Chất chống oxy hóa là gì? Các công bố khoa học về Chất chống oxy hóa

Chuyển hóa, giống như các khía cạnh khác của cuộc sống, bao gồm những đánh đổi. Các sản phẩm phụ oxy hóa của quá trình chuyển hóa bình thường gây ra thiệt hại nghiêm trọng cho DNA, protein và lipid. Chúng tôi lập luận rằng những tổn thương này (tương tự như tổn thương do bức xạ gây ra) là một yếu tố chính góp phần vào quá trình lão hóa và các bệnh thoái hóa liên quan đến lão hóa như ung thư, bệnh tim mạch, suy giảm hệ miễn dịch, rối loạn chức năng não và đục thủy tinh thể. Các hệ thống bảo vệ bằng chất chống oxy hóa chống lại tổn thương này bao gồm ascorbate, tocopherol và carotenoid. Trái cây và rau quả ăn vào là nguồn chính của ascorbate và carotenoid và là một trong các nguồn của tocopherol. Việc tiêu thụ trái cây và rau quả ít trong chế độ ăn uống làm tăng gấp đôi nguy cơ mắc hầu hết các loại ung thư so với tiêu thụ nhiều và cũng làm tăng đáng kể nguy cơ mắc bệnh tim và đục thủy tinh thể. Vì chỉ có 9% người dân Mỹ ăn đủ năm phần trái cây và rau quả mỗi ngày theo khuyến nghị, cơ hội để cải thiện sức khỏe bằng cách cải thiện chế độ ăn uống là rất lớn.

Polyphenol là các chất chuyển hóa thứ cấp của thực vật và thường tham gia vào việc bảo vệ chống lại tia cực tím hoặc sự xâm nhập của các tác nhân gây bệnh. Trong thập kỷ qua, đã có nhiều quan tâm về tiềm năng lợi ích sức khỏe từ polyphenol thực vật trong chế độ ăn uống như một chất chống oxy hoá. Các nghiên cứu dịch tễ học và phân tích tổng hợp liên quan mạnh mẽ đến việc tiêu thụ lâu dài các chế độ ăn uống giàu polyphenol thực vật có thể cung cấp sự bảo vệ chống lại sự phát triển của ung thư, bệnh tim mạch, tiểu đường, loãng xương và các bệnh thoái hóa thần kinh. Tại đây, chúng tôi trình bày kiến thức về các tác động sinh học của polyphenol thực vật trong bối cảnh liên quan đến sức khỏe con người.

Yếu tố phiên mã Nrf2 rất quan trọng đối với sự cảm ứng qua yếu tố đáp ứng chất chống oxy hóa (ARE) của các gen enzym giai đoạn II giải độc và chống stress oxy hóa. Phân tích chi tiết về hoạt động khác biệt của Nrf2 được thể hiện trong các dòng tế bào chuyển gen đã dẫn đến việc nhận dạng một loại protein mới, mà chúng tôi gọi là Keap1, protein này ức chế hoạt động phiên mã của Nrf2 bằng cách gắn đặc hiệu với miền điều hòa ở đầu N-terminal bảo tồn tiến hóa của nó. Homolog gần nhất của Keap1 là một protein liên kết actin thuộc loài Drosophila được gọi là Kelch, điều này cho thấy rằng Keap1 có thể là một yếu tố hiệu ứng tế bào chất của Nrf2. Sau đó, chúng tôi chứng minh rằng các tác nhân điện ly hóa kháng lại sự ức chế của Keap1 đối với hoạt động của Nrf2 in vivo, cho phép Nrf2 chuyển từ bào tương vào nhân và tăng cường phản ứng ARE. Chúng tôi suy luận rằng Keap1 và Nrf2 tạo thành một cảm biến tế bào quan trọng đối với sức ép oxy hóa và cùng nhau trung gian hóa một bước quan trọng trong con đường liên lạc tín hiệu dẫn đến sự kích hoạt phiên mã qua cơ chế chuyển vị nhân mới của Nrf2 này. Sự kích hoạt của Nrf2 sau đó dẫn đến sự cảm ứng của enzym giai đoạn II và các gen chống stress oxy hóa nhằm đối phó với các tác nhân điện ly hóa và các loại oxy phản ứng.

Căng thẳng oxy hóa là một hiện tượng bình thường trong cơ thể. Dưới các điều kiện bình thường, mức độ quan trọng sinh lý của các loài oxy phản ứng (ROS) trong tế bào được duy trì ở mức thấp bởi nhiều hệ thống enzyme tham gia vào cân bằng redox in vivo. Do đó, căng thẳng oxy hóa cũng có thể được xem như là một sự mất cân bằng giữa các chất gây oxy hóa và chất chống oxy hóa trong cơ thể. Trong hai thập kỷ qua, căng thẳng oxy hóa đã trở thành một trong những chủ đề nóng bỏng nhất trong số các nhà nghiên cứu sinh học trên toàn thế giới. Nhiều lý do có thể được đưa ra để biện minh cho tầm quan trọng của nó: kiến thức về sản xuất và chuyển hóa các loài oxy và nitơ phản ứng; xác định các biomarker cho tổn thương oxy hóa; bằng chứng liên quan đến sự xuất hiện của các vấn đề sức khỏe mãn tính và một số vấn đề sức khỏe cấp tính với căng thẳng oxy hóa; xác định nhiều chất chống oxy hóa trong chế độ ăn có nguồn gốc thực vật như các phân tử sinh học hoạt động; và nhiều điều khác. Bài tổng quan này thảo luận về tầm quan trọng của căng thẳng oxy hóa trong sự phát triển và tăng trưởng của cơ thể cũng như các bằng chứng proteomic và genomic về mối quan hệ của nó với sự phát triển bệnh tật, sự xảy ra của các khối u ác tính và rối loạn tự miễn, tăng nhạy cảm với các bệnh do vi khuẩn, virus, và ký sinh trùng, và sự tương tác với các chất gây oxy hóa và chất chống oxy hóa để duy trì một sức khỏe tốt, điều này sẽ hữu ích trong việc nâng cao kiến thức của bất kỳ nhà hóa sinh, nhà sinh lý bệnh, hoặc nhân viên y tế nào liên quan đến vấn đề quan trọng này.

Hệ thống chất chống oxy hóa phức tạp đã được phát triển ở động vật có vú để giảm thiểu stress oxy hóa. Tuy nhiên, các loài phản ứng dư thừa do oxy và nitơ vẫn có thể dẫn đến tổn thương oxy hóa cho mô và cơ quan. Stress oxy hóa được coi là một cơ chế bệnh lý kết hợp, và nó góp phần vào sự khởi đầu và tiến trình của tổn thương gan. Nhiều yếu tố nguy cơ, bao gồm rượu, thuốc, ô nhiễm môi trường và xạ trị, có thể làm tăng stress oxy hóa trong gan, điều này lại dẫn đến các bệnh gan nghiêm trọng, như bệnh gan do rượu và viêm gan nhiễm mỡ không do rượu. Việc ứng dụng các chất chống oxy hóa cho thấy đây là một chiến lược chữa trị hợp lý để ngăn ngừa và chữa trị các bệnh gan liên quan đến stress oxy hóa. Mặc dù các kết luận từ các nghiên cứu lâm sàng vẫn chưa chắc chắn, các nghiên cứu trên động vật đã chỉ ra tác dụng điều trị đầy hứa hẹn của các chất chống oxy hóa trên các bệnh gan. Các chất chống oxy hóa tự nhiên nằm trong các loại thực vật ăn được hoặc thuốc thường có khả năng chống oxy hóa và quét gốc tự do mạnh mẽ cũng như tác dụng kháng viêm, điều này cũng được cho là cơ sở cho các hoạt động sinh học khác và lợi ích sức khỏe. Trong bài tổng quan này, PubMed đã được tìm kiếm một cách rộng rãi cho các nghiên cứu tài liệu. Các từ khóa để tìm kiếm stress oxy hóa bao gồm gốc tự do, oxy phản ứng, các loài nitơ, liệu pháp chống oxy hóa, thuốc Trung Quốc, sản phẩm tự nhiên, chất chống oxy hóa và các bệnh gan. Các tài liệu, bao gồm cả của chúng tôi, với các nghiên cứu về stress oxy hóa và liệu pháp chống oxy hóa trong các bệnh gan đã được tập trung. Nhiều yếu tố gây ra stress oxy hóa ở gan và tác động của các chất chống oxy hóa trong việc ngăn ngừa và điều trị các bệnh gan đã được tóm tắt, đặt câu hỏi và thảo luận.

Các loài oxy phản ứng (ROS) được sản xuất bởi các tế bào sống như là sản phẩm chuyển hóa tế bào bình thường. Dưới các điều kiện stress quá mức, các tế bào sẽ sản xuất một lượng lớn ROS, và các sinh vật sống cuối cùng phát triển một loạt cơ chế phản ứng để thích ứng với việc tiếp xúc với ROS cũng như sử dụng nó như các phân tử tín hiệu. Các phân tử ROS có thể kích hoạt stress oxy hóa trong một cơ chế phản hồi liên quan đến nhiều quá trình sinh học, chẳng hạn như apoptosis, hoại tử và tự thực bào. Những bằng chứng ngày càng nhiều cho thấy rằng ROS đóng vai trò quan trọng như là các phân tử tín hiệu trong toàn bộ con đường chết tế bào. Việc sản xuất quá mức ROS có thể phá hủy cấu trúc bào quan và các phân tử sinh học, dẫn đến phản ứng viêm mà là một cơ chế nền tảng đã biết cho sự phát triển của bệnh tiểu đường và ung thư. Các enzyme Cytochrome P450 (CYP) được coi là các dấu hiệu của stress oxy hóa, có thể biến đổi các chất chuyển hóa độc hại thành ROS, chẳng hạn như anion superoxide, hydrogen peroxide và gốc hydroxyl, có thể gây tổn thương tế bào. Theo đó, các tế bào đã phát triển một hệ thống cân bằng để trung hòa ROS thừa, đó là các hệ thống chống oxy hóa bao gồm các chất chống oxy hóa enzym như superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT) và glutathione peroxidases (GPxs), thioredoxin (Trx) также các chất chống oxy hóa không enzym, điều này chung giảm trạng thái oxy hóa. Trong bài viết này, chúng tôi xem xét các phát hiện mới gần đây về các quá trình tế bào được gây ra bởi ROS, và tóm tắt vai trò của các hệ thống chống oxy hóa nội sinh của tế bào cũng như các hợp chất chống oxy hóa tự nhiên trong một số bệnh ở người do ROS gây ra nhằm minh hoạ vai trò quan trọng của chất chống oxy hóa trong việc ngăn ngừa stress oxy hóa.

Sự hình thành căng thẳng oxy hóa dẫn đến sự gia tăng sản xuất các loài oxy phản ứng (ROS) trong tế bào thực vật. Các quá trình phòng vệ phối hợp xảy ra, có nhiều điểm chung giữa các loại căng thẳng, nhưng cũng đặc trưng cho vị trí tác động của căng thẳng và nồng độ của nó. Những vai trò chức năng có thể của những phản ứng này bao gồm, nhưng không giới hạn ở việc bảo vệ máy móc quang hợp, bảo tồn tính toàn vẹn của màng và bảo vệ ADN cũng như protein. Ngoài sự hiểu biết của chúng ta về các cơ chế tế bào để bảo vệ chống lại căng thẳng phi sinh học, có một vai trò mới được phát hiện của ROS trong tín hiệu và phản ứng phòng vệ đối với các tác nhân gây bệnh (J. L. Dangl, R. A. Dietrich và M. S. Richberg. 1996. Plant Cell 8: 1793–1807). Bằng chứng đến nay cho thấy một phản ứng phối hợp đối với ROS giữa các thành viên khác nhau của các họ gen superoxide dismutase (SOD). Một lớp phức tạp hơn được bổ sung bởi các báo cáo về sự phối hợp của biểu hiện giữa ascorbate peroxidase và các gen SOD. Hiểu biết của chúng ta về các cơ chế tín hiệu nằm sau các sự kiện phối hợp này vẫn còn ở giai đoạn đầu. Một tương lai thú vị đang đến gần, nơi mà sự phối hợp các phản ứng chống oxy hóa thành công sẽ được tiết lộ dần dần. Dữ liệu hiện tại cho thấy rằng các cơ chế điều tiết phức tạp hoạt động ở cả cấp độ gen và protein để điều phối các phản ứng chống oxy hóa và rằng một vai trò quan trọng được thực hiện bởi sự định vị của bào quan và sự phối hợp giữa các ngăn.

Các loại quả mọng ăn được, nguồn cung cấp anthocyanin tự nhiên, đã thể hiện một loạt các chức năng sinh y học đa dạng. Những chức năng này bao gồm các rối loạn tim mạch, căng thẳng oxy hóa do tuổi tác, phản ứng viêm, và nhiều bệnh thoái hóa khác nhau. Anthocyanin từ quả mọng cũng cải thiện chức năng thần kinh và nhận thức của não, sức khỏe thị giác cũng như bảo vệ sự toàn vẹn của DNA. Chương này trình bày những lợi ích mang lại của việt quất dại, việt quất đen, mạn việt quất, quả cơm cháy, hạt mâm xôi và dâu tây trong việc bảo vệ sức khỏe con người và phòng ngừa bệnh tật. Hơn nữa, chương này sẽ thảo luận về các lợi ích dược học của sự kết hợp mới của các chiết xuất quả mọng được lựa chọn gọi là OptiBerry, một hỗn hợp của việt quất dại, việt quất đen, mạn việt quất, quả cơm cháy, hạt mâm xôi và dâu tây, và tiềm năng của nó so với từng loại quả mọng riêng lẻ. Các nghiên cứu gần đây tại phòng thí nghiệm của chúng tôi đã chứng minh rằng OptiBerry có hiệu quả chống oxy hóa cao, như thể hiện qua chỉ số năng lực hấp thụ gốc tự do oxy (ORAC) cao, hoạt tính mới chống tạo mạch máu và chống xơ vữa động mạch, cũng như tiềm năng độc tính đối với Helicobacter pylori, một vi sinh vật nguy hiểm gây ra các bệnh rối loạn tiêu hóa khác nhau bao gồm loét tá tràng và ung thư dạ dày, khi so sánh với từng chiết xuất quả mọng riêng lẻ. OptiBerry cũng ức chế đáng kể việc phiên mã MCP-1 nền và NF-κβ gây cảm ứng, cũng như biomarker viêm IL-8, và giảm đáng kể khả năng hình thành u máu và giảm rõ rệt sự phát triển khối u do tế bào EOMA gây ra trong mô hình in vivo. Nhìn chung, anthocyanin từ quả mọng kích hoạt tín hiệu gene trong việc tăng cường sức khỏe con người và phòng ngừa bệnh tật.

Các chất chống oxy hóa trong chế độ ăn uống như vitamin E và vitamin C rất quan trọng để duy trì sức khỏe tối ưu. Hiện nay, có nhiều mối quan tâm đến các sản phẩm polyphenol của con đường phenylpropanoid thực vật do chúng có hoạt tính chống oxy hóa đáng kể in vitro và phổ biến trong chế độ ăn uống của chúng ta. Các nguồn giàu bao gồm trà, rượu, trái cây và rau củ mặc dù mức độ bị ảnh hưởng bởi loài, ánh sáng, mức độ chín, chế biến và bảo quản. Điều này làm phức tạp việc lập cơ sở dữ liệu để ước lượng lượng tiêu thụ dinh dưỡng. Đến nay, hầu hết các nghiên cứu đã tập trung vào flavonoid, một thuật ngữ chung bao gồm chalcon, flavone, flavanone, flavanol và anthocyanin. Có rất ít bằng chứng dịch tễ thuyết phục cho thấy lượng tiêu thụ polyphenol có mối quan hệ ngược với tỷ lệ mắc ung thư, trong khi một số nghiên cứu cho thấy lượng tiêu thụ flavonoid cao có thể bảo vệ chống lại bệnh tim vành (CHD). Ngược lại, nhiều mô hình nuôi cấy tế bào và động vật chỉ ra hoạt tính chống ung thư mạnh mẽ của một số polyphenol thông qua một loạt các cơ chế, bao gồm hoạt tính chống oxy hóa, điều hòa enzyme, biểu hiện gen, apoptosis, tăng cường giao tiếp qua giao diện nối gap và hoạt hóa P-glycoprotein. Các tác dụng bảo vệ có thể chống lại bệnh tim mạch có thể là do khả năng của một số polyphenol trong việc ngăn chặn quá trình oxy hóa LDL thành dạng atherogenic, mặc dù cũng có báo cáo về hoạt tính chống kết tập tiểu cầu và đặc tính giãn mạch. Tuy nhiên, một số polyphenol có thể độc hại đối với tế bào động vật có vú. Do đó, cho đến khi biết thêm về khả năng sinh khả dụng, chuyển hóa và vị trí nội bào của chúng, việc tăng cường tiêu thụ polyphenol thông qua thực phẩm bổ sung hoặc tăng cường thực phẩm có thể là không khôn ngoan.

Chuyển hóa oxy là rất quan trọng để duy trì sự sống hiếu khí, và sự cân bằng tế bào bình thường hoạt động trên một cân bằng tinh tế giữa việc hình thành và loại bỏ các gốc oxy phản ứng (ROS). Căng thẳng oxy hóa, hậu quả tế bào của sự sản xuất quá mức ROS và sự ức chế việc loại bỏ ROS bởi hệ thống phòng thủ chống oxy hóa, được cho là liên quan đến sự phát triển của nhiều bệnh, bao gồm bệnh Alzheimer và bệnh tiểu đường cùng với các biến chứng của nó. Bệnh võng mạc, một biến chứng vi mạch làm suy yếu do bệnh tiểu đường, là nguyên nhân hàng đầu gây mù lòa có được ở các nước phát triển. Nhiều sự bất thường chuyển hóa do bệnh tiểu đường được cho là liên quan đến sự phát triển của bệnh này, và có vẻ như bị ảnh hưởng bởi căng thẳng oxy hóa gia tăng; tuy nhiên, cơ chế chính xác của sự phát triển này vẫn chưa được làm rõ. Nồng độ superoxide tăng được coi là một liên kết nguyên nhân giữa glucose cao và các bất thường chuyển hóa khác quan trọng trong sinh bệnh học của các biến chứng do tiểu đường. Các nghiên cứu trên động vật đã chỉ ra rằng các chất chống oxy hóa có tác dụng có lợi đối với sự phát triển của bệnh võng mạc, nhưng kết quả từ các thử nghiệm lâm sàng rất hạn chế thì có phần mơ hồ. Mặc dù các chất chống oxy hóa đang được sử dụng cho các bệnh mãn tính khác, nhưng cần có các thử nghiệm lâm sàng có kiểm soát để điều tra những tác động có lợi tiềm năng của các chất chống oxy hóa trong sự phát triển của bệnh võng mạc ở bệnh nhân tiểu đường.