산화 스트레스: 원인, 바이오마커 및 질병

산화 스트레스의 정의

산화 스트레스는 신체가 중화할 수 있는 것보다 더 많은 활성 산소종(ROS)을 생성하거나 소비할 때 발생하는 상태입니다. ROS는 세포, 단백질 및 DNA를 손상시킬 수 있는 불안정한 분자입니다. 산화 스트레스는 심장병, 암, 알츠하이머병, 파킨슨병을 비롯한 광범위한 질병과 관련이 있습니다. 이 글에서는 산화 스트레스에 대해 논의하고 질병에서의 역할을 탐구할 것입니다. 또한 가장 일반적인 산화 스트레스 지표 중 일부를 살펴보겠습니다.

산화제와 환원제는 단일 전자를 잃거나 얻어 세포에서 형성될 수 있으며, 이로 인해 산화제나 환원제가 생성됩니다. 다양한 ROS로 전환될 수 있는 산소가 가장 잘 알려진 산화제입니다. 과산화물, 과산화수소 및 수산기 라디칼은 모두 활성 산소종의 예입니다. 반면에 환원제는 다른 분자에 전자를 기증하고 ROS를 중화할 수 있습니다.

반응성 산소종(ROS)과 반응성 질소종(RNS)은 산소와 질소의 반응성 라디칼 및 비라디칼 유도체를 설명하는 데 사용되는 용어입니다. 활성산소 및 질소종(RONS)은 모든 호기성 세포에서 생성되며 이들의 존재는 노화 관련 질병과 노화 모두에 중요한 영향을 미칩니다.

ROS는 정상적인 세포 대사의 결과로 자연적으로 생성됩니다. 그러나 오염, 자외선, 담배 연기와 같은 외부 스트레스 요인에 대한 반응으로 유발될 수도 있습니다. 또한, 일부 의약품과 의학적 치료(예: 화학 요법)는 산화 스트레스를 증가시킬 수 있습니다.

RONS는 산화 스트레스의 지표로도 사용될 수 있는 가장 중요한 네 가지 고분자 구성 요소(탄수화물, 지질, 단백질 및 DNA)의 산화 변형을 유발합니다.

산화 스트레스 분석

산화 스트레스의 원인은 무엇입니까?

환경 독소에 노출

건강에 해로운 생활 방식 선택(예: 흡연, 과도한 음주)

만성 스트레스

불쌍한 식습관

노화

산화 스트레스의 증상:

피로

기억 상실 또는 뇌 안개

근육통 및/또는 관절통

시력 감소

두통

소음에 대한 민감도

산화 스트레스 바이오마커

산화 스트레스를 측정하는 데 사용할 수 있는 다양한 바이오마커가 있습니다. 가장 일반적인 것 중 일부는 다음과 같습니다.

인간 말론디알데히드(MDA) 및 티오바르비투르산 반응 물질 단백질

지질 산화를 검출하는 기술은 TBARS(티오바르비투르산 반응성 물질) 테스트입니다. 이 검사는 혈액이나 소변 내 지질 과산화의 산물인 말론디알데히드(MDA)의 양을 측정합니다. MDA는 산화 스트레스의 신뢰할 수 있는 지표로 간주됩니다.

MDA는 세포 내 다중불포화지방산 과산화의 부산물입니다. 자유 라디칼이 더 많아지면 MDA가 과도하게 생성됩니다. 암 환자의 말론디알데히드 수치 증가는 자유 라디칼의 증가와 관련이 있습니다.

시험	샘플 유형	분석 시간
지질 과산화(MDA/TBARS) 분석	혈청, 혈장, 소변, 조직 균질액 및 세포 용해물.	--
말론디알데히드(MDA) 분석 키트(MAES0037)	혈청, 혈장, 동물 조직	65분
말론디알데히드(MDA) 분석 키트(MAES0038)	혈청, 혈장, 동물 조직	90분

글루타티온(GSH)

산화 스트레스를 측정하는 데 널리 사용되는 바이오마커 중 하나는 글루타티온입니다. 글루타티온은 ROS로 인한 손상으로부터 세포를 보호하는 데 도움이 되는 항산화제입니다. 낮은 수준의 글루타티온은 산화 스트레스와 관련된 질병을 앓고 있는 환자에게서 흔히 볼 수 있습니다.

글루타티온은 환원된 상태(GSH)와 산화된 상태(GSSG)의 두 가지 상태로 세포에서 발견됩니다. GSH/GSSG 비율은 세포의 산화환원 상태를 나타냅니다. 건강한 세포의 GSH/GSSG 비율은 100 이상이지만, 산화 스트레스를 받는 세포에서는 1:10으로 떨어집니다.

시험	샘플 유형	분석 시간
GSH/GSSH 분석 키트(BA0118)	전혈, 혈장, 혈청, 소변, 조직 및 세포 추출물	20분
환원된 글루타티온(GSH) 분석 키트 - 비색(MAES0043)	혈청, 혈장, 조직, 세포	50분

슈퍼옥사이드 디스뮤타제(SOD)

산소 대사의 부산물인 과산화물은 규제되지 않으면 다양한 세포 손상을 일으킬 수 있습니다. 슈퍼옥사이드 디스뮤타제는 슈퍼옥사이드 라디칼을 과산화수소와 산소로 전환시키는 효소입니다. 과산화수소 역시 위험하며 카탈라아제와 같은 다른 효소에 의해 파괴됩니다. SOD는 공기에 노출된 거의 모든 살아있는 세포에 필수적인 항산화 보호 기능을 제공합니다.

시험	샘플 유형	분석 시간
슈퍼옥사이드 디스뮤타제(SOD) 활성 분석	조직 균질액, 세포 용해물, 혈장, 혈청	30분
과산화물 제거효소 활성 분석 키트(MAES0032)	혈청, 혈장, 소변, 세포 배양 상청액, 조직	70분
과산화물 제거효소 활성 분석 키트(MAES0033)	혈청, 혈장, 소변, 세포 배양 상청액, 조직	100분
과산화물 제거효소 활성 분석 키트(MAES0034)	혈청, 혈장, 흉수, 복수, 소변, 조직	30분

요산

요산은 산화 스트레스에 대한 또 다른 일반적인 바이오마커입니다. 요산은 방사선, 독소 또는 기타 산화 스트레스 원인에 노출되어 퓨린 대사가 발생할 때 생성됩니다. 높은 수준의 요산은 통풍, 신장 질환, 심혈관 질환을 포함한 여러 질병과 관련이 있습니다.

이러한 바이오마커는 신체의 산화 스트레스 수준을 측정하고 질병에서의 역할을 결정하는 데 사용될 수 있습니다.

시험	샘플 유형	분석 시간
요산 분석 키트 - 형광측정(MAES0005)	혈청, 혈장, 소변, 동물 조직	40분
요산 분석 키트 - 비색(MAES0029)	혈청, 혈장, 소변	35분
요산 분석 키트 - 비색(MAES0030)	혈청, 혈장, 소변	60분

산화 스트레스로 인한 질병

산화 스트레스는 어떻게 질병을 유발합니까?

산화 스트레스는 세포, 단백질, DNA를 손상시켜 질병을 일으킬 수 있습니다. 이러한 손상으로 인해 다음과 같은 다양한 문제가 발생할 수 있습니다.

염증

세포 사멸

유전자의 돌연변이

기관이나 조직의 기능 저하 또는 손실

이러한 모든 문제는 심장병, 암, 알츠하이머병과 같은 질병의 발병에 기여할 수 있습니다.

산화 스트레스와 암

많은 연구에서 염증과 암 발병 사이의 연관성이 확립되었습니다. 만성 산화 스트레스는 종양 유전자의 활성화 및 암 발병과 관련이 있습니다. ROS는 또한 DNA 손상을 유발하여 돌연변이를 유발함으로써 암 발병과 연관되어 있습니다.

RONS 및 TNFα와 같은 염증성 사이토카인은 전사 인자 NFκB를 활성화하여 세포 증식, 세포사멸 및 암 발생과 관련된 유전자의 전사를 유발합니다. 만성 염증은 혈관신생 촉진과 함께 종양 발생과도 연관되어 있습니다. ROS는 암 발생 및 혈관 신생에 관여하는 c-fos 및 c-jun과 같은 전사 인자를 활성화할 수 있습니다. ROS로 인한 DNA 손상은 전사 정지 또는 유도/복제 실수는 물론 게놈 불안정성에 기여할 수 있습니다.

산화 스트레스와 알츠하이머병

뇌에 아밀로이드 플라크와 신경섬유매듭이 축적되는 것은 알츠하이머병의 특징입니다. 이러한 침전물의 원인은 불확실하지만 산화 스트레스의 결과로 생각됩니다. 연구에 따르면 산화 스트레스는 뇌 세포와 단백질을 손상시켜 알츠하이머병의 발병과 진행에 중요한 역할을 할 수 있습니다.

증가된 산화 스트레스 바이오마커(MDA 및 GSH)는 치매 환자의 염증성 사이토카인 수치 증가와 관련이 있습니다. GSH 수치는 나이가 인지 저하의 주요 원인이라는 사실에도 불구하고 노인의 인지 저하를 촉진하는 것으로 보입니다.

또 다른 아이디어는 ROS와 산화환원 금속이 알츠하이머병 발병에 역할을 한다는 것입니다. 미엘린 형성에 필수적이며 그 자체로 산화 스트레스를 유발할 수 있는 아연은 알츠하이머병에서 역할을 할 수 있는 생체 활성 금속의 비정상적인 항상성에 관여할 수 있습니다. 아연은 아밀로이드 전구체 단백질 57 및 알루미늄에 결합합니다. 아연, 철, 구리는 아밀로이드 단백질에 직접 결합하여 응집을 촉진합니다.

산화 스트레스와 심장병

산화 스트레스는 심장병 발병에 중요한 역할을 하는 것으로 생각됩니다. 산화 스트레스 이론은 동맥의 내피 세포 내막(내피)을 손상시켜 염증을 일으킨다는 것입니다. 이러한 손상과 염증은 결국 플라크 형성으로 이어질 수 있으며, 이는 동맥을 좁히거나 막아(죽상동맥경화증) 결과적으로 심장마비나 뇌졸중을 초래할 수 있습니다.

산화 스트레스와 염증

염증 반응은 산화 스트레스를 생성하고 세포 항산화 능력을 저하시킵니다. 자유 라디칼은 세포막 지질 및 단백질과 반응하여 기능을 영구적으로 파괴합니다.

4th Sep 2024 Sana Riaz

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