NADPH)能夠還原線粒體中的硫氧還原蛋白和谷胱甘肽，對清除H2O2亦很重要，因此細胞中NADPH的水平與線粒體抗氧化能力緊密相關。
在線粒體內，部分H2O2還能被NADH/NADP脫氫酶還原。NADH/NADP轉氫酶具
有質子泵的作用，能利用有氧呼吸過程中產生的H＋還原NADP＋，生成 NADPH。這一過程將線粒體耦合和線粒體膜電勢能聯系起來。因此，如果線粒體缺乏充分耦合或線粒體膜電勢能下降，轉氫酶將無法產生 NADPH，導致H2O2清除率降低而出現氧化損傷。
線粒體中的NADP＋池也能被異檸檬酸脫氫酶還原。在低密度脂蛋白受體(LDL-R)敲除的高膽固醇血癥小鼠中，添加異檸檬酸鹽能夠糾正線粒體氧化還原反應失衡，降低H2O2的水平。如H2O2未被線粒體中的抗氧化系統還原，將通過金屬催化反應產生羥自由基(·OH)。·OH具有高度的反應活性，通常被認為是一種重要的損害分子。當線粒體內具備和成熟而有效的H2O2清除系統，同時存在金屬螯合機制時，能防止這種自由基的形成。使用鐵鰲合劑能預防ROS生成過度導致的線粒體損傷和滲透性增加。

第二、活性氮自由基(RNS)的來源與代謝。
(1)來源。RNS具有代表性的是一氧化氮自由基(NO·)，也主要來源于線粒體。通過NOS類催化形成，該類酶包括神經元型一氧化氮合酶(nNOS)，內皮型一氧化氮合酶(eNOS)和誘導一氧化氮合(iNOS)三種類型。這些酶以左旋精氨酸( L-arginine)為底物， NADPH為電子來源，在Ca2＋和還原型硫醇的催化下生成NO·。NO·亦是生物系統中公認的信號轉導分子，在線粒體中具有很多已知的底物，包括亞鐵血紅素和巰基。
(2)代謝。線粒體內存在蛋白質和脂類，成為NO·攻擊目標。電子傳遞鏈中的亞鐵血紅素和金屬酶類能被NO·亞硝基化。NO·能可逆地亞硝基化細胞色素氧化酶C，調節呼吸鏈電子傳遞過程。高濃度的NO·還能夠亞硝基化含氧、氮或硫的氨基酸側鏈，改變其功能，參與缺血過程的保護作用。此外，NO·與O2·－反應生成高活性過氧化亞硝酸鹽(ONOO－)，導致蛋白質的氧化和亞硝基化。在線粒體內，ONOO－聚集能促進線粒體蛋白質和脂類廣泛修飾，導致線粒體內膜滲透性增加和功能障礙。
4、生物體內重要的自由基及對細胞毒性損傷效應。
在生物體內多種物質均可產生自由基，研究得最多、作用最廣泛的是氧所產生的自由基，它們無論在機體的正常代謝還是病理變化中均極為重要。氧的毒性是由于氧分子還原成水時產生的許多中間產物造成的，在這些產物中，有些產物不是自由基而是分子，因此統稱為活性氧。它們包括：超氧陰離子自由基( O2·－)、羥基自由基( OH·)、過氧化氫( H2O2)、氫過氧基(HO2·)、烷氧基( RO·)、烷過氧基( ROO·)、氫過氧化物(ROOH)和單線態氧(1O2)。從O2還原成H2O的過程是一個一個接受電子的過程:
O2+e—→O2·-
2H＋
O2·-＋e－－—→H2O2
H＋
H2O2+e－—→OH·＋H2O
H＋
OH·+e－-→H2O
據研究，機體細胞在正常代謝過程中，或者是受到某些物理的、化學的和生物的應激因素作用時，就產生活性氧(O2·－)等自由基。在生理狀態下，體內產生的自由基可作為信號分子，參與體內防御反應，調節血管舒縮狀態。但是在病理條件下，生物體內過多的自由基就會對機體產生毒損傷效應，主要表現在以下幾個方面。
(1)直接引起生物膜脂質過氧化，導致細胞死亡；
(2)細胞內蛋白及酶變性，使蛋白質功能喪失和酶失活，導致細胞凋亡，組織損傷；
(3)破壞核酸和染色體，導致DNA鏈的斷裂、染色體畸變或斷裂；
(4)血管壁處的氧化應激引起低密度脂蛋白(LDL)氧化修飾，氧化型低密度脂蛋白( Ox-LDL)不能被LDL受體識別、代謝，而被單核巨噬細胞通過細胞膜上的清道夫受體攝取，形成泡沫細胞和動脈粥樣硬化脂質斑塊；
(5)破壞細胞外基質，使其變疏松，彈性降低；
(6)O2和H2O2可刺激核因子-kB(NF-kB)和絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)，導致血
管平滑肌細胞的遷移、增殖；
(7)ONOO－通過影響細胞的氧化還原狀態和離子通道使蛋白質發生硝基化或失活
再限制線粒體呼吸，引起細胞凋亡。
在活性氧中，OH·是最活潑的自由基，其反應可分成奪氫、加成和電子轉移3類，可作用于糖、脂質、蛋白質和核酸等有機物大分子，生成活潑性各異的次級自由基。例如可與碳酸離子反應生成碳酸自由基(CO3－·)，后者是強氧化劑。O2－的毒性作用不是其本身引起的，而是O2－與H2O2相互作用后形成的OH·引起的(H2O2+O2——O2+OH－-+OH·)。H2O2是弱氧化劑，可使少數酶的-SH基氧化而失活。H2O2能迅速穿過細胞膜，而O2·－不能。在細胞內側的H2O2能與Fe2＋或Cu2＋生成OH·。研究還證明，上述三種活性氧能引起DNA損傷。因此，活性氧過多顯然對機體不利，會對機體組織細胞造成一定程度損害。以上則是動物機體受物理、化學或者生物感染等應激因素作用時，各種組織細胞發生病變的重要機理。
為了維持生物體內的自由基處于動態平衡之中，動物機體在長期進化過程中就產生能夠清除體內的自由基一些物質，這些物質統稱為自由基清除劑。在正常狀態下，機體可產生少量自由基參與正常代謝，同時體內存在清除自由基、抑制自由基反應的體系，使得過多的自由基被清除。但在某些病理狀態下，這一機制遭到破壞，體內自由基顯著增加，過多的自由基可直接作用于機體，導致機體損傷和抗氧化防御能力下降。自由基清除劑可直接清除自由基，抑制自由基的生成或是激活機體抗氧化體系，預防氧化應激傷害。總體上自由基清除劑可歸為兩類，如表3所列示。
(1)酶類清除劑。主要有超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)、谷胱甘肽過氧化物酶( GSP-Px)以及還原型谷胱甘肽(GSH)等，它們能夠輔助細胞并去除自由基，使自由基還原為惰性分子。
(2)非酶類清除劑。一般包括黃酮類、多酚類、糖類、B胡蘿卜素、維生素C、維生素E等及活性肽類，這些物質能接受額外電子而自身保持化學性質的穩定。

由表3可知，體內具有清除活性氧的酶，主要是超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)和谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)等。SOD能清除O2·－，同時生成
H202。H202又可被CAT清除。而GSH-Px既可清除H202，又可清除ROO·及ROOH。其反應式如下：
SOD
O2·－＋O2·－＋2H＋—→H2O2＋O2
CAT,GSH-Px
2H2O2—————→2H2O＋O2
GSH-Px
ROOH＋GSH————→ROH＋GSSG＋H2O
由上反應式可見，體內徹底清除活性氧，谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)起到非常重要的作用。 GSH-Px是被公認為哺乳動物第一個含硒酶，GSH-Px廣泛存在于動物的紅細胞、肝臟、肺、心、腎、腦及其他組織中，它能利用還原性谷胱甘肽(GSH)將有害的氫過氧化物(ROOH)和H2O2分別還原成無害的羥基脂肪酸(ROH)和水(H2O)，從而保護細胞生物膜免遭氧化性損害。
GSH-Px
2H2O2＋2GSH————→GSSG＋2H2O
GSH-Px
ROOH＋2GSH————→GSSG＋ROH＋H2O
綜上所述，病毒感染與氧化應激密切相關。機體通過維持氧化物與抗氧化物的平衡來保持內環境的穩態，而病毒感染則引起機體內部氧化劑與抗氧化劑的平衡失調。當機體遭受病毒感染時，體內高活性分子產生過多，如活性氧自由基(ROS)和活性氮自由基(RNS)，氧化程度超出氧化物的清除能力，導致中性粒細胞炎性浸潤，蛋白酶分泌增加，產生大量氧化中間產物，從而致使組織和細胞氧化損傷。由表3可見，除以上酶外，自由基清除劑還有有機酸類、黃酮類、糖類、脂肪酸類、維生素E、維生素C等有機化合物成分。此部分自由基清除劑則可由中藥化學成分提供，以上即是中藥藥用植物抗病毒感染作用的重要機理。

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