超氧化物歧化酶

超氧化物歧化酶（Superoxide Dismutase，SOD）是生物體內存在的一種抗氧化金屬酶，它能夠催化超氧陰離子自由基歧化生成氧和過氧化氫，在機體氧化與抗氧化平衡中起到至關重要的作用，與很多疾病的發生、發展密不可分 ^[2]  。

按照 SOD 中金屬輔基的不同，大致可將 SOD 分為三大類，分別為 Cu/Zn-SOD、Mn-SOD、 Fe-SOD ^[3]  。

①Cu/Zn-SOD： 呈藍綠色，主要存在於真核細胞的細胞質內，被認為存在於比較原始的生物類羣中且分佈最廣的一種 ^[3]  。

②Mn-SOD：呈粉紅色，主要存在於原核生物和真核生物的線粒體中 ^[3]  。

③Fe-SOD：呈黃褐色，主要存在於原核細胞中 。它們可以有效地清除超氧陰離子自由基（帶有 1 個未成對電子的同時，還帶有 1 個負電荷），避免其對細胞過度的損傷，具有抗氧化、抗輻射及抗衰老等功能 ^[3]  。

①大多數原始的無脊椎動物細胞中都存在Cu/Zn-SOD，脊椎動物則一般含有Cu/Zn-SOD和Mn-SOD。人、鼠、豬、牛等紅細胞和肝細胞中含Cu/Zn-SOD，且其主要存在於細胞質，同時也存在於線粒體內外膜之間。而從人和動物肝細胞中也純化了Mn-SOD，其一般存在於線粒體基質中。

②植物細胞中的Fe-SOD主要存在於葉綠體中。

③真菌裏一般含Mn-SOD和Cu/Zn-SOD。大多數真核藻類在其葉綠體基質中存在Fe-SOD，類囊體膜上結合着Mn-SOD，而多數藻類中不含Cu/Zn-SOD。

①Cu/Zn-SOD ：其活性中心包括一個 Cu 離子和一個 Zn 離子。研究表明，Cu 的存在是 Cu/Zn-SOD 活性所必需的，它直接與超氧陰離子自由基作用，而 Zn 周圍環境擁擠，沒有直接裸露在反應溶液中，不直接與 超氧陰離子自由基作用，起到穩定活性中心周圍環境的作用。二價銅離子與其周圍四個組氨酸上的氮原子以配位鍵結合，構型是一個畸變的近平面四方形。Zn 的周圍有三個組氨酸通過氮原子與之配位，其中一個組氨酸被 Cu 和 Zn 所共用，形成―咪唑橋‖結構。另外，Zn 還同一個天冬氨酸殘基配位，使 Zn 形成畸面四面體配位構型 ^[4]  。

②Mn-SOD ：由 203 個氨基酸殘基構成。活性中心為 Mn(Ⅲ)，配位結構為五配位的三角雙錐，其中一個軸向配體為水分子，另一軸向位置的配位基為 His-28 蛋白質輔基，在赤道平面上是蛋白質輔基 His-83，Asp-166 和His-170。酶的活性部位在一個主要由疏水殘基構成的環境裏，兩個亞基鏈組成一個通道，構成了底物或其它內界配體接近 Mn(Ⅲ)離子的必經之路 ^[5]  。

SOD 的催化作用是通過金屬離子 Mⁿ⁺¹ (氧化態)和 Mⁿ (還原態)的交替電子得失實現的。一般認為 超氧陰離子自由基首先與金屬離子形成內界配合物，Mⁿ⁺¹被體內的 超氧陰離子自由基還原為 Mⁿ ，同時生成 O₂ ，Mⁿ又被 HO₂^· 氧化為 Mⁿ⁺¹ ，同時生成 H₂O₂ ^[3]  。而 SOD 又被氧化為初始氧化態的 SOD。最後，H₂O₂在過氧化氫酶的作用下，被催化分解為水（H₂O）和 O₂ ^[1]  。

超氧化物歧化酶活性的主要測定方法有直接法、鄰苯三酚自氧化法、細胞色素C還原法、化學發光法及熒光動力學法等。近年來又建立了多種新方法，如免疫學方法、簡易凝膠過濾擴散法、極譜氧電極法、微量測活方法等 ^[2]  。

1.直接法 原理是根據O2^.- 或產生O2^.- 的物質本身的性質測定O2^.-的歧化量，從而確定SOD的活性。經典的直接法包括：脈衝輻射分解法、電子順磁共振波法（EPR）、核磁共振法。由於所需的儀器設備價格昂貴，一般較少應用。

2.鄰苯三酚自氧化法：原理是基於經典的分光光度法，在鹼性條件下，鄰苯三酚自氧化成紅桔酚，用紫外-可見光譜跟蹤波長為325nm、420nm或650nm（經典為420nm），同時產生O2^.-，SOD催化O2^.- 發生歧化反應從而抑制鄰苯三酚的自氧化，樣品對鄰苯三酚自氧化速率的抑制率，可反映樣品中的SOD含量。本法具有特異性強，所需樣本量少（僅50μl），操作快速簡單，重複性好，靈敏度高，試劑簡單等優點。

3.細胞色素C還原法：原理是黃嘌呤-黃嘌呤氧化酶體系中產生的O2^.-使一定量的氧化型細胞色素C還原為還原型細胞色素C，後者在550nm有最大光吸收。在SOD存在時，由於一部分O2^.-被SOD催化而歧化，O2^.-還原細胞色素C的反應速度則相應減少，即其反應受到抑制。將抑制反應的百分數與SOD濃度作圖可得到抑制曲線，由此計算樣品中SOD活性。本法是間接法中的經典方法，但本法靈敏度較低。

4.化學發光法：原理是黃嘌呤氧化酶在有氧條件下，催化底物黃嘌呤或次黃嘌呤發生氧化反應生成尿酸，同時產生O2^.-。後者可與化學發光劑魯米諾反應，使其產生激發。SOD能清除O2^.-從而抑制魯米諾的化學發光。本法可應用於SOD的微量測定，不僅靈敏度高，簡便易行，而且特異性與準確性至少與細胞色素C還原法類似。

5.免疫學方法：其測定的是SOD活性，免疫學方法則可測定樣品中SOD的質量，因此特異性較好，是較理想的測定SOD方法，免疫法有放射免疫法、化學發光免疫分析法、ELISA法等。但其缺陷是隻能測定抗體相應的抗原，對於檢測不同種類的SOD，則須製備相應的特異性抗體，手續繁瑣。

SOD 在蔬菜水果中含量較高，如香蕉、山楂、刺梨、獼猴桃、大蒜等，其他如扇貝、雞肉等中也有分佈。SOD 的活性在果皮中高於果肉，在新鮮水果中高於放置後的水果。並以各種形式被加工成保健品和食品添加劑等作為使用，如添加有 SOD 的牛奶、啤酒、軟糖等類型的食品營養強化劑 ^[6]  。

皮膚衰老和損傷是人體衰老的重要特徵，而人體衰老是由於活性氧類自由基堆積或清除產生障礙的後果，體內的多餘自由基會引起細胞損傷以及色素沉着。由於人的皮膚直接與氧氣接觸，會造成皮膚的老化和損傷。外源 SOD 的補充有利於延緩皮膚衰老、抗氧化、祛色斑的功用。故國內外許多化妝品廠家都在自身產品中加入了一定比例的 SOD。如法國的雅詩蘭黛石榴水、日本的 SKII 神仙水，以及國內大寶 SOD 蜜等 ^[1]  。

基於 SOD 是作用於超氧陰離子自由基的專一歧化反應催化劑，故 SOD 作為醫藥產品，在治療因自由基作用而導致的炎症、自身免疫性、心腦血管疾病等都有着顯著療效。SOD 可利用其抗氧化作用抑制關節炎、胸膜炎、急性氣管炎等炎症類型 ^[7]  。

包括超氧化物自由基在內的活性氧在結腸炎中扮演重要角色，超氧化物歧化酶1（SOD1）可破壞體內的超氧化物自由基。Redox Biology上發表的一項最新研究，發現SOD1缺失可增強小鼠的氧化應激，並破壞腸道上皮屏障、降低抗氧化酶活性、增加促炎症性免疫細胞的結腸浸潤，以惡化DSS誘導的小鼠結腸炎。而恢復SOD活性可抑制p38-MAPK/NF-κB信號介導的炎症與凋亡反應，從而緩解結腸炎。 ^[8] 

在人體內SOD可有效的通過清除超氧陰離子自由基最終能達到抑制癌細胞的效果，Mn-SOD表達效果更為突出 ^[7]  。