《中国医药导刊》2009年06月08日 11:45:15 Monday    

         作者：李丹，李储君，张汉道       作者单位：沈空司令部门诊部，沈阳 110015；沈阳市药品快速检验所，沈阳 110013；沈空司令部门诊部，沈阳 110015

【关键词】   超氧化物歧化酶 SOD

　　1938年Mann和Keilin［1］首次从牛红细胞中分离出一种蓝色的含铜蛋白(Hemocuprein)，1969年McCord及Fridovich［2］发现该蛋白有催化O2，发生歧化反应的功能，故将此酶命名为超氧化物歧化酶(SuperoxideDismutase，SOD，EC1.15.1.1)。
      
　　SOD是一种极其有效的抗氧化剂，能抵御超氧阴离子自由基（free radiacal）对细胞的破坏。研究显示，SOD可能是人体内最重要的酶之一，能有效控制超氧阴离子自由基，保持人体细胞膜年轻、柔软和健康的状态。SOD在大自然中普遍存在，不仅在需氧代谢细胞中存在，甚至在厌氧细菌中也有发现。SOD业像其它存在于人体内的保护性成分一样，随着年龄增加而减少，使细胞更易受到氧化剂的攻击，从而引起老化和疾病［3］。
      
　　超氧化物歧化酶被发现以来，国内外不少学者对SOD的分离纯化、理化性质及其在生物学和临床医学等方面的研究已取得了很大进展。
      
　　1 SOD的种类及分布
      
　　从目前分离取得的SOD来看，它是一种金属酶，其金属部分是酶的辅基组成，对酶的免疫原性也起很大的作用。根据酶的金属辅基的不同，可以大致分为Cu/Zn-SOD、Mn-SOD、Fe-SOD三种类型［4］。

　　表1   不同种类型的SOD分布［5］（略）

　　其中，Cu/Zn-SOD分布最广，是一种真核生物酶，广泛存在于动物的血、肝和菠菜叶、刺梨等生物体中；Mn-SOD是在Fe-SOD基础上进化而来的一种蛋白类型；Fe-SOD是被认为存在于较原始的生物类群中的一种SOD类型，由于任何来源的Mn-SOD和Fe-SOD的一级结构同源性都很高，均不同于Cu/Zn-SOD的序列，可见它们来自同一个祖先。
      
　　除以上三种SOD外，Sa-Ouk Kang等人最近又从链霉菌Streptomyces spp.和S.coelicotor中发现了两种新的SOD，一种是含镍酶即Ni-SOD，另一种是含铁和锌的酶即Fe/Zn-SOD，它们均为四聚体，表观分子量分别是13KD和22KD，它们之间没有免疫交叉反应［6~8］。
      
　　2 SOD的结构与性质
      
　　Cu/Zn-SOD分子量在33 000左右，由两个亚基组成，每一个亚基各含一个Cu2+和Zn2+离子，紫外吸收光谱均在250～270nm范围内（只有发光杆菌的Cu/Zn-SOD例外），它们的这一共同特点与一般蛋白的紫外吸收峰280nm均有偏离，其原因是该酶分子中色氨酸和酪氨酸含量少或根本没有。赤子爱胜蚓Cu/Zn-SOD的亚基有156个氨基酸残基，其中甘氨酸含量最大，占氨基酸总量的21%［9］。鸭血红细胞Cu/Zn-SOD的N-端为丙氨酸，分子量为32，359，由两个亚基组成［10］。猪红细胞Cu/Zn-SOD经圆二色谱表明：空间结构呈β-折迭及无规态，含有极少量的α-螺旋［11］。
      
　　Mn-SOD依来源不同有着明显的差异。原核细胞来源的Mn-SOD分子量为40 000，由两个亚基组成，各含一个Mn2+离子。真核细胞线粒体来源的Mn-SOD分子量为80 000，由各含一个Mn2+离子的四个亚基组成，两者均呈粉红色［12］。
      
　　Fe-SOD仅存在于原核细胞中，制品分子量为38 000，呈黄色，由两个各含一个Fe2+离子的亚基组成。棕色固氮菌Av-230中的Fe-SOD，由各含一个Fe2+离子的两个相同亚基组成，二级结构中，α-螺旋含量约占20%左右［13］。
      
　　总之，不同生物体内所含的SOD种类和数量差异很大，并有很强的组织专一性［9］。目前已弄清了七种SOD的一级结构［14］。
      
　　SOD是一种酸性蛋白，在酶分子上共价连接金属辅基，因此它对热、pH以及某些理化性质表现出异常的稳定性，其主要的理化性质见表2。

　　表2   4种SOD的理化性质［5］（略）

　　3 SOD的生产方式及活性测定
      
　　目前国内已开发的SOD产品绝大分都是Cu/Zn-SOD，它们最早是从动物的血、肝中分离提取的，动物SOD的分离提取技术也较为成熟。人们相继从牛、猪、羊、马等动物红细胞、肌肉、肝脏组织中分离和纯化出SOD。SOD常用的纯化制备方法有离子交换法、疏水色谱、凝胶过滤法和金属螯和亲和层析法等。提取方法主要有以下几个步骤：溶血液制备、选择性热变性、超滤浓缩、丙酮沉淀、柱层析、冷冻干燥［15］。
      
　　但是，由于这种方法不可避免地发生一些交叉感染，过敏性反应等现象，开发研究从植物中提取SOD就显得尤为重要。我国近年来在植物SOD的研究领域有大量相关报道。许平［16］、袁艺［17］、赵文芝［18］、余旭亚［19］等分别从大蒜、桑叶、沙棘、仙人掌中提取SOD并进行了相关研究，其提取方法主要有分步盐析法、有机溶剂沉淀法、层析柱法等。除了从动植物中提取SOD外，选育SOD高产菌株进行发酵生产也是比较有价值的一种方法［20，21］。
      
　　由于天然SOD来源有限，且具有异体蛋白免疫原性，外源SOD不易被人体接受等缺陷，使之在应用方面受到很大限制。SOD基因工程是广开酶源，降低成本和获得无抗原性的人源SOD的有效途径。与天然SOD相比，SOD的模拟物有着更显著的优点：首先是获取和制备比天然SOD要简单得多，其次，天然SOD作为一种生物大分子，在进入体内时存在着进入细胞能力弱、细胞渗透性差、在血中半衰期短、不能口服、价格昂贵等缺点［22］，所以，目前，生物无机化学家们合成和表征了一系列含铜、锰、铁等金属离子的小分子配合物来模拟SOD，期待将来能用小分子模拟化合物代替SOD应用于临床。其中研究最多的含铜络合物是3，5-二异丙基水杨酸铜［Cu(3，5-DIPS)］［23］，这是一种低分子量的亲脂性络合物，具有天然Cu/Zn-SOD样活性，可以起到抗炎及减轻由链脲菌素诱导产生的糖尿病。刘京萍等［24］合成的铁(Ⅱ)-酪氨酸模拟SOD金属酶，分子量比天然酶小得多，与天然SOD活性差距较小，且毒性小，从而大大推进了人工合成具有分子质量较小、稳定性高、毒性较底、活性较高等优点的SOD模拟物的研究工作。
      
　　由于SOD催化的反应的特异性，科学家们一直努力寻找适合其特性的简便、精确的测活方法，多年来相继建立的多种活性测定方法，一般分为两大类：直接法和间接法。而直接法往往需要操作复杂、价格昂贵的仪器，在一般实验室无法使用，所以多采用间接法［25］。
      
　　4 SOD的应用
      
　　SOD作为一种人体内最重要的酶之一，它所起的作用是不可小视的。正常生命过程中产生的超氧阴离子自由基是维持生命所必需的，当其浓度过高时，对机体会造成损害。因此超氧化物歧化酶作为生物体内氧自由基的天然特异清除剂，在生物体的生命活动中具有重要意义，有着广泛的医用价值，可作为药品、食品及日化产品的添加剂。大量研究表明，SOD活性低下可以看作是某些疾病的特征之一［26］。SOD是超氧化阴离子自由基O-2的“克星”，具有抗炎、抗病毒、抗辐射、抗衰老等作用［27］。在病毒性疾病、自身免疫性疾病、心肌缺血和缺血再灌流综合症、老年性白内障、心血管疾病、辐射病、癌和癌的放射治疗预防以及人类长寿等领域的研究中也己有突破性进展。SOD被批准用于临床使用，它对一些由于年龄、疾病或伤害造成的组织硬化以及纤维化显示出强大的再生修复能力。SOD已被成功的应用于放疗后的辅助治疗、控制心脏病人的进展、用于治疗严重的风湿性关节炎，红斑狼疮等疾病。通过测定SOD酶活性及MDA水平，可以间接了解体内自由基的代谢状况［28］，了解患者体内自由基的活动情况，从而对患者进行相应的治疗。
      
　　在临床上可用SOD治疗和预防下列疾病：急性炎症和水肿、氧中毒预防（预防措施，进入高压氧舱的工作人员，可预先注射SOD）、氧中毒治疗、自身免疫性疾病（早期治疗）、肺气肿、辐射病及辐射防护、老年性白内障、抗衰老［3，5］。
      
　　同时，SOD具有的抗氧化性及独特的生理功能使其作为食品添加剂和重要的功能性基料而用于食品工业。另外，SOD既可以作为药用酶，也可以作为化妆品的添加剂，它最有益的应用莫过于抗衰老，国际生化委员会，FDA称其为“抗衰因子”，具有抗衰老、防晒、抗炎等功效。SOD可能是真正令我们延长寿命的有力发现，科学工作者将产生人类SOD的基因片段SOD1插入果蝇的运动神经细胞，SOD1使果蝇产生了比一般水平更多的果蝇SOD，更重要的是，它们平均寿命增加了40%。
      
　　5 展望
      
　　目前，对SOD的研究已取得了可喜的成果。SOD作为药物在临床应用上有深入的研究，并已有相应的商品药物问世。SOD在医学应用领域的拓展，取决于对其作用机制和生成机制的更深入研究，期待发现SOD的促生成因子。在食品方面，随着新的SOD来源的开发和制备技术的改良，SOD作为一种高效、安全的功能因子，在食品工业中也拥有广泛的实用前景。

【参考文献】
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