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自由基在正常组织细胞的生存和代谢中不断地产生，正常情况下，其产生和清除可维持低水平的、有利无害的平衡。在某些情况下，这一平衡被打破，自由基浓度超过生理限度，过量的自由基就介导脂质过氧化作用造成机体各种损伤［1］。自由基介导的红细胞脂质过氧化损伤及引起的多种疾病是近年来医学研究的热点。由于红细胞本身及其在血液循环中的特点，其抗氧化能力强弱及被氧化程度与整个机体的抗氧化能力及机体多种疾病的发生密切相关。
1 红细胞膜的结构和功能
根据1972年SINGER和NICOLSON提出的细胞膜结构的液态镶嵌模型，正常红细胞膜是由膜脂质双分子和膜骨架蛋白（EMSP）分子按三维结构排列成的流态。其中，约占膜总质量40%的膜脂质主要包括分布在红细胞膜内层的胆固醇和外层的磷脂及糖脂，膜脂质分布的不对称性及脂质中脂肪酸的有序性和饱和度具有调节膜流动性的作用；EMSP主要指膜收缩蛋白、锚蛋白、带4.1蛋白、带4.2蛋白、带3蛋白以及肌动蛋白等，它们互相连接构成网络状红细胞骨架，使红细胞呈特征性圆盘状结构，赋予红细胞以双重特性，即膜的可变性和膜的稳定性。此外，膜骨架还与传递信息、保持脂质的不对称分布等主要生理功能有关［2］。
2 自由基及其介导的脂质过氧化作用
自由基是具有不配对电子的原子或原子团，分子或离子，具有较高的反应活性。它是机体正常代谢的产物。活性氧自由基是较常见的对机体危害较大的一类自由基，它是由氧直接或间接转变而来的氧自由基及其衍生物，包括氧的单电子反应产物O-2、HO-2、・OH及其衍生物及脂类过氧化中间产物R-、ROO-、ROOH等比氧活泼的物质，其中OH-是体内最活泼的活性氧，氧化能力最强。生理过程中，体内产生的这些自由基可参与生理活性物质的合成及体内病原微生物和免疫复合物的清除，还可通过天然抗氧化剂或内源性酶解作用清除而达平衡。但在某些情况下，若体内自由基产生过多或机体抗氧化防御作用减弱，体内自由基则不能被完全清除而积累，性质活泼的自由基与体内其他物质发生反应（且往往呈连锁性）而形成新的自由基或活性氧类氧化物［3］。自由基的强氧化作用使其所参与的反应直接或间接地对机体造成损伤。自由基对组织的损伤90%是由脂质过氧化作用引起的。脂质过氧化作用是指自由基与细胞膜上的多不饱和脂肪酸（PUFA）发生氧化反应，生成对细胞具有毒性作用的过氧化物，致使蛋白质氧化、DNA突变甚至断裂、脂质氧化、细胞膜起泡等。
3 红细胞膜脂质过氧化的机制
机体通过酶系统和非酶系统反应产生的自由基，攻击生物膜磷脂中的PUFA，产生自由基链式反应，形成新的氧自由基，把活性氧转化成活性化学剂及非自由基性脂类分解产物，而且通过链式和链式支链反应放大了活性氧的作用。红细胞脂质过氧化作用经历3个过程，即活性氧的启动作用、链式和链式支链反应的传播扩增作用及自由基相互反应的终止作用［4］。
3．1 脂质过氧化的启动
所谓脂质过氧化的启动是指完全没有过氧化的不饱和脂肪酸最初过氧化的发生，也就是不饱和脂肪酸被一个反应性足够强的物质进攻，从其亚甲基上抽取1个氢原子的反应。脂肪酸中双键的存在，减弱了邻近碳原子之间的CH键的结合，使氢容易失去。从CH2抽取一个氢原子后，就在碳原子上留下一个未成对电子，形成脂自由基。碳中心的脂自由基经分子重排，形成较稳定的共轭二烯。在有氧的条件下，由于氧的疏水性，在细胞膜的疏水深层氧浓度很高，共轭二烯可以和氧分子结合生成脂过氧自由基。即过氧化反应的中间产物又是自由基，且是寿命较长的脂类自由基，它比活性氧自由基更易通过疏水环境而到达并攻击生物大分子的活性部位。研究表明，在无脂质过氧化物存在的条件下，脂质过氧化的引发作用主要是通过・OH和高铁酰离子，而它们都与铁的作用有关。在许多生物膜脂质过氧化损伤的研究模型中，加入铁或铁的络合物，能使脂质过氧化物含量明显增加，这是由于铁对已存在的脂质化合物催化分解，生成脂质过氧化引发剂，加速了脂质过氧化的速率。红细胞内除了铁离子，其他化合物也可产生自由基启动脂质过氧化过程。例如，卟啉环能在紫外线照射下发生分解作用产生自由基，这可能是卟啉病病人光敏感性皮炎的原因。
3．2 脂质过氧化的传播扩增作用
一旦一个自由基生成，在合适的条件下它能启动一系列的反应，产生一系列的自由基，脂类自由基能够从邻近一个脂分子抽氢形成新的脂类自由基。这样就形成循环，这就是脂质过氧化链式反应的扩展阶段。形成的脂类自由基再同氧反应生成另一个脂类自由基，最后断裂生成各种醛类和短 1期李静，刘班，刘成玉红细胞膜脂质过氧化损伤及其作用机制91链羟类。组织中氧的浓度，特别是氧化的血液，被认为已完全超出支持氧自由基链式扩增的需要［5］。
3．3 脂质过氧化的链式终止反应
脂类自由基与脂过氧自由基相互作用生成非自由基产物或成对的自由基，称为链终止反应。由于红细胞的高压氧环境，红细胞脂质过氧化最有意义的终止反应是两个自由基相互碰撞生成氧气，这种可能性要比单个自由基碰撞到另一个分子上产生新的自由基的可能性小得多，因此，直至产生足够量的自由基，脂质过氧化反应才能得以终止。换句话说，一旦脂质过氧化反应被启动，大范围脂质分子被损伤后，脂质过氧化反应才可能被终止。另一种终止自由基反应的方法是应用自由基清除剂。自由基清除剂与自由基反应时，它把1个氢原子加到自由基上，自己变成自由基，但是清除剂产生的自由基比较稳定，不会启动链式和链式支链反应，从而可以终止自由基反应。
4 红细胞的抗氧化体系
红细胞本身有一整套抗氧化损伤的物质，使正常红细胞对氧化损伤有很强的抵抗力。红细胞具有完整的膜结构，内源性膜缺陷的异常红细胞对脂质过氧化的敏感性比正常红细胞要高很多；红细胞内丰富的超氧化物歧化酶（SOD）能清除超氧阴离子自由基，保护细胞免受损伤，对机体的氧化与抗氧化平衡起着至关重要的作用。自从1969年美国学者MCCORD和 FRIDOVICH发现SOD以来，引起了各国科学工作者的极大重视［6］。早期研究结果认为，红细胞内的过氧化氢酶（CAT）是细胞内H2O2的主要清除剂；又有证据表明，生理情况下，红细胞内足够浓度的还原性谷胱甘肽（GSH）酶系比CAT在红细胞内作用更大［7~9］；红细胞膜中还含有丰富的维生素E和胆固醇，都能帮助其减少过氧化损伤［10］。这些酶共同作用，构成抗氧化酶系统，协同防止活性氧的损伤效应，使人免受自由基的损害。
5 脂质过氧化作用对红细胞的损害
5．1 脂质过氧化作用对红细胞的影响
5．1．1 脂质过氧化作用与红细胞Na+，K+ATP酶 红细胞含有多种活性酶，主要有Na+，K+ATP酶和Ca2+，Mg2+ATP酶，二者均是蛋白复合体，富含赖氨酸、脯氨酸、半胱氨酸、酪氨酸、色氨酸等，属磷脂依赖性酶，脂质含量为30%，主要为磷脂和胆固醇。以二聚体（α2β2）形式存在的Na+，K+ATP酶分子中有16个与自由基结合的巯基，易被氧化成二硫键。因其结构特点，自由基对Na+，K+ATP酶结构的直接破坏及膜磷脂降解或不饱和脂肪酸过氧化引起的界面脂或膜流动性的改变，都会影响到酶活性，使其活性下降，并与血浆脂质量密切相关［11］。
5．1．2 脂质过氧化作用对红细胞形态结构的影响 实验证明，红细胞的异形率与血浆中的脂质过氧化物丙二醛（MDA）的水平呈正相关。机制可能为：①MDA的醛基可与磷脂酰胆碱和磷脂酰丝氨酸形成新的荧光化合物，影响脂质成分和蛋白之间的相互作用，产生膜结构重排，质膜与骨架蛋白脱离，产生的囊泡从红细胞上脱落。从而使红细胞的S/V下降，形态上出现棘形、球形等变化；②Na+，K+ATP酶受自由基攻击解耦联，膜上的Na+，K+ATP酶活性降低，导致红细胞内Na+含量增加，水分被动进入细胞内，从而使红细胞体积增加，出现口形、类球形等异形改变［12］。
5．2 脂质过氧化作用对红细胞膜结构的影响
5．2．1 脂质过氧化对红细胞血红蛋白（Hb）的影响 与膜密切相关的Hb在膜氧化损伤中发挥重要作用。氧化作用可使Hb变性产生Heinz小体和氯高铁血红蛋白（Hemin）。Heinz小体能附着在红细胞膜上，使红细胞变形性下降，并改变膜的通透性。Hemin在体外可促使小鼠及人的红细胞发生溶血。其机制可能是血红素分子中被氧化的组分与膜骨架蛋白结合，血红素启动氧化反应，损害红细胞膜内脂质及蛋白质等所致。除了可直接影响红细胞膜外，Hemin还可影响红细胞内的酶，包括6磷酸葡萄糖脱氢酶、醛缩酶、丙酮酸激酶，Hemin可能通过抑制这些关键酶的活性而引起红细胞溶血。因此，Hb氧化变性在红细胞破坏过程中起重要作用，含有不稳定Hb或不均衡珠蛋白链的红细胞对氧化作用更加敏感，其在体内寿命也更短。
5．2．2 脂质过氧化作用对红细胞膜EMSP的影响 EMSP的氧化损伤主要表现在收缩蛋白、带2.1蛋白及带3蛋白的氧化聚合，形成高聚物。其聚合原因可能为：①膜磷脂中多不饱和脂肪酸的氧化，特别是磷脂酰乙醇胺及磷脂酰丝氨酸（PS）氧化后可产生MDA，MDA与蛋白中氨基交联而导致膜蛋白聚集；②锚蛋白的自身氧化：锚蛋白结构中含有大量的巯基，对氧化最敏感，易形成二硫键；③带3蛋白为多次穿膜蛋白，具有阴离子转运功能，其分子中含有较多的半胱氨酸，其自身分子中及分子间半胱氨酸的交联，可形成二硫键［13］；④Hb催化蛋白聚集：一方面，Hb除自身氧化产生自由基外还可催化自由基的产生，加强氧化反应；另一方面，Hb自身对氧化敏感，形成聚合体而沉积在膜上，而正常情况下，Hb与膜带结合，因此其氧化损伤直接影响带3蛋白的结构，使带3蛋白聚集；带3、带4.2和带5蛋白氧化交联形成高聚物，使骨架蛋白网状结构稳定性及伸展性降低，与膜脂双层联结松弛，导致红细胞畸形，变形性降低，脆性增加。
5．2．3 脂质过氧化作用对红细胞膜抗原性的影响 研究表明，长期的氧化损伤可使红细胞表面产生新的抗原，从而促进自身抗体的结合，使红细胞在循环中被清除。许多证据表明，衰老或受损红细胞能被存在于血清中的自身抗体所识别，从而促使这些细胞被机体的免疫系统清除。KAY 研究发现，Vit E缺乏的红细胞膜带降解产物及结合的IgG均比正常细胞多。BEPPUM［10］研究发现，受氧化损伤的红细胞自然产生抗膜带3蛋白抗体，其量比未氧化红细胞多4倍。总之，氧化损伤使膜带3蛋白抗原性的改变，可使抗体结合增加，导致红细胞被单核细胞吞噬。另有研究显示，除细胞表面抗原可增进单核细胞对红细胞的吞噬外，PS异常地暴露于红细胞表面也能促进补体激活，产生攻膜复合体，导致红细胞破溶。HEBBEL等发现，MDA能明显促进正常红细胞的吞噬作用，推测MDA具有一定的生物活性，并通过依赖IgG或不依赖IgG通路促进红细胞的吞噬作用。 5．3 脂质过氧化作用对红细胞膜功能的影响
5．3．1 脂质过氧化对红细胞膜流动性和变形性的影响 过量的自由基攻击红细胞膜、氧化不饱和脂肪酸以及其中间产物自由基及最终产物MDA等，使红细胞膜变形性下降，其机制可能为：①MDA可使膜蛋白分子交联并裂解为碎片，使膜骨架的网状结构稳定性及伸展性降低，与膜脂双层结合松弛，使红细胞膜骨架蛋白中的肌凝蛋白聚集增加，导致红细胞畸形，变形性降低，脆性增加；②脂质过氧化时不饱和脂肪酸减少，使膜的熔点增高（膜中不饱和脂肪酸分子的熔点最低），使膜更易处于凝胶相，导致膜流动性降低，变形性下降［14］；③脂质过氧化反应可使血红蛋白氧化变性，形成高铁血红蛋白沉积于红细胞内，使红细胞内黏度增加，变形性下降；④自由基积累及脂质过氧化增强，对膜内巯基进行攻击，破坏了膜的完整性，脂质膜受损，形成膜孔，内液外漏，细胞破坏，变形性下降；⑤自由基对红细胞膜活性蛋白即离子泵的作用，也是造成细胞损伤环节之一。如Na+，K+ATP酶，Ca2+，Mg2+ATP酶的活性巯基被氧化，ATP酶活性下降，膜通透性增加，细胞肿胀，变形性下降［15］。
5．3．2 脂质过氧化对红细胞免疫功能的影响 红细胞除具有传统的呼吸及维持酸碱平衡的功能外，还具有免疫功能，对抗原物质具有天然免疫黏附功能，且参与机体细胞和体液免疫的调节。自1981年SIEGEL等提出红细胞免疫的概念以来，红细胞的免疫功能逐渐受到人们的重视，其中红细胞的免疫黏附功能最重要。红细胞的免疫黏附功能是由其膜表面的C3b受体（CRⅠ）完成的。CRⅠ是红细胞清除免疫复合物的膜蛋白，是膜蛋白主要组分之一，它是体内清除免疫复合物的主要系统。CRⅠ能与免疫复合物或微生物发生免疫黏附，发挥清除异物及循环免疫复合物（IC）的作用。另外，CRⅠ可以从低CRⅠ数目的红细胞转到高CRⅠ数目的红细胞上，这样，红细胞CRⅠ转运IC的功能被看成一种动力学的缓冲作用，这种保护性免疫缓冲作用，不仅加速了IC在血循环中的清除，而且减轻了IC沉积于组织而引起的免疫病理损伤。当自由基清除障碍时导致脂质过氧化损伤加重，SOD含量减少，血清LPO的降解产物MDA影响红细胞CRⅠ的活动，并可与蛋白质的游离基作用引起蛋白质分子间的交联、生物胺与磷脂间的交联，蛋白变性，破坏生物分子和生物膜的正常结构，包括膜Na+，K+ATP酶等，膜受体结构的改变引起通透性增加，流动性降低，细胞内稳态失衡等等，使得红细胞CRⅠ功能障碍，清除IC功能下降，即红细胞免疫能力下降，导致血循环中的IC含量增高，沉积于血管壁上，造成一系列病理变化，如动脉硬化、管腔变窄等。
6 红细胞膜脂质过氧化与疾病及抗氧化剂应用 由于自由基产生增多，引起机体脂质过氧化反应增强，自由基及其介导的脂质过氧化反应导致许多疾病的发生。现已明确，自由基与许多病理生理现象都有密切的关系，占当前医学研究领域前三位的肿瘤、心血管疾病和衰老与自由基引起的脂质过氧化损伤有关，许多其他疾病如缺血再灌注损伤、白内障和许多自身免疫性疾病的发生也与脂质过氧化的发生密切相关［16］。因此，预防和治疗这些疾病，抗氧化剂或自由基清除剂的研究应用是很重要的。抗氧化剂种类很多，有酶类、维生素类、类固醇类，特别是近年来动植物及中草药提取物类抗氧化剂如茶多酚、黄芪多糖、银杏叶等的研究较多。它们的作用机制和开发应用研究对防御和保护红细胞及机体其他组织器官的氧化损伤及由此引起的病理变化是非常重要的。
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