Mol Cell：活性氧作为细胞信号和功能的特异性分子调节器

氧化还原反应与能量代谢有着内在的联系。因此，氧化还原过程对于生物生理学和生命本身是必不可少的。活性氧(Ros)描述了在正常有氧代谢过程中产生的一组不同的分子氧衍生物。多种ROS产生和清除系统积极维持细胞内氧化还原状态，介导氧化还原信号，调节细胞功能。ROS，特别是过氧化氢(H2O2)，能够可逆地氧化靶蛋白上关键的、氧化还原敏感的半胱氨酸残基。这些氧化翻译后修饰(PTM)可以控制许多酶和转录因子(TF)的生物活性，以及它们的细胞定位或与结合伙伴的相互作用。这篇综述描述了氧化还原调节在生理细胞代谢中的不同作用，并对氧化还原稳态失调时疾病的病理生理学提供了见解。

图片来源：https://doi.org/10.1016/j.molcel.2021.08.018

代谢描述了将分子转化为能量和细胞构建块的生化反应网络。不足为奇的是，代谢反应受到严格控制，以确保满足细胞、组织和器官的特定要求。此外，细胞还需要对环境变化做出快速反应和适应的能力，例如，对养分供应不足的反应和适应能力。生理过程，如发育和生长，与新陈代谢的根本变化有关。代谢改变也发生在病理生理条件下，包括肿瘤形成、2型糖尿病和衰老等疾病。

细胞内的代谢流量取决于底物的可用性和酶的活性。长期的代谢调节是在基因和蛋白表达水平上实现的，而快速、短期的代谢适应是通过变构效应和/或翻译后修饰(PTM)实现的。PTM包括磷酸化、乙酰化、泛素化和甲基化，以及氧化修饰，这些都是本综述的重点。

氧化还原代谢是细胞代谢的一个重要子集，它描述了氧化还原反应、氧化PTM及其细胞输出的精细调控网络。活性氧(ROS)包括几种分子氧的衍生物，分子氧是正常有氧代谢的副产物。几十年来，活性氧只被认为是“有毒”的细胞废物。实际上，增强的ROS水平可以指示和不可逆的氧化事件，对生物大分子如DNA，脂质和蛋白质造成永久性损害，最终导致细胞死亡和/或疾病的潜在发展。最近，人们认识到ROS在调节细胞功能的几乎所有方面都有微妙的作用。这种所谓的氧化还原信号通过改变代谢酶和转录因子(TF)的活性以及调节基因表达和表观遗传修饰来控制细胞功能。

线粒体活性氧产生和能量代谢的氧化还原调节

图片来源：https://doi.org/10.1016/j.molcel.2021.08.018

为了将ROS维持在较低的稳态水平，细胞内有几种高度丰富的抗氧化剂系统。还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)是葡萄糖通过磷酸戊糖途径代谢时产生的重要氧化还原辅因子，是谷胱甘肽还原酶(GR)等抗氧化酶的重要氧化还原辅因子，也是产生NADPH氧化酶(NOxs)的重要底物。因此，细胞新陈代谢与细胞氧化还原状态密切相关。

氧化还原生物学在器官和生物体水平上支持许多重要的生理过程，如细胞外基质的形成、伤口愈合和免疫。在这篇综述中，作者特别关注细胞内氧化还原信号过程，强调氧化还原调节对细胞功能的广泛影响，以及病理生理学中氧化还原失衡的含义。（生物谷 Bioon.com）

参考文献

Claudia Lennicke et al. Redox metabolism: ROS as specific molecular regulators of cell signaling and function. Mol Cell. 2021 Sep 16;81(18):3691-3707. doi: 10.1016/j.molcel.2021.08.018.