ROS是什么？

ROS是需氧细胞在代谢过程中产生的一系列活性氧自由基（Reactive Oxygen Species, ROS），其中包括：·O2-、H2O2 及HO2·、·OH等。那么，自由基又是什么？其实说白了，它就是一种带有不成对电子的化学物质，具有很强的争夺电子的能力。而ROS就是带有O的自由基。

如图1所示，通常O原子最外部轨道有四个空穴，可以得到4个电子。

                                  图1 O2外轨道不成对电子式示意图

ROS为什么那么重要？

这里我们不得不提一提自由基的发展史了。历史上第一个被发现和证实的自由基是由美国化学家摩西·冈伯格在1900年于密歇根大学发现的三苯甲基自由基，该自由基在隔绝空气的条件下发生二聚，形成“六苯基乙烷”。随即他发现这个产物比他想象中的六苯乙烷要活泼许多，例如它可以很快与碘和氧气发生作用，分别生成三苯碘甲烷和过氧化物。他将其命名为“自由基”。自此，人们开始对自由基有了认识。

直到1956年，Denham Harman（获得6次诺贝尔奖提名），提出“自由基衰老学说”，才真正拉开了ROS在医学研究领域的帷幕。同样在1968年，J. M. McCord 与 I. Fridovich研究了超氧化歧化酶Orgotein (Superoxide Dismutase, SOD)的生物活性，及其催化过氧阴离子发生歧化反应（同一反应中即发生氧化反应又发生还原反应，既氧化还原反应）的性质，发现对人体不断地补充SOD具有抗衰老的特殊效果，成为划时代的里程碑。

2008年北京大学程和平研究团队在线虫中观察到单个线粒体内超氧阴离子自发性爆发现象，称之为线粒体“超氧炫”。细胞内超氧炫在时间和空间上随机发生，与线粒体呼吸、ATP合成、钙信号、基础活性氧水平等紧密相关。可以说，超氧炫是反映线粒体功能状态的“数字钟”。2009年程在Nature中提出了“钙闪烁引导细胞定向迁移”的新观点，他们提出纳米尺度质子在激发线粒体中充当了线粒体超氧炫的一个新触发因子。这些研究结果表明，线粒体超氧炫在功能和机制上与线粒体能量代谢整合在了一起，使人们将线粒体ROS 作用与信号分子联系起来，成为又一个划时代的里程碑事件。

正常生命过程中ROS都有什么作用？

氧化还原是生命过程中最主要的生命代谢反应活动。一般情况下，维持生命正常氧化还原平衡是生命活动的普遍规律。

人体内的一些分子，例如儿茶酚胺、血红蛋白、肌红蛋白、细胞色素C和巯基在正常生命过程中发生氧化还原反应产生ROS；酶促反应的氧化过程，呼吸带入，某些药物例如抗生素、抗癌物质进入人体后都会产生ROS。

ROS作为一种强有力的掠夺电子的氧化剂，在生命体中扮演着不同的角色。当其作为信号分子时，可以促进细胞增殖、启动细胞凋亡、控制细胞周期、处理衰老细胞等贯穿生命的始终；当其处于抗氧化防御系统中时，即可作为上游信号，又能激活抗氧化因子形成一道抗氧化防线。

由于其链式反应的特点，使得生物体能顺利完成各种进化过程以及应对一些力所能及的外部伤害。

病理条件下ROS都干了什么？

然而，万物的存在都有其两面性。人体正常生命过程需要自由基来传承，但细胞内的电子被抢夺却是万病之源，而ROS是一种缺乏电子的物质，进入或在体内过量积累后就到处争夺电子，如果夺去细胞蛋白分子的电子，使蛋白质接上支链发生烷基化，形成畸变的分子就会致癌。

该畸变分子由于自己缺少电子，又要去夺取邻近分子的电子，又使邻近分子也发生畸变而致癌，如图2所示。

这样的恶性循环就会形成大量畸变的蛋白分子，致使基因突变，形成大量癌细胞，最后出现癌症。而当自由基或畸变分子抢夺了基因的电子时，人就会直接得癌症。

                     图2 自由基的链式反应

为什么要测活性氧（ROS）？

正常情况下，ROS作为氧代谢的天然副产物，在机体内处于较低的水平，作为“氧化还原信使”参与细胞内的信号传递和调节，并且在细胞周期、基因表达和机体内环境稳态的维持中发挥着重要作用。

然而，当机体受到刺激时，如紫外线、辐射、缺氧、热暴露等，ROS水平会急剧增加，超过机体本身的清除处理能力，机体氧化-抗氧化作用失衡，发生氧化应激，从而导致DNA损伤，脂质过氧化，蛋白结构和功能发生改变，细胞膜被破坏，最终引起机体细胞的死亡。

此外，这些大分子物质的损伤还与癌症、衰老、炎症和多种人类疾病（神经退行性疾病、心血管疾病和糖尿病）等的发病机制有关。

ROS水平是细胞正常生理功能和环境因素导致的细胞氧化损伤的重要标志，因此，非常有必要对ROS的浓度或相对水平进行可靠的测量，检测细胞内ROS水平对于理解细胞信号转导和研究疾病潜在作用机制具有重要意义。