超氧化物歧化酶的研究進展

超氧化物歧化酶的研究進展

超氧化物誘導酶（ec.1.1.1，sod）是一種金屬酶，廣泛存在于各種生物體中，如動物、植物和微生物。1938年由Mann和Keilin從牛紅細胞中分離得到。1969年Mecord和Fridovich發(fā)現(xiàn)該蛋白質(zhì)能催化清除超氧陰離子自由基(O2-)的反應,是一種重要的氧自由基清除劑,可平衡機體的氧自由基,從而避免當機體內(nèi)超氧陰離子自由基濃度過高時引起的不良反應,在防輻射、抗衰老、抑制腫瘤和自身免疫治療等方面顯示出獨特的功能,得到國內(nèi)外學者的廣泛關(guān)注。通過幾十年的努力,SOD的研究有了很大進展,在食品、化妝品、及臨床等方面有著廣泛的應用,本文從其分布、分類、理化性質(zhì)、生理功能、應用等方面概述了SOD的研究進展,為SOD的研究、開發(fā)提供依據(jù)。1豬胞酶sod國內(nèi)外的研究結(jié)果顯示,人們已從多種生物體內(nèi)分離得到SOD。根據(jù)活性中心結(jié)合的金屬離子不同,SOD主要分為:(1)Cu/Zn-SOD,主要存在于真核細胞的細胞質(zhì)中(如豬血、豬肝);(2)Fe-SOD,主要存在于原核細胞和真核細胞的基質(zhì)中(如綠菌屬、脫硫弧菌屬);(3)Mn-SOD,主要存在于原核細胞及少數(shù)植物細胞中(如人肝細胞的胞液)。除了以上3種SOD外,最近又從鏈霉菌Streptomycesspp和S.coelicotor中發(fā)現(xiàn)了兩種新的SOD,一種是含鎳酶,即Ni-SOD,另一種是含鐵和鋅的酶,即Fe/ZnSOD,它們均為四聚體,表觀相對分子質(zhì)量分別為13×103和22×103,它們之間沒有免疫交叉反應。4類主要SOD的理化性質(zhì)見表1。2抗氧化酶系統(tǒng)sod機體在正常情況下,體內(nèi)產(chǎn)生的超氧陰離子自由基(O2-)與其被清除是平衡的,當(O2-)產(chǎn)生過多而無法及時清除時,就會對機體產(chǎn)生毒害作用,這也是導致衰老的原因之一。而SOD是一種能夠清除氧自由基的酶,它能催化氧自由基發(fā)生歧化反應。其作用原理為將超氧陰離子自由基歧化為過氧化氫和氧氣,再經(jīng)過氧化氫酶作用轉(zhuǎn)化為水和氧氣,從而達到消除超氧陰離子自由基的目的。因而SOD具抗衰老、增加機體對外界環(huán)境的適應能力、提高機體對多種疾病的抵抗能力等生理作用。3清除有害影響機體在正常情況下產(chǎn)生的超氧陰離子自由基是維持生命活動所必需的,但其濃度過高時,會對機體產(chǎn)生有害影響,就必須將其清除,SOD正是在這方面擔當著重要的角色。不但機體會產(chǎn)生超氧陰離子自由基,環(huán)境中多種物理及化學因素也能產(chǎn)生該自由基,如電離輻射、紫外線、光敏劑及金屬離子等,因此SOD在防止這些因素造成生物體的損傷方面也發(fā)揮著重要作用。3.1補充外源sod早在1955年,Harman就提出衰老與自由基有密切關(guān)系,這意味著若防御O2-的能力強,氧消耗少,則物種壽命就越長。研究同時發(fā)現(xiàn),在人紅細胞中,SOD的活力隨供者年齡的升高而下降,人皮膚中的Cu/Zn-SOD和Mn-SOD的活力變化與年齡呈負相關(guān)關(guān)系。尤其值得注意的是,Semseil等發(fā)現(xiàn)老齡大鼠肝、腦SOD活力降低時,其相應基因的轉(zhuǎn)錄水平幾乎以同樣比例下降,由此可以推測老齡大鼠SOD活性的下降與相應基因表達減少有關(guān)。因此,SOD活力水平與衰老有直接關(guān)系,補充外源的SOD有助于延緩衰老。SOD的一個重要應用就是可以作為化妝品的添加劑。研究表明,化妝品中添加SOD可起到四方面的作用:①有明顯的防曬效果,皮膚變黑的主要原因是氧自由基的損害,SOD可有效防止皮膚受紫外線的輻射,從而起到防曬效果;②SOD為抗氧酶,能有效防止皮膚衰老、祛斑、抗皺;③有明顯的抗炎效果;④對防治皮膚病有一定效果。另外,SOD具有一定的防治瘢痕形成的作用。國內(nèi)外不少高級化妝品添加有SOD,典型化妝品如北京三露開發(fā)的大寶SOD蜜,受到國內(nèi)消費者的喜愛。實驗證明,外源SOD能透過皮膚進入體內(nèi),還有大量資料和實驗證實,SOD無毒、無不良反應。但作為化妝品每克基質(zhì)中SOD的活性不應低于100U,可采用修飾SOD代替天然SOD,還應注意化妝品中防腐劑和表面活性劑的品種和濃度等。3.2sod與植物的抗逆性3.3其他方面的應用基于SOD優(yōu)質(zhì)的保健作用,人們將SOD添加應用于食品中,讓人食用后吸收利用,發(fā)揮其作用。如實驗人員用可提高體內(nèi)SOD的水平的金針菇(Flammulinavelulips)發(fā)酵液處理后的飼料(飼料中加入金針菇發(fā)酵液)飼喂小鼠,能使其紅細胞SOD活性增加32.0%,現(xiàn)已證明該發(fā)酵液配制的功能飲料具有抗癌、增智、防衰老等功效。此外市場上還出現(xiàn)了強化SOD牛奶,在牛奶中添加SOD使牛奶中的SOD水平與人乳相近(由于牛奶中SOD的含量低于人乳中SOD水平,前者每毫升中含3.2U,后者每毫升中含7.1U)提高人體內(nèi)SOD的水平,目前已上市的SOD強化牛奶和冰淇淋為試產(chǎn)品(由上海東海乳品公司開發(fā)研制),批量正式投產(chǎn)還要解決一些關(guān)鍵的工藝操作。2002年,三門峽市從中國農(nóng)業(yè)大學引進專利的SOD蘋果在種植基地開發(fā)成功,成為全國乃至國際惟一的SOD蘋果生產(chǎn)基地。SOD蘋果的生產(chǎn)以樹上噴施為主。施采用中國農(nóng)業(yè)大學研制的SOD系列微生物制劑,配制一定濃度,分次噴灑再生長期的蘋果樹上,通過樹枝、樹葉和幼果等樹體各部分的代謝和吸收,使蘋果果實富含SOD。專家分析,每人每天食用200gSOD蘋果(約1個蘋果,含SOD4000個酶活單位),即可滿足當天人體對SOD的需要,起到保健和延緩衰老的作用。除了具有保健功效外,SOD還可以在食品工業(yè)中作為抗氧化劑,應用于罐頭食品、果汁、啤酒等的保藏,防止過氧化物酶引起食品變質(zhì)和腐敗現(xiàn)象;也可作為水果和蔬菜的保鮮劑。3.4超氧自由基治療的作用自SOD的酶學作用被發(fā)現(xiàn)以來,已充分證明了其在防治與超氧自由基有關(guān)的疾病中的重要作用。當機體中SOD濃度偏低或超氧陰離子產(chǎn)生過多時,均會引起機體產(chǎn)生疾病,給予外源性SOD即可防治疾病的發(fā)生。3.4.1維護濕地凝膠有研究表明,對于Ⅱ°~Ⅲ°燒傷的創(chuàng)面,用0.1%的SOD凝膠涂抹于患處,連續(xù)涂抹7d,每日使用2次,可顯著地加速創(chuàng)面表皮的再生和創(chuàng)傷的愈合。3.4.2細胞染色體斷裂SOD在治療自身免疫性疾病方面效果也比較顯著。將5例系統(tǒng)性紅斑狼瘡和5例系統(tǒng)性硬化癥患者的淋巴細胞進行培養(yǎng),發(fā)現(xiàn)其細胞中染色體斷裂現(xiàn)象增加,其血清中存在一種基因誘變劑(Clastogenic),在體外試驗中證實,后者引起正常人細胞染色體的斷裂,但加入SOD后,這種現(xiàn)象即被抑制,連同一些臨床觀察表明,以SOD治療紅斑狼瘡,皮肌炎等免疫性疾病可獲得一定療效。3.4.3sod和其它藥物研究表明,艾滋病的發(fā)生與一種Clastogenic因子(CFs)有重要關(guān)系,該因子在HIV-1基因表達調(diào)控中起了重要作用。SOD對艾滋病有一定的治療作用,主要治療機制為:在感染HIV病毒早期,SOD能抑制CFs因子從而減除了病毒誘導因素。在感染早期如果能將SOD和其他藥物聯(lián)合使用,將大大延長病毒的潛伏期。AZT(三疊氮二脫氧胸苷)是目前治療艾滋病的首選藥物,但其毒性較強,治療中往往伴隨著氧損傷,從而引起很多組織的細胞功能紊亂,應用上受到較大的限制。若將SOD作為AZT的輔助藥應用于艾滋病的治療,將為艾滋病的治療提供更廣闊的前景。SOD在應用于治療時,是毒性和不良反應很小的生物大分子,但作為抗原,多次注入體內(nèi)仍可誘發(fā)免疫反應,故最理想的方法是將人SOD基因克隆和表達,及hSOD。世界各國也相繼成功開發(fā)了SOD基因工程產(chǎn)品,并進行了臨床實驗,見表2。4sod的模擬研究SOD的生物學作用已經(jīng)得到了充分的認識,但其應用仍受到了一定的限制,原因主要是SOD具有相對分子質(zhì)量大、不易透過細胞膜、半衰期短、能被蛋白酶水解等缺點,不少科學家正致力于用化學方法模擬合成有SOD活性的配合物。這些配合物克服了天然SOD的缺點,具有相對分子質(zhì)量小、易溶于極性溶劑、較易透過半透膜、半衰期長、對蛋白質(zhì)酶有較強的抵抗力等優(yōu)點。在SOD模擬研究方面,目前研究較多的是Cu、Zn-SOD和Mn-SOD的化學模擬。前者研究聚焦于結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系,而后者則偏重于在生物醫(yī)學中的應用?？傮w說來,SOD酶模擬物已從早期的活性中心金屬核殼結(jié)構(gòu)的模擬,發(fā)展到對活性中心金屬核殼及次層結(jié)構(gòu)的整體模擬;從單一體外生物活性研究發(fā)展到體內(nèi)抗氧化、抗炎癥及抗衰老研究。5sod的應用綜上所述,SOD有很多可以被人們利用的功能,但SOD相關(guān)產(chǎn)品卻不多。原因如下:首先基礎(chǔ)研究不足,外源SOD經(jīng)人口服和經(jīng)皮膚吸收機制仍不明確,有研究表明,外源SOD進入生物體后會刺激生物體自身產(chǎn)生SOD,但其產(chǎn)生機制仍有待進一步研究。其次還存在著吸收的外源SOD與自身產(chǎn)生SOD的作用是否協(xié)調(diào)一致。關(guān)于SOD酶活力的測定方法問題,目前已建立了很多種,但各方法間測定結(jié)果的差異很大,不具有可比性;SOD酶活性的表示方法也不統(tǒng)一,我國在1991年5月召開了“全國SOD活性檢測與質(zhì)量標準學術(shù)研討會”,會上雖然制定了化妝品和食品中SOD添加的標準,但尚未制定含SOD的保健食品的添加標準,給規(guī)范和監(jiān)督這類功能性食品的質(zhì)量造成了一定困難;對于特殊人群,攝入多少SOD才具有明顯生理作用,在特定的時期(如懷孕時)是否可以攝入外源SOD;另外SOD的生產(chǎn)成本現(xiàn)在還較高,商家也會考慮到生產(chǎn)成本問題,此外還有酶的最適溫度、最佳活性以及加入食品或化妝品中還應考慮其他因素的影響問題直接影響SOD功能在各方面的研制、開發(fā)。目前,SOD的研究熱點仍集中在對SOD分子進行化學修飾,脂質(zhì)化改造,運用基因工程法制備SOD,人工有機合成SOD模擬酶的研究上,并且已取得了可喜的成果。在臨床上,SOD已應用于一些炎癥、腫瘤、皮膚病等的治療和預防。在國外,已有專利生產(chǎn)SOD消炎藥、治局部缺血癥SOD制劑等。隨著研究的不斷深入,將進一步探明不同物種SOD差異性和SOD的遺傳信息,進一步加快SOD模擬酶的開發(fā)與應用,為SOD的應用提供更加廣闊的前景。植物處于逆境下,也會產(chǎn)生自由基反應。胡