超氧化物歧化酶应用研究状态

何献君 梁晓冬 吕晓峰 王文娟

文献综述

超氧化物歧化酶应用研究状态

何献君 梁晓冬 吕晓峰 王文娟

超氧化物歧化酶是一种广泛存在于生物体内的金属酶。作为氧自由基清除剂，在抗衰老、防辐射、防治肿瘤等方面显示出独特的功能，因此在化妆品、食品及临床领域拥有广泛的应用和开发前景。本文从其分布、分类、理化性质、生理功能及相关应用等方面概述了超氧化物歧化酶的研究进展情况，并对其仍存在的问题和应用前景进行了探讨。

超氧化物歧化酶；应用；进展

超氧化物歧化酶（surperoxide dismutase，EC.1.5.1.1，SOD）是一类金属酶[1]，该酶广泛存在于动物、植物和微生物等多种生物体内的。1938年由Mann和Keilin从牛红细胞中分离得到。1969年Mecord和Fridovich发现该蛋白质能催化清除超氧阴离子自由基（O2-）的反应，是一种重要的氧自由基清除剂，可平衡机体的氧自由基，从而避免当机体内超氧阴离子自由基浓度过高时引起的不良反应，在防辐射、抗衰老、抑制肿瘤和自身免疫治疗等方面显示出独特的功能，得到国内外学者的广泛关注[2]。通过几十年的努力，SOD的研究有了很大进展，在食品、化妆品、及临床等方面有着广泛的应用，本文从其分布、分类、理化性质、生理功能、应用等方面概述了SOD的研究进展，为SOD的研究、开发提供依据。

1 SOD的分布、分类及理化性质

国内外的研究结果显示，人们已从多种生物体内分离得到SOD。根据活性中心结合的金属离子不同，SOD主要分为：①Cu/Zn-SOD，主要存在于真核细胞的细胞质中（如猪血、猪肝）[3]；②Fe-SOD，主要存在于原核细胞和真核细胞的基质中（如绿菌属、脱硫弧菌属）；③Mn-SOD，主要存在于原核细胞及少数植物细胞中（如人肝细胞的胞液）[4]。除了以上 3 种 SOD 外，最近又从链霉菌Streptomyces s p p .和S . coel icotor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/ZnSOD，它们均为四聚体，表观相对分子质量分别为 13×103和22×103，它们之间没有免疫交叉反应[5]。4类主要SOD的理化性质见表1。

2 SOD的生理功能[6]

机体在正常情况下，体内产生的超氧阴离子自由基（O2-）与其被清除是平衡的，当（O2-）产生过多而无法及时清除时，就会对机体产生毒害作用，这也是导致衰老的原因之一。而SOD是一种能够清除氧自由基的酶，它能催化氧自由基发生歧化反应。其作用原理为将超氧阴离子自由基歧化为过氧化氢和氧气，再经过氧化氢酶作用转化为水和氧气，从而达到消除超氧阴离子自由基的目的。因而SOD具抗衰老、增加机体对外界环境的适应能力、提高机体对多种疾病的抵抗能力等生理作用[7]。

3 SOD在不同领域的应用

机体在正常情况下产生的超氧阴离子自由基是维持生命活动所必需的，但其浓度过高时，会对机体产生有害影响，就必须将其清除，SOD正是在这方面担当着重要的角色。不但机体会产生超氧阴离子自由基，环境中多种物理及化学因素也能产生该自由基，如电离辐射、紫外线、光敏剂及金属离子等，因此SOD在防止这些因素造成生物体的损伤方面也发挥着重要作用。

3.1 SOD在化妆品领域中的应用

早在1955年，Harman就提出衰老与自由基有密切关系，这意味着若防御O2-的能力强，氧消耗少，则物种寿命就越长。研究同时发现，在人红细胞中，SOD的活力随供者年龄的升高而下降，人皮肤中的Cu/Zn-SOD和Mn-SOD的活力变化与年龄呈负相关关系[8]。尤其值得注意的是，Semseil等[9]发现老龄大鼠肝、脑SOD活力降低时，其相应基因的转录水平几乎以同样比例下降，由此可以推测老龄大鼠SOD活性的下降与相应基因表达减少有关。因此，SOD活力水平与衰老有直接关系，补充外源的SOD有助于延缓衰老。

SOD的一个重要应用就是可以作为化妆品的添加剂。研究表明，化妆品中添加SOD可起到四方面的作用[10]：①有明显的防晒效果，皮肤变黑的主要原因是氧自由基的损害，SOD可有效防止皮肤受紫外线的辐射，从而起到防晒效果；②SOD为抗氧酶，能有效防止皮肤衰老、祛斑、抗皱；③有明显的抗炎效果；④对防治皮肤病有一定效果。另外，SOD具有一定的防治瘢痕形成的作用。国内外不少高级化妆品添加有SOD，典型化妆品如北京三露开发的大宝SOD蜜，受到国内消费者的喜爱。实验证明，外源SOD能透过皮肤进入体内，还有大量资料和实验证实，SOD无毒、无不良反应。但作为化妆品每克基质中SOD的活性不应低于100U，可采用修饰SOD代替天然SOD[11]，还应注意化妆品中防腐剂和表面活性剂的品种和浓度等。

3.2 SOD与植物抗逆性

植物处于逆境下，也会产生自由基反应。胡景江等[12]对元宝枫进行模拟胁迫处理发现在干旱胁迫条件下元宝枫的SOD活性先下降而后逐渐回升至接近正常水平。另外，空气中的SO2与水作用后可形成酸雨或酸雾，当被植物吸收后可诱导体内产生多种自由基，发生缺绿病、坏死或早落等。SO2还能诱导过氧化物活性上升，而SOD可减轻过氧化物活性上升给植物带来的损伤。研究表明，耐干旱、霜冻、高盐碱、有毒物质等的植物内SOD活性明显较高，故SOD与植物耐逆境能力有关，有助于培养抗逆能力强、有经济效益的新品种[13]。

表1 4类主要SOD的理化性质

表2 SOD药物的开发及应用

3.3 SOD在食品工业中的应用

基于SOD优质的保健作用，人们将SOD添加应用于食品中，让人食用后吸收利用，发挥其作用。如实验人员用可提高体内SOD的水平的金针菇（Flammulina velulips）发酵液处理后的饲料（饲料中加入金针菇发酵液）饲喂小鼠，能使其红细胞SOD活性增加32.0%，现已证明该发酵液配制的功能饮料具有抗癌、增智、防衰老等功效。

此外市场上还出现了强化SOD牛奶，在牛奶中添加SOD使牛奶中的SOD水平与人乳相近（由于牛奶中SOD的含量低于人乳中SOD水平，前者每毫升中含3.2U，后者每毫升中含7.1U）提高人体内SOD的水平，目前已上市的SOD强化牛奶和冰淇淋为试产品（由上海东海乳品公司开发研制），批量正式投产还要解决一些关键的工艺操作。

2002年，三门峡市从中国农业大学引进专利的SOD苹果在种植基地开发成功，成为全国乃至国际惟一的SOD苹果生产基地。SOD 苹果的生产以树上喷施为主。施采用中国农业大学研制的SOD系列微生物制剂，配制一定浓度，分次喷洒再生长期的苹果树上，通过树枝、树叶和幼果等树体各部分的代谢和吸收，使苹果果实富含SOD。专家分析，每人每天食用200g SOD苹果（约1个苹果，含SOD 4000个酶活单位），即可满足当天人体对SOD的需要，起到保健和延缓衰老的作用[14]。

除了具有保健功效外，SOD还可以在食品工业中作为抗氧化剂，应用于罐头食品、果汁、啤酒等的保藏，防止过氧化物酶引起食品变质和腐败现象；也可作为水果和蔬菜的保鲜剂。

3.4 SOD与医学研究

自SOD的酶学作用被发现以来，已充分证明了其在防治与超氧自由基有关的疾病中的重要作用。当机体中SOD浓度偏低或超氧阴离子产生过多时，均会引起机体产生疾病，给予外源性SOD即可防治疾病的发生。

3.4.1 烧伤

有研究表明，对于Ⅱ°～Ⅲ°烧伤的创面，用0.1%的SOD凝胶涂抹于患处，连续涂抹7d，每日使用2次，可显著地加速创面表皮的再生和创伤的愈合[15]。

3.4.2 自身免疫性疾病

SOD在治疗自身免疫性疾病方面效果也比较显著。将5例系统性红斑狼疮和5例系统性硬化症患者的淋巴细胞进行培养，发现其细胞中染色体断裂现象增加，其血清中存在一种基因诱变剂（Clastogenic），在体外试验中证实，后者引起正常人细胞染色体的断裂，但加入SOD后，这种现象即被抑制，连同一些临床观察表明，以SOD治疗红斑狼疮，皮肌炎等免疫性疾病可获得一定疗效[16]。

3.4.3 艾滋病的辅助治疗

研究表明，艾滋病的发生与一种Clastogenic因子（CFs）有重要关系，该因子在HIV-1基因表达调控中起了重要作用。SOD对艾滋病有一定的治疗作用，主要治疗机制为：在感染HIV病毒早期，SOD能抑制CFs因子从而减除了病毒诱导因素。在感染早期如果能将SOD和其他药物联合使用，将大大延长病毒的潜伏期[17]。AZT（三叠氮二脱氧胸苷）是目前治疗艾滋病的首选药物，但其毒性较强，治疗中往往伴随着氧损伤，从而引起很多组织的细胞功能紊乱，应用上受到较大的限制。若将SOD作为AZT的辅助药应用于艾滋病的治疗，将为艾滋病的治疗提供更广阔的前景[18]。

SOD在应用于治疗时，是毒性和不良反应很小的生物大分子，但作为抗原，多次注入体内仍可诱发免疫反应，故最理想的方法是将人SOD基因克隆和表达，及hSOD。世界各国也相继成功开发了SOD基因工程产品，并进行了临床实验，见表2。

4 SOD活性模拟物的研究

SOD的生物学作用已经得到了充分的认识，但其应用仍受到了一定的限制，原因主要是SOD 具有相对分子质量大、不易透过细胞膜、半衰期短、能被蛋白酶水解等缺点[19]，不少科学家正致力于用化学方法模拟合成有SOD活性的配合物[20]。这些配合物克服了天然SOD的缺点，具有相对分子质量小、易溶于极性溶剂、较易透过半透膜、半衰期长、对蛋白质酶有较强的抵抗力等优点[21,22]。在SOD 模拟研究方面，目前研究较多的是Cu、Zn-SOD和Mn-SOD的化学模拟。前者研究聚焦于结构与功能的关系，而后者则偏重于在生物医学中的应用。总体说来，SOD酶模拟物已从早期的活性中心金属核壳结构的模拟，发展到对活性中心金属核壳及次层结构的整体模拟；从单一体外生物活性研究发展到体内抗氧化、抗炎症及抗衰老研究[23-27]。

5 SOD应用中存在的问题及应用前景

综上所述，SOD有很多可以被人们利用的功能，但SOD相关产品却不多。原因如下：首先基础研究不足，外源SOD经人口服和经皮肤吸收机制仍不明确，有研究表明，外源SOD进入生物体后会刺激生物体自身产生SOD，但其产生机制仍有待进一步研究。其次还存在着吸收的外源SOD与自身产生SOD的作用是否协调一致[28]。关于SOD酶活力的测定方法问题，目前已建立了很多种，但各方法间测定结果的差异很大，不具有可比性；SOD酶活性的表示方法也不统一，我国在1991年5月召开了“全国SOD活性检测与质量标准学术研讨会”，会上虽然制定了化妆品和食品中SOD添加的标准，但尚未制定含SOD的保健食品的添加标准，给规范和监督这类功能性食品的质量造成了一定困难；对于特殊人群，摄入多少SOD才具有明显生理作用，在特定的时期（如怀孕时）是否可以摄入外源SOD；另外SOD的生产成本现在还较高，商家也会考虑到生产成本问题，此外还有酶的最适温度、最佳活性以及加入食品或化妆品中还应考虑其他因素的影响问题直接影响SOD功能在各方面的研制、开发。

目前，SOD的研究热点仍集中在对SOD分子进行化学修饰，脂质化改造，运用基因工程法制备SOD，人工有机合成SOD 模拟酶的研究上，并且已取得了可喜的成果。在临床上，SOD已应用于一些炎症、肿瘤、皮肤病等的治疗和预防。在国外，已有专利生产SOD消炎药、治局部缺血症SOD制剂等。随着研究的不断深入，将进一步探明不同物种SOD差异性和SOD的遗传信息，进一步加快SOD模拟酶的开发与应用，为SOD的应用提供更加广阔的前景。

[1] MannT,Keilin D.Haemocuprein and hepatocuprein,copper-protein compounds of blood and liver in mammals[J].Proc R Soc B,1938,126(844):303-315.

[2] McCord JM,Fridovich I.Superoxide dismutase:An enzymatic function for erythrocuprein(hemocuprein)[J].J Biol Chem,1969,24 4(22):6049-6055.

[3] Patel RN,Singh N,Shukla KK,et al.Synthesis,structure and biomimetic properties of Cu(II)-Cu(II)and Cu(II)-Zn(II)binuclear complexes:possible models for the chemistry of Cu-Zn superoxide dismu-tase[J].J Inorg Biochem,2005,99(2):651-663.

[4] 陈鸿鹏,谭晓风. 超氧化物歧化酶SOD研究综述[J].经济林研究,2007,25(1):59-61.

[5] 李敬玺,刘继兰,王选年,等.超氧化物歧化酶研究和应用进展[J].动物医学进展,2007,28 (7) :70-75.

[6] 时沁峰.曹威荣超氧化物歧化酶(SOD)的研究概况[J].畜禽业,2009(4):66-68.

[7] 冯优,滕莉,王凤山.超氧化物歧化酶的研究进展[J].食品与药品,2006,8(02A):5-8.

[8] 章轶锋,唐善虎,秦文玲,等.铜锌超氧化物歧化酶的研究进展[J].四川畜牧兽医,2008(1):33-35.

[9] Semseil L.Mech Aging Dev,1999,58 (1):13-19.

[10] 马振华,杨红强,杨琼.超氧化物歧化酶(SOD)的功能及应用[J].新学术,2008(4):316-319.

[11] 侯孝军,刘树滔,潘剑茹.SOD特性改善技术研究进展[J].海峡药学,2009,21(2):11-14.

[12] 胡景江,文建雷,王姝清.土壤干旱对元宝枫渗透调节能力的影响[J].西北植物学报,2004,24(10):1832-1836.

[13] 李金华,王丰,廖亦龙.水稻种子活力的生理生化及遗传研究[J].分子植物育种,2009,7(4) :772-777.

[14] 仇宏昌,张焕珍,高艳华.SOD苹果发展前景和生产技术[J].果农之友,2004,15(3):15.

[15] Hwang CC,Fang RH.J Surg Assoc Rup China,1995,28(5):387.

[16] 冯高闳. 超氧化物歧化酶临床药理研究进展[J].江西医学院学报,1993,33(4):102-106.

[17] Edeas MA,Ementi I,Khalfoun Y,et al.Clastogenic factors in plasma of HIV-1 infected patients active HIV-1 replication in vitro:inhibition by superoxide dismutase [J].Free Radic Biol Med,1997,23(4):571-578.

[18] Prakash O,Teng S,Ai M,et al.The human immunodeficiency virus type 1 Tat protein potentiates zidovudine induced cellular toxicity in transgenic mice[J].Arch Bochum Biophys,1997,343(2):173-180.

[19] Riley DP.Functional Minics of Superoxide Dismutase Enzymes as Thera-peutic Agents[J].Chem Rev,1999,99(9):2573-2588.

[20] 史春艳,左夏林,丁宇.超氧化物歧化酶修饰改造的研究进展[J].中国老年学杂志,2009,29(13):1723-1725.

[21] Pong K1Oxidative stress in neurodegenerative diseases:therapeutic implications for super oxide dismutase mimetics[J].Expert Opin BioTher,2003,3 (1) : 1272-1291.

[22] Peng J,Stevenson FF,Doctrow SR,et al1Superoxide dis mutase /catalase mimetics are neurop rotective against selective paraquat2 mediated dopam-inergic neur on death in the substantial nigra:imp licati ons for Parkins on Disease [J]. J Biol Chem,2005,280(32) : 291-294.

[23] 胡平,吴耿伟,夏青,等.SOD 模拟及其抗氧化和抗炎症功能的研究进展[J].化学进展,2009,21(5):873-879.

[24] 丁书茂,杨旭.超氧化物歧化酶及其模拟化合物研究进展[J].高等函授学报(自然科学版),2004,17(1):1-5.

[25] 魏文树,曾昭全,刘锡钧.超氧化物歧化酶模拟物研究进展[J].药物生物技术,2003,10(4):256-260.

[26] 张龙泽,马书林.SOD模拟化合物的研究进展[J].药学学报,2002,37(3):235-240.

[27] 杨东升.超氧化物歧化酶的研究与应用[J].化学与生物工程,2004,21(3):7-9.

[28] 姜云,茅力,蔡云清.果蔬中超氧化物歧化酶的提纯与测活技术研究进展[J].食品科学,2008,29(12):780-784.

医学科技期刊物理量（physical quantity）与缩写

用于定量地扫描物理现象的量，即科学技术领域里使用的表示长度、质量、时间、电流、热力学温度、物质的量和发光强度的量。使用的单位应是法定计量单位。

两分钟→2min，一秒钟→1s，三小时→3h，4天→4d，1国际单位用IU。国际代号不用于无数字的文句中，如每天不能用每d，但每天10mg应写为10mg/d，次/秒→次/s。

Q55

A

1671-8194（2010）15-0037-03

北京市大学生科学研究与创业行动计划项目，北京城市学实验室开放基金资助项目（KF200806）

北京城市学院 生物技术实验中心（100094）