深海SOD:微生物科学家的新发现——攻克痛风等疾病难题的神奇物质

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    中国国家名老中医风湿疾病大师冯老因擅长治疗风湿病,患者接踵而来一号难求。然而,冯老并不开心,他说:“我行医五十年,每天都在拼命看病。结果,病人不仅没有减少,反而越治越多。作为一名医生,一点成就感都没有。”冯老是一位清醒的医者,他看到了表面“繁荣”背后的隐忧。从医生个人来说,病人越来越多,说明自己医术高、口碑好、患者认可。但是,从整个国家来说,病人越来越多,则说明医学发展走入误区,重治疗轻预防,医生“只治不防,越治越忙”。

    古人云:上医治未病。医学技术越来越进步,医生队伍越来越庞大,而病人却越来越多,这是医生的悲哀,也是医学的失败,值得认真反思。美国心脏协会曾有一个生动的比喻:如今的医生都聚集在一条泛滥成灾的河流下游,拿着大量经费研究“打捞落水者”的先进工具,同时苦练“打捞落水者”的本领。结果,事与愿违,一大半落水者都死了,被打捞上来的也是奄奄一息。更糟糕的是,落水者与日俱增,越捞越多。事实上,与其在下游打捞落水者,不如到上游筑牢堤坝,让河水不再泛滥。作为医生,不能坐着等人得病,而应防患于未然,避免更多人“落水”。

    

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预防为主,是我国的卫生工作方针。2010年,我国慢性病卫生费用占卫生总费用的比重为70%,而这些疾病大多是可以通过干预避免的。因此,能否阻止慢性病“井喷式”发生,关系到中华民族的未来兴衰。最近,卫生部提出探索建立医疗服务联合体,让公立医院与基层医疗健康机构成为共同体,通过双向转诊的方式,对居民进行无缝化的健康管理,真正体现公立医院的公益性。今后,医院应从单纯的治疗疾病为主,转向预防与治疗并重,将“末端治理”变为“源头治理”。 

医疗消费具有无限趋高性,再多的财富也会被这个“无底洞”吞噬干净。因此,解决13亿人的健康问题,绝不能靠打针吃药,而要靠预防为主。只有病人越治越少,才说明医生的本领越来越高,医学越来越有希望。

万病之源——自由基

中国大陆对“自由基”最早的认知来自于上个世纪90年代初期北京卷烟厂在出口产品定单中外方产品的要求。外方,尤其是日本客户提出,吸烟危害人体健康的不仅仅是尼古丁、焦油,还有一种更厉害的物质叫做自由基。

随着中国人民物质生活水平和对生活质量的要求不断提高,人们对保健知识的需求也与日俱增,“自由基”出现的频率越来越高,保健用品、化妆品、烟草、日常食品……那么,究竟什么是自由基?它是如何产生的?它与我们人类的健康有什么关系呢?

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    简单地说,在我们这个由原子组成的世界中,有一个特别的法则,这就是,只要有两个以上的原子组合在一起,它的外围电子就一定要配对,如果不配对,它们就要去寻找另一个电子,使自己变成稳定的物质。科学家们把这种有着不成对的电子的原子或分子叫做自由基。自由基非常活跃,非常不安分,就像我们人类社会中不甘寂寞的单身汉一样,如果总也找不到理想的伴侣,可能就会成为社会不安定的因素。

    在化学反应中,分子中共价键断裂,使共用电子对变为一方所独占,则形成离子;若分裂的结果使共用电子对分属于两个原子(或基团),则形成自由基。也就是说,当一个稳定的原子的原有结构被外力打破,而导致这个原子缺少了一个电子时,自由基就产生了。它马上就会去寻找能与自己结合的另一半。当它与其他物质结合的过程中得到或失去一个电子时,就会恢复平衡,变成稳定结构。

    一般情况下,生命是离不开自由基活动的,我们的身体每时每刻都在从里到外地运动,每一瞬间都在燃烧着能量,而负责传递能量的搬运工就是自由基。当这些帮助能量转换的自由基被封闭在细胞里不能乱跑乱窜时,它们对生命是有益的,比如参与免疫信号传导过程等。但如果自由基的活动失去控制,超过一定的量,生命的正常秩序就会被破坏,疾病可能就会随之而来。外界环境中的阳光辐射、空气污染、吸烟、农药等都会使人体产生过多活性氧自由基,并引发连锁反应,从攻击细胞膜开始,导致细胞功能丧失、机体组织受损、癌变,甚至死亡。   

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    比起细菌学、病毒学等很多学术领域来说,自由基还是一门比较年轻的学科。人类对自由基的研究开始于上世纪,最初的研究主要是自由基的化学反应过程,随后自由基知识才慢慢渗透到生物学领域。虽然在二十世纪六十年代人们已经认识到自由基与疾病可能存在相关关系,但由于受到技术方法的限制,研究进展缓慢。二十一世纪初,研究自由基的科学技术有了新的突破,推动了生物学、医学的迅速发展,形成了一个以化学、物理学和生物医学相结合的蓬勃发展的新领域即自由基生物学、医学。这是一个跨领域的综合学科。随着对自由基研究的逐步深入,科学家们越来越清楚地认识到,清除多余自由基的措施有益于多种疾病的预防和治疗,比如痛风、高血压、高血脂、酒精肝、癌症等。自由基清除剂的研究对人类健康的意义极其重大,因此,开发和利用高效无毒的天然抗氧化剂——自由基清除剂,已成为当今生命科学发展的重要趋势之一。


深海微生物——连接生命起源

    从1995年起,由国内外各领域顶级科学家组成的地球海洋科考队,乘坐“大洋一号”科考船开始海洋探索。大洋一号是目前中国第一艘现代化的综合性远洋科学考察船,也是我国远洋科学调查的主力船舶。从1995年至今,“大洋一号”先后执行了我国大洋矿产资源研究开发专项的7个远洋调查航次和大陆架勘查等多个航次的调查任务。

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大洋一号科考船

    “大洋一号”原名“地质学家彼得·安德罗波夫号”,曾是前苏联的一艘海洋地质和地球物理考察船,1984年在苏联基辅造船厂建成。1994年,为了中国大洋矿产资源调查的需要,中国大洋矿产资源研究开发协会从俄罗斯远东海洋地质调查局购买并经初步改装后,命名为“大洋一号”。十多年来,“大洋一号”开展了积极的对外学术交流活动,许多中外科学家曾在船上工作,在一些港口停靠时还举行过公众日活动。走进“大洋一号”,犹如进入了一座迷宫。多波束和浅剖实验室、重力和ADCP实验室、磁力实验室、地震实验室、综合电子实验室、地质实验室、生物基因实验室、深拖和超短基线实验室……船上共有10多个实验室,分布在三四层船舱。    

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中科欣扬联合创始人董亮在大洋一号

    深海可视采样系统可以实时将海底微地形地貌图像传到科学考察船上,犹如有了千里眼,可以在海底“走马观花”,并可根据需要随时抓取海底表面上的矿物样品和保真采集海底水样。 深海浅层岩芯取样钻机不仅可以对海底一览无遗,还可以在深海底比较坚硬的岩石上钻取岩芯,岩芯直径60毫米,长度可达500毫米,同时具有自动调平功能,可以在坡度30度以下深海海底工作。“大洋一号”具备海洋地质、海洋地球物理、海洋化学、海洋生物、物理海洋、海洋水声等多学科的研究工作条件,可以承担海底地形、重力和磁力、地质和构造、综合海洋环境、海洋工程以及深海技术装备等方面的调查和试验工作。

    当中国科学院微生物研究所的科学家们在探索西南印度洋洋中脊地带的海底运动时,科考队发现,在海底火山运动后的极端环境下,许多深海微生物依然能够很好地存活,这一现象引起了中科院微生物研究所科学家们的关注。这些研究主要要解决的问题是:在极端缺乏营养的条件下,什么样的生命体会存在?以什么形式存在?会有哪些细胞形态和基因上的改变?显而易见,这些研究对于生命的起源有重大意义:亿万年前,在极端缺乏营养的条件下,细菌是怎么生活的?我们现在对深海微生物的研究,是子孙万代可能继续生存下去的第一块基石。

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经过多次采集标本,利用现代生物技术进行研究,五年多的反复实验,科学家们最终获取了一种具有耐高温、耐酸碱、半衰期长等特性,并可以被人体充分吸收的超级活性物质——深海SOD,这一发现成为中科院微生物研究所重大课题项目(“十二五”大洋计划课题)的重要成果之一,让人类在探索生物医药和大健康领域又向前迈进了一大步。

深海SOD结构中的非蛋白质部分的辅助因子为金属离子,以金属螯合物形式存在。这种特殊的结构使它对由于超氧阴离子自由基诱导的痛风、肝损伤、高血压、高血脂、胃病(慢性胃炎、萎缩性胃炎等)、呼吸系统疾病(哮喘、支气管炎等)、肿瘤、老年性白内障等相关疾病具有良好的防治效果。

在清除生物体内超氧离子的同时,平衡机体的氧自由基,保护人体细胞免受环境因素破坏。现代医学研究表明,SOD酶具有抗衰老、抗辐射、抗疲劳、抑炎、抑肿瘤和癌细胞、提高人体免疫力等功能。目前SOD酶已作为一种保健医药产品广泛应用于食品、饮料、化妆品等行业,具有非常广阔的市场。


治未病,保青春

    人之所以会衰老,除了年龄是无法抗拒的因素外,主要原因是体内自由基过多。当人体中的自由基超过一定量并失去控制时,这些自由基就会引发连锁反应,从攻击细胞膜开始,导致细胞功能丧失、机体组织受损、癌变,甚至死亡。

    大多数自由基都是细胞正常活动的副产品,好比盛宴之后厨房里势必会一片狼藉,因此我们无法阻止自由基的形成。但是,聪明的人体自身会合成一种专门清除自由基的高分子生物酶——SOD(超氧化物歧化酶)。SOD是医学界公认的清除人体自由基较为有效的物质,能通过催化超氧阴离子自由基发生歧化反应,减轻或消除超氧阴离子自由基及其代谢产物或衍生物所诱导的氧化或过氧化反应对机体的损伤和危害。

    成年以前,人体自身合成的SOD足以平衡新陈代谢的自由基,而25岁以后,人体合成SOD的速度会逐渐放缓,而此时事业压力、家庭压力却与日俱增,作息不规律、焦虑、吸烟、酗酒等更是导致自由基大量产生。人体也就是从此时开始衰老的,痛风、高血压、高血脂、酒精肝、癌症等发病率显著上升。

    因此,25岁以后人体需要补充SOD来清除人体多余的自由基。虽然各类天然食材中均含有SOD,但因为食物中的SOD不具备耐高温及耐酸碱的特性,在烹饪和加工的过程中即已失去大部分活性,侥幸存活的一小部分在消化道里也会被胃酸和胃蛋白酶所破坏。

    SOD在清除生物体内的超氧离子的同时,平衡机体的氧自由基,保护人体细胞免受环境因素破坏。

    

降嘌呤,治痛风

    正常情况下,体内的尿酸大约有1200毫克,每天新生成约600毫克,其中:三分之一来源于食物,三分之二来源于体内自身合成。每天排泄约600毫克,处于平衡的状态,其中:三分之一由肠道排出,三分之二由肾脏排出。如果体内产生过多来不及排泄或者尿酸排泄机制退化,则体内尿酸滞留过多,影响人体细胞的正常功能,长期置之不理将会引发痛风,是痛风的主要病因。

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    因此要防治痛风,除了要控制高嘌呤饮食的摄入以外,更要减少内源性嘌呤的产生。因此防止细胞内核酸的氧化分解是重头戏,主要的方法就是长期服用一些抗核酸氧化的物质,比如说维生素E、虾青素、花青素等,而SOD是抗核酸氧化的最有效物质。


喝酒伤肝,SOD养肝护肝

    酒精的代谢必须通过肝脏来完成,醉酒一次相当于得了一次肝炎。酗酒会导致自由基在肝脏内的堆积,一方面自由基能攻击肝细胞膜中的不饱和脂肪酸引起脂质过氧化反应,造成肝细胞的损伤;另一方面,自由基会攻击淋巴系统,导致肝病患者免疫功能紊乱。临床研究数据表明,肝脏疾病患者血液中的SOD、GSH-PX活性均明显低于常人,服用SOD能有效地分解并修复受损肝细胞。    

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降血脂,防治心脑血管疾病

血浆中的脂质称为血脂,主要包括胆固醇、胆固醇脂、甘油三酯、膦脂和未酯化的游离脂肪酸。当血浆胆固醇或甘油三酯高于正常时,分别称为血胆固醇过高症或甘油三酯过高症。几种或所有血脂成分均增高则称血脂过高症,或称高血脂症。

高血脂是引发各种心脑血管高危疾病的罪魁祸首。

现代人的生活,摄取高脂肪和高胆固醇食物过多,体力活动及运动量减少,很容易形成高血脂,使血管硬化、阻塞。高脂血症如果长期得不到控制,很容易引发动脉硬化、冠心病、心肌梗塞、脑血栓、脑中风等各种心脑血管疾病。

SOD具有清除体内过多的自由基和修复细胞的作用,加速脂肪代谢,降低脂质过氧化物的含量,修复受损的血管壁,使血管恢复原有的弹性,降低血压,调节血脂,预防动脉粥样硬化,及各类心脑血管疾病。

    

保护关节,防治风湿类风湿

    大量的证据表明,超氧阴离子自由基参与风湿、类风湿关节炎的发生和发展。在关节滑膜的炎性病变和骨质破坏过程中,自由基对蛋白质的过氧化使其发生交联性改变,从而导致异性蛋白的出现,启动机体免疫变性反应,显示出一系列病理状态,形成自身免疫病,包括风湿性关节炎、类风湿关节炎、滑膜炎等。

   

 保护视力,预防老年性白内障

    活性氧自由基在眼内产生过多,引起眼内蛋白质改变,尤其是A-晶体蛋白发生交联变性,同时还可使晶状体血浆膜过氧化,晶状体中聚集不溶性的高分子产物,从而导致白内障的形成。补充SOD 可预防老年性白内障形成,提高视力。

    

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预防癌变,抑制癌细胞增长

    自由基可以引起DNA氧化、破坏或发生交联反应,使核酸变性、DNA发生空变、单联断裂,从而影响信息传递的准确性以及转录复性的稳定性,导致蛋白质合成能力下降或合成差错,最终导致基因突变和癌变。另外,癌症患者在放疗和化疗过程中,由于放射性物质和化学药物刺激产生过量的活性氧自由基,不可避免地诱发放疗和化疗综合征,如脱发、炎症、尿失禁、肠胃功能紊乱等。服用SOD 不但可以预防肿瘤和癌症的发生发展,对于进行过放疗和化疗手术的癌症患者,还可以有效缓解术后综合征,提高机体免疫力。

    



原文发表于《中国故事》杂志