氧化应激已成为国自然关注的热点，下面我们将从背景介绍、研究手段、方法、结果分析等角度深入解析这一主题。
一
【背景介绍】氧化应激是什么？
氧化应激是指在生物体内，由于氧化剂和抗氧化剂之间的平衡被打破，导致过量的活性氧（ROS）或其他自由基的积累。这种不平衡状态可能对细胞结构（包括脂质、蛋白质和DNA）造成损伤，从而引起各种疾病。
概念
活性氧种类（ROS）是氧的部分还原形式，包括超氧阴离子（O2-）、过氧化氢（H2O2）、羟基自由基（OH·）等。它们是细胞正常代谢的副产品，尤其是在线粒体的能量代谢过程中产生。在正常条件下，这些活性氧在体内通过抗氧化系统（包括酶类抗氧化剂如超氧化物歧化酶（SOD）、谷胱甘肽过氧化物酶等和非酶类抗氧化剂如维生素C、维生素E等）被清除或平衡，以保护细胞免受自由基损伤。
原理与机制
1. 产生机制：
线粒体呼吸：线粒体在能量转换过程中，部分氧气分子会被还原成活性氧。
炎症反应：白细胞在杀菌过程中会产生大量活性氧，用以消灭入侵的病原体。
外界因素：环境压力、紫外线照射、化学药品暴露等也能促进活性氧的产生。
2. 损伤机制：
脂质过氧化：活性氧可攻击细胞膜的不饱和脂肪酸，引发链式反应，破坏膜结构，影响细胞功能。
蛋白质氧化：氧化作用改变蛋白质的结构和功能。
DNA损伤：活性氧可引起DNA链的断裂、突变等，影响基因的正常表达。
生理与病理效应
在生理条件下，适量的活性氧参与调控细胞的信号传导、细胞分化等重要生理过程。然而，当氧化应激过度时，过量的自由基会对细胞组织造成严重损伤，与多种疾病的发生发展有关，如癌症、心血管疾病、神经退行性疾病（如阿尔茨海默病）、糖尿病等。
二
【研究手段与方法】氧化应激如何研究？
氧化应激的研究涉及多种技术手段和检测指标，以解析其复杂的生化途径和调控机制。以下是一些关键的研究方法和技术：
直接检测方法
电子自旋共振（ESR）：
ESR是一种可以直接检测自由基的技术。它利用自由基中未成对电子的磁性特性，通过测量样品中的磁共振信号来鉴定和定量自由基。
荧光探针法：
特定的荧光探针可以与活性氧发生反应，产生荧光。例如，DCFH-DA（2',7'-二氯荧光素酸）是一种常用的探针，可以通过氧化成为高度荧光的DCF，用于检测细胞内ROS的水平。
间接检测方法
生物标志物测定
脂质过氧化产物：如丙二醛（MDA）和4-羟基烯醛（4-HNE）。这些可以通过如硫代巴比妥酸反应（TBARS）测定、高效液相色谱（HPLC）等方法检测。
蛋白质氧化产物：如羰基化蛋白。通过特定的标记和免疫检测方法（如ELISA）来测定。
DNA氧化损伤：如8-羟基脱氧鸟苷（8-OHdG）。常通过ELISA或质谱法（如液相色谱-串联质谱法，LC-MS/MS）检济。
酶活性测定：
检测抗氧化酶如超氧化物歧化酶（SOD）、谷胱甘肽过氧化物酶（GPx）和过氧化氢酶（CAT）的活性。这些酶的活性反映了生物体抗氧化防御系统的状态。
三
【结果分析】氧化应激实验结果怎么看？
下面我们来举2个例子带大家一键看懂氧化应激实验结果。
1.LANCL1突变体阻断了HCC球状细胞中ROS的增加。
（PMID：37540188，《Hepatology》，中科院一区，IF：14.0）
流式细胞仪分析（左图）
实验组设置：
NTC + Vector：负对照组，未处理LANCL1抑制和未过表达任何LANCL1变体。
shLANCL1 + Vector：LANCL1被敲低的细胞，未过表达LANCL1。
shLANCL1 + LANCL1 WT：LANCL1被敲低，并过表达野生型LANCL1。
shLANCL1 + LANCL1 K317A：LANCL1被敲低，并过表达K317A突变型。
shLANCL1 + LANCL1 3BS：LANCL1被敲低，并过表达3BS突变型。
分析指标：通过流式细胞仪，用FITC标记的探针检测活性氧的水平。图中的峰位代表ROS水平，右移表示ROS水平增加。
统计图分析（右图）
数据表示：图表显示了相对于控制组（shLANCL1 - LANCL1 -）的ROS水平。结果用均值±标准误差表示。
结果分析
shLANCL1 + Vector：相比于NTC + Vector组，显示了显著增加的ROS水平，表明LANCL1的敲低导致ROS的增加。
shLANCL1 + LANCL1：LANCL1的过表达显著降低了ROS水平，接近于NTC水平。
2. ROS探针DCFH-DA染色显示细胞内的ROS 生成
（PMID：37221521，《Journal of Nanobiotechnology》，中科院一区，IF：10.2）
图像分析（上方）
每个图像中，蓝色代表细胞核（染色用DAPI），绿色代表DCFH-DA的荧光，指示ROS的水平。
在这些图像中，绿色荧光的强度和分布提供了关于细胞内ROS水平的直观信息。更亮的绿色表示更高水平的ROS。
灰度值分析（下方）
每个条件下的灰度值图表显示了单个细胞（如图中红色箭头所指）的DCFH-DA荧光强度沿细胞某一线段的分布。X轴代表距离（单位：微米），Y轴代表灰度值，即荧光强度。
Control、SiO2：几乎无荧光，表明控制条件下ROS生成极低。
GAL, SG, S@M, SG@M：这些处理中，部分条件显示明显的荧光峰值，尤其是SG@M，表明这些处理诱发了显著的ROS生成。
结论
通过分析荧光强度和灰度值图表，我们可以得出以下结论：
部分化学处理（如SG@M）显著增加了ROS的生成，表明这些物质或条件具有潜在的氧化应激作用。
四
【国自然中标统计】氧化应激热度如何？
2023年医学科学部“氧化应激”中标项目43个，已成为一大热点
总而言之，氧化应激的研究已成为现代生物医学领域的一大热点，不仅因其在基础生物学中的核心地位，也因为其与多种疾病发生发展的密切关联。随着科技的进步，我们现已拥有多种高精度的检测方法和技术，如电子自旋共振（ESR）、荧光探针法、以及各类生物标志物的定量分析，这些技术为我们深入理解氧化应激的分子机制提供了强有力的工具。随着对氧化应激机制更加深入的理解，未来我们有望开发出新的预防和治疗策略，以应对由氧化应激引起的各类疾病，如癌症、神经退行性疾病及心血管疾病等。因此，继续投资于这一领域的研究，将对提高公共卫生和疾病治疗效果产生深远影响。
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