酸化ストレス: 原因、バイオマーカー、病気

酸化ストレスの定義

酸化ストレスは、体が中和できる量を超える活性酸素種 (ROS) を生成または消費した場合に生じる状態です。 ROS は、細胞、タンパク質、DNA に損傷を与える可能性がある不安定な分子です。酸化ストレスは、心臓病、がん、アルツハイマー病、パーキンソン病などの幅広い疾患に関与していると考えられています。この記事では、酸化ストレスについて説明し、病気における酸化ストレスの役割を探ります。最も一般的な酸化ストレスマーカーのいくつかについても見ていきます。

酸化剤と還元剤は、単一の電子を失ったり獲得したりすることによって細胞内で形成され、酸化剤または還元剤になります。酸素は、さまざまな ROS に変換される可能性があり、最もよく知られている酸化剤です。スーパーオキシド、過酸化水素、ヒドロキシルラジカルはすべて活性酸素種の例です。一方、還元剤は他の分子に電子を与え、ROS を中和することができます。

活性酸素種 (ROS) および活性窒素種 (RNS) は、酸素と窒素の反応性ラジカルおよび非ラジカル誘導体を表すために使用される用語です。活性酸素および窒素種 (RONS) はすべての好気性細胞によって生成され、その存在は加齢関連疾患と老化の両方に重大な影響を与えます。

ROS は、正常な細胞代謝の結果として自然に生成されます。ただし、汚染、紫外線、タバコの煙などの外部ストレス要因に反応して誘発されることもあります。さらに、一部の薬や医療処置 (化学療法など) は、酸化ストレスの上昇を引き起こす可能性があります。

RONS は 4 つの最も重要な高分子成分 (炭水化物、脂質、タンパク質、DNA) の酸化修飾を引き起こし、これは酸化ストレスの指標としても使用される可能性があります。

酸化ストレスアッセイ

酸化ストレスの原因は何ですか?

環境毒素への曝露

不健康なライフスタイルの選択（喫煙、過度の飲酒など）

慢性的なストレス

偏った食生活

エージング

酸化ストレスの症状:

倦怠感

記憶喪失またはブレインフォグ

筋肉痛や関節痛

視力の低下

頭痛

騒音に対する敏感さ

酸化ストレスバイオマーカー

酸化ストレスの測定に使用できるバイオマーカーは数多くあります。最も一般的なものには次のようなものがあります。

ヒトマロンジアルデヒド (MDA) およびチオバルビツール酸反応性物質タンパク質

脂質の酸化を検出する技術は、チオバルビツール酸反応性物質 (TBARS) 検査です。この検査では、血液または尿中の脂質過酸化生成物であるマロンジアルデヒド (MDA) の量を測定します。 MDA は酸化ストレスの信頼できるマーカーであると考えられています。

MDA は、細胞内の多価不飽和脂肪酸の過酸化の副産物です。フリーラジカルが増えると、MDA が過剰に生成されます。がん患者におけるマロンジアルデヒドのレベルの増加は、フリーラジカルの増加に関連しています。

アッセイ	サンプルの種類	アッセイ時間
脂質過酸化 (MDA/TBARS) アッセイ	血清、血漿、尿、組織ホモジネート、および細胞溶解物。	-
マロンジアルデヒド (MDA) アッセイキット (MAES0037)	血清、血漿、動物組織	65分
マロンジアルデヒド (MDA) アッセイキット (MAES0038)	血清、血漿、動物組織	90分

グルタチオン (GSH)

酸化ストレスの測定に広く使用されているバイオマーカーの 1 つはグルタチオンです。グルタチオンは、ROS による損傷から細胞を保護するのに役立つ抗酸化物質です。グルタチオンレベルの低下は、酸化ストレスに関連する疾患の患者によく見られます。

グルタチオンは、還元型 (GSH) と酸化型 (GSSG) の 2 つの状態で細胞内に存在します。 GSH/GSSG 比は細胞の酸化還元状態を示します。健康な細胞のGSH/GSSG比は100を超えていますが、酸化ストレスにさらされた細胞では1対10に低下します。

アッセイ	サンプルの種類	アッセイ時間
GSH/GSSH アッセイキット (BA0118)	全血、血漿、血清、尿、組織および細胞抽出物	20 分
還元型グルタチオン (GSH) アッセイキット - 比色分析 (MAES0043)	血清、血漿、組織、細胞	50 分

スーパーオキシドジスムターゼ (SOD)

酸素代謝で生成される副産物であるスーパーオキシドは、制御されないとさまざまな細胞損傷を引き起こす可能性があります。スーパーオキシドジスムターゼは、スーパーオキシドラジカルを過酸化水素と酸素に変換する酵素です。過酸化水素も危険であり、カタラーゼなどの他の酵素によって破壊されます。 SOD は、空気にさらされているほぼすべての生細胞に必須の抗酸化保護を与えます。

アッセイ	サンプルの種類	アッセイ時間
スーパーオキシドジスムターゼ (SOD) 活性アッセイ	組織ホモジネート、細胞溶解物、血漿、血清	30分
スーパーオキシドジスムターゼ活性アッセイキット (MAES0032)	血清、血漿、尿、細胞培養上清、組織	70分
スーパーオキシドジスムターゼ活性アッセイキット (MAES0033)	血清、血漿、尿、細胞培養上清、組織	100分
スーパーオキシドジスムターゼ活性アッセイキット (MAES0034)	血清、血漿、胸水、腹水、尿、組織	30分

尿酸

尿酸は、酸化ストレスのもう 1 つの一般的なバイオマーカーです。尿酸は、放射線、毒素、またはその他の酸化ストレス源への曝露の結果としてプリン代謝が起こると生成されます。高レベルの尿酸は、痛風、腎臓病、心血管疾患などの多くの病気と関連しています。

これらのバイオマーカーを使用すると、体内の酸化ストレスのレベルを測定し、病気における酸化ストレスの役割を判断することができます。

アッセイ	サンプルの種類	アッセイ時間
尿酸アッセイキット - 蛍光分析 (MAES0005)	血清、血漿、尿、動物組織	40分
尿酸アッセイキット - 比色分析 (MAES0029)	血清、血漿、尿	35分
尿酸アッセイキット - 比色分析 (MAES0030)	血清、血漿、尿	60分

酸化ストレスによって引き起こされる病気

酸化ストレスはどのように病気を引き起こすのでしょうか?

酸化ストレスは細胞、タンパク質、DNA に損傷を与え、病気を引き起こす可能性があります。この損傷は、次のようなさまざまな問題を引き起こす可能性があります。

炎症

細胞死

遺伝子の変異

臓器や組織の機能低下または喪失

これらの問題はすべて、心臓病、がん、アルツハイマー病などの病気の発症に寄与する可能性があります。

酸化ストレスとがん

多くの研究により、炎症と癌の発生との関連性が確立されています。慢性酸化ストレスは、がん遺伝子の活性化とがんの発症に関連していると考えられています。 ROS は、DNA 損傷を引き起こし、突然変異を引き起こすことにより、がんの発生にも関連していると考えられています。

RONS および TNFα などの炎症性サイトカインは転写因子 NFκB を活性化し、細胞増殖、アポトーシス、および癌の発生に関与する遺伝子の転写を引き起こします。慢性炎症は、血管新生の促進と併せて、腫瘍の発生にも関連しています。 ROS は、がんの発生や血管新生に関与する c-fos や c-jun などの転写因子を活性化します。 ROS によって誘発される DNA 損傷は、ゲノムの不安定性だけでなく、転写停止や誘導/複製のミスにも寄与する可能性があります。

酸化ストレスとアルツハイマー病

脳内のアミロイド斑と神経原線維変化の蓄積はアルツハイマー病の特徴です。これらの堆積物の原因は不明ですが、酸化ストレスの結果であると考えられています。研究によると、酸化ストレスは脳細胞とタンパク質に損傷を与えることで、アルツハイマー病の発症と進行に関与している可能性があります。

酸化ストレスバイオマーカー（MDAおよびGSH）の増加は、認知症患者における炎症性サイトカインのレベルの増加と関連していました。加齢が認知機能低下の主な原因であるにもかかわらず、GSH レベルは高齢者の認知機能低下を早めるようです。

別の考えは、ROS と酸化還元金属がアルツハイマー病の発症に役割を果たしているというものです。亜鉛はミエリンの形成に必須であり、それ自体で酸化ストレスを誘発する可能性がありますが、生理活性金属の異常な恒常性に関与している可能性があり、これがアルツハイマー病の一因となる可能性があります。亜鉛はアミロイド前駆体タンパク質57に結合し、アルミニウム、亜鉛、鉄、銅はアミロイドタンパク質に直接結合し、その凝集を促進します。

酸化ストレスと心臓病

酸化ストレスは心臓病の発症に関与していると考えられています。酸化ストレス理論は、酸化ストレスが動脈の内皮（内皮）を損傷し、炎症を引き起こすというものです。この損傷と炎症は最終的にプラークの形成につながり、動脈が狭くなったり閉塞したり（アテローム性動脈硬化）、最終的には心臓発作や脳卒中を引き起こす可能性があります。

酸化ストレスと炎症

炎症反応は酸化ストレスを引き起こし、細胞の抗酸化能力を低下させます。フリーラジカルは細胞膜の脂質やタンパク質と反応し、その機能を永久に破壊します。

31st Dec 2024 Sana Riaz

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