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[[Image:Glutathione-3D-vdW.png|thumb|right|300px|抗酸化剤の一つ、[[グルタチオン]]の[[空間充填モデル]]。黄色球は酸化還元活性、すなわち抗酸化作用を有する[[硫黄]]原子。その他、赤色、青色、白色、黒色球はそれぞれ[[酸素]]、[[窒素]]、[[水素]]、[[炭素]][[原子]]。]]
#REDIRECT [[酸化防止剤]]
'''抗酸化物質'''(antioxidant)とは、他の[[物質]]の[[酸化]]を抑制する能力を持つ[[分子]]のことである。'''[[酸化]]'''とは基質から[[酸化剤]]へ[[電子]]を転移させる[[化学反応]]のことである。酸化反応では[[フリーラジカル]]を生成させることができる。このフリーラジカルは[[ラジカル (化学)#ラジカル反応|ラジカル連鎖反応]]を引き起こし、[[細胞]]に損傷を与える。抗酸化物質はフリーラジカル中間体を除去することによりラジカル連鎖反応を終了させ、他の酸化反応を抑制する。このとき抗酸化物質自体は酸化するため、抗酸化物質は[[チオール]]、[[アスコルビン酸]]または[[ポリフェノール]]類のようにしばしば[[還元剤]]である<ref name="Sies" />。

酸化反応は生命にとって極めて重要であるが有害でもある。そのため[[植物]]や[[動物]]は[[グルタチオン]]、[[ビタミンC]]、[[ビタミンE]]、[[酵素]]では[[カタラーゼ]]、[[スーパーペルオキシドジスムターゼ]]、[[ペルオキシダーゼ]]類などさまざまな種類の抗酸化物質の維持複合系を持つ。抗酸化物質の濃度が低いとき、もしくは抗酸化酵素が阻害されたときはそれが[[酸化ストレス]]となり、細胞損傷や細胞死の原因となる。

酸化ストレスは[[ヒト]]の多くの病気の原因の一つであり、薬理学分野では抗酸化物質の研究が盛んに行われている。特に[[脳卒中]]、[[神経変性病]]の治療に対する研究が顕著であるが、それが酸化ストレスが原因なのかどうかは不明である。

抗酸化物質は栄養補助食品の成分として、健康維持や[[悪性腫瘍]]、[[冠状動脈性心臓病]]、[[高山病]]の予防の目的で広く用いられている。しかしながら、初期の研究では抗酸化物質のサプリメントは健康を増進させる可能性があると提案されたが、後の臨床試験ではその効果が見つからず、むしろ過剰摂取による有害性が報告されている<ref>{{Cite journal| doi = 10.1093/qjmed/hcp026| pmid = 19273551| issn = 1460-2393| last = Baillie| first = J K| coauthors = A A R Thompson, J B Irving, M G D Bates, A I Sutherland, W Macnee, S R J Maxwell, D J Webb| title = Oral antioxidant supplementation does not prevent acute mountain sickness: double blind, randomized placebo-controlled trial| journal = QJM: Monthly Journal of the Association of Physicians| volume = 102| accessdate = 2009-03-25| issue = 5| pages = 341–8| date = 2009-03-09| url = http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19273551}}</ref><ref>{{cite journal |author=Bjelakovic G |title=Mortality in randomized trials of antioxidant supplements for primary and secondary prevention: systematic review and meta-analysis |journal=JAMA |volume=297 |issue=8 |pages=842–57 |year=2007 |pmid=17327526 |doi=10.1001/jama.297.8.842 |last2=Nikolova |first2=D |last3=Gluud |first3=LL |last4=Simonetti |first4=RG |last5=Gluud |first5=C}}</ref>。抗酸化物質は医学的な用途の他、食品や[[化粧品]]の[[防腐剤]]、[[ゴム]]や[[ガソリン]]の分解防止など工業分野でも広く使われている。

== 歴史 ==
海洋生物からの順応の一環として、陸生植物は[[アスコルビン酸]]([[ビタミンC]])、[[ポリフェノール]]類、[[フラボノイド]]類および[[トコフェロール]]類のような非海洋性抗酸化物質の合成を始めた。さらに、2億年前から5千万前の間、特に[[ジュラ紀]]の間に発達した[[被子植物]]は多くの抗酸化色素を合成し、ジュラ紀後期に発達させ、[[光合成]]時に発生する[[活性酸素]]種からの化学防御とした<ref>{{cite journal |author=Benzie, IF |title=Evolution of dietary antioxidants |journal=Comparative biochemistry and physiology. Part A, Molecular & integrative physiology |volume=136 |issue=1 |pages=113–26 |year=2003|pmid=14527634|doi=10.1016/S1095-6433(02)00368-9}}</ref>。

始め、抗酸化物質は酸素の消費を抑える化学種として用いられた。19世紀後期から20世紀初頭には、大規模に研究され、金属の腐食防止やゴムの[[加硫]]、内燃機関の付着物中の燃料の[[重合]]など重要な工業工程において抗酸化物質が使われるようになった<ref>Matill HA (1947). Antioxidants. ''Annu Rev Biochem'' 16: 177–192.</ref>。

初期の研究では生化学的な抗酸化物質の役割は[[不飽和脂肪酸]]の酸化防止に重点がおかれた<ref>{{cite journal |author=German J |title=Food processing and lipid oxidation |journal=Adv Exp Med Biol |volume=459 |issue= |pages=23–50 |year=1999 |pmid=10335367}}</ref>。抗酸化活性は単に密閉容器に脂肪と酸素とを入れ、酸素の消費量を計測することにより測定されたが、これによりビタミンA、ビタミンCおよびビタミンEといった抗酸化物質が同定され、この分野に革命をもたらし、[[生化学]]での抗酸化物質の重要性の理解に繋がった<ref>{{cite journal |author=Jacob R |title=Three eras of vitamin C discovery |journal=Subcell Biochem |volume=25 |issue= |pages=1–16 |year=1996 |pmid=8821966}}</ref><ref>{{cite journal |author=Knight J |title=Free radicals: their history and current status in aging and disease |journal=Ann Clin Lab Sci |volume=28 |issue=6 |pages=331–46 |year=1998 |pmid=9846200}}</ref>。

抗酸化物質の可能な作用機序は、基質に対する抗酸化活性が認められたときに初めてその研究が行われた<ref>Moreau and Dufraisse, (1922) ''Comptes Rendus des Séances et Mémoires de la Société de Biologie'', '''86''', 321.</ref>。ビタミンEは研究により、細胞が損傷を受ける前に還元剤として活性酸素種を[[捕捉剤|捕捉]]し、[[脂質過酸化反応]]の過程を抑制する抗酸化物質として同定された<ref>{{cite journal |author=Wolf G |title=The discovery of the antioxidant function of vitamin E: the contribution of Henry A. Mattill |url=http://jn.nutrition.org/cgi/content/full/135/3/363 |journal=J Nutr |volume=135 |issue=3 |pages=363–6 |date=1 March 2005|pmid=15735064 }}</ref>。

== 生化学における酸化 ==

地球上の大部分の生物が生存のために酸素を必要するが、酸素は活性酸素種を作ることにより有機体に損傷を与える反応性の大きい分子である<ref name="Davies">{{cite journal |author=Davies K |title=Oxidative stress: the paradox of aerobic life |journal=Biochem Soc Symp |volume=61 |issue= |pages=1–31 |year=1995 |pmid=8660387}}</ref>。その結果として、有機体は抗酸化物質代謝物と酵素による複合系を持ち、[[デオキシリボ核酸|DNA]]や[[タンパク質]]、[[脂質]]などの細胞成分の酸化的ダメージを抑制している<ref name="Sies">{{cite journal |author=Sies H |title=Oxidative stress: oxidants and antioxidants |url=http://ep.physoc.org/cgi/reprint/82/2/291.pdf |journal=Exp Physiol |volume=82 |issue=2 |pages=291–5 |year=1997 |pmid=9129943|format=PDF}}</ref><ref name="Vertuani">{{cite journal |author=Vertuani S, Angusti A, Manfredini S |title=The antioxidants and pro-antioxidants network: an overview |journal=Curr Pharm Des |volume=10 |issue=14 |pages=1677–94 |year=2004 |pmid=15134565 |doi=10.2174/1381612043384655}}</ref>。一般に、抗酸化物質系は反応性物質の除去および形成の抑制により細胞の損傷を防止している<ref name="Sies" /><ref name="Davies" />。しかしながら、活性酸素種は例えば[[酸化還元シグナリング]]など細胞に有用な機能も有するため、抗酸化系は酸化剤を完全に除去することはせず、むしろ最適な水準を維持するようにしている<ref>{{cite journal |author=Rhee SG |title=Cell signaling. H2O2, a necessary evil for cell signaling |journal=Science (journal) |volume=312 |issue=5782 |pages=1882–3 |year=2006 |month=June |pmid=16809515 |doi=10.1126/science.1130481}}</ref>。

活性酸素種は[[細胞]]において[[過酸化水素]](H<sub>2</sub>O<sub>2</sub>)、[[次亜塩素酸]](HOCl)および[[ヒドロキシラジカル]](·OH)と[[スーパーオキシドアニオン]](O<sub>2</sub><sup>−</sup>)のような[[フリーラジカル]]を形成する<ref name="emfafb">{{cite journal |author=Valko M, Leibfritz D, Moncol J, Cronin M, Mazur M, Telser J |title=Free radicals and antioxidants in normal physiological functions and human disease |journal=Int J Biochem Cell Biol |volume=39 |issue=1 |pages=44–84 |year=2007 |pmid=16978905 |doi=10.1016/j.biocel.2006.07.001}}</ref>。ヒドロキシラジカルは特に不安定であり、即座に非特異的に多くの生体分子との反応を起こす。この化学種は[[フェントン反応]]のような金属触媒酸化還元反応によって過酸化水素から形成する<ref>{{cite journal |author=Stohs S, Bagchi D |title=Oxidative mechanisms in the toxicity of metal ions |journal=Free Radic Biol Med |volume=18 |issue=2 |pages=321–36 |year=1995 |pmid=7744317 |doi=10.1016/0891-5849(94)00159-H}}</ref>。これらの酸化剤は化学的連鎖反応を開始させることにより[[脂肪]]や[[デオキシリボ核酸|DNA]]、[[タンパク質]]を酸化させ細胞を損傷させる<ref name="Sies" />。DNAへの損傷は、もし[[DNA修復]]機構によって修復されなければ[[突然変異]]や[[癌]]の原因となり<ref>{{cite journal |author=Nakabeppu Y, Sakumi K, Sakamoto K, Tsuchimoto D, Tsuzuki T, Nakatsu Y |title=Mutagenesis and carcinogenesis caused by the oxidation of nucleic acids |journal=Biol Chem |volume=387 |issue=4 |pages=373–9 |year=2006 |pmid=16606334 |doi=10.1515/BC.2006.050}}</ref><ref>{{cite journal |author=Valko M, Izakovic M, Mazur M, Rhodes C, Telser J |title=Role of oxygen radicals in DNA damage and cancer incidence |journal=Mol Cell Biochem |volume=266 |issue=1–2 |pages=37–56 |year=2004 |pmid=15646026 |doi=10.1023/B:MCBI.0000049134.69131.89}}</ref>、[[タンパク質]]への損傷は酵素阻害、[[変性]]、[[プロテアソーム|タンパク質分解]]の原因となる<ref>{{cite journal |author=Stadtman E |title=Protein oxidation and aging |journal=Science |volume=257 |issue=5074 |pages=1220–4 |year=1992 |pmid=1355616 |doi=10.1126/science.1355616}}</ref>。

代謝エネルギーの合成機構において酸素が使われると活性酸素種が発生する<ref name="Raha">{{cite journal |author=Raha S, Robinson B |title=Mitochondria, oxygen free radicals, disease and aging |journal=Trends Biochem Sci |volume=25 |issue=10 |pages=502–8 |year=2000 |pmid=11050436 |doi=10.1016/S0968-0004(00)01674-1}}</ref>。この機構では、[[スーパーオキシドアニオン]]が[[電子伝達系]]において副生成物として生成する<ref>{{cite journal |author=Lenaz G |title=The mitochondrial production of reactive oxygen species: mechanisms and implications in human pathology |journal=IUBMB Life |volume=52 |issue=3–5 |pages=159–64 |year=2001 |pmid=11798028 |doi=10.1080/15216540152845957}}</ref>。特に重要なのは複合体IIIによる[[補酵素Q]]の還元で、中間体として高反応性フリーラジカル(Q'''·'''<sup>−</sup>)が形成する。この不安定中間体は電子の"漏出"を誘導し、通常の電子伝達系の反応ではなく電子が直接酸素に転移し、スーパーオキシドアニオンを形成させる<ref>{{cite journal | author=Finkel T, Holbrook NJ | title=Oxidants, oxidative stress and the biology of aging | journal=Nature | year=2000 | pages=239–47 | volume=408 | issue=6809 | pmid=11089981 | doi=10.1038/35041687}}</ref>。また、ペルオキシドは[[複合体I]]での還元型[[フラボタンパク質]]の酸化からも発生する<ref>{{cite journal |author=Hirst J, King MS, Pryde KR |title=The production of reactive oxygen species by complex I |journal=Biochem. Soc. Trans. |volume=36 |issue=Pt 5 |pages=976–80 |year=2008 |month=October |pmid=18793173 |doi=10.1042/BST0360976}}</ref>。これらの酵素群は酸化剤を合成することができるが、ペルオキシドを形成するその他の過程への電子伝達系の相対的重要性は不明である<ref>{{cite journal |author=Seaver LC, Imlay JA |title=Are respiratory enzymes the primary sources of intracellular hydrogen peroxide? |journal=J. Biol. Chem. |volume=279 |issue=47 |pages=48742–50 |year=2004 |month=November |pmid=15361522 |doi=10.1074/jbc.M408754200 |url=http://www.jbc.org/cgi/pmidlookup?view=long&pmid=15361522}}</ref><ref>{{cite journal |author=Imlay JA |title=Pathways of oxidative damage |journal=Annu. Rev. Microbiol. |volume=57 |issue= |pages=395–418 |year=2003 |pmid=14527285 |doi=10.1146/annurev.micro.57.030502.090938}}</ref>。また、[[植物]]、[[藻類]]、[[藍藻]]類では、活性酸素種は光合成の間に生じるが<ref>{{cite journal |author=Demmig-Adams B, Adams WW |title=Antioxidants in photosynthesis and human nutrition |journal=Science (journal) |volume=298 |issue=5601 |pages=2149–53 |year=2002 |month=December |pmid=12481128 |doi=10.1126/science.1078002}}</ref> 、特に高光度条件のときに生成する<ref>{{cite journal |author=Demmig-Adams B, Adams WW |title=Antioxidants in photosynthesis and human nutrition |journal=Science (journal) |volume=298 |issue=5601 |pages=2149–53 |year=2002 |month=December |pmid=12481128 |doi=10.1126/science.1078002}}</ref>。この効果は[[光阻害]]では[[カロテノイド]]により相殺されるが、それには抗酸化物質と過還元状態の[[光合成反応中心]]との反応が伴い、活性酸素種の形成を防いでいる<ref>{{cite journal |author=Szabó I, Bergantino E, Giacometti G |title=Light and oxygenic photosynthesis: energy dissipation as a protection mechanism against photo-oxidation |pmc=1369118 | doi=10.1038/sj.embor.7400460 |journal=EMBO Rep |volume=6 |issue=7 |pages=629–34 |year=2005 |pmid=15995679}}</ref><ref>{{cite journal |author=Kerfeld CA |title=Water-soluble carotenoid proteins of cyanobacteria |journal=Arch. Biochem. Biophys. |volume=430 |issue=1 |pages=2–9 |year=2004 |month=October |pmid=15325905 |doi=10.1016/j.abb.2004.03.018}}</ref>。

== 代謝 ==
=== 概説 ===
抗酸化物質は[[水溶性]]と[[脂溶性]]の2つに大きく分けられる。一般に、水溶性抗酸化物質は[[細胞質基質]]と[[血漿]]中の酸化剤と反応し、脂溶性抗酸化物質は[[細胞膜]]の脂質過酸化反応を防止している<ref name="Sies" />。これらの化合物は体内で生合成するか、食物からの摂取によって得られる<ref name="Vertuani" />。それぞれの抗酸化物質は様々な濃度で[[体液]]や[[組織 (生物学)|組織]]に存在している。グルタチオンやユビキノンなどは主に細胞内に存在しているのに対し[[尿酸]]はより広範囲に分布している(下表参照)。稀少種でしか見られない抗酸化物質もあり、それらは[[病原菌]]にとって重要であったり、[[毒性因子]]となったりする<ref>{{cite journal |author=Miller RA, Britigan BE |title=Role of oxidants in microbial pathophysiology |journal=Clin. Microbiol. Rev. |volume=10 |issue=1 |pages=1–18 |year=1997 |month=January |pmid=8993856 |pmc=172912 |doi= |url=http://cmr.asm.org/cgi/pmidlookup?view=long&pmid=8993856}}</ref>。

様々な代謝物と酵素系はそれぞれ相乗効果と相互依存効果を有するが、抗酸化物質の相対的重要性と相互作用は不明である<ref>{{cite journal |author=Chaudière J, Ferrari-Iliou R |title=Intracellular antioxidants: from chemical to biochemical mechanisms |journal=Food Chem Toxicol |volume=37 |issue=9–10 |pages=949 – 62 |year=1999 |pmid=10541450 |doi=10.1016/S0278-6915(99)00090-3}}</ref><ref>{{cite journal |author=Sies H |title=Strategies of antioxidant defense |journal=Eur J Biochem |volume=215 |issue=2 |pages=213 – 9 |year=1993 |pmid=7688300 |doi=10.1111/j.1432-1033.1993.tb18025.x}}</ref>。したがって、一種の抗酸化物質は抗酸化物質系の他の構成要素の機能に依存している可能性がある<ref name="Vertuani" />。また、抗酸化物質によって保護される度合いはその濃度、反応性、反応環境の影響を受ける<ref name="Vertuani" />。

いくつかの化合物は[[遷移金属]]を[[キレート]]することによって細胞内で触媒生成するフリーラジカルによる酸化を抑制している。特に[[トランスフェリン]]や[[フェリチン]]のような[[鉄結合タンパク質]]は、キレート化することにより鉄の酸化を抑制している<ref>{{cite journal |author=Imlay J |title=Pathways of oxidative damage |journal=Annu Rev Microbiol |volume=57 |issue= |pages=395–418 |year=2003 |pmid=14527285 |doi=10.1146/annurev.micro.57.030502.090938}}</ref>。[[セレン]]と[[亜鉛]]は一般的に''抗酸化栄養素''と呼ばれているが元素自体は抗酸化能を持たず、抗酸化酵素と結合することによって抗酸化能を持つ。

{| class="wikitable" style="margin-left: auto; margin-right: auto;"
!抗酸化代謝物
!溶解性
!ヒトの血清中での濃度 (μM)<ref>{{cite journal |author=Ames B, Cathcart R, Schwiers E, Hochstein P |title=Uric acid provides an antioxidant defense in humans against oxidant- and radical-caused aging and cancer: a hypothesis |pmc=349151 |journal=Proc Natl Acad Sci USA |volume=78 |issue=11 |pages=6858–62 |year=1981 |pmid=6947260 |doi=10.1073/pnas.78.11.6858}}</ref>
!肝組織での濃度 (μmol/kg)
|-
| align="center" |[[アスコルビン酸]] ([[ビタミンC]])
| align="center" |水溶性
| align="center" |50 – 60<ref>{{cite journal |author=Khaw K, Woodhouse P |title=Interrelation of vitamin C, infection, haemostatic factors, and cardiovascular disease |url=http://www.bmj.com/cgi/content/full/310/6994/1559 |journal=BMJ |volume=310 |issue=6994 |pages=1559 – 63 |year=1995 |pmid=7787643 |pmc=2549940}}</ref>
| align="center" |260 (ヒト)<ref name="Evelson">{{cite journal |author=Evelson P, Travacio M, Repetto M, Escobar J, Llesuy S, Lissi E |title=Evaluation of total reactive antioxidant potential (TRAP) of tissue homogenates and their cytosols |journal=Arch Biochem Biophys |volume=388 |issue=2 |pages=261 – 6 |year=2001 |pmid=11368163 |doi=10.1006/abbi.2001.2292}}</ref>
|-
| align="center" |[[グルタチオン]]
| align="center" |水溶性
| align="center" |4<ref>{{cite journal |author=Morrison JA, Jacobsen DW, Sprecher DL, Robinson K, Khoury P, Daniels SR |title=Serum glutathione in adolescent males predicts parental coronary heart disease |journal=Circulation |volume=100 |issue=22 |pages=2244–7 |date=30 November 1999|pmid=10577998 |url=http://circ.ahajournals.org/cgi/pmidlookup?view=long&pmid=10577998 }}</ref>
| align="center" |6,400 (ヒト)<ref name="Evelson" />
|-
| align="center" |[[リポ酸]]
| align="center" |水溶性
| align="center" |0.1 – 0.7<ref>{{cite journal |author=Teichert J, Preiss R |title=HPLC-methods for determination of lipoic acid and its reduced form in human plasma |journal=Int J Clin Pharmacol Ther Toxicol |volume=30 |issue=11 |pages=511 – 2 |year=1992 |pmid=1490813}}</ref>
| align="center" |4 – 5 (ラット)<ref>{{cite journal |author=Akiba S, Matsugo S, Packer L, Konishi T |title=Assay of protein-bound lipoic acid in tissues by a new enzymatic method |journal=Anal Biochem |volume=258 |issue=2 |pages=299 – 304 |year=1998 |pmid=9570844 |doi=10.1006/abio.1998.2615}}</ref>
|-
| align="center" |[[尿酸]]
| align="center" |水溶性
| align="center" |200 – 400<ref name=Glantzounis>{{cite journal |author=Glantzounis G, Tsimoyiannis E, Kappas A, Galaris D |title=Uric acid and oxidative stress |journal=Curr Pharm Des |volume=11 |issue=32 |pages=4145 – 51 |year=2005 |pmid=16375736 |doi=10.2174/138161205774913255}}</ref>
| align="center" |1,600 (ヒト)<ref name="Evelson" />
|-
| align="center" |[[カロテン]]類
| align="center" |脂溶性
| align="center" |[[カロテン|β-カロテン]]: 0.5 – 1<ref>{{cite journal |author=El-Sohemy A, Baylin A, Kabagambe E, Ascherio A, Spiegelman D, Campos H |title=Individual carotenoid concentrations in adipose tissue and plasma as biomarkers of dietary intake |journal=Am J Clin Nutr |volume=76 |issue=1 |pages=172 – 9 |year=2002 |pmid=12081831}}</ref>
[[レチノール]] (ビタミンA): 1 – 3<ref name="Sowell">{{cite journal |author=Sowell A, Huff D, Yeager P, Caudill S, Gunter E |title=Retinol, alpha-tocopherol, lutein/zeaxanthin, beta-cryptoxanthin, lycopene, alpha-carotene, trans-beta-carotene, and four retinyl esters in serum determined simultaneously by reversed-phase HPLC with multiwavelength detection |url=http://www.clinchem.org/cgi/reprint/40/3/411.pdf?ijkey=12d7f1fb0a06f27c93b282ad4ea3435c0fb78f7e |journal=Clin Chem |volume=40 |issue=3 |pages=411 – 6 |year=1994 |pmid=8131277}}</ref>
| align="center" |5 (ヒト、総カロテノイド)<ref>{{cite journal |author=Stahl W, Schwarz W, Sundquist A, Sies H |title=cis-trans isomers of lycopene and beta-carotene in human serum and tissues |journal=Arch Biochem Biophys |volume=294 |issue=1 |pages=173 – 7 |year=1992 |pmid=1550343 |doi=10.1016/0003-9861(92)90153-N}}</ref>
|-
| align="center" |[[トコフェロール|α-トコフェロール]] (ビタミンE)
| align="center" |脂溶性
| align="center" |10 – 40<ref name="Sowell" />
| align="center" |50 (ヒト)<ref name="Evelson" />
|-
| align="center" |[[ユビキノール]] (補酵素Q)
| align="center" |脂溶性
| align="center" |5<ref>{{cite journal |author=Zita C, Overvad K, Mortensen S, Sindberg C, Moesgaard S, Hunter D |title=Serum coenzyme Q10 concentrations in healthy men supplemented with {{nowrap|30 mg}} or {{nowrap|100 mg}} coenzyme Q10 for two months in a randomised controlled study |journal=Biofactors |volume=18 |issue=1 – 4 |pages=185 – 93 |year=2003 |pmid=14695934 |doi=10.1002/biof.5520180221}}</ref>
| align="center" |200 (ヒト)<ref name="Turunen">{{cite journal |author=Turunen M, Olsson J, Dallner G |title=Metabolism and function of coenzyme Q |journal=Biochim Biophys Acta |volume=1660 |issue=1 – 2 |pages=171 – 99 |year=2004 |pmid=14757233 |doi=10.1016/j.bbamem.2003.11.012}}</ref>
|}

=== 尿酸 ===

[[File:Harnsäure Ketoform.svg|thumb|right|200px|[[尿酸]]の構造]]

ヒトの血中に最も高濃度で存在する抗酸化物質は[[尿酸]]であり<ref name=Glantzounis/>、ヒト[[血清]]中の抗酸化剤全体の約半分を占める<ref>{{cite journal |doi=10.1016/0891-5849(93)90143-I |author=Becker BF |title=Towards the physiological function of uric acid |journal=Free Radic. Biol. Med. |volume=14 |issue=6 |pages=615–31 |year=1993 |month=June |pmid=8325534 }}</ref>。尿酸は[[キサンチンオキシダーゼ]](EC 1.17.3.2)により[[キサンチン]]から合成されるオキシプリンの一つで、[[霊長類]]、[[鳥類]]、[[爬虫類]]における[[プリン (化学)|プリン]]の代謝生成物である。尿酸が過剰になると[[痛風]]の原因となる。脳卒中や心麻痺といった疾患では尿酸の役割はよく分かっていないが、尿酸濃度が高いと死亡率が増加するといくつかの研究で言及されている<ref name=Dimitroula/><ref name=Strazzullo>{{cite journal |author=Strazzullo P, Puig JG |title=Uric acid and oxidative stress: relative impact on cardiovascular risk? |journal=Nutr Metab Cardiovasc Dis |volume=17 |issue=6 |pages=409–14 |year=2007 |month=July |pmid=17643880 |doi=10.1016/j.numecd.2007.02.011 }}</ref>。明かな効果は、酸化ストレスに対する防御的機能、または酸化促進剤に作用しそれが原因となる疾患の予防であると考えられる<ref name=Dimitroula>{{cite journal |author=Dimitroula HV, Hatzitolios AI, Karvounis HI |title=The role of uric acid in stroke: the issue remains unresolved |journal=Neurologist |volume=14 |issue=4 |pages=238–42 |year=2008 |month=July |pmid=18617849 |doi=10.1097/NRL.0b013e31815c666b}}</ref><ref name=Strazzullo/>。尿酸は酸素が不足する組織から遊離されるため、尿酸濃度の上昇は酸素が薄い環境への順応である可能性がある<ref>{{Cite journal| doi = 10.1378/chest.06-2235| volume = 131| issue = 5| pages = 1473–1478| last = Baillie| first = J.K.| coauthors = M.G. Bates, A.A. Thompson, W.S. Waring, R.W. Partridge, M.F. Schnopp, A. Simpson, F. Gulliver-Sloan, S.R. Maxwell,D.J. Webb| title = Endogenous urate production augments plasma antioxidant capacity in healthy lowland subjects exposed to high altitude| journal = Chest| date = 2007-05| pmid = 17494796}}</ref>。

=== アスコルビン酸 ===
[[ファイル:L-Ascorbic acid.svg|thumb|right|[[アスコルビン酸]]の構造]]

[[アスコルビン酸]](または[[ビタミンC]])は単糖の一つで動植物両方で見られる酸化還元触媒である。アスコルビン酸を合成する酵素は[[霊長類]]の進化の過程で失われてしまったため[[ビタミン]]の一つとなっている<ref>{{cite journal |author=Smirnoff N |title=L-ascorbic acid biosynthesis |journal=Vitam Horm |volume=61 |issue= |pages=241 – 66 |year=2001 |pmid=11153268 |doi=10.1016/S0083-6729(01)61008-2}}</ref>。ただし、ほとんどの[[動物]]はアスコルビン酸を摂取することができるためこの酵素は必要としていない<ref>{{cite journal |author=Linster CL, Van Schaftingen E |title=Vitamin C. Biosynthesis, recycling and degradation in mammals |journal=FEBS J. |volume=274 |issue=1 |pages=1–22 |year=2007 |pmid=17222174 |doi=10.1111/j.1742-4658.2006.05607.x}}</ref>。アスコルビン酸は[[プロリン]]残基を[[ヒドロキシプロリン]]にすることによる[[プロコラーゲン]]から[[コラーゲン]]への変換に必須である。その他の細胞では、[[グルタチオン]]が用いられる[[タンパク質ジスルフィドイソメラーゼ]](EC 5.3.4.1)および[[グルタレドキシン]](EC 1.20.4.1)の反応によってその還元型が維持されている<ref name="MeisterA">{{cite journal |author=Meister A |title=Glutathione-ascorbic acid antioxidant system in animals |journal=J Biol Chem |volume=269 |issue=13 |pages=9397 – 400 |year=1994 |pmid=8144521}}</ref><ref>{{cite journal |author=Wells W, Xu D, Yang Y, Rocque P |title=Mammalian thioltransferase (glutaredoxin) and protein disulfide isomerase have dehydroascorbate reductase activity |url=http://www.jbc.org/cgi/reprint/265/26/15361 |journal=J Biol Chem |volume=265 |issue=26 |pages=15361 – 4 |date=15 September 1990|pmid=2394726 }}</ref>。アスコルビン酸は還元ができる酸化還元触媒で、それにより過酸化水素のような活性酸素種を中性にする<ref>{{cite journal |author=Padayatty S, Katz A, Wang Y, Eck P, Kwon O, Lee J, Chen S, Corpe C, Dutta A, Dutta S, Levine M |title=Vitamin C as an antioxidant: evaluation of its role in disease prevention |url=http://www.jacn.org/cgi/content/full/22/1/18 |journal=J Am Coll Nutr |volume=22 |issue=1 |pages=18 – 35 |date=1 February 2003|pmid=12569111 }}</ref>。直接的な抗酸化機能に加えて、[[植物]]ではアスコルビン酸ペルオキシダーゼの基質となっている<ref>{{cite journal |author=Shigeoka S, Ishikawa T, Tamoi M, Miyagawa Y, Takeda T, Yabuta Y, Yoshimura K |title=Regulation and function of ascorbate peroxidase isoenzymes |url=http://jxb.oxfordjournals.org/cgi/content/full/53/372/1305 |journal=J Exp Bot |volume=53 |issue=372 |pages=1305 – 19 |year=2002 |pmid=11997377 |doi=10.1093/jexbot/53.372.1305}}</ref>。アスコルビン酸は植物のすべての部分において高濃度で存在しており、葉緑体では20[[モル濃度|mM]]にも及ぶ<ref>{{cite journal |author=Smirnoff N, Wheeler GL |title=Ascorbic acid in plants: biosynthesis and function |journal=Crit. Rev. Biochem. Mol. Biol. |volume=35 |issue=4 |pages=291–314 |year=2000 |pmid=11005203 |doi=10.1080/10409230008984166}}</ref>。

=== グルタチオン ===

[[Image:Lipid peroxidation.svg|300px|thumb|right|脂質過酸化反応のフリーラジカル機構]]

グルタチオンは有酸素種で見られる[[システイン]]含有[[ペプチド]]である<ref name="MeisterB">{{cite journal |author=Meister A, Anderson M |title=Glutathione |journal=Annu Rev Biochem |volume=52 |pages=711 – 60 |year=1983 |pmid=6137189 |doi=10.1146/annurev.bi.52.070183.003431}}</ref>。グルタチオンは摂取により補給する必要は無く、[[細胞]]内で[[アミノ酸]]から合成される<ref>{{cite journal |author=Meister A |title=Glutathione metabolism and its selective modification |url=http://www.jbc.org/cgi/reprint/263/33/17205.pdf |journal=J Biol Chem |volume=263 |issue=33 |pages=17205 – 8 |year=1988 |pmid=3053703|format=PDF |doi=10.1073/pnas.0508621102}}</ref>。グルタチオンはシステイン部分の[[チオール]]基が抗酸化能を持ち、酸化や還元を可逆的に行うことができる。細胞内ではグルタチオンは、[[グルタチオンレダクターゼ]]により還元型で維持され、直接酸化剤と反応するだけではなく、[[グルタチオン-アスコルビン酸回路]]や[[グルタチオンペルオキシダーゼ]]、[[グルタレドキシン]]などの酵素系によって他の有機物の還元を行っている<ref name="MeisterA" />。グルタチオンはその濃度の高さと細胞での酸化還元状態の維持に重要な役割を果たしていることから、最も重要な細胞性抗酸化物質である<ref name="MeisterB" />。いくつかの有機体のグルタチオンには、[[放線菌]]の[[マイコチオール]]や[[キネトプラスト類]]の[[トリパノチオン]]のように他のチオールに置換しているものがある<ref>{{cite journal |author=Fahey RC |title=Novel thiols of prokaryotes |journal=Annu. Rev. Microbiol. |volume=55 |issue= |pages=333–56 |year=2001 |pmid=11544359 |doi=10.1146/annurev.micro.55.1.333}}</ref><ref>{{cite journal |author=Fairlamb AH, Cerami A |title=Metabolism and functions of trypanothione in the Kinetoplastida |journal=Annu. Rev. Microbiol. |volume=46 |issue= |pages=695–729 |year=1992 |pmid=1444271 |doi=10.1146/annurev.mi.46.100192.003403}}</ref>。

=== メラトニン ===
[[ファイル:Melatonin2.svg|right|thumb|200px|[[メラトニン]]の構造]]
[[メラトニン]]は容易に[[細胞膜]]と[[血液脳関門]]を通過できる強力な抗酸化物質である<ref>{{cite journal |author=Reiter RJ, Carneiro RC, Oh CS |title=Melatonin in relation to cellular antioxidative defense mechanisms |journal=Horm. Metab. Res. |volume=29 |issue=8 |pages=363–72 |year=1997 |pmid=9288572 |doi=10.1055/s-2007-979057}}</ref>。他の抗酸化物質とは異なり、再度の酸化または還元を受けることはなく、酸化還元サイクルを形成しない。酸化還元サイクルを形成する他の抗酸化物質(ビタミンCなど)は酸化促進剤としてフリーラジカルを形成する可能性がある。しかし、メラトニンはフリーラジカルと反応すると安定な状態になるため1回酸化されるのみで、還元はされない。したがって、メラトニンは'''末端抗酸化物質'''(terminal antioxidant)とも呼ばれる<ref name="Tan2000">{{cite journal |author=Tan DX, Manchester LC, Reiter RJ, Qi WB, Karbownik M, Calvo JR |title=Significance of melatonin in antioxidative defense system: reactions and products |journal=Biological signals and receptors |volume=9 |issue=3–4 |pages=137–59 |year=2000 |pmid=10899700 |doi=10.1159/000014635}}</ref>。

=== トコフェロール類、トコトリエノール類(ビタミンE) ===

[[ファイル:Tocopherol, alpha-.svg|thumb|right|300px|[[トコフェロール|α-トコフェロール]]の構造。]]

[[ビタミンE]]は[[トコフェロール]]類と[[トコトリエノール]]類の共同名で、抗酸化機能を持つ脂溶性ビタミンである<ref name="Herrera">{{cite journal |author=Herrera E, Barbas C |title=Vitamin E: action, metabolism and perspectives |journal=J Physiol Biochem |volume=57 |issue=2 |pages=43 – 56 |year=2001 |pmid=11579997 |doi=10.1007/BF03179812}}</ref><ref>{{cite journal |author=Packer L, Weber SU, Rimbach G |title=Molecular aspects of alpha-tocotrienol antioxidant action and cell signalling |journal=J. Nutr. |volume=131 |issue=2 |pages=369S–73S |date=1 February 2001|pmid=11160563 |url=http://jn.nutrition.org/cgi/content/full/131/2/369S }}</ref>。ビタミンEのうち、[[トコフェロール|α-トコフェロール]]のバイオアベイラビリティが選択的吸収および代謝とともに最も研究がなされている<ref name="Brigelius">{{cite journal |author=Brigelius-Flohé R, Traber M |title=Vitamin E: function and metabolism |url=http://www.fasebj.org/cgi/content/full/13/10/1145 |journal=FASEB J |volume=13 |issue=10 |pages=1145 – 55 |date=1 July 1999|pmid=10385606 }}</ref>。

α-トコフェロールは、脂質過酸化連鎖反応で生成する脂質ラジカルによる酸化から細胞膜を保護するため、最も重要な脂溶性抗酸化物質である<ref name="Herrera" /><ref>{{cite journal |author=Traber MG, Atkinson J |title=Vitamin E, antioxidant and nothing more |journal=Free Radic. Biol. Med. |volume=43 |issue=1 |pages=4–15 |year=2007 |pmid=17561088 |doi=10.1016/j.freeradbiomed.2007.03.024 |pmc=2040110}}</ref>。つまりはフリーラジカル中間体の除去により、それによる成長反応を抑制している。この反応では酸化型であるα-トコフェロキシルラジカルが生成するが、アスコルビン酸や[[レチノール]]、[[ユビキノール]]など他の抗酸化物質により還元され、元の還元型にリサイクルされる<ref>{{cite journal |author=Wang X, Quinn P |title=Vitamin E and its function in membranes |journal=Prog Lipid Res |volume=38 |issue=4 |pages=309 – 36 |year=1999 |pmid=10793887 |doi=10.1016/S0163-7827(99)00008-9}}</ref>。これは、水溶性抗酸化物質ではないα-トコフェロールが効率的にグルタチオンペルオキシダーゼ4([[GPX4]])-欠乏細胞を細胞死から保護しているという研究結果と一致する<ref>{{cite journal | author = Seiler A, Schneider M, Förster H, Roth S, Wirth EK, Culmsee C, Plesnila N, Kremmer E, Rådmark O, Wurst W, Bornkamm GW, Schweizer U, Conrad M | title = Glutathione peroxidase 4 senses and translates oxidative stress into 12/15-lipoxygenase dependent- and AIF-mediated cell death | journal = Cell Metab. | volume = 8 | issue = 3 | pages = 237–48 | year = 2008 | month = September | pmid = 18762024 | doi = 10.1016/j.cmet.2008.07.005 | url = | last12 = Schweizer | first12 = U | last13 = Conrad | first13 = M }}</ref>。GPX4は生体膜の内側で脂質-ヒドロペルオキシドを効率的に還元する唯一知られている酵素である。

ビタミンEの異なる型の役割とその重要性は現在のところはっきりしていないが<ref>{{cite journal |author=Brigelius-Flohé R, Davies KJ |title=Is vitamin E an antioxidant, a regulator of signal transduction and gene expression, or a 'junk' food? Comments on the two accompanying papers: "Molecular mechanism of alpha-tocopherol action" by A. Azzi and "Vitamin E, antioxidant and nothing more" by M. Traber and J. Atkinson |journal=Free Radic. Biol. Med. |volume=43 |issue=1 |pages=2–3 |year=2007 |pmid=17561087 |doi=10.1016/j.freeradbiomed.2007.05.016}}</ref><ref>{{cite journal |author=Atkinson J, Epand RF, Epand RM |title=Tocopherols and tocotrienols in membranes: A critical review |journal=Free Radic. Biol. Med. |volume=44 |issue=5 |pages=739–764 |year=2007 |pmid=18160049 |doi=10.1016/j.freeradbiomed.2007.11.010}}</ref>、その役割は抗酸化物質よりも[[細胞シグナリング|シグナリング分子]]の方であることが提唱されている<ref name="Azzi">{{cite journal |author=Azzi A |title=Molecular mechanism of alpha-tocopherol action |journal=Free Radic. Biol. Med. |volume=43 |issue=1 |pages=16–21 |year=2007 |pmid=17561089 |doi=10.1016/j.freeradbiomed.2007.03.013}}</ref><ref>{{cite journal |author=Zingg JM, Azzi A |title=Non-antioxidant activities of vitamin E |journal=Curr. Med. Chem. |volume=11 |issue=9 |pages=1113–33 |year=2004 |pmid=15134510}}</ref>。また、γ-トコフェロールは求電子性の突然変異原の求核剤として<ref name="Brigelius" />、そしてトコトリエノール類はニューロンを損傷から保護していると考えられている<ref>{{cite journal |author=Sen C, Khanna S, Roy S |title=Tocotrienols: Vitamin E beyond tocopherols |pmc=1790869 |journal=Life Sci |volume=78 |issue=18 |pages=2088–98 |year=2006 |pmid=16458936 |doi=10.1016/j.lfs.2005.12.001}}</ref>。

== 酸化促進剤としての機能 ==

還元剤でもある抗酸化物質は酸化促進剤として機能することもできる。例えば、ビタミンCは過酸化水素のような酸化型基質を還元したときは抗酸化物質として作用するが<ref>{{cite journal |author=Duarte TL, Lunec J |title=Review: When is an antioxidant not an antioxidant? A review of novel actions and reactions of vitamin C |journal=Free Radic. Res. |volume=39 |issue=7 |pages=671–86 |year=2005 |pmid=16036346 |doi=10.1080/10715760500104025}}</ref>、[[フェントン反応]]を通して還元型金属イオンからフリーラジカルを作り出す<ref name="Carr">{{cite journal |author=Carr A, Frei B |title=Does vitamin C act as a pro-oxidant under physiological conditions? |url=http://www.fasebj.org/cgi/content/full/13/9/1007 |journal=FASEB J. |volume=13 |issue=9 |pages=1007–24 |date=1 June 1999|pmid=10336883 }}</ref><ref>{{cite journal |author=Stohs SJ, Bagchi D |title=Oxidative mechanisms in the toxicity of metal ions |journal=Free Radic. Biol. Med. |volume=18 |issue=2 |pages=321–36 |year=1995 |pmid=7744317 |doi=10.1016/0891-5849(94)00159-H}}</ref>。

: 2 Fe<sup>3+</sup> + [[アスコルビン酸]] → 2 Fe<sup>2+</sup> + [[デヒドロアスコルビン酸]]
:: 2 Fe<sup>2+</sup> + 2 H<sub>2</sub>O<sub>2</sub> → 2 Fe<sup>3+</sup> + 2 OH'''·''' + 2 OH<sup>−</sup>

抗酸化物質の抗酸化能と酸化促進能の相対的重要性は現在の所は研究段階であるが、ビタミンCは体内ではほぼ抗酸化物質として機能していると考えられている<ref name="Carr" /><ref>{{cite journal |author=Valko M, Morris H, Cronin MT |title=Metals, toxicity and oxidative stress |journal=Curr. Med. Chem. |volume=12 |issue=10 |pages=1161–208 |year=2005 |pmid=15892631 |doi=10.2174/0929867053764635}}</ref>。しかしながら、後述の通りビタミンE<ref>{{cite journal |author=Schneider C |title=Chemistry and biology of vitamin E |journal=Mol Nutr Food Res |volume=49 |issue=1 |pages=7–30 |year=2005 |pmid=15580660 |doi=10.1002/mnfr.200400049}}</ref>や[[ポリフェノール]]類が食物抗酸化剤として利用されている<ref>{{cite journal | author = Halliwell, B. |title=Are polyphenols antioxidants or pro-oxidants? What do we learn from cell culture and in vivo studies? |year=2008 |volume=476 |issue=2 |pages=107–112 |doi=10.1016/j.abb.2008.01.028 | journal = Archives of Biochemistry and Biophysics | pmid = 18284912 | last1 = Halliwell | first1 = B}}</ref>。

== 酵素系 ==

[[Image:Antioxidant pathway.svg|thumb|right|400px|活性酸素種の酵素経路による解毒化。]]

=== 概説 ===

化学的酸化防止剤と同様に、細胞は抗酸化酵素の相互作用網によって[[酸化ストレス]]から保護されている<ref name="Sies" /><ref name="Davies" />。[[酸化的リン酸化]]のようなプロセスによって遊離される[[超酸化物]]は最初に過酸化水素に変換され、さらなる還元を受け最終的に[[水]]となる。この解毒経路は[[スーパーオキシドジスムターゼ]]や[[カタラーゼ]]、[[ペルオキシダーゼ]]など多数の酵素によるものである。

抗酸化代謝体と同様に、抗酸化防衛における酵素の寄与を互いに切り離して考えることは難しいが、抗酸化酵素を1つだけ欠損させた遺伝子導入マウスを作ることそので情報を得ることができる<ref name=Magnenat>{{cite journal |author=Ho YS, Magnenat JL, Gargano M, Cao J |title=The nature of antioxidant defense mechanisms: a lesson from transgenic studies |url=http://jstor.org/stable/3433989 |journal=Environ. Health Perspect. |volume=106 |issue=Suppl 5 |pages=1219–28 |date=1 October 1998|pmid=9788901 |pmc=1533365 |doi=10.2307/3433989 }}</ref>。

=== スーパーオキシドジスムターゼ、カタラーゼおよびペルオキシレドキシン ===

[[スーパーオキシドジスムターゼ]]類(SODs)は、スーパーペルオキシドアニオンを酸素と過酸化水素に分解する酵素群である<ref>{{cite journal |author=Zelko I, Mariani T, Folz R |title=Superoxide dismutase multigene family: a comparison of the CuZn-SOD (SOD1), Mn-SOD (SOD2), and EC-SOD (SOD3) gene structures, evolution, and expression |journal=Free Radic Biol Med |volume=33 |issue=3 |pages=337–49 |year=2002 |pmid=12126755 |doi=10.1016/S0891-5849(02)00905-X}}</ref><ref name="Bannister">{{cite journal |author=Bannister J, Bannister W, Rotilio G |title=Aspects of the structure, function, and applications of superoxide dismutase |journal=CRC Crit Rev Biochem |volume=22 |issue=2 |pages=111–80 |year=1987 |pmid=3315461 |doi=10.3109/10409238709083738}}</ref>。SODはほとんど全ての好気性細胞と細胞外液に存在する<ref>{{cite journal |author=Johnson F, Giulivi C |title=Superoxide dismutases and their impact upon human health |journal=Mol Aspects Med |volume=26 |issue=4–5 |pages=340–52 |year=2005 |pmid=16099495 |doi=10.1016/j.mam.2005.07.006}}</ref>。SODはその[[アイソザイム]]によって、[[銅]]、[[亜鉛]]、[[マンガン]]、および[[鉄]]を[[補因子]]として含む。ヒトでは、銅/亜鉛SODは細胞質に、マンガンSODは[[ミトコンドリア]]に存在する<ref name="Bannister" />。また、銅と亜鉛を活性部位に持つ第三のSODが細胞外液に存在する<ref>{{cite journal |author=Nozik-Grayck E, Suliman H, Piantadosi C |title=Extracellular superoxide dismutase |journal=Int J Biochem Cell Biol |volume=37 |issue=12 |pages=2466–71 |year=2005 |pmid=16087389 |doi=10.1016/j.biocel.2005.06.012}}</ref>。3種のSODのうち、ミトコンドリアアイソザイムは最も生物学的に重要で、マウスはこの酵素が欠損すると生後間もなく死亡する<ref>{{cite journal |author=Melov S, Schneider J, Day B, Hinerfeld D, Coskun P, Mirra S, Crapo J, Wallace D |title=A novel neurological phenotype in mice lacking mitochondrial manganese superoxide dismutase |journal=Nat Genet |volume=18 |issue=2 |pages=159–63 |year=1998 |pmid=9462746 |doi=10.1038/ng0298-159}}</ref>。一方、銅/亜鉛SOD(Sod1)欠損マウスは生存能力はあるが多くは病的で低寿命([[超酸化物]]を参照)であり、細胞外液SOD欠損マウスは異常は最小限([[酸素過剰症]]に過敏)である<ref name="Magnenat" /><ref>{{cite journal |author=Reaume A, Elliott J, Hoffman E, Kowall N, Ferrante R, Siwek D, Wilcox H, Flood D, Beal M, Brown R, Scott R, Snider W |title=Motor neurons in Cu/Zn superoxide dismutase-deficient mice develop normally but exhibit enhanced cell death after axonal injury |journal=Nat Genet |volume=13 |issue=1 |pages=43–7 |year=1996 |pmid=8673102 |doi=10.1038/ng0596-43 |last12=Snider |first12=WD}}</ref>。[[植物]]では、SODのアイソザイムは[[細胞質]]と[[ミトコンドリア]]に存在し、[[葉緑体]]では[[脊椎動物]]と[[酵母菌]]には無い鉄SODが見られる<ref>{{cite journal |author=Van Camp W, Inzé D, Van Montagu M |title=The regulation and function of tobacco superoxide dismutases |journal=Free Radic Biol Med |volume=23 |issue=3 |pages=515–20 |year=1997 |pmid=9214590 |doi=10.1016/S0891-5849(97)00112-3}}</ref>。

[[カタラーゼ]]は[[鉄]]と[[マンガン]]を[[補因子]]として用いて[[過酸化水素]]を[[水]]と[[酸素]]に変換する酵素である<ref>{{cite journal |author=Chelikani P, Fita I, Loewen P |title=Diversity of structures and properties among catalases |journal=Cell Mol Life Sci |volume=61 |issue=2 |pages=192–208 |year=2004 |pmid=14745498 |doi=10.1007/s00018-003-3206-5}}</ref><ref>{{cite journal |author=Zámocký M, Koller F |title=Understanding the structure and function of catalases: clues from molecular evolution and ''in vitro'' mutagenesis |journal=Prog Biophys Mol Biol |volume=72 |issue=1 |pages=19–66 |year=1999 |pmid=10446501 |doi=10.1016/S0079-6107(98)00058-3}}</ref>。このタンパク質はほとんどの[[真核細胞]]の[[ペルオキシソーム]]に局在している<ref>{{cite journal |author=del Río L, Sandalio L, Palma J, Bueno P, Corpas F |title=Metabolism of oxygen radicals in peroxisomes and cellular implications |journal=Free Radic Biol Med |volume=13 |issue=5 |pages=557–80 |year=1992 |pmid=1334030 |doi=10.1016/0891-5849(92)90150-F}}</ref>。カタラーゼは基質が過酸化水素だけである独特な酵素で、[[ピンポン機構]]を示す。まず補因子が一分子の過酸化水素で酸化され、生成した酸素を二番目の基質へ転移させることにより補因子が再生する<ref>{{cite journal |author=Hiner A, Raven E, Thorneley R, García-Cánovas F, Rodríguez-López J |title=Mechanisms of compound I formation in heme peroxidases |journal=J Inorg Biochem |volume=91 |issue=1 |pages=27–34 |year=2002 |pmid=12121759 |doi=10.1016/S0162-0134(02)00390-2}}</ref>。過酸化水素の除去は明らかに重要であるのにも関わらず、遺伝的なカタラーゼの欠損([[無カタラーゼ症]])のヒト、もしくは遺伝子組み換えで無カタラーゼにしたマウスの苦痛を感じる病的影響はほとんど無い<ref>{{cite journal |author=Mueller S, Riedel H, Stremmel W |title=Direct evidence for catalase as the predominant H2O2 -removing enzyme in human erythrocytes |url=http://www.bloodjournal.org/cgi/content/full/90/12/4973 |journal=Blood |volume=90 |issue=12 |pages=4973–8 |date=15 December 1997|pmid=9389716 }}</ref><ref>{{cite journal |author=Ogata M |title=Acatalasemia |journal=Hum Genet |volume=86 |issue=4 |pages=331–40 |year=1991 |pmid=1999334 |doi=10.1007/BF00201829}}</ref>。

[[Image:Peroxiredoxin.png|thumb|''Salmonella typhimurium''由来の細菌性 2-システイン[[ペルオキシレドキシン]]の一つ、AhpCの十量体構造<ref>{{cite journal |author=Parsonage D, Youngblood D, Sarma G, Wood Z, Karplus P, Poole L |title=Analysis of the link between enzymatic activity and oligomeric state in AhpC, a bacterial peroxiredoxin |journal=Biochemistry |volume=44 |issue=31 |pages=10583–92 |year=2005 |pmid=16060667 |doi=10.1021/bi050448i}} [http://www.rcsb.org/pdb/explore.do?structureId=1YEX PDB 1YEX]</ref>]]

[[ペルオキシレドキシン]]類は過酸化水素や[[ペルオキシ亜硝酸]]など有機ヒドロペルペルオキシドの還元を触媒する[[ペルオキシダーゼ]]類である<ref>{{cite journal |author=Rhee S, Chae H, Kim K |title=Peroxiredoxins: a historical overview and speculative preview of novel mechanisms and emerging concepts in cell signaling |journal=Free Radic Biol Med |volume=38 |issue=12 |pages=1543–52 |year=2005 |pmid=15917183 |doi=10.1016/j.freeradbiomed.2005.02.026}}</ref>。ペルオキシレドキシンは、典型的な2-システインペルオキシレドキシン、非定型な2-システインペルオキシレドキシン、1-システインペルオキシレドキシンの3種に分けられられる<ref>{{cite journal |author=Wood Z, Schröder E, Robin Harris J, Poole L |title=Structure, mechanism and regulation of peroxiredoxins |journal=Trends Biochem Sci |volume=28 |issue=1 |pages=32–40 |year=2003 |pmid=12517450 |doi=10.1016/S0968-0004(02)00003-8}}</ref>。これらの酵素は基本的に触媒機構は同じで、活性部位の酸化還元活性システイン(peroxidatic cysteine)は基質であるペルオキシドによって[[スルフェン酸]]に酸化される<ref>{{cite journal |author=Claiborne A, Yeh J, Mallett T, Luba J, Crane E, Charrier V, Parsonage D |title=Protein-sulfenic acids: diverse roles for an unlikely player in enzyme catalysis and redox regulation |journal=Biochemistry |volume=38 |issue=47 |pages=15407–16 |year=1999 |pmid=10569923 |doi=10.1021/bi992025k}}</ref>。このシステイン残基の過酸化により酵素は不活性化するが、[[スルフィレドキシン]]の作用によって再生されることができる<ref>{{cite journal |author=Jönsson TJ, Lowther WT |title=The peroxiredoxin repair proteins |journal=Sub-cellular biochemistry |volume=44 |issue= |pages=115–41 |year=2007 |pmid=18084892 |pmc=2391273 |doi=10.1007/978-1-4020-6051-9_6 }}</ref>。ペルオキシレドキシン1および2を欠損させたマウスでは低寿命化や[[溶血性貧血]]が起こり、植物ではペルオキシレドキシン葉緑体で発生した過酸化水素の除去に使われるため、ペルオキシレドキシンは抗酸化代謝において重要である<ref>{{cite journal |author=Neumann C, Krause D, Carman C, Das S, Dubey D, Abraham J, Bronson R, Fujiwara Y, Orkin S, Van Etten R |title=Essential role for the peroxiredoxin Prdx1 in erythrocyte antioxidant defence and tumour suppression |journal=Nature |volume=424 |issue=6948 |pages=561–5 |year=2003 |pmid=12891360 |doi=10.1038/nature01819}}</ref><ref>{{cite journal |author=Lee T, Kim S, Yu S, Kim S, Park D, Moon H, Dho S, Kwon K, Kwon H, Han Y, Jeong S, Kang S, Shin H, Lee K, Rhee S, Yu D |title=Peroxiredoxin II is essential for sustaining life span of erythrocytes in mice |url=http://www.bloodjournal.org/cgi/content/full/101/12/5033 | doi = 10.1182/blood-2002-08-2548 |journal=Blood |volume=101 |issue=12 |pages=5033–8 |year=2003 |pmid=12586629 |last12=Kang |first12=SW |last13=Shin |first13=HS |last14=Lee |first14=KK |last15=Rhee |first15=SG |last16=Yu |first16=DY}}</ref><ref>{{cite journal |author=Dietz K, Jacob S, Oelze M, Laxa M, Tognetti V, de Miranda S, Baier M, Finkemeier I |title=The function of peroxiredoxins in plant organelle redox metabolism |journal=J Exp Bot |volume=57 |issue=8 |pages=1697–709 |year=2006 |pmid=16606633 |doi=10.1093/jxb/erj160}}</ref>。

=== チオレドキシン系とグルタチオン系 ===

[[チオレドキシン]]系は12k[[統一原子質量単位|Da]]のタンパク質チオレドキシンとそれに随伴する[[チオレドキシンレダクターゼ]]からなる<ref>{{cite journal | author=Nordberg J, Arner ES | title=Reactive oxygen species, antioxidants, and the mammalian thioredoxin system | journal=Free Radic Biol Med | year=2001 | pages=1287–312 | volume=31 | issue=11 | pmid=11728801 | doi=10.1016/S0891-5849(01)00724-9}}</ref>。チオレドキシンに関連するタンパク質は、[[シロイヌナズナ]]のような植物とすべての有機体の塩基配列に存在しており、多様なイソ型を持つ<ref>{{cite journal |author=Vieira Dos Santos C, Rey P |title=Plant thioredoxins are key actors in the oxidative stress response |journal=Trends Plant Sci |volume=11 |issue=7 |pages=329–34 |year=2006 |pmid=16782394 |doi=10.1016/j.tplants.2006.05.005}}</ref>。チオレドキシンの活性部位には2つの隣接したシステインがあるが、CXXCの配列が強く保存されており、活性ジチオール型(還元型)とジスルフィド型(酸化型)との間で循環することができる。活性状態では、チオレドキシンは還元剤として有効に機能し、活性酸素種を除去することによりタンパク質の還元状態を維持させる<ref>{{cite journal |author=Arnér E, Holmgren A |title=Physiological functions of thioredoxin and thioredoxin reductase |url=http://www.blackwell-synergy.com/doi/full/10.1046/j.1432-1327.2000.01701.x | doi = 10.1046/j.1432-1327.2000.01701.x |journal=Eur J Biochem |volume=267 |issue=20 |pages=6102–9 |year=2000 |pmid=11012661}}</ref>。酸化されるとチオレドキシンは[[ニコチンアミドアデニンジヌクレオチドリン酸|NADPH]]を[[電子供与体]]として[[チオレドキシンレダクターゼ]]によって再生される<ref>{{cite journal |author=Mustacich D, Powis G |title=Thioredoxin reductase |pmc=1220815 |journal=Biochem J |volume=346 |issue=Pt 1 |pages=1–8 |year=2000 |pmid=10657232 |doi=10.1042/0264-6021:3460001}}</ref>。

[[グルタチオン]]系には、[[グルタチオン]]と[[グルタチオンレダクターゼ]]、[[グルタチオンペルオキシダーゼ]]および[[グルタチオン S-トランスフェラーゼ|グルタチオン ''S''-トランスフェラーゼ]]が含まれる<ref name="MeisterB" />。この系は動物、植物および微生物で見られる<ref name="MeisterB" /><ref>{{cite journal |author=Creissen G, Broadbent P, Stevens R, Wellburn A, Mullineaux P |title=Manipulation of glutathione metabolism in transgenic plants |journal=Biochem Soc Trans |volume=24 |issue=2 |pages=465–9 |year=1996 |pmid=8736785}}</ref>。グルタチオンペルオキシダーゼは[[補因子]]として4つの[[セレン]]原子を含み、過酸化水素と有機ヒドロペルオキシドの分解を触媒する。動物では少なくとも4種のグルタチオンペルオキシダーゼの[[アイソザイム]]がある<ref>{{cite journal |author=Brigelius-Flohé R |title=Tissue-specific functions of individual glutathione peroxidases |journal=Free Radic Biol Med |volume=27 |issue=9–10 |pages=951–65 |year=1999 |pmid=10569628 |doi=10.1016/S0891-5849(99)00173-2}}</ref>。グルタチオンペルオキシダーゼ1は最も豊富で、効率的に過酸化水素を除去する。一方、グルタチオンペルオキシダーゼ4は脂質ヒドロペルオキシドに作用する。意外にも、グルタチオンペルオキシダーゼ1は無くとも問題はなく、この酵素を欠損させたマウスは正常寿命である<ref>{{cite journal |author=Ho Y, Magnenat J, Bronson R, Cao J, Gargano M, Sugawara M, Funk C |title=Mice deficient in cellular glutathione peroxidase develop normally and show no increased sensitivity to hyperoxia |url=http://www.jbc.org/cgi/content/full/272/26/16644 |journal=J Biol Chem |volume=272 |issue=26 |pages=16644–51 |year=1997 |pmid=9195979 |doi=10.1074/jbc.272.26.16644}}</ref>。しかし、グルタチオンペルオキシダーゼ1欠損マウスは酸化ストレスに過敏である<ref>{{cite journal |author=de Haan J, Bladier C, Griffiths P, Kelner M, O'Shea R, Cheung N, Bronson R, Silvestro M, Wild S, Zheng S, Beart P, Hertzog P, Kola I |title=Mice with a homozygous null mutation for the most abundant glutathione peroxidase, Gpx1, show increased susceptibility to the oxidative stress-inducing agents paraquat and hydrogen peroxide |url=http://www.jbc.org/cgi/content/full/273/35/22528 |journal=J Biol Chem |volume=273 |issue=35 |pages=22528–36 |year=1998 |pmid=9712879 |doi=10.1074/jbc.273.35.22528 |last12=Hertzog |first12=PJ |last13=Kola |first13=I}}</ref>。グルタチオン ''S''-トランスフェラーゼについては過酸化脂質に対し高活性が見られる<ref>{{cite journal |author=Sharma R, Yang Y, Sharma A, Awasthi S, Awasthi Y |title=Antioxidant role of glutathione S-transferases: protection against oxidant toxicity and regulation of stress-mediated apoptosis |journal=Antioxid Redox Signal |volume=6 |issue=2 |pages=289–300 |year=2004 |pmid=15025930 |doi=10.1089/152308604322899350}}</ref>。これらの酵素は肝臓に高濃度で存在し、また解毒作用を持つ<ref>{{cite journal |author=Hayes J, Flanagan J, Jowsey I |title=Glutathione transferases |journal=Annu Rev Pharmacol Toxicol |volume=45 |issue= |pages=51–88 |year=2005 |pmid=15822171 |doi=10.1146/annurev.pharmtox.45.120403.095857}}</ref>。

== 酸化ストレス ==

{{see also|活性酸素}}

酸化ストレスは[[アルツハイマー型認知症]]<ref>{{cite journal |author=Christen Y |title=Oxidative stress and Alzheimer disease |url=http://www.ajcn.org/cgi/content/full/71/2/621s |journal=Am J Clin Nutr |volume=71 |issue=2 |pages=621S–629S |date=1 February 2000|pmid=10681270 }}</ref><ref>{{cite journal |author=Nunomura A, Castellani R, Zhu X, Moreira P, Perry G, Smith M |title=Involvement of oxidative stress in Alzheimer disease |journal=J Neuropathol Exp Neurol |volume=65 |issue=7 |pages=631–41 |year=2006 |pmid=16825950 |doi=10.1097/01.jnen.0000228136.58062.bf}}</ref>、[[パーキンソン病]]<ref>{{cite journal |author=Wood-Kaczmar A, Gandhi S, Wood N |title=Understanding the molecular causes of Parkinson's disease |journal=Trends Mol Med |volume=12 |issue=11 |pages=521–8 |year=2006 |pmid=17027339 |doi=10.1016/j.molmed.2006.09.007}}</ref>、[[糖尿病]]が原因となる病気<ref>{{cite journal |author=Davì G, Falco A, Patrono C |title=Lipid peroxidation in diabetes mellitus |journal=Antioxid Redox Signal |volume=7 |issue=1–2 |pages=256–68 |year=2005 |pmid=15650413 |doi=10.1089/ars.2005.7.256}}</ref><ref>{{cite journal |author=Giugliano D, Ceriello A, Paolisso G |title=Oxidative stress and diabetic vascular complications |journal=Diabetes Care |volume=19 |issue=3 |pages=257–67 |year=1996 |pmid=8742574 |doi=10.2337/diacare.19.3.257}}</ref>、[[関節リウマチ]]<ref>{{cite journal |author=Hitchon C, El-Gabalawy H |title=Oxidation in rheumatoid arthritis |pmc=1064874 |doi=10.1186/ar1447 |journal=Arthritis Res Ther |volume=6 |issue=6 |pages=265–78 |year=2004 |pmid=15535839}}</ref>、[[運動ニューロン病]]による[[神経変性]]<ref>{{cite journal |doi=10.1111/j.1750-3639.1999.tb00217.x |author=Cookson M, Shaw P |title=Oxidative stress and motor neurone disease |journal=Brain Pathol |volume=9 |issue=1 |pages=165–86 |year=1999 |pmid=9989458}}</ref>など広範囲の病気の進行に寄与していると考えられている。こられの症状の多くは、酸化剤が病気の要因になっているのか、二次的な要因になっているのか、一般的な組織の損傷が要因になっているのか不明確である<ref name="emfafb" />。しかし、[[心血管疾患]]については酸化ストレスが関連していることがよく分かっている。[[低比重リポタンパク質]](LDL)の酸化が[[アテローム]]の発生を誘発し、それが[[アテローム性動脈硬化症]]となり、最終的には心臓血管の疾患に繋がるのである<ref>{{cite journal |author=Van Gaal L, Mertens I, De Block C |title=Mechanisms linking obesity with cardiovascular disease |journal=Nature |volume=444 |issue=7121 |pages=875–80 |year=2006 |pmid=17167476 |doi=10.1038/nature05487}}</ref><ref>{{cite journal |author=Aviram M |title=Review of human studies on oxidative damage and antioxidant protection related to cardiovascular diseases |journal=Free Radic Res |volume=33 Suppl |issue= |pages=S85–97 |year=2000 |pmid=11191279}}</ref>。

低カロリーの摂食は多くの動物の平均寿命と最長寿命を延ばす。この効果は酸化ストレスの減少が関与している可能性がある<ref>{{cite journal | doi=10.1073/pnas.0510452103 | author=G. López-Lluch, N. Hunt, B. Jones, M. Zhu, H. Jamieson, S. Hilmer, M. V. Cascajo, J. Allard, D. K. Ingram, P. Navas, and R. de Cabo | title=Calorie restriction induces mitochondrial biogenesis and bioenergetic efficiency | journal=Proc Natl Acad Sci USA |year=2006 | volume=103 | issue=6 | pages=1768–1773 | pmid=16446459 | pmc=1413655}}</ref>。''[[キイロショウジョウバエ|Drosophila melanogaster]]''や''[[C. elegans|Caenorhabditis elegans]]''のようなモデル生物では老化に酸化ストレスが関与していることが支持されている<ref>{{cite journal |author=Larsen P |title=Aging and resistance to oxidative damage in Caenorhabditis elegans |pmc=47469 |journal=Proc Natl Acad Sci USA |volume=90 |issue=19 |pages=8905–9 |year=1993 |pmid=8415630 |doi=10.1073/pnas.90.19.8905}}</ref><ref>{{cite journal |author=Helfand S, Rogina B |title=Genetics of aging in the fruit fly, Drosophila melanogaster |journal=Annu Rev Genet |volume=37 |issue= |pages=329–48 |year=2003 |pmid=14616064 |doi=10.1146/annurev.genet.37.040103.095211}}</ref>が、哺乳類では不明確である<ref name="hdanrt">{{cite journal |author=Sohal R, Mockett R, Orr W |title=Mechanisms of aging: an appraisal of the oxidative stress hypothesis |journal=Free Radic Biol Med |volume=33 |issue=5 |pages=575–86 |year=2002 |pmid=12208343 |doi=10.1016/S0891-5849(02)00886-9}}</ref><ref name="Sohal R 2002 37–44">{{cite journal |author=Sohal R |title=Role of oxidative stress and protein oxidation in the aging process |journal=Free Radic Biol Med |volume=33 |issue=1 |pages=37–44 |year=2002 |pmid=12086680 |doi=10.1016/S0891-5849(02)00856-0}}</ref><ref name="Rattan S 2006 1230–8">{{cite journal |author=Rattan S |title=Theories of biological aging: genes, proteins, and free radicals |journal=Free Radic Res |volume=40 |issue=12 |pages=1230–8 |year=2006 |pmid=17090411 |doi=10.1080/10715760600911303}}</ref>。2009年に行われたマウスでの再調査では、抗酸化系のほとんどすべての操作は寿命に影響を与えなかったと結論づけられている<ref>{{Cite journal| doi = 10.1016/j.bbagen.2009.06.003| pmid = 19524016| volume = 1790| issue = 10| pages = 1005–1014| last = Pérez| first = Viviana I.| title = Is the oxidative stress theory of aging dead?| journal = Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - General Subjects| accessdate = 2009-09-14| year = 2009 | url = http://www.sciencedirect.com/science/article/B6T1W-4WH2KYY-3/2/3b2909c65fa19256ae2436cb8c143471| last2 = Bokov| first2 = A| last3 = Van Remmen| first3 = H| last4 = Mele| first4 = J| last5 = Ran| first5 = Q| last6 = Ikeno| first6 = Y| last7 = Richardson| first7 = A| pmc = 2789432}}</ref>。果物と野菜の多い食事では抗酸化物質が多く摂取されることにより健康を増進させ老化の影響を減らすとされるが、抗酸化ビタミンの補給は老化作用に対して検知できるような効果は無いため、果物と野菜の効果はその抗酸化物質の含有量とは関係が無いかもしれない<ref>{{cite journal |author=Thomas D |title=Vitamins in health and aging |journal=Clin Geriatr Med |volume=20 |issue=2 |pages=259–74 |year=2004 |pmid=15182881 |doi=10.1016/j.cger.2004.02.001}}</ref><ref>{{cite journal |author=Ward J |title=Should antioxidant vitamins be routinely recommended for older people? |journal=Drugs Aging |volume=12 |issue=3 |pages=169–75 |year=1998 |pmid=9534018 |doi=10.2165/00002512-199812030-00001}}</ref>。事実、ポリフェノールやビタミンEのような抗酸化分子はその他の代謝において別の物質に変換されるため、抗酸化物質としてよりも他の効果を持っている可能性がある<ref name=Azzi/><ref>{{cite journal |author=Aggarwal BB, Shishodia S |title=Molecular targets of dietary agents for prevention and therapy of cancer |journal=Biochem. Pharmacol. |volume=71 |issue=10 |pages=1397–421 |year=2006 |pmid=16563357 |doi=10.1016/j.bcp.2006.02.009}}</ref>。

== 健康への影響 ==
=== 病気治療法 ===

[[脳]]はその高い代謝率と高濃度の多価不飽和脂肪のために酸化的損傷に比類無く弱い<ref>{{cite journal |author=Reiter R |title=Oxidative processes and antioxidative defense mechanisms in the aging brain |url=http://www.fasebj.org/cgi/reprint/9/7/526.pdf |journal=FASEB J |volume=9 |issue=7 |pages=526–33 |year=1995 |pmid=7737461|format=PDF}}</ref>。したがって、抗酸化物質は脳損傷治療の[[医薬品|薬剤]]として広く使われている。スーパーオキシドジスムターゼ模倣薬としては<ref>{{cite journal |author=Warner D, Sheng H, Batinić-Haberle I |title=Oxidants, antioxidants and the ischemic brain |url=http://jeb.biologists.org/cgi/content/full/207/18/3221 |journal=J Exp Biol |volume=207 |issue=Pt 18 |pages=3221–31 |year=2004 |pmid=15299043 |doi=10.1242/jeb.01022}}</ref>、[[チオペンタール]]と[[プロポフォール]]が[[再かん流傷害]]と[[外傷性脳損傷]]に<ref>{{cite journal |author=Wilson J, Gelb A |title=Free radicals, antioxidants, and neurologic injury: possible relationship to cerebral protection by anesthetics |journal=J Neurosurg Anesthesiol |volume=14 |issue=1 |pages=66–79 |year=2002 |pmid=11773828 |doi=10.1097/00008506-200201000-00014}}</ref>、実験的薬剤としては[[ジスフェントン]](NXY-059)<ref>{{cite journal |author=Lees K, Davalos A, Davis S, Diener H, Grotta J, Lyden P, Shuaib A, Ashwood T, Hardemark H, Wasiewski W, Emeribe U, Zivin J |title=Additional outcomes and subgroup analyses of NXY-059 for acute ischemic stroke in the SAINT I trial |journal=Stroke |volume=37 |issue=12 |pages=2970–8 |year=2006 |pmid=17068304 |doi=10.1161/01.STR.0000249410.91473.44 |last12=Zivin |first12=JA |last13=Saint I |first13=Investigators}}</ref><ref>{{cite journal |author=Lees K, Zivin J, Ashwood T, Davalos A, Davis S, Diener H, Grotta J, Lyden P, Shuaib A, Hårdemark H, Wasiewski W |title=NXY-059 for acute ischemic stroke |journal=N Engl J Med |volume=354 |issue=6 |pages=588–600 |year=2006 |pmid=16467546 |doi=10.1056/NEJMoa052980 |last12=Stroke-Acute Ischemic Nxy Treatment (Saint I) Trial |first12=Investigators}}</ref>と[[エブセレン]]<ref>{{cite journal |author=Yamaguchi T, Sano K, Takakura K, Saito I, Shinohara Y, Asano T, Yasuhara H |title=Ebselen in acute ischemic stroke: a placebo-controlled, double-blind clinical trial. Ebselen Study Group |url=http://stroke.ahajournals.org/cgi/content/full/29/1/12 |journal=Stroke |volume=29 |issue=1 |pages=12–7 |date=1 January 1998|pmid=9445321 }}</ref>が脳卒中の治療に応用されている。これらの化合物は、[[ニューロン]]の酸化ストレス、[[アポトーシス]]および神経損傷を予防しているように見える。また、抗酸化物質は、[[アルツハイマー型認知症]]、[[パーキンソン病]]、[[筋萎縮性側索硬化症]]のような神経変性の病気の治療<ref>{{cite journal |author=Di Matteo V, Esposito E |title=Biochemical and therapeutic effects of antioxidants in the treatment of Alzheimer's disease, Parkinson's disease, and amyotrophic lateral sclerosis |journal=Curr Drug Targets CNS Neurol Disord |volume=2 |issue=2 |pages=95–107 |year=2003 |pmid=12769802 |doi=10.2174/1568007033482959}}</ref><ref>{{cite journal |author=Rao A, Balachandran B |title=Role of oxidative stress and antioxidants in neurodegenerative diseases |journal=Nutr Neurosci |volume=5 |issue=5 |pages=291–309 |year=2002 |pmid=12385592 |doi=10.1080/1028415021000033767}}</ref>、[[音響性外傷]]の予防<ref>{{cite journal |author=Kopke RD, Jackson RL, Coleman JK, Liu J, Bielefeld EC, Balough BJ |title=NAC for noise: from the bench top to the clinic |journal=Hear. Res. |volume=226 |issue=1-2 |pages=114–25 |year=2007 |pmid=17184943 |doi=10.1016/j.heares.2006.10.008}}</ref>についての研究がなされている。

=== 病気の予防 ===

[[Image:Resveratrol.svg|thumb|right|[[ポリフェノール抗酸化物質]]の一つ、[[レスベラトロール]]の分子構造]]

果物や野菜をよく摂る人は心臓疾患と神経疾患のリスクが低く<ref name="Stanner">{{cite journal |author=Stanner SA, Hughes J, Kelly CN, Buttriss J |title=A review of the epidemiological evidence for the 'antioxidant hypothesis' |journal=Public Health Nutr |volume=7 |issue=3 |pages=407–22 |year=2004 |pmid=15153272 |doi=10.1079/PHN2003543}}</ref>、野菜や果物の種類によっては癌の予防になるという証拠がある<ref>''[http://www.dietandcancerreport.org/?p=ER Food, Nutrition, Physical Activity, and the Prevention of Cancer: a Global Perspective]''. [[World Cancer Research Fund]] (2007). ISBN 978-0-9722522-2-5.</ref>。果物と野菜はよい抗酸化物質源であることから、抗酸化物質はいくつかの病気を予防していると考えられている。しかし、抗酸化物質を摂取させた[[治験]]では癌および心臓疾患のような慢性疾患のリスクに明確な効果は認められないため抗酸化物質は病気の予防に関与しているとはいえない<ref name="Stanner" /><ref name="Shenkin" />。したがって、病気の予防には野菜や果物のその他の物質(例えば[[フラボノイド]]類)または複合混合物が関わっていると考えられる<ref>{{cite journal |author=Cherubini A, Vigna G, Zuliani G, Ruggiero C, Senin U, Fellin R |title=Role of antioxidants in atherosclerosis: epidemiological and clinical update |journal=Curr Pharm Des |volume=11 |issue=16 |pages=2017–32 |year=2005 |pmid=15974956 |doi=10.2174/1381612054065783}}</ref><ref>{{cite journal |author=Lotito SB, Frei B |title=Consumption of flavonoid-rich foods and increased plasma antioxidant capacity in humans: cause, consequence, or epiphenomenon? |journal=Free Radic. Biol. Med. |volume=41 |issue=12 |pages=1727–46 |year=2006 |pmid=17157175 |doi=10.1016/j.freeradbiomed.2006.04.033}}</ref>。

血中の低濃度リポタンパク質の酸化は心臓疾患の原因になると考えられ、また、初期の[[観察研究]]から[[ビタミンE]]の摂取により心臓疾患の発現のリスクを下げることが分かっていた<ref>{{cite journal | author=Rimm EB, Stampfer MJ, Ascherio A, Giovannucci E, Colditz GA, Willett WC | title=Vitamin E consumption and the risk of coronary heart disease in men | journal=N Engl J Med | year=1993 | pages=1450–6 | volume=328 | issue=20 | pmid=8479464 | doi=10.1056/NEJM199305203282004}}</ref>。これに対し、1日に50から600 mgのビタミンEを摂取させ、その効果を調査する大規模な治験が少なくとも7回行われたが、死亡総数および心臓疾患による死亡率ともにビタミンEの影響は見られなかった<ref>{{cite journal | author=Vivekananthan DP, Penn MS, Sapp SK, Hsu A, Topol EJ | title=Use of antioxidant vitamins for the prevention of cardiovascular disease: meta-analysis of randomised trials | journal=Lancet | year=2003 | pages=2017–23 | volume=361 | issue=9374 | pmid=12814711 | doi=10.1016/S0140-6736(03)13637-9}}</ref>。その他の研究でもまた結果は同様であった<ref>{{cite journal |author=Sesso HD, Buring JE, Christen WG |title=Vitamins E and C in the prevention of cardiovascular disease in men: the Physicians' Health Study II randomized controlled trial |journal=JAMA |volume=300 |issue=18 |pages=2123–33 |year=2008 |month=November |pmid=18997197 |doi=10.1001/jama.2008.600 |url=http://jama.ama-assn.org/cgi/pmidlookup?view=long&pmid=18997197 |pmc=2586922}}</ref><ref>{{cite journal |author=Lee IM, Cook NR, Gaziano JM |title=Vitamin E in the primary prevention of cardiovascular disease and cancer: the Women's Health Study: a randomized controlled trial |journal=JAMA |volume=294 |issue=1 |pages=56–65 |year=2005 |month=July |pmid=15998891 |doi=10.1001/jama.294.1.56 |url=http://jama.ama-assn.org/cgi/pmidlookup?view=long&pmid=15998891}}</ref>。これらの試験または多くの栄養補助食品の使用が酸化ストレスによる疾患の予防になっているかどうかは明確ではない<ref>{{cite journal |author=Roberts LJ, Oates JA, Linton MF |title=The relationship between dose of vitamin E and suppression of oxidative stress in humans |journal=Free Radic. Biol. Med. |volume=43 |issue=10 |pages=1388–93 |year=2007 |pmid=17936185 |doi=10.1016/j.freeradbiomed.2007.06.019 |pmc=2072864}}</ref>。総合的に、心臓血管疾患には酸化ストレスが関わっているにも関わらず、抗酸化ビタミンを使った試験では心疾患発現リスクおよび既に発現した疾患の進行を抑える効果は認められなかった<ref>{{cite journal |author=Bleys J, Miller E, Pastor-Barriuso R, Appel L, Guallar E |title=Vitamin-mineral supplementation and the progression of atherosclerosis: a meta-analysis of randomized controlled trials |journal=Am. J. Clin. Nutr. |volume=84 |issue=4 |pages=880–7; quiz 954–5 |year=2006 |pmid=17023716}}</ref><ref>{{cite journal |author=Cook NR, Albert CM, Gaziano JM |title=A randomized factorial trial of vitamins C and E and beta carotene in the secondary prevention of cardiovascular events in women: results from the Women's Antioxidant Cardiovascular Study |journal=Arch. Intern. Med. |volume=167 |issue=15 |pages=1610–8 |year=2007 |pmid=17698683 |doi=10.1001/archinte.167.15.1610 |pmc=2034519}}</ref>。

高用量の抗酸化物質を含む栄養補助食品の試験の一つ、"''Supplémentation en Vitamines et Mineraux Antioxydants''" (SU.VI.MAX) studyは、いわゆる[[健康食]]に相当する栄養を補足し、その効果を調査する試験である<ref name="Hercberg">{{cite journal | author=Hercberg S, Galan P, Preziosi P, Bertrais S, Mennen L, Malvy D, Roussel AM, Favier A, Briancon S | title=The SU.VI.MAX Study: a randomized, placebo-controlled trial of the health effects of antioxidant vitamins and minerals | journal=Arch Intern Med | year=2004 | pages=2335–42 | volume=164 | issue=21 | pmid=15557412 | doi=10.1001/archinte.164.21.2335}}</ref>。この試験では、12,500人のフランス人の男女を対象に、低用量の抗酸化物質(アスコルビン酸:120 mg、ビタミンE:30 mg、β-カロテン:6 mg、セレン:100 μg、亜鉛:20mg)または[[偽薬]]を平均7.5年間摂取させた。結果、癌および心臓疾患に対し統計学的に見て抗酸化物質には大きな効果は認められなかった。事後分析では男性では31%の癌リスクの減少が見られたが、女性では見られなかった。

[[先進国|先進工業国]]では、多くの抗酸化物質の栄養補助食品および健康食品が広く販売されている<ref>{{cite journal |author=Radimer K, Bindewald B, Hughes J, Ervin B, Swanson C, Picciano M |title=Dietary supplement use by US adults: data from the National Health and Nutrition Examination Survey, 1999–2000 |url=http://aje.oxfordjournals.org/cgi/content/full/160/4/339 | doi = 10.1093/aje/kwh207 |journal=Am J Epidemiol |volume=160 |issue=4 |pages=339–49 |year=2004 |pmid=15286019}}</ref>。これら栄養補助食品には[[ポリフェノール]]、[[レスベラトロール]]([[ブドウ]]の種子または[[タデ属|タデ]]の葉から採れる)<ref>{{cite journal |author=Latruffe N, Delmas D, Jannin B, Cherkaoui Malki M, Passilly-Degrace P, Berlot JP |title=Molecular analysis on the chemopreventive properties of resveratrol, a plant polyphenol microcomponent |journal=Int. J. Mol. Med. |volume=10 |issue=6 |pages=755–60 |year=2002 |month=December |pmid=12430003}}</ref>などの化合物、ACES製品([[β-カロテン]](プロビタミン'''A''')、ビタミン'''C'''、ビタミン'''E'''、セレン:'''S'''elenium)、または[[緑茶]]や[[アマチャヅル]]など抗酸化物質を含む[[ハーブ]]が含まれている。食品中の抗酸化ビタミンおよびミネラルは良好な健康状態のために必須であるが、これらの抗酸化物質の栄養補助食品は有益なのか有害なのか相当疑問である<ref name="Stanner" /><ref name="Shenkin">{{cite journal |author=Shenkin A |title=The key role of micronutrients |journal=Clin Nutr |volume=25 |issue=1 |pages=1–13 |year=2006 |pmid=16376462 |doi=10.1016/j.clnu.2005.11.006}}</ref><ref>{{cite journal |author=Woodside J, McCall D, McGartland C, Young I |title=Micronutrients: dietary intake v. supplement use |journal=Proc Nutr Soc |volume=64 |issue=4 |pages=543–53 |year=2005 |pmid=16313697 |doi=10.1079/PNS2005464}}</ref>。実際に数名の著者らは、抗酸化物質には慢性的な疾患を予防することができるというのは誤りで、初期の段階から見当違いであったという仮説を主張している<ref name=Hail>{{cite journal |author=Hail N, Cortes M, Drake EN, Spallholz JE |title=Cancer chemoprevention: a radical perspective |journal=Free Radic. Biol. Med. |volume=45 |issue=2 |pages=97–110 |year=2008 |month=July |pmid=18454943 |doi=10.1016/j.freeradbiomed.2008.04.004}}</ref>。それどころか、食品中のポリフェノール類は微量濃度では細胞間シグナリング、受容体感受性、炎症性酵素活性および[[遺伝子発現調節|遺伝子調節]]など抗酸化物質としてではない機能を持っている可能性がある<ref name=Williams>{{cite journal |author=Williams RJ, Spencer JP, Rice-Evans C |title=Flavonoids: antioxidants or signalling molecules? |journal=Free Radical Biology & Medicine |volume=36 |issue=7 |pages=838–49 |year=2004 |month=April |pmid=15019969 |doi=10.1016/j.freeradbiomed.2004.01.001}}</ref><ref name=Virgili>{{cite journal |author=Virgili F, Marino M |title=Regulation of cellular signals from nutritional molecules: a specific role for phytochemicals, beyond antioxidant activity |journal=Free Radical Biology & Medicine |volume=45 |issue=9 |pages=1205–16 |year=2008 |month=November |pmid=18762244 |doi=10.1016/j.freeradbiomed.2008.08.001}}</ref>。

''[[C. elegans|Caenorhabditis elegans]]''では、適度な酸化ストレスを与えることにより活性酸素種への防御反応を誘導することによって寿命を延ばすことが示唆されている<ref>{{cite journal |author=Schulz TJ, Zarse K, Voigt A, Urban N, Birringer M, Ristow M |title=Glucose Restriction Extends Caenorhabditis elegans Life Span by Inducing Mitochondrial Respiration and Increasing Oxidative Stress |journal=Cell Metab. |volume=6 |issue=4 |pages=280–93 |year=2007 |pmid=17908557 |doi=10.1016/j.cmet.2007.08.011}}</ref>。しかし、[[出芽酵母]](''Saccharomyces cerevisiae'')では酸化ストレスを増加させることによって寿命が延びたため矛盾する<ref>{{cite journal |author=Barros MH, Bandy B, Tahara EB, Kowaltowski AJ |title=Higher respiratory activity decreases mitochondrial reactive oxygen release and increases life span in Saccharomyces cerevisiae |journal=J. Biol. Chem. |volume=279 |issue=48 |pages=49883–8 |year=2004 |pmid=15383542 |doi=10.1074/jbc.M408918200}}</ref>。哺乳類ではさらに不明瞭である<ref name="hdanrt" /><ref name="Sohal R 2002 37–44" /><ref name="Rattan S 2006 1230–8" />。このようなことから、抗酸化物質の栄養補助食品がヒトの寿命を延ばしているようには見えない<ref>{{cite journal |author=Green GA |title=Review: antioxidant supplements do not reduce all-cause mortality in primary or secondary prevention |journal=Evid Based Med |volume=13 |issue=6 |pages=177 |year=2008 |month=December |pmid=19043035 |doi=10.1136/ebm.13.6.177}}</ref>。

=== 運動との関係 ===

運動時、酸素消費量は10倍以上に増加する<ref>{{cite journal |author=Dekkers J, van Doornen L, Kemper H |title=The role of antioxidant vitamins and enzymes in the prevention of exercise-induced muscle damage |journal=Sports Med |volume=21 |issue=3 |pages=213–38 |year=1996 |pmid=8776010 |doi=10.2165/00007256-199621030-00005}}</ref>。これは酸化剤の大幅な増加に繋がり、運動の後の筋肉疲労の一因となる。激しい運動の後、特に24時間後に発生する[[筋肉痛]]も酸化ストレスが関係している。運動によるダメージへの免疫系の応答は運動の2から7日後がピークである。この過程では、フリーラジカルはダメージを受けた組織を除去するため[[好中球]]によって作られる。そのため、過濃度の抗酸化物質は組織の回復と適応機序を阻害することとなる<ref>{{cite journal |author=Tiidus P |title=Radical species in inflammation and overtraining |url=http://article.pubs.nrc-cnrc.gc.ca/ppv/RPViewDoc?issn=0008-4212&volume=76&issue=5&startPage=533 |journal=[[Can J Physiol Pharmacol]] |volume=76 |issue=5 |pages=533–8 |year=1998 |pmid=9839079 |doi=10.1139/cjpp-76-5-533}}</ref>。この他にも、酸化防止剤のサプリメントは例えばインスリンの感受性を低下させるなど通常の健康のための機序を阻害している可能性がある<ref>{{cite journal |author=Ristow M, Zarse K, Oberbach A |title=Antioxidants prevent health-promoting effects of physical exercise in humans |journal=Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. |volume= 106|issue= 21|pages= 8665–70|year=2009 |month=May |pmc=2680430 |pmid=19433800 |doi=10.1073/pnas.0903485106}}</ref>。

増加する酸化ストレスの調整のために身体は抗酸化防衛を強化(特にグルタチオン系)している<ref>{{cite journal |author=Leeuwenburgh C, Fiebig R, Chandwaney R, Ji L |title=Aging and exercise training in skeletal muscle: responses of glutathione and antioxidant enzyme systems |url=http://ajpregu.physiology.org/cgi/reprint/267/2/R439 |journal=Am J Physiol |volume=267 |issue=2 Pt 2 |pages=R439–45 |year=1994 |pmid=8067452}}</ref>。習慣的な運動を行っている人では主な病気の発現率が低くなっていることから、この効果は酸化ストレスに関係している病気をある程度予防していると考えられている<ref>{{cite journal |author=Leeuwenburgh C, Heinecke J |title=Oxidative stress and antioxidants in exercise |journal=Curr Med Chem |volume=8 |issue=7 |pages=829–38 |year=2001 |pmid=11375753}}</ref>。

しかしながら、スポーツ選手の身体能力の向上はビタミンEの補給では見られない<ref>{{cite journal |author=Takanami Y, Iwane H, Kawai Y, Shimomitsu T |title=Vitamin E supplementation and endurance exercise: are there benefits? |journal=Sports Med |volume=29 |issue=2 |pages=73–83 |year=2000 |pmid=10701711 |doi=10.2165/00007256-200029020-00001}}</ref>。実際には、その[[脂質二重層|脂質膜]]過酸化防止機能にも関わらず、6週間のビタミンEサプリメントの投与でもウルトラマラソンのランナーでは筋損傷への効果は無かった<ref>{{cite journal |author=Mastaloudis A, Traber M, Carstensen K, Widrick J |title=Antioxidants did not prevent muscle damage in response to an ultramarathon run |journal=Med Sci Sports Exerc |volume=38 |issue=1 |pages=72–80 |year=2006 |pmid=16394956 |doi=10.1249/01.mss.0000188579.36272.f6}}</ref>。スポーツ選手のビタミンCの摂取は必要であるとは考えられてはいないが、激しい運動の前にビタミンCの摂取量を増やすことによって筋損傷が減少する兆候がある<ref>{{cite journal |author=Peake J |title=Vitamin C: effects of exercise and requirements with training |journal=Int J Sport Nutr Exerc Metab |volume=13 |issue=2 |pages=125–51 |year=2003 |pmid=12945825}}</ref><ref>{{cite journal |author=Jakeman P, Maxwell S |title=Effect of antioxidant vitamin supplementation on muscle function after eccentric exercise |journal=Eur J Appl Physiol Occup Physiol |volume=67 |issue=5 |pages=426–30 |year=1993 |pmid=8299614 |doi=10.1007/BF00376459}}</ref>。しかし、他の研究ではこのような効果は見られず、また、1000 mg以上の摂取では逆にその回復を阻害するという結果が数件報告されている<ref>{{cite journal |author=Close G, Ashton T, Cable T, Doran D, Holloway C, McArdle F, MacLaren D |title=Ascorbic acid supplementation does not attenuate post-exercise muscle soreness following muscle-damaging exercise but may delay the recovery process |journal=Br J Nutr |volume=95 |issue=5 |pages=976–81 |year=2006 |pmid=16611389 |doi=10.1079/BJN20061732}}</ref>。

=== 有害性 ===

[[Image:Phytate.png|thumb|right|金属キレート剤の一つ、[[フィチン酸]]の構造。]]

比較的強力な還元酸類は[[消化管]]で[[鉄]]や[[亜鉛]]などの[[ミネラル|飼料無機質]]と結合し、その吸収を抑制する[[反栄養素]]としての効果を持つことができる<ref>{{cite journal |author=Hurrell R |title=Influence of vegetable protein sources on trace element and mineral bioavailability |url=http://jn.nutrition.org/cgi/content/full/133/9/2973S |journal=J Nutr |volume=133 |issue=9 |pages=2973S–7S |date=1 September 2003|pmid=12949395 }}</ref>。主な例では、植物ベースの食品に多い[[シュウ酸]]、[[タンニン]]および[[フィチン酸]]などがある<ref>{{cite journal |author=Hunt J |title=Bioavailability of iron, zinc, and other trace minerals from vegetarian diets |url=http://www.ajcn.org/cgi/content/full/78/3/633S |journal=Am J Clin Nutr |volume=78 |issue=3 Suppl |pages=633S–639S |date=1 September 2003|pmid=12936958 }}</ref>。[[カルシウム]]と[[鉄]]の欠乏は、肉類が少なく、マメ類やイースト菌を入れていない[[全粒穀物]]のパンなどの食生活が中心でフィチン酸の摂取が多くなっている[[発展途上国]]では珍しいことではない<ref>{{cite journal |author=Gibson R, Perlas L, Hotz C |title=Improving the bioavailability of nutrients in plant foods at the household level |journal=Proc Nutr Soc |volume=65 |issue=2 |pages=160–8 |year=2006 |pmid=16672077 |doi=10.1079/PNS2006489}}</ref>。

{| class="wikitable" style="margin-left: auto; margin-right: auto;"
!食品
!含まれる還元酸
|-
| align="center" |[[カカオ豆]]、[[チョコレート]]、[[ホウレンソウ]]、[[カブ]]、[[ダイオウ属|ダイオウ]]<ref name="Mosha">{{cite journal |author=Mosha T, Gaga H, Pace R, Laswai H, Mtebe K |title=Effect of blanching on the content of antinutritional factors in selected vegetables |journal=Plant Foods Hum Nutr |volume=47 |issue=4 |pages=361–7 |year=1995 |pmid=8577655 |doi=10.1007/BF01088275}}</ref>
| align="center" |[[シュウ酸]]
|-
| align="center" |[[全粒穀物]], [[トウモロコシ]], [[豆果|マメ科植物]]<ref>{{cite journal |author=Sandberg A |title=Bioavailability of minerals in legumes |journal=Br J Nutr |volume=88 |issue=Suppl 3 |pages=S281–5 |year=2002 |pmid=12498628 |doi=10.1079/BJN/2002718}}</ref>
| align="center" |[[フィチン酸]]
|-
| align="center" |[[茶]]、[[マメ]]類、[[キャベツ]]<ref name="Mosha" /><ref name="Beecher">{{cite journal |author=Beecher G |title=Overview of dietary flavonoids: nomenclature, occurrence and intake |url=http://jn.nutrition.org/cgi/content/full/133/10/3248S |journal=J Nutr |volume=133 |issue=10 |pages=3248S–3254S |date=1 October 2003|pmid=14519822 }}</ref>
| align="center" |[[タンニン]]
|}

[[丁子油]]に主に含まれる[[オイゲノール]]のような[[無極性]]の抗酸化物質は毒性限界を持ち、希釈していない[[精油]]を誤用することによってそれを超える<ref>{{cite journal |author=Prashar A, Locke I, Evans C |title=Cytotoxicity of clove (Syzygium aromaticum) oil and its major components to human skin cells |journal=Cell Prolif |volume=39 |issue=4 |pages=241–8 |year=2006 |pmid=16872360 |doi=10.1111/j.1365-2184.2006.00384.x}}</ref>。アスコルビン酸のような水溶性抗酸化物質は[[尿]]として速やかに排出されるため毒性への懸念は低い<ref>{{cite journal |author=Hornig D, Vuilleumier J, Hartmann D |title=Absorption of large, single, oral intakes of ascorbic acid |journal=Int J Vitam Nutr Res |volume=50 |issue=3 |pages=309–14 |year=1980 |pmid=7429760}}</ref>。実際のところ、いくつかの抗酸化物質では高濃度で摂取することにより有害な長期的影響をもたらす可能性のものがある。[[肺癌]]患者における[[β-カロテン]]と[[レチノール]]の有効性試験(CARET)の研究では、喫煙者にβ-カロテンとビタミンAを含むサプリメントを与えたところ、肺癌の速度が増大するという結果が見られた<ref>{{cite journal |author=Omenn G, Goodman G, Thornquist M, Balmes J, Cullen M, Glass A, Keogh J, Meyskens F, Valanis B, Williams J, Barnhart S, Cherniack M, Brodkin C, Hammar S |title=Risk factors for lung cancer and for intervention effects in CARET, the Beta-Carotene and Retinol Efficacy Trial |journal=J Natl Cancer Inst |volume=88 |issue=21 |pages=1550–9 |year=1996 |pmid=8901853 |doi=10.1093/jnci/88.21.1550 |last12=Cherniack |first12=MG |last13=Brodkin |first13=CA |last14=Hammar |first14=S}}</ref>。後に行われた研究でもそれらの作用が確認されている<ref>{{cite journal |author=Albanes D |title=Beta-carotene and lung cancer: a case study |url=http://www.ajcn.org/cgi/content/full/69/6/1345S |journal=Am J Clin Nutr |volume=69 |issue=6 |pages=1345S–50S |date=1 June 1999|pmid=10359235 }}</ref>。

また、これらの有害性は非喫煙者でも見られ、約230,000人の患者を対象とした最新の[[メタアナリシス]]では、β-カロテン、ビタミンAおよびビタミンEの補給では死亡率の増加が見られたが、ビタミンCでは有意な効果は見られなかった<ref name="Bjelakovic">{{cite journal |author=Bjelakovic G, Nikolova D, Gluud L, Simonetti R, Gluud C |title=Mortality in Randomized Trials of Antioxidant Supplements for Primary and Secondary Prevention: Systematic Review and Meta-analysis |url=http://jama.ama-assn.org/cgi/content/abstract/297/8/842 |journal=JAMA |volume=297 |issue=8 |pages=842–57 |year=2007 |pmid=17327526 |doi=10.1001/jama.297.8.842}}</ref>。健康リスクはすべて無作為に選別された比較試験を同時に調査したとき見られなかったのに対し、死亡率の増加は高品質もしくは低バイアス試験がそれぞれ独立に調査されたときのみ見られた。ただし、これらの低バイアス試験では高齢者または既に病気を患っている人の死亡率を対象としており、この結果は一般的な人には適用されない<ref>[http://www.sciencedaily.com/releases/2007/02/070228172604.htm Study Citing Antioxidant Vitamin Risks Based On Flawed Methodology, Experts Argue] News release from [[Oregon State University]] published on ScienceDaily, Accessed 19 April 2007</ref>。このメタアナリシスは同一の著者によって最近報告および拡張されたものであり、[[コクラン・コラボレーション]]からも新しい分析が発行されている<ref>{{cite journal |author=Bjelakovic G, Nikolova D, Gluud LL, Simonetti RG, Gluud C |title=Antioxidant supplements for prevention of mortality in healthy participants and patients with various diseases |journal=Cochrane Database of Systematic Reviews |issue=2 |pages=CD007176 |year=2008 |doi=10.1002/14651858.CD007176 |pmid=18425980 |last1=Bjelakovic |first1=G |last2=Nikolova |first2=D |last3=Gluud |first3=LL |last4=Simonetti |first4=RG |last5=Gluud |first5=C |volume=}}</ref>。これら2種の出版物はビタミンEの摂取により死亡率が増加するという点と<ref>{{cite journal |author=Miller E, Pastor-Barriuso R, Dalal D, Riemersma R, Appel L, Guallar E |title=Meta-analysis: high-dosage vitamin E supplementation may increase all-cause mortality |journal=Ann Intern Med |volume=142 |issue=1 |pages=37–46 |year=2005 |pmid=15537682}}</ref>、抗酸化物質のサプリメントは[[大腸癌]]のリスクが増加するという点で一致している<ref>{{cite journal |author=Bjelakovic G, Nagorni A, Nikolova D, Simonetti R, Bjelakovic M, Gluud C |title=Meta-analysis: antioxidant supplements for primary and secondary prevention of colorectal adenoma |journal=Aliment Pharmacol Ther |volume=24 |issue=2 |pages=281–91 |year=2006 |pmid=16842454 |doi=10.1111/j.1365-2036.2006.02970.x}}</ref>。しかし、このメタアナリシスの結果は、抗酸化物質はすべての死因に対し関連性を持たないというSU.VI.MAX試験の調査結果とは矛盾する<ref name="Hercberg" /><ref>{{cite journal |author=Caraballoso M, Sacristan M, Serra C, Bonfill X |title=Drugs for preventing lung cancer in healthy people |journal=Cochrane Database Syst Rev |volume= |issue= 2|pages=CD002141 |year=2003 |pmid=12804424 |doi=10.1002/14651858.CD002141}}</ref><ref>{{cite journal |author=Bjelakovic G, Nagorni A, Nikolova D, Simonetti R, Bjelakovic M, Gluud C |title=Meta-analysis: antioxidant supplements for primary and secondary prevention of colorectal adenoma |journal=Aliment. Pharmacol. Ther. |volume=24 |issue=2 |pages=281–91 |year=2006 |pmid=16842454 |doi=10.1111/j.1365-2036.2006.02970.x}}</ref><ref>{{cite journal |author=Coulter I, Hardy M, Morton S, Hilton L, Tu W, Valentine D, Shekelle P |title=Antioxidants vitamin C and vitamin e for the prevention and treatment of cancer |journal=Journal of general internal medicine: official journal of the Society for Research and Education in Primary Care Internal Medicine |volume=21 |issue=7 |pages=735–44 |year=2006 |pmid=16808775 |doi=10.1111/j.1525-1497.2006.00483.x |pmc=1924689}}</ref>。全体として、抗酸化物質のサプリメントについて行われた臨床試験の多くは健康に影響が無いか、高齢者または影響を受けやすい人の死亡率をやや高めているかのどちらかを示唆している<ref name="Stanner" /><ref name="Shenkin" /><ref name="Bjelakovic" />。

抗酸化物質は広く癌の進行の抑制に使われているが、逆に癌の治療を妨げている可能性が示唆されている<ref>{{cite journal | author = Schumacker P | title = Reactive oxygen species in cancer cells: Live by the sword, die by the sword | journal = Cancer Cell | volume = 10 | issue = 3 | pages = 175–6 | year = 2006 | pmid = 16959608 | doi = 10.1016/j.ccr.2006.08.015}}</ref>。これは、治療によってさらに細胞が酸化ストレスの影響を受けやすくなるというものである。また、ガン細胞の酸化還元ストレスも減少するため、結果的に抗酸化物質サプリメントは[[放射線療法]]と[[化学療法]]の有効性を減少させている可能性もある<ref>{{cite journal |author=Seifried H, McDonald S, Anderson D, Greenwald P, Milner J |title=The antioxidant conundrum in cancer |url=http://cancerres.aacrjournals.org/cgi/content/full/63/15/4295 |journal=Cancer Res |volume=63 |issue=15 |pages=4295–8 |date=1 August 2003|pmid=12907593 }}</ref><ref>{{cite journal |author=Lawenda BD, Kelly KM, Ladas EJ, Sagar SM, Vickers A, Blumberg JB |title=Should supplemental antioxidant administration be avoided during chemotherapy and radiation therapy? |journal=J. Natl. Cancer Inst. |volume=100 |issue=11 |pages=773–83 |year=2008 |month=June |pmid=18505970 |doi=10.1093/jnci/djn148}}</ref>。他方では、抗酸化物質が[[副作用]]を減少させ、寿命を延ばしていると提言しているレビューも存在する<ref>{{cite journal |author=Block KI, Koch AC, Mead MN, Tothy PK, Newman RA, Gyllenhaal C |title=Impact of antioxidant supplementation on chemotherapeutic toxicity: a systematic review of the evidence from randomized controlled trials |journal=Int. J. Cancer |volume=123 |issue=6 |pages=1227–39 |year=2008 |month=September |pmid=18623084 |doi=10.1002/ijc.23754}}</ref><ref>{{cite journal |author=Block KI, Koch AC, Mead MN, Tothy PK, Newman RA, Gyllenhaal C |title=Impact of antioxidant supplementation on chemotherapeutic efficacy: a systematic review of the evidence from randomized controlled trials |journal=Cancer Treat. Rev. |volume=33 |issue=5 |pages=407–18 |year=2007 |month=August |pmid=17367938 |doi=10.1016/j.ctrv.2007.01.005}}</ref>。

== 食品中の抗酸化物質 ==

[[Image:Vegetarian diet.jpg|right|thumb|[[果物]]と[[野菜]]は多量の抗酸化物質を含む。]]

活性酸素種の違いによって活性も異なるため抗酸化物質の測定はその物質により多様である。[[食品科学]]では、[[酸素ラジカル吸収能]](ORAC)が食品、飲料および食品添加物の抗酸化物質濃度を評価する最新の業界標準になっている<ref>{{cite journal |author=Cao G, Alessio H, Cutler R |title=Oxygen-radical absorbance capacity assay for antioxidants |journal=Free Radic Biol Med |volume=14 |issue=3 |pages=303–11 |year=1993 |pmid=8458588 |doi=10.1016/0891-5849(93)90027-R}}</ref><ref>{{cite journal |author=Ou B, Hampsch-Woodill M, Prior R |title=Development and validation of an improved oxygen radical absorbance capacity assay using fluorescein as the fluorescent probe |journal=J Agric Food Chem |volume=49 |issue=10 |pages=4619–26 |year=2001 |pmid=11599998 |doi=10.1021/jf010586o}}</ref>。この他に[[フォリン-チオカルトー試薬]]を用いる方法や[[トロロックス等価抗酸化能力分析]]法(TEAC法)がある<ref>{{cite journal |author=Prior R, Wu X, Schaich K |title=Standardized methods for the determination of antioxidant capacity and phenolics in foods and dietary supplements |journal=J Agric Food Chem |volume=53 |issue=10 |pages=4290–302 |year=2005 |pmid=15884874 |doi=10.1021/jf0502698}}</ref>。

抗酸化物質は野菜、果物、穀物、卵、肉、マメ、木の実などの食品に多量に含まれている。[[リコペン]]や[[アスコルビン酸]]のようないくつかの抗酸化物質は長期貯蔵または長時間の調理によって分解するものがある<ref>{{cite journal |author=Xianquan S, Shi J, Kakuda Y, Yueming J |title=Stability of lycopene during food processing and storage |journal=J Med Food |volume=8 |issue=4 |pages=413–22 |year=2005 |pmid=16379550 |doi=10.1089/jmf.2005.8.413}}</ref><ref>{{cite journal |author=Rodriguez-Amaya D |title=Food carotenoids: analysis, composition and alterations during storage and processing of foods |journal=Forum Nutr |volume=56 |issue= |pages=35–7 |year=2003 |pmid=15806788}}</ref>。一方、全粒小麦や茶などに含まれるポリフェノール系抗酸化物質は安定である<ref>{{cite journal |author=Baublis A, Lu C, Clydesdale F, Decker E |title=Potential of wheat-based breakfast cereals as a source of dietary antioxidants |url=http://www.jacn.org/cgi/content/full/19/suppl_3/308S |journal=J Am Coll Nutr |volume=19 |issue=3 Suppl |pages=308S–311S |date=1 June 2000|pmid=10875602 }}</ref><ref>{{cite journal |author=Rietveld A, Wiseman S |title=Antioxidant effects of tea: evidence from human clinical trials |url=http://jn.nutrition.org/cgi/content/full/133/10/3285S |journal=J Nutr |volume=133 |issue=10 |pages=3285S–3292S |date=1 October 2003|pmid=14519827 }}</ref>。また、野菜に含まれる数種のカロテノイド類のように抗酸化物質の[[生物学的利用能]]を増加させることもできるため調理や加工による影響は複雑である<ref>{{cite journal |author=Maiani G, Periago Castón MJ, Catasta G |title=Carotenoids: Actual knowledge on food sources, intakes, stability and bioavailability and their protective role in humans |journal=Mol Nutr Food Res |volume=53 |year=2008 |month=November |pmid=19035552 |doi=10.1002/mnfr.200800053 |pages=NA}}</ref>。一般に、加工の過程で酸素に晒されるため、加工食品は非加工食品よりも抗酸化物質が少ない<ref>{{cite journal |author=Henry C, Heppell N |title=Nutritional losses and gains during processing: future problems and issues |url=http://journals.cambridge.org/production/action/cjoGetFulltext?fulltextid=804076 |journal=Proc Nutr Soc |volume=61 |issue=1 |pages=145–8 |year=2002 |pmid=12002789 |doi=10.1079/PNS2001142}}</ref>。

{| class="wikitable" style="margin-left: auto; margin-right: auto;"
!抗酸化物質
!抗酸化物質が多く含まれる食品<ref name="Beecher" /><ref>{{cite web | title=Antioxidants and Cancer Prevention: Fact Sheet |publisher=National Cancer Institute | url=http://www.cancer.gov/cancertopics/factsheet/antioxidantsprevention|accessdate=2007-02-27}}</ref><ref>{{cite journal |author=Ortega RM |title=Importance of functional foods in the Mediterranean diet |journal=Public Health Nutr |volume=9 |issue=8A |pages=1136–40 |year=2006 |pmid=17378953 |doi=10.1017/S1368980007668530}}</ref>
|-
| ビタミンC (アスコルビン酸)
| [[果物]]、[[野菜]]
|-
| ビタミンE (トコフェロール、トコトリエノール)
| [[植物油]]
|-
| ポリフェノール ([[レスベラトロール]]、[[フラボノイド]])
| [[茶]]、[[コーヒー]]、[[豆]]、[[果物]]、[[オリーブオイル]]、[[チョコレート]]、[[シナモン]]、[[オレガノ]]、[[赤ワイン]]
|-
| [[カロテノイド]] (リコペン、カロテン、[[ルテイン]])
| 果物、野菜、卵<ref>{{cite journal |author=Goodrow EF, Wilson TA, Houde SC |title=Consumption of one egg per day increases serum lutein and zeaxanthin concentrations in older adults without altering serum lipid and lipoprotein cholesterol concentrations |journal=J. Nutr. |volume=136 |issue=10 |pages=2519–24 |year=2006 |month=October |pmid=16988120 }}</ref>
|-
|}

その他のビタミンは体内で合成させる。例えば、[[ユビキノール]](補酵素Q)は腸で吸収されにくく、ヒトでは[[メバロン酸経路]]にて合成される<ref name="Turunen" />。また、[[グルタチオン]]はアミノ酸から合成される。グルタチオンは腸では[[システイン]]と[[グリシン]]と[[グルタミン酸]]に分解されてから吸収されるため、グルタチオンの経口投与は体内のグルタチオン濃度にはほとんど影響がない<ref>{{cite journal |author=Witschi A, Reddy S, Stofer B, Lauterburg B |title=The systemic availability of oral glutathione |journal=Eur J Clin Pharmacol |volume=43 |issue=6 |pages=667–9 |year=1992 |pmid=1362956 |doi=10.1007/BF02284971}}</ref><ref>{{cite journal |author=Flagg EW, Coates RJ, Eley JW |title=Dietary glutathione intake in humans and the relationship between intake and plasma total glutathione level |journal=Nutr Cancer |volume=21 |issue=1 |pages=33–46 |year=1994 |pmid=8183721 |doi=10.1080/01635589409514302}}</ref>。[[アセチルシステイン]]のような含硫アミノ酸が高濃度であることによりグルタチオンが増加するが<ref name=Dodd>{{cite journal |author=Dodd S, Dean O, Copolov DL, Malhi GS, Berk M |title=N-acetylcysteine for antioxidant therapy: pharmacology and clinical utility |journal=Expert Opin Biol Ther |volume=8 |issue=12 |pages=1955–62 |year=2008 |month=December |pmid=18990082 |doi=10.1517/14728220802517901}}</ref>、グルタチオン前駆体を多く摂取することが成人健常者において有益であるという根拠は無い<ref>{{cite journal |author=van de Poll MC, Dejong CH, Soeters PB |title=Adequate range for sulfur-containing amino acids and biomarkers for their excess: lessons from enteral and parenteral nutrition |journal=J. Nutr. |volume=136 |issue=6 Suppl |pages=1694S–1700S |year=2006 |month=June |pmid=16702341}}</ref>。前駆体を多く摂取することは[[急性呼吸窮迫症候群]]、[[蛋白エネルギー栄養障害]]の治療、もしくは[[アセトアミノフェン]]の[[オーバードーズ]]によって生じる肝臓障害の予防に役立つと考えられている<ref name=Dodd/><ref>{{cite journal |author=Wu G, Fang YZ, Yang S, Lupton JR, Turner ND |title=Glutathione metabolism and its implications for health |journal=J. Nutr. |volume=134 |issue=3 |pages=489–92 |year=2004 |month=March |pmid=14988435}}</ref>。

食品中の化合物は酸化促進剤として作用することにより抗酸化物質の濃度を変えることができる。化合物は消費されることで酸化ストレスが引き起こされ、身体は抗酸化防衛能を高めるように反応する<ref name=Hail/>。[[イソチオシアン酸]]や[[クルクミン]]などいくつかの化合物は[[化学的予防剤]]として異常細胞の癌性細胞への変質を遮断したり、既存の癌細胞を殺したりすると考えられている<ref name=Hail/><ref>{{cite journal |author=Pan MH, Ho CT |title=Chemopreventive effects of natural dietary compounds on cancer development |journal=Chem Soc Rev |volume=37 |issue=11 |pages=2558–74 |year=2008 |month=November |pmid=18949126 |doi=10.1039/b801558a}}</ref>。

== 科学技術への応用 ==
=== 食品添加物 ===

抗酸化物質は食品の劣化を防ぐ[[食品添加物]]として使われている。[[酸素]]と[[日光]]が食品の酸化の主な要素であるため、食品は暗所で保管し容器で密閉して保存する。しかし、酸素は植物の呼吸にも必要で、植物性の素材を嫌気性の環境におくとその香りや色が劣化する<ref>{{cite journal |author=Kader A, Zagory D, Kerbel E |title=Modified atmosphere packaging of fruits and vegetables |journal=Crit Rev Food Sci Nutr |volume=28 |issue=1 |pages=1–30 |year=1989 |pmid=2647417 |doi=10.1080/10408398909527490}}</ref>。そのため、果物および野菜には~8%の酸素を含ませて包装している。冷凍・冷蔵食品は、[[細菌]]類・[[菌]]類による劣化よりも、酸化の方が比較的早く進むため抗酸化物質は保存料の一つとして重要である<ref>{{cite journal |author=Zallen E, Hitchcock M, Goertz G |title=Chilled food systems. Effects of chilled holding on quality of beef loaves |journal=J Am Diet Assoc |volume=67 |issue=6 |pages=552–7 |year=1975 |pmid=1184900}}</ref>。これらの保存料には天然の抗酸化物質では[[アスコルビン酸]](AA, E300)や[[トコフェロール]]類(E306)、合成された抗酸化物質では[[没食子酸プロピル]](PG, E310)、[[tert-ブチルヒドロキノン|''tert''-ブチルヒドロキノン]](TBHQ)、[[ブチル化ヒドロキシアニソール]](BHA, E320)、[[ブチル化ヒドロキシトルエン]](BHT, E321)が含まれる<ref>{{cite journal |author=Iverson F |title=Phenolic antioxidants: Health Protection Branch studies on butylated hydroxyanisole |journal=Cancer Lett |volume=93 |issue=1 |pages=49–54 |year=1995 |pmid=7600543 |doi=10.1016/0304-3835(95)03787-W}}</ref><ref>{{cite web | title=E number index |publisher=UK food guide | url=http://www.ukfoodguide.net/enumeric.htm#antioxidants |accessdate=2007-03-05}}</ref>。

ごく一般に、酸化による攻撃を受ける分子は不飽和脂肪で、[[酸敗化|酸化により悪臭]]をもつようになる<ref>{{cite journal |author=Robards K, Kerr A, Patsalides E |title=Rancidity and its measurement in edible oils and snack foods. A review |journal=Analyst |volume=113 |issue=2 |pages=213–24 |year=1988 |pmid=3288002 |doi=10.1039/an9881300213}}</ref>。酸化した脂肪は大抵は変色し、金属または[[硫黄]]臭のような不快な風味を持つようになるため、特に脂肪が多い食品の酸化を防止することは重要である。ゆえに、これらの食品はほとんど乾燥状態で保存されることはないが、乾燥状態で保存したい場合は[[薫製]]や[[塩漬け]]、[[発酵]]が使われる。果物など脂肪が少ないものは空気乾燥する前に硫黄を含む抗酸化剤が噴霧される。酸化は金属によって触媒されるため、バターなどの脂肪製品は[[アルミホイル]]や金属製容器で保存してはならない。オリーブオイルなどいくつかの脂肪食品は天然の抗酸化物質により酸化から保護されているが、光酸化には過敏なままである<ref>{{cite journal |author=Del Carlo M, Sacchetti G, Di Mattia C, Compagnone D, Mastrocola D, Liberatore L, Cichelli A |title=Contribution of the phenolic fraction to the antioxidant activity and oxidative stability of olive oil |journal=J Agric Food Chem |volume=52 |issue=13 |pages=4072–9 |year=2004 |pmid=15212450 |doi=10.1021/jf049806z}}</ref>。また、抗酸化物質の保存料は脂肪をベースとした[[口紅]]や[[モイスチャー]]などの[[化粧品]]にも添加されている。

=== 工業での利用 ===

抗酸化物質は頻繁に工業製品に添加される。主に[[燃料]]と[[潤滑油]]の安定剤として用いられ、[[ガソリン]]が重合して[[エンジン]]が目詰まりを起こすのを防ぐ<ref>CE Boozer, GS Hammond, CE Hamilton (1955) "Air Oxidation of Hydrocarbons. The Stoichiometry and Fate of Inhibitors in Benzene and Chlorobenzene". ''Journal of the American Chemical Society'', 3233–3235</ref>。[[2007年]]現在、工業的抗酸化剤の世界市場は約88万トンである。これは約37億米ドル(24億ユーロ)の収益規模である<ref>{{cite web | title = Market Study: Antioxidants |accessdate = 2008年12月5日| publisher = [http://www.ceresana.com/en/ Ceresana Research] | url = http://www.ceresana.com/en/market-studies/additives/antioxidants/ }}</ref>。

抗酸化物質は[[ゴム]]、[[プラスチック]]、[[接着剤]]など[[ポリマー]]製品の強度や柔軟性の低下の原因となる酸化分解の防止のために広く用いられる<ref>{{cite web | title=Why use Antioxidants? |publisher=SpecialChem Adhesives | url=http://www.specialchem4adhesives.com/tc/antioxidants/index.aspx?id= |accessdate=2007-02-27}}</ref>。[[天然ゴム]]や[[ポリブタジエン]]などのポリマーはその主鎖に[[二重結合]]を含み、酸化や[[オゾン分解]]の影響を受けやすい。これらは抗酸化物質で保護することが可能である。また、[[紫外線]]は結合を壊すことによりフリーラジカルを作り出すため、酸化と紫外線劣化は強く関係している。フリーラジカルは酸素と反応することによりペルオキシラジカルが生成し、[[連鎖反応]]を起こし、さらなる製品の劣化を引き起こす。その他、[[ポリプロピレン]]と[[ポリエチレン]]も酸化の影響を受ける。前者は繰り返し単位の[[炭素-炭素結合|二級炭素原子]]が攻撃を受ける。[[炭素-炭素結合|一級炭素原子]]よりも二級炭素原子でフリーラジカルが形成した方が安定であるためである。[[ポリエチレン]]の酸化は[[低密度ポリエチレン]]の分枝部分など、[[化学結合|結合]]の弱い部分で起こる傾向がある。

{| class="wikitable" style="margin-left: auto; margin-right: auto;"
! style="white-space:nowrap"|燃料添加剤
!構成物質<ref name="innospec">{{cite web | title=Fuel antioxidants |publisher=Innospec Chemicals | url=http://www.innospecinc.com/americas/products/fuel_antitoxidants.cfm |accessdate=2007-02-27}}</ref>
!製品<ref name="innospec" />
|-
| align="center" |AO-22
| align="center" |[[N,N'-ジ-2-ブチル-1,4-フェニレンジアミン|''N'',''N'' '-ジ-2-ブチル-1,4-フェニレンジアミン]]
| align="center" |タービン油、[[変圧器油]]、[[油圧油]]、[[ワックス]]、[[潤滑油]]
|-
| align="center" |AO-24
| align="center" |''N'',''N'' '-ジ-2-ブチル-1,4-フェニレンジアミン
| align="center" |低温油
|-
| align="center" |AO-29
| align="center" |[[ジブチルヒドロキシトルエン|2,6-ジ-''tert''-ブチル-4-メチルフェノール]]
| align="center" |タービン油、変圧器油、油圧油、ワックス、潤滑油、ガソリン
|-
| align="center" |AO-30
| align="center" |[[2,4-ジメチル-6-tert-ブチルフェノール|2,4-ジメチル-6-''tert''-ブチルフェノール]]
| align="center" |[[ジェット燃料]]、ガソリン([[航空機用ガソリン]]を含む)
|-
| align="center" |AO-31
| align="center" |2,4-ジメチル-6-''tert''-ブチルフェノール
| align="center" |ジェット燃料、ガソリン(航空機用ガソリンを含む)
|-
| align="center" |AO-32
| align="center" |2,4-ジメチル-6-''tert''-ブチルフェノール<br />2,6-ジ-''tert''-ブチル-4-メチルフェノール
| align="center" |ジェット燃料、ガソリン(航空機用ガソリンを含む)
|-
| align="center" |AO-37
| align="center" |[[2,6-ジ-tert-ブチルフェノール|2,6-ジ-''tert''-ブチルフェノール]]
| align="center" |ジェット燃料、ガソリン。<br />航空機用ガソリンへの添加が広く承認されている
|-
|}

== 参考文献 ==
* Nick Lane ''Oxygen: The Molecule That Made the World'' (Oxford University Press, 2003) ISBN 0-198-60783-0
* Barry Halliwell and John M.C. Gutteridge ''Free Radicals in Biology and Medicine''(Oxford University Press, 2007) ISBN 0-198-56869-X
* Jan Pokorny, Nelly Yanishlieva and Michael H. Gordon ''Antioxidants in Food: Practical Applications'' (CRC Press Inc, 2001) ISBN 0-849-31222-1

== 脚注 ==
{{Reflist|colwidth=30em}}

== 関連項目 ==
* [[スマートドラッグ]]
* [[栄養学]]
* [[フィトケミカル]]
* [[ホルミシス効果]]
* [[酸化防止剤]]

== 外部リンク ==
{{Commons|Antioxidants}}
* [http://ods.od.nih.gov/index.aspx U.S. National Institute Health, Office on Dietary Supplements]
* [http://www.ific.org/publications/factsheets/antioxidantfs.cfm List of antioxidants, food sources, and Potential Benefits]
* [http://www.nlm.nih.gov/medlineplus/antioxidants.html MedlinePlus: Antioxidants.]

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2010年8月5日 (木) 00:09時点における版

抗酸化剤の一つ、グルタチオン空間充填モデル。黄色球は酸化還元活性、すなわち抗酸化作用を有する硫黄原子。その他、赤色、青色、白色、黒色球はそれぞれ酸素窒素水素炭素原子

抗酸化物質(antioxidant)とは、他の物質酸化を抑制する能力を持つ分子のことである。酸化とは基質から酸化剤電子を転移させる化学反応のことである。酸化反応ではフリーラジカルを生成させることができる。このフリーラジカルはラジカル連鎖反応を引き起こし、細胞に損傷を与える。抗酸化物質はフリーラジカル中間体を除去することによりラジカル連鎖反応を終了させ、他の酸化反応を抑制する。このとき抗酸化物質自体は酸化するため、抗酸化物質はチオールアスコルビン酸またはポリフェノール類のようにしばしば還元剤である[1]

酸化反応は生命にとって極めて重要であるが有害でもある。そのため植物動物グルタチオンビタミンCビタミンE酵素ではカタラーゼスーパーペルオキシドジスムターゼペルオキシダーゼ類などさまざまな種類の抗酸化物質の維持複合系を持つ。抗酸化物質の濃度が低いとき、もしくは抗酸化酵素が阻害されたときはそれが酸化ストレスとなり、細胞損傷や細胞死の原因となる。

酸化ストレスはヒトの多くの病気の原因の一つであり、薬理学分野では抗酸化物質の研究が盛んに行われている。特に脳卒中神経変性病の治療に対する研究が顕著であるが、それが酸化ストレスが原因なのかどうかは不明である。

抗酸化物質は栄養補助食品の成分として、健康維持や悪性腫瘍冠状動脈性心臓病高山病の予防の目的で広く用いられている。しかしながら、初期の研究では抗酸化物質のサプリメントは健康を増進させる可能性があると提案されたが、後の臨床試験ではその効果が見つからず、むしろ過剰摂取による有害性が報告されている[2][3]。抗酸化物質は医学的な用途の他、食品や化粧品防腐剤ゴムガソリンの分解防止など工業分野でも広く使われている。

歴史

海洋生物からの順応の一環として、陸生植物はアスコルビン酸ビタミンC)、ポリフェノール類、フラボノイド類およびトコフェロール類のような非海洋性抗酸化物質の合成を始めた。さらに、2億年前から5千万前の間、特にジュラ紀の間に発達した被子植物は多くの抗酸化色素を合成し、ジュラ紀後期に発達させ、光合成時に発生する活性酸素種からの化学防御とした[4]

始め、抗酸化物質は酸素の消費を抑える化学種として用いられた。19世紀後期から20世紀初頭には、大規模に研究され、金属の腐食防止やゴムの加硫、内燃機関の付着物中の燃料の重合など重要な工業工程において抗酸化物質が使われるようになった[5]

初期の研究では生化学的な抗酸化物質の役割は不飽和脂肪酸の酸化防止に重点がおかれた[6]。抗酸化活性は単に密閉容器に脂肪と酸素とを入れ、酸素の消費量を計測することにより測定されたが、これによりビタミンA、ビタミンCおよびビタミンEといった抗酸化物質が同定され、この分野に革命をもたらし、生化学での抗酸化物質の重要性の理解に繋がった[7][8]

抗酸化物質の可能な作用機序は、基質に対する抗酸化活性が認められたときに初めてその研究が行われた[9]。ビタミンEは研究により、細胞が損傷を受ける前に還元剤として活性酸素種を捕捉し、脂質過酸化反応の過程を抑制する抗酸化物質として同定された[10]

生化学における酸化

地球上の大部分の生物が生存のために酸素を必要するが、酸素は活性酸素種を作ることにより有機体に損傷を与える反応性の大きい分子である[11]。その結果として、有機体は抗酸化物質代謝物と酵素による複合系を持ち、DNAタンパク質脂質などの細胞成分の酸化的ダメージを抑制している[1][12]。一般に、抗酸化物質系は反応性物質の除去および形成の抑制により細胞の損傷を防止している[1][11]。しかしながら、活性酸素種は例えば酸化還元シグナリングなど細胞に有用な機能も有するため、抗酸化系は酸化剤を完全に除去することはせず、むしろ最適な水準を維持するようにしている[13]

活性酸素種は細胞において過酸化水素(H2O2)、次亜塩素酸(HOCl)およびヒドロキシラジカル(·OH)とスーパーオキシドアニオン(O2)のようなフリーラジカルを形成する[14]。ヒドロキシラジカルは特に不安定であり、即座に非特異的に多くの生体分子との反応を起こす。この化学種はフェントン反応のような金属触媒酸化還元反応によって過酸化水素から形成する[15]。これらの酸化剤は化学的連鎖反応を開始させることにより脂肪DNAタンパク質を酸化させ細胞を損傷させる[1]。DNAへの損傷は、もしDNA修復機構によって修復されなければ突然変異の原因となり[16][17]タンパク質への損傷は酵素阻害、変性タンパク質分解の原因となる[18]

代謝エネルギーの合成機構において酸素が使われると活性酸素種が発生する[19]。この機構では、スーパーオキシドアニオン電子伝達系において副生成物として生成する[20]。特に重要なのは複合体IIIによる補酵素Qの還元で、中間体として高反応性フリーラジカル(Q·)が形成する。この不安定中間体は電子の"漏出"を誘導し、通常の電子伝達系の反応ではなく電子が直接酸素に転移し、スーパーオキシドアニオンを形成させる[21]。また、ペルオキシドは複合体Iでの還元型フラボタンパク質の酸化からも発生する[22]。これらの酵素群は酸化剤を合成することができるが、ペルオキシドを形成するその他の過程への電子伝達系の相対的重要性は不明である[23][24]。また、植物藻類藍藻類では、活性酸素種は光合成の間に生じるが[25] 、特に高光度条件のときに生成する[26]。この効果は光阻害ではカロテノイドにより相殺されるが、それには抗酸化物質と過還元状態の光合成反応中心との反応が伴い、活性酸素種の形成を防いでいる[27][28]

代謝

概説

抗酸化物質は水溶性脂溶性の2つに大きく分けられる。一般に、水溶性抗酸化物質は細胞質基質血漿中の酸化剤と反応し、脂溶性抗酸化物質は細胞膜の脂質過酸化反応を防止している[1]。これらの化合物は体内で生合成するか、食物からの摂取によって得られる[12]。それぞれの抗酸化物質は様々な濃度で体液組織に存在している。グルタチオンやユビキノンなどは主に細胞内に存在しているのに対し尿酸はより広範囲に分布している(下表参照)。稀少種でしか見られない抗酸化物質もあり、それらは病原菌にとって重要であったり、毒性因子となったりする[29]

様々な代謝物と酵素系はそれぞれ相乗効果と相互依存効果を有するが、抗酸化物質の相対的重要性と相互作用は不明である[30][31]。したがって、一種の抗酸化物質は抗酸化物質系の他の構成要素の機能に依存している可能性がある[12]。また、抗酸化物質によって保護される度合いはその濃度、反応性、反応環境の影響を受ける[12]

いくつかの化合物は遷移金属キレートすることによって細胞内で触媒生成するフリーラジカルによる酸化を抑制している。特にトランスフェリンフェリチンのような鉄結合タンパク質は、キレート化することにより鉄の酸化を抑制している[32]セレン亜鉛は一般的に抗酸化栄養素と呼ばれているが元素自体は抗酸化能を持たず、抗酸化酵素と結合することによって抗酸化能を持つ。

抗酸化代謝物 溶解性 ヒトの血清中での濃度 (μM)[33] 肝組織での濃度 (μmol/kg)
アスコルビン酸 (ビタミンC) 水溶性 50 – 60[34] 260 (ヒト)[35]
グルタチオン 水溶性 4[36] 6,400 (ヒト)[35]
リポ酸 水溶性 0.1 – 0.7[37] 4 – 5 (ラット)[38]
尿酸 水溶性 200 – 400[39] 1,600 (ヒト)[35]
カロテン 脂溶性 β-カロテン: 0.5 – 1[40]

レチノール (ビタミンA): 1 – 3[41]

5 (ヒト、総カロテノイド)[42]
α-トコフェロール (ビタミンE) 脂溶性 10 – 40[41] 50 (ヒト)[35]
ユビキノール (補酵素Q) 脂溶性 5[43] 200 (ヒト)[44]

尿酸

尿酸の構造

ヒトの血中に最も高濃度で存在する抗酸化物質は尿酸であり[39]、ヒト血清中の抗酸化剤全体の約半分を占める[45]。尿酸はキサンチンオキシダーゼ(EC 1.17.3.2)によりキサンチンから合成されるオキシプリンの一つで、霊長類鳥類爬虫類におけるプリンの代謝生成物である。尿酸が過剰になると痛風の原因となる。脳卒中や心麻痺といった疾患では尿酸の役割はよく分かっていないが、尿酸濃度が高いと死亡率が増加するといくつかの研究で言及されている[46][47]。明かな効果は、酸化ストレスに対する防御的機能、または酸化促進剤に作用しそれが原因となる疾患の予防であると考えられる[46][47]。尿酸は酸素が不足する組織から遊離されるため、尿酸濃度の上昇は酸素が薄い環境への順応である可能性がある[48]

アスコルビン酸

アスコルビン酸の構造

アスコルビン酸(またはビタミンC)は単糖の一つで動植物両方で見られる酸化還元触媒である。アスコルビン酸を合成する酵素は霊長類の進化の過程で失われてしまったためビタミンの一つとなっている[49]。ただし、ほとんどの動物はアスコルビン酸を摂取することができるためこの酵素は必要としていない[50]。アスコルビン酸はプロリン残基をヒドロキシプロリンにすることによるプロコラーゲンからコラーゲンへの変換に必須である。その他の細胞では、グルタチオンが用いられるタンパク質ジスルフィドイソメラーゼ(EC 5.3.4.1)およびグルタレドキシン(EC 1.20.4.1)の反応によってその還元型が維持されている[51][52]。アスコルビン酸は還元ができる酸化還元触媒で、それにより過酸化水素のような活性酸素種を中性にする[53]。直接的な抗酸化機能に加えて、植物ではアスコルビン酸ペルオキシダーゼの基質となっている[54]。アスコルビン酸は植物のすべての部分において高濃度で存在しており、葉緑体では20mMにも及ぶ[55]

グルタチオン

脂質過酸化反応のフリーラジカル機構

グルタチオンは有酸素種で見られるシステイン含有ペプチドである[56]。グルタチオンは摂取により補給する必要は無く、細胞内でアミノ酸から合成される[57]。グルタチオンはシステイン部分のチオール基が抗酸化能を持ち、酸化や還元を可逆的に行うことができる。細胞内ではグルタチオンは、グルタチオンレダクターゼにより還元型で維持され、直接酸化剤と反応するだけではなく、グルタチオン-アスコルビン酸回路グルタチオンペルオキシダーゼグルタレドキシンなどの酵素系によって他の有機物の還元を行っている[51]。グルタチオンはその濃度の高さと細胞での酸化還元状態の維持に重要な役割を果たしていることから、最も重要な細胞性抗酸化物質である[56]。いくつかの有機体のグルタチオンには、放線菌マイコチオールキネトプラスト類トリパノチオンのように他のチオールに置換しているものがある[58][59]

メラトニン

メラトニンの構造

メラトニンは容易に細胞膜血液脳関門を通過できる強力な抗酸化物質である[60]。他の抗酸化物質とは異なり、再度の酸化または還元を受けることはなく、酸化還元サイクルを形成しない。酸化還元サイクルを形成する他の抗酸化物質(ビタミンCなど)は酸化促進剤としてフリーラジカルを形成する可能性がある。しかし、メラトニンはフリーラジカルと反応すると安定な状態になるため1回酸化されるのみで、還元はされない。したがって、メラトニンは末端抗酸化物質(terminal antioxidant)とも呼ばれる[61]

トコフェロール類、トコトリエノール類(ビタミンE)

α-トコフェロールの構造。

ビタミンEトコフェロール類とトコトリエノール類の共同名で、抗酸化機能を持つ脂溶性ビタミンである[62][63]。ビタミンEのうち、α-トコフェロールのバイオアベイラビリティが選択的吸収および代謝とともに最も研究がなされている[64]

α-トコフェロールは、脂質過酸化連鎖反応で生成する脂質ラジカルによる酸化から細胞膜を保護するため、最も重要な脂溶性抗酸化物質である[62][65]。つまりはフリーラジカル中間体の除去により、それによる成長反応を抑制している。この反応では酸化型であるα-トコフェロキシルラジカルが生成するが、アスコルビン酸やレチノールユビキノールなど他の抗酸化物質により還元され、元の還元型にリサイクルされる[66]。これは、水溶性抗酸化物質ではないα-トコフェロールが効率的にグルタチオンペルオキシダーゼ4(GPX4)-欠乏細胞を細胞死から保護しているという研究結果と一致する[67]。GPX4は生体膜の内側で脂質-ヒドロペルオキシドを効率的に還元する唯一知られている酵素である。

ビタミンEの異なる型の役割とその重要性は現在のところはっきりしていないが[68][69]、その役割は抗酸化物質よりもシグナリング分子の方であることが提唱されている[70][71]。また、γ-トコフェロールは求電子性の突然変異原の求核剤として[64]、そしてトコトリエノール類はニューロンを損傷から保護していると考えられている[72]

酸化促進剤としての機能

還元剤でもある抗酸化物質は酸化促進剤として機能することもできる。例えば、ビタミンCは過酸化水素のような酸化型基質を還元したときは抗酸化物質として作用するが[73]フェントン反応を通して還元型金属イオンからフリーラジカルを作り出す[74][75]

2 Fe3+ + アスコルビン酸 → 2 Fe2+ + デヒドロアスコルビン酸
2 Fe2+ + 2 H2O2 → 2 Fe3+ + 2 OH· + 2 OH

抗酸化物質の抗酸化能と酸化促進能の相対的重要性は現在の所は研究段階であるが、ビタミンCは体内ではほぼ抗酸化物質として機能していると考えられている[74][76]。しかしながら、後述の通りビタミンE[77]ポリフェノール類が食物抗酸化剤として利用されている[78]

酵素系

活性酸素種の酵素経路による解毒化。

概説

化学的酸化防止剤と同様に、細胞は抗酸化酵素の相互作用網によって酸化ストレスから保護されている[1][11]酸化的リン酸化のようなプロセスによって遊離される超酸化物は最初に過酸化水素に変換され、さらなる還元を受け最終的にとなる。この解毒経路はスーパーオキシドジスムターゼカタラーゼペルオキシダーゼなど多数の酵素によるものである。

抗酸化代謝体と同様に、抗酸化防衛における酵素の寄与を互いに切り離して考えることは難しいが、抗酸化酵素を1つだけ欠損させた遺伝子導入マウスを作ることそので情報を得ることができる[79]

スーパーオキシドジスムターゼ、カタラーゼおよびペルオキシレドキシン

スーパーオキシドジスムターゼ類(SODs)は、スーパーペルオキシドアニオンを酸素と過酸化水素に分解する酵素群である[80][81]。SODはほとんど全ての好気性細胞と細胞外液に存在する[82]。SODはそのアイソザイムによって、亜鉛マンガン、および補因子として含む。ヒトでは、銅/亜鉛SODは細胞質に、マンガンSODはミトコンドリアに存在する[81]。また、銅と亜鉛を活性部位に持つ第三のSODが細胞外液に存在する[83]。3種のSODのうち、ミトコンドリアアイソザイムは最も生物学的に重要で、マウスはこの酵素が欠損すると生後間もなく死亡する[84]。一方、銅/亜鉛SOD(Sod1)欠損マウスは生存能力はあるが多くは病的で低寿命(超酸化物を参照)であり、細胞外液SOD欠損マウスは異常は最小限(酸素過剰症に過敏)である[79][85]植物では、SODのアイソザイムは細胞質ミトコンドリアに存在し、葉緑体では脊椎動物酵母菌には無い鉄SODが見られる[86]

カタラーゼマンガン補因子として用いて過酸化水素酸素に変換する酵素である[87][88]。このタンパク質はほとんどの真核細胞ペルオキシソームに局在している[89]。カタラーゼは基質が過酸化水素だけである独特な酵素で、ピンポン機構を示す。まず補因子が一分子の過酸化水素で酸化され、生成した酸素を二番目の基質へ転移させることにより補因子が再生する[90]。過酸化水素の除去は明らかに重要であるのにも関わらず、遺伝的なカタラーゼの欠損(無カタラーゼ症)のヒト、もしくは遺伝子組み換えで無カタラーゼにしたマウスの苦痛を感じる病的影響はほとんど無い[91][92]

Salmonella typhimurium由来の細菌性 2-システインペルオキシレドキシンの一つ、AhpCの十量体構造[93]

ペルオキシレドキシン類は過酸化水素やペルオキシ亜硝酸など有機ヒドロペルペルオキシドの還元を触媒するペルオキシダーゼ類である[94]。ペルオキシレドキシンは、典型的な2-システインペルオキシレドキシン、非定型な2-システインペルオキシレドキシン、1-システインペルオキシレドキシンの3種に分けられられる[95]。これらの酵素は基本的に触媒機構は同じで、活性部位の酸化還元活性システイン(peroxidatic cysteine)は基質であるペルオキシドによってスルフェン酸に酸化される[96]。このシステイン残基の過酸化により酵素は不活性化するが、スルフィレドキシンの作用によって再生されることができる[97]。ペルオキシレドキシン1および2を欠損させたマウスでは低寿命化や溶血性貧血が起こり、植物ではペルオキシレドキシン葉緑体で発生した過酸化水素の除去に使われるため、ペルオキシレドキシンは抗酸化代謝において重要である[98][99][100]

チオレドキシン系とグルタチオン系

チオレドキシン系は12kDaのタンパク質チオレドキシンとそれに随伴するチオレドキシンレダクターゼからなる[101]。チオレドキシンに関連するタンパク質は、シロイヌナズナのような植物とすべての有機体の塩基配列に存在しており、多様なイソ型を持つ[102]。チオレドキシンの活性部位には2つの隣接したシステインがあるが、CXXCの配列が強く保存されており、活性ジチオール型(還元型)とジスルフィド型(酸化型)との間で循環することができる。活性状態では、チオレドキシンは還元剤として有効に機能し、活性酸素種を除去することによりタンパク質の還元状態を維持させる[103]。酸化されるとチオレドキシンはNADPH電子供与体としてチオレドキシンレダクターゼによって再生される[104]

グルタチオン系には、グルタチオングルタチオンレダクターゼグルタチオンペルオキシダーゼおよびグルタチオン S-トランスフェラーゼが含まれる[56]。この系は動物、植物および微生物で見られる[56][105]。グルタチオンペルオキシダーゼは補因子として4つのセレン原子を含み、過酸化水素と有機ヒドロペルオキシドの分解を触媒する。動物では少なくとも4種のグルタチオンペルオキシダーゼのアイソザイムがある[106]。グルタチオンペルオキシダーゼ1は最も豊富で、効率的に過酸化水素を除去する。一方、グルタチオンペルオキシダーゼ4は脂質ヒドロペルオキシドに作用する。意外にも、グルタチオンペルオキシダーゼ1は無くとも問題はなく、この酵素を欠損させたマウスは正常寿命である[107]。しかし、グルタチオンペルオキシダーゼ1欠損マウスは酸化ストレスに過敏である[108]。グルタチオン S-トランスフェラーゼについては過酸化脂質に対し高活性が見られる[109]。これらの酵素は肝臓に高濃度で存在し、また解毒作用を持つ[110]

酸化ストレス

酸化ストレスはアルツハイマー型認知症[111][112]パーキンソン病[113]糖尿病が原因となる病気[114][115]関節リウマチ[116]運動ニューロン病による神経変性[117]など広範囲の病気の進行に寄与していると考えられている。こられの症状の多くは、酸化剤が病気の要因になっているのか、二次的な要因になっているのか、一般的な組織の損傷が要因になっているのか不明確である[14]。しかし、心血管疾患については酸化ストレスが関連していることがよく分かっている。低比重リポタンパク質(LDL)の酸化がアテロームの発生を誘発し、それがアテローム性動脈硬化症となり、最終的には心臓血管の疾患に繋がるのである[118][119]

低カロリーの摂食は多くの動物の平均寿命と最長寿命を延ばす。この効果は酸化ストレスの減少が関与している可能性がある[120]Drosophila melanogasterCaenorhabditis elegansのようなモデル生物では老化に酸化ストレスが関与していることが支持されている[121][122]が、哺乳類では不明確である[123][124][125]。2009年に行われたマウスでの再調査では、抗酸化系のほとんどすべての操作は寿命に影響を与えなかったと結論づけられている[126]。果物と野菜の多い食事では抗酸化物質が多く摂取されることにより健康を増進させ老化の影響を減らすとされるが、抗酸化ビタミンの補給は老化作用に対して検知できるような効果は無いため、果物と野菜の効果はその抗酸化物質の含有量とは関係が無いかもしれない[127][128]。事実、ポリフェノールやビタミンEのような抗酸化分子はその他の代謝において別の物質に変換されるため、抗酸化物質としてよりも他の効果を持っている可能性がある[70][129]

健康への影響

病気治療法

はその高い代謝率と高濃度の多価不飽和脂肪のために酸化的損傷に比類無く弱い[130]。したがって、抗酸化物質は脳損傷治療の薬剤として広く使われている。スーパーオキシドジスムターゼ模倣薬としては[131]チオペンタールプロポフォール再かん流傷害外傷性脳損傷[132]、実験的薬剤としてはジスフェントン(NXY-059)[133][134]エブセレン[135]が脳卒中の治療に応用されている。これらの化合物は、ニューロンの酸化ストレス、アポトーシスおよび神経損傷を予防しているように見える。また、抗酸化物質は、アルツハイマー型認知症パーキンソン病筋萎縮性側索硬化症のような神経変性の病気の治療[136][137]音響性外傷の予防[138]についての研究がなされている。

病気の予防

ポリフェノール抗酸化物質の一つ、レスベラトロールの分子構造

果物や野菜をよく摂る人は心臓疾患と神経疾患のリスクが低く[139]、野菜や果物の種類によっては癌の予防になるという証拠がある[140]。果物と野菜はよい抗酸化物質源であることから、抗酸化物質はいくつかの病気を予防していると考えられている。しかし、抗酸化物質を摂取させた治験では癌および心臓疾患のような慢性疾患のリスクに明確な効果は認められないため抗酸化物質は病気の予防に関与しているとはいえない[139][141]。したがって、病気の予防には野菜や果物のその他の物質(例えばフラボノイド類)または複合混合物が関わっていると考えられる[142][143]

血中の低濃度リポタンパク質の酸化は心臓疾患の原因になると考えられ、また、初期の観察研究からビタミンEの摂取により心臓疾患の発現のリスクを下げることが分かっていた[144]。これに対し、1日に50から600 mgのビタミンEを摂取させ、その効果を調査する大規模な治験が少なくとも7回行われたが、死亡総数および心臓疾患による死亡率ともにビタミンEの影響は見られなかった[145]。その他の研究でもまた結果は同様であった[146][147]。これらの試験または多くの栄養補助食品の使用が酸化ストレスによる疾患の予防になっているかどうかは明確ではない[148]。総合的に、心臓血管疾患には酸化ストレスが関わっているにも関わらず、抗酸化ビタミンを使った試験では心疾患発現リスクおよび既に発現した疾患の進行を抑える効果は認められなかった[149][150]

高用量の抗酸化物質を含む栄養補助食品の試験の一つ、"Supplémentation en Vitamines et Mineraux Antioxydants" (SU.VI.MAX) studyは、いわゆる健康食に相当する栄養を補足し、その効果を調査する試験である[151]。この試験では、12,500人のフランス人の男女を対象に、低用量の抗酸化物質(アスコルビン酸:120 mg、ビタミンE:30 mg、β-カロテン:6 mg、セレン:100 μg、亜鉛:20mg)または偽薬を平均7.5年間摂取させた。結果、癌および心臓疾患に対し統計学的に見て抗酸化物質には大きな効果は認められなかった。事後分析では男性では31%の癌リスクの減少が見られたが、女性では見られなかった。

先進工業国では、多くの抗酸化物質の栄養補助食品および健康食品が広く販売されている[152]。これら栄養補助食品にはポリフェノールレスベラトロールブドウの種子またはタデの葉から採れる)[153]などの化合物、ACES製品(β-カロテン(プロビタミンA)、ビタミンC、ビタミンE、セレン:Selenium)、または緑茶アマチャヅルなど抗酸化物質を含むハーブが含まれている。食品中の抗酸化ビタミンおよびミネラルは良好な健康状態のために必須であるが、これらの抗酸化物質の栄養補助食品は有益なのか有害なのか相当疑問である[139][141][154]。実際に数名の著者らは、抗酸化物質には慢性的な疾患を予防することができるというのは誤りで、初期の段階から見当違いであったという仮説を主張している[155]。それどころか、食品中のポリフェノール類は微量濃度では細胞間シグナリング、受容体感受性、炎症性酵素活性および遺伝子調節など抗酸化物質としてではない機能を持っている可能性がある[156][157]

Caenorhabditis elegansでは、適度な酸化ストレスを与えることにより活性酸素種への防御反応を誘導することによって寿命を延ばすことが示唆されている[158]。しかし、出芽酵母Saccharomyces cerevisiae)では酸化ストレスを増加させることによって寿命が延びたため矛盾する[159]。哺乳類ではさらに不明瞭である[123][124][125]。このようなことから、抗酸化物質の栄養補助食品がヒトの寿命を延ばしているようには見えない[160]

運動との関係

運動時、酸素消費量は10倍以上に増加する[161]。これは酸化剤の大幅な増加に繋がり、運動の後の筋肉疲労の一因となる。激しい運動の後、特に24時間後に発生する筋肉痛も酸化ストレスが関係している。運動によるダメージへの免疫系の応答は運動の2から7日後がピークである。この過程では、フリーラジカルはダメージを受けた組織を除去するため好中球によって作られる。そのため、過濃度の抗酸化物質は組織の回復と適応機序を阻害することとなる[162]。この他にも、酸化防止剤のサプリメントは例えばインスリンの感受性を低下させるなど通常の健康のための機序を阻害している可能性がある[163]

増加する酸化ストレスの調整のために身体は抗酸化防衛を強化(特にグルタチオン系)している[164]。習慣的な運動を行っている人では主な病気の発現率が低くなっていることから、この効果は酸化ストレスに関係している病気をある程度予防していると考えられている[165]

しかしながら、スポーツ選手の身体能力の向上はビタミンEの補給では見られない[166]。実際には、その脂質膜過酸化防止機能にも関わらず、6週間のビタミンEサプリメントの投与でもウルトラマラソンのランナーでは筋損傷への効果は無かった[167]。スポーツ選手のビタミンCの摂取は必要であるとは考えられてはいないが、激しい運動の前にビタミンCの摂取量を増やすことによって筋損傷が減少する兆候がある[168][169]。しかし、他の研究ではこのような効果は見られず、また、1000 mg以上の摂取では逆にその回復を阻害するという結果が数件報告されている[170]

有害性

金属キレート剤の一つ、フィチン酸の構造。

比較的強力な還元酸類は消化管亜鉛などの飼料無機質と結合し、その吸収を抑制する反栄養素としての効果を持つことができる[171]。主な例では、植物ベースの食品に多いシュウ酸タンニンおよびフィチン酸などがある[172]カルシウムの欠乏は、肉類が少なく、マメ類やイースト菌を入れていない全粒穀物のパンなどの食生活が中心でフィチン酸の摂取が多くなっている発展途上国では珍しいことではない[173]

食品 含まれる還元酸
カカオ豆チョコレートホウレンソウカブダイオウ[174] シュウ酸
全粒穀物, トウモロコシ, マメ科植物[175] フィチン酸
マメ類、キャベツ[174][176] タンニン

丁子油に主に含まれるオイゲノールのような無極性の抗酸化物質は毒性限界を持ち、希釈していない精油を誤用することによってそれを超える[177]。アスコルビン酸のような水溶性抗酸化物質は尿として速やかに排出されるため毒性への懸念は低い[178]。実際のところ、いくつかの抗酸化物質では高濃度で摂取することにより有害な長期的影響をもたらす可能性のものがある。肺癌患者におけるβ-カロテンレチノールの有効性試験(CARET)の研究では、喫煙者にβ-カロテンとビタミンAを含むサプリメントを与えたところ、肺癌の速度が増大するという結果が見られた[179]。後に行われた研究でもそれらの作用が確認されている[180]

また、これらの有害性は非喫煙者でも見られ、約230,000人の患者を対象とした最新のメタアナリシスでは、β-カロテン、ビタミンAおよびビタミンEの補給では死亡率の増加が見られたが、ビタミンCでは有意な効果は見られなかった[181]。健康リスクはすべて無作為に選別された比較試験を同時に調査したとき見られなかったのに対し、死亡率の増加は高品質もしくは低バイアス試験がそれぞれ独立に調査されたときのみ見られた。ただし、これらの低バイアス試験では高齢者または既に病気を患っている人の死亡率を対象としており、この結果は一般的な人には適用されない[182]。このメタアナリシスは同一の著者によって最近報告および拡張されたものであり、コクラン・コラボレーションからも新しい分析が発行されている[183]。これら2種の出版物はビタミンEの摂取により死亡率が増加するという点と[184]、抗酸化物質のサプリメントは大腸癌のリスクが増加するという点で一致している[185]。しかし、このメタアナリシスの結果は、抗酸化物質はすべての死因に対し関連性を持たないというSU.VI.MAX試験の調査結果とは矛盾する[151][186][187][188]。全体として、抗酸化物質のサプリメントについて行われた臨床試験の多くは健康に影響が無いか、高齢者または影響を受けやすい人の死亡率をやや高めているかのどちらかを示唆している[139][141][181]

抗酸化物質は広く癌の進行の抑制に使われているが、逆に癌の治療を妨げている可能性が示唆されている[189]。これは、治療によってさらに細胞が酸化ストレスの影響を受けやすくなるというものである。また、ガン細胞の酸化還元ストレスも減少するため、結果的に抗酸化物質サプリメントは放射線療法化学療法の有効性を減少させている可能性もある[190][191]。他方では、抗酸化物質が副作用を減少させ、寿命を延ばしていると提言しているレビューも存在する[192][193]

食品中の抗酸化物質

果物野菜は多量の抗酸化物質を含む。

活性酸素種の違いによって活性も異なるため抗酸化物質の測定はその物質により多様である。食品科学では、酸素ラジカル吸収能(ORAC)が食品、飲料および食品添加物の抗酸化物質濃度を評価する最新の業界標準になっている[194][195]。この他にフォリン-チオカルトー試薬を用いる方法やトロロックス等価抗酸化能力分析法(TEAC法)がある[196]

抗酸化物質は野菜、果物、穀物、卵、肉、マメ、木の実などの食品に多量に含まれている。リコペンアスコルビン酸のようないくつかの抗酸化物質は長期貯蔵または長時間の調理によって分解するものがある[197][198]。一方、全粒小麦や茶などに含まれるポリフェノール系抗酸化物質は安定である[199][200]。また、野菜に含まれる数種のカロテノイド類のように抗酸化物質の生物学的利用能を増加させることもできるため調理や加工による影響は複雑である[201]。一般に、加工の過程で酸素に晒されるため、加工食品は非加工食品よりも抗酸化物質が少ない[202]

抗酸化物質 抗酸化物質が多く含まれる食品[176][203][204]
ビタミンC (アスコルビン酸) 果物野菜
ビタミンE (トコフェロール、トコトリエノール) 植物油
ポリフェノール (レスベラトロールフラボノイド) コーヒー果物オリーブオイルチョコレートシナモンオレガノ赤ワイン
カロテノイド (リコペン、カロテン、ルテイン) 果物、野菜、卵[205]

その他のビタミンは体内で合成させる。例えば、ユビキノール(補酵素Q)は腸で吸収されにくく、ヒトではメバロン酸経路にて合成される[44]。また、グルタチオンはアミノ酸から合成される。グルタチオンは腸ではシステイングリシングルタミン酸に分解されてから吸収されるため、グルタチオンの経口投与は体内のグルタチオン濃度にはほとんど影響がない[206][207]アセチルシステインのような含硫アミノ酸が高濃度であることによりグルタチオンが増加するが[208]、グルタチオン前駆体を多く摂取することが成人健常者において有益であるという根拠は無い[209]。前駆体を多く摂取することは急性呼吸窮迫症候群蛋白エネルギー栄養障害の治療、もしくはアセトアミノフェンオーバードーズによって生じる肝臓障害の予防に役立つと考えられている[208][210]

食品中の化合物は酸化促進剤として作用することにより抗酸化物質の濃度を変えることができる。化合物は消費されることで酸化ストレスが引き起こされ、身体は抗酸化防衛能を高めるように反応する[155]イソチオシアン酸クルクミンなどいくつかの化合物は化学的予防剤として異常細胞の癌性細胞への変質を遮断したり、既存の癌細胞を殺したりすると考えられている[155][211]

科学技術への応用

食品添加物

抗酸化物質は食品の劣化を防ぐ食品添加物として使われている。酸素日光が食品の酸化の主な要素であるため、食品は暗所で保管し容器で密閉して保存する。しかし、酸素は植物の呼吸にも必要で、植物性の素材を嫌気性の環境におくとその香りや色が劣化する[212]。そのため、果物および野菜には~8%の酸素を含ませて包装している。冷凍・冷蔵食品は、細菌類・類による劣化よりも、酸化の方が比較的早く進むため抗酸化物質は保存料の一つとして重要である[213]。これらの保存料には天然の抗酸化物質ではアスコルビン酸(AA, E300)やトコフェロール類(E306)、合成された抗酸化物質では没食子酸プロピル(PG, E310)、tert-ブチルヒドロキノン(TBHQ)、ブチル化ヒドロキシアニソール(BHA, E320)、ブチル化ヒドロキシトルエン(BHT, E321)が含まれる[214][215]

ごく一般に、酸化による攻撃を受ける分子は不飽和脂肪で、酸化により悪臭をもつようになる[216]。酸化した脂肪は大抵は変色し、金属または硫黄臭のような不快な風味を持つようになるため、特に脂肪が多い食品の酸化を防止することは重要である。ゆえに、これらの食品はほとんど乾燥状態で保存されることはないが、乾燥状態で保存したい場合は薫製塩漬け発酵が使われる。果物など脂肪が少ないものは空気乾燥する前に硫黄を含む抗酸化剤が噴霧される。酸化は金属によって触媒されるため、バターなどの脂肪製品はアルミホイルや金属製容器で保存してはならない。オリーブオイルなどいくつかの脂肪食品は天然の抗酸化物質により酸化から保護されているが、光酸化には過敏なままである[217]。また、抗酸化物質の保存料は脂肪をベースとした口紅モイスチャーなどの化粧品にも添加されている。

工業での利用

抗酸化物質は頻繁に工業製品に添加される。主に燃料潤滑油の安定剤として用いられ、ガソリンが重合してエンジンが目詰まりを起こすのを防ぐ[218]2007年現在、工業的抗酸化剤の世界市場は約88万トンである。これは約37億米ドル(24億ユーロ)の収益規模である[219]

抗酸化物質はゴムプラスチック接着剤などポリマー製品の強度や柔軟性の低下の原因となる酸化分解の防止のために広く用いられる[220]天然ゴムポリブタジエンなどのポリマーはその主鎖に二重結合を含み、酸化やオゾン分解の影響を受けやすい。これらは抗酸化物質で保護することが可能である。また、紫外線は結合を壊すことによりフリーラジカルを作り出すため、酸化と紫外線劣化は強く関係している。フリーラジカルは酸素と反応することによりペルオキシラジカルが生成し、連鎖反応を起こし、さらなる製品の劣化を引き起こす。その他、ポリプロピレンポリエチレンも酸化の影響を受ける。前者は繰り返し単位の二級炭素原子が攻撃を受ける。一級炭素原子よりも二級炭素原子でフリーラジカルが形成した方が安定であるためである。ポリエチレンの酸化は低密度ポリエチレンの分枝部分など、結合の弱い部分で起こる傾向がある。

燃料添加剤 構成物質[221] 製品[221]
AO-22 N,N '-ジ-2-ブチル-1,4-フェニレンジアミン タービン油、変圧器油油圧油ワックス潤滑油
AO-24 N,N '-ジ-2-ブチル-1,4-フェニレンジアミン 低温油
AO-29 2,6-ジ-tert-ブチル-4-メチルフェノール タービン油、変圧器油、油圧油、ワックス、潤滑油、ガソリン
AO-30 2,4-ジメチル-6-tert-ブチルフェノール ジェット燃料、ガソリン(航空機用ガソリンを含む)
AO-31 2,4-ジメチル-6-tert-ブチルフェノール ジェット燃料、ガソリン(航空機用ガソリンを含む)
AO-32 2,4-ジメチル-6-tert-ブチルフェノール
2,6-ジ-tert-ブチル-4-メチルフェノール
ジェット燃料、ガソリン(航空機用ガソリンを含む)
AO-37 2,6-ジ-tert-ブチルフェノール ジェット燃料、ガソリン。
航空機用ガソリンへの添加が広く承認されている

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関連項目

外部リンク