活性氧簡(jiǎn)介及其 產(chǎn)生

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1、活性氧(reactiveoxygenspecies,ROS)是一類化學(xué)性質(zhì)活潑，具有較高氧化活性的分子或離子的總稱。主要包括超氧陰離子(O2.-)、過(guò)氧化氫(H2O2)、羥自由基(HO.)、一氧化氮(NO.)等。線粒體是ROS的主要產(chǎn)生部位，在線粒體呼吸過(guò)程中會(huì)有少量的電子從線粒體電子傳遞鏈復(fù)合體Ⅰ和Ⅲ中漏出，與O2結(jié)合生成ROS。此外NADPH氧化酶和過(guò)氧化物酶等也能產(chǎn)生ROS。過(guò)量的ROS會(huì)對(duì)蛋白質(zhì)、核酸和脂質(zhì)等生物大分子造成損傷，從而影響其正常生理生化功能。生物體本身存在清除ROS的體系，包括SOD酶、過(guò)氧化氫酶、谷胱甘肽過(guò)氧化物酶、抗壞血酸等，這一體系使生物體

2、內(nèi)ROS保持在對(duì)機(jī)體無(wú)害的水平。活性氧(ROS)的產(chǎn)生由鎘和硒等離子的釋放所引發(fā)的毒性，在某種程度上可以通過(guò)殼對(duì)核的保護(hù)來(lái)得以控制，但是活性氧產(chǎn)生的毒性卻難以控制。當(dāng)細(xì)胞暴露于病原體或者熱等不良環(huán)境壓力時(shí)，會(huì)產(chǎn)生具有化學(xué)活性的含氧分子。這些活性氧物質(zhì)(ROS)可被分為兩種類型：自由基ROS（一氧化氮或者羥基自由基）和非自由基ROS（過(guò)氧化氫）。大多數(shù)細(xì)胞都可以通過(guò)谷胱甘肽氧化還原系統(tǒng)的防御機(jī)制來(lái)緩沖一定量的ROS，但是高水平長(zhǎng)時(shí)間的ROS會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞的損傷。當(dāng)把培養(yǎng)細(xì)胞暴露于納米粒子時(shí)，活性氧的產(chǎn)生是一個(gè)普遍現(xiàn)象，ROS的產(chǎn)生主要源于納米粒子的反應(yīng)能力[123,124]

3、。納米粒子巨大的比表面積和表面分子較高的反應(yīng)活性使得其具有較高的氧化能力。一般說(shuō)來(lái)，納米粒子可以通過(guò)以下幾種不同的機(jī)制產(chǎn)生ROS[125]：(1)當(dāng)被暴露于酸性環(huán)境（例如溶酶體）中，納米材料表面修飾物的反應(yīng)活性、表面修飾物的降解、量子點(diǎn)降解而導(dǎo)致的離子釋放，均會(huì)引起ROS水平的升高(圖1.8a)[126-128]。(2)納米粒子與線粒體等具有氧化能力的細(xì)胞器發(fā)生相互作用，破壞線粒體外膜，導(dǎo)致線粒體膜電勢(shì)的坍塌，因此干擾氧化磷酸化的電子傳遞鏈(3)納米粒子和NADPH氧化酶等氧化還原性蛋白的相互作用，引起細(xì)胞免疫系統(tǒng)中活性氧水平的增加(圖1.8c)。(4)納米粒子與細(xì)胞

4、表面受體發(fā)生相互作用，激活細(xì)胞內(nèi)的信號(hào)通道，最終導(dǎo)致能夠上調(diào)ROS水平的應(yīng)激反應(yīng)基因的大量表達(dá)(圖1.8d)。此外，量子點(diǎn)在光照下也會(huì)產(chǎn)生ROS。Ipe等人通過(guò)EPR實(shí)驗(yàn)研究了幾種不同的量子點(diǎn)在光照下能否產(chǎn)生ROS[132]。結(jié)果表明CdS粒子產(chǎn)生了超氧化物的信號(hào)和一個(gè)較小的羥基自由基的信號(hào)，CdSe只產(chǎn)生了羥基自由基，CdSe/ZnS未產(chǎn)生任何自由基的信號(hào)，以上結(jié)果說(shuō)明帶隙能壘會(huì)阻止載流子到達(dá)粒子表面，從而抑制自由基的形成。沒(méi)有光照射時(shí)，以上材料均無(wú)法產(chǎn)生ROS。雖然鎘離子的釋放被認(rèn)為是量子點(diǎn)細(xì)胞毒性的主要因素，表面修飾物、保護(hù)性殼層和無(wú)鎘量子點(diǎn)的制備，都是為了減少

5、鎘離子的釋放和促進(jìn)量子點(diǎn)在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用。但是，量子點(diǎn)的毒性不能單一的歸因于鎘離子的毒性，ROS等其它因素不能被忽略，在無(wú)鎘量子點(diǎn)中，這些因素可能會(huì)起主要作用。例如,Tang等[133]發(fā)現(xiàn)未修飾的CdSe量子點(diǎn)會(huì)引起ROS的增加，從而導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)鈣離子水平增加。細(xì)胞對(duì)ROS十分敏感，ROS會(huì)和所有生物分子發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致?lián)p傷和功能喪失，尤其是DNA，ROS會(huì)氧化堿基導(dǎo)致鏈斷裂。如果脂類脂肪酸被ROS破壞，原生質(zhì)膜很可能不再完整，從而導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)部受到損害和細(xì)胞的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制被攪亂。假如這樣的破壞在線粒體或溶酶體中發(fā)生，會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞程序性死亡。Lu等人研究發(fā)現(xiàn)CdSe量子

6、點(diǎn)通過(guò)引起ROS的產(chǎn)生而導(dǎo)致人成骨細(xì)胞凋亡，ROS激活了與細(xì)胞凋亡相關(guān)的酶[134]。