DOI: https://doi.org/10.1186/s43556-026-00419-2
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41824175
تاريخ النشر: 2026-03-13
المؤلف: Yaoxing Ren وآخرون
الموضوع الرئيسي: علم الأحياء الأكسدي والإجهاد التأكسدي
نظرة عامة
يقدم هذا القسم نظرة شاملة على الفهم المتطور للجذور الحرة للأكسجين (ROS)، مع التأكيد على تمييز حاسم بين الأنواع الجذرية وغير الجذرية. هذه الثنائية ضرورية لتطوير العلاجات المستهدفة، حيث تتميز الجذور الحرة للأكسجين بأفعالها القصيرة العمر والمحدودة، بينما تسهل الأنواع غير الجذرية التواصل الأكسدي الأوسع عبر الأقسام الخلوية. تلعب كلا النوعين من ROS أدوارًا مزدوجة: عند مستويات فسيولوجية منخفضة، تعزز الإجهاد الإيجابي المفيد، بينما عند التركيزات العالية، تساهم في الإجهاد التأكسدي، الذي يرتبط بمختلف الأمراض، بما في ذلك السرطان والشيخوخة. ينظم الاستعراض المفاهيم المتعلقة بـ ROS على محور الجذري/غير الجذري، موضحًا خصائصها الفريدة والمتداخلة لتعزيز الاستراتيجيات العلاجية.
تسلط الاستنتاجات الضوء على نموذجين مترابطين: السلوكيات المكانية والحركية لـ ROS وآثارها المعتمدة على الجرعة. تسبب الجذور الحرة أضرارًا حادة محليًا، بينما تنشر الأنواع غير الجذرية الإشارات على مسافات أطول، مما يدعم المرونة الفسيولوجية. يدعو المؤلفون إلى استراتيجيات أكسدة متطابقة مع الأنواع تتجاوز المكملات المضادة للأكسدة غير المحددة لاستهداف ROS المتميزة بدقة لأغراض علاجية. يؤكدون على أهمية الجرعات المتحكم فيها، حيث تؤثر القدرات المضادة للأكسدة الخلوية على نتائج التدخلات الأكسدية. يقدم القسم أيضًا إمكانيات الأساليب الهجينة، مثل البلازما الباردة الجوية (CAP)، التي تجمع بين الأنواع الجذرية وغير الجذرية لزيادة الفعالية العلاجية. تُعتبر هذه الاستراتيجية ذات المرحلتين، جنبًا إلى جنب مع التدخلات الموجهة بواسطة المؤشرات الحيوية، طريقًا واعدًا لتقدم التطبيقات السريرية في الأمراض المعقدة، وخاصة في علم الأورام.
مقدمة
تناقش مقدمة الورقة الأدوار الحاسمة للجذور الحرة للأكسجين (ROS) والجذور الحرة للنيتروجين (RNS) في الإجهاد التأكسدي الخلوي والإشارات. يتم تصنيف ROS إلى أنواع جذرية، مثل الأنيون الفائق (•O₂⁻) والجذر الهيدروكسيلي (•OH)، التي تمتلك إلكترونات غير متزاوجة، وأنواع غير جذرية مثل بيروكسيد الهيدروجين (H₂O₂) وحمض الهيبوكلوروس (HOCl)، التي لا تمتلك ذلك. توضح التفاعلات بين هذه الأنواع، وخاصة تكوين بيروكسينيتريت (ONOO⁻) من تفاعل •O₂⁻ و•NO، الديناميات المعقدة للإشارات التأكسدية والنيتروزية. تؤكد الورقة على السلوكيات المكانية والحركية المتميزة لهذه الفئات من ROS، حيث تعمل الجذور الحرة محليًا وبسرعة، بينما يمكن للأنواع غير الجذرية الانتشار عبر الأغشية، مما يسهل الإشارات على مسافات طويلة.
يجادل المؤلفون بأن فهم الثنائية الجذرية/غير الجذرية أمر ضروري لتوضيح وظائفها البيولوجية الفريدة. تعتبر الجذور الحرة للأكسجين مناسبة للاستجابات الخلوية الحادة، بينما تشارك الأنواع غير الجذرية مثل H₂O₂ ذات التدفق المنخفض في الإشارات المستدامة اللازمة لإعادة برمجة الأيض. يتضح هذا التخصص الوظيفي في الاستجابات المناعية والتوازن الخلوي، حيث يتم استخدام فئات مختلفة من ROS لأدوار محددة. تهدف المراجعة إلى تقديم إطار شامل لفهم بيولوجيا ROS، من توليدها إلى آثارها على الصحة والمرض، مما يوجه في النهاية تطوير استراتيجيات علاجية مستهدفة. كما تقترح تقنيات ROS الهجينة كمصدر مبتكر كحدود واعدة في الطب الأكسدي، مما يوفر فرصًا جديدة للتدخلات الصحية الدقيقة.
مناقشة
تتناول قسم المناقشة في الورقة البحثية توليد وتفاعل وإزالة الجذور الحرة للأكسجين (ROS)، مع التأكيد على الأدوار المتميزة للأنواع الجذرية وغير الجذرية في الإشارات الخلوية واستجابات الإجهاد التأكسدي. يتم توليد الجذور الحرة للأكسجين، التي تتولد بشكل أساسي من خلال آليات نقل الإلكترون الواحد، وتظهر تفاعلية عالية وعملًا محليًا، خاصة في السياقات المرتبطة بالميتوكوندريا والأغشية. تشمل المصادر الرئيسية الأنيون الفائق ($\cdot O_2^-$) الناتج عن تسرب الإلكترونات في سلسلة نقل الإلكترون وأشكال أكسيد NADPH (NOX1/2/5)، التي تخلق مجالات جذرية محلية تسهل الإشارات السريعة والأضرار التأكسدية المحتملة. تعتبر تحويل $\cdot O_2^-$ إلى بيروكسيد الهيدروجين (H₂O₂) بواسطة ديسموتاز الفائق (SODs) خطوة تنظيمية حاسمة، مما يسمح بنشر الإشارات مع التخفيف من التهديدات الجذرية الفورية.
على النقيض من ذلك، يتم توليد ROS غير الجذرية، مثل H₂O₂، من خلال عمليات ذات إلكترونين أو عدة إلكترونات وتتميز بطبيعتها الانتقائية والقابلة للعكس والقابلة للانتشار. تلعب هذه الأنواع أدوارًا مهمة في الإشارات على مسافات أطول والتكيف الأيضي، حيث يتم تنظيم إنتاجها بدقة بواسطة أنظمة إنزيمية مثل بيروكسيريدكسين (PRXs) وبيروكسيداز الجلوتاثيون (GPx). تسلط الورقة الضوء على أهمية التنظيم المكاني في إنتاج ROS وإزالتها، مشيرة إلى أن الآليات الخاصة بالأقسام، مثل تلك الموجودة في الميتوكوندريا والشبكة الإندوبلازمية، حاسمة للحفاظ على توازن الأكسدة. يتم تنسيق إزالة ROS الزائدة بواسطة نظام دفاع متعدد الطبقات يشمل SODs وPRXs وCAT، التي تعمل معًا على تحييد التهديدات التأكسدية مع السماح بالوظائف الإشارية الضرورية لـ H₂O₂. يتم تنسيق الاستجابات التكيفية للإجهاد التأكسدي المزمن بواسطة برامج النسخ، ولا سيما مسار Keap1-NRF2، الذي يزيد من الدفاعات المضادة للأكسدة ويحافظ على سلامة الخلايا في مواجهة التحديات التأكسدية.
DOI: https://doi.org/10.1186/s43556-026-00419-2
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41824175
Publication Date: 2026-03-13
Author(s): Yaoxing Ren et al.
Primary Topic: Redox biology and oxidative stress
Overview
The section presents a comprehensive overview of the evolving understanding of reactive oxygen species (ROS), emphasizing a critical distinction between radical and non-radical species. This dichotomy is essential for developing targeted therapies, as radical ROS are characterized by their short-lived, localized actions, while non-radical ROS facilitate broader redox communication across cellular compartments. Both types of ROS play dual roles: at low physiological levels, they promote beneficial eustress, whereas at high concentrations, they contribute to oxidative distress, which is implicated in various diseases, including cancer and aging. The review organizes ROS-related concepts along a radical/non-radical axis, elucidating their unique and overlapping properties to enhance therapeutic strategies.
The conclusions highlight two interconnected paradigms: the spatial-kinetic behaviors of ROS and their dose-dependent effects. Radicals induce acute damage locally, while non-radicals propagate signals over longer distances, supporting physiological plasticity. The authors advocate for species-matched redox strategies that move beyond nonspecific antioxidant supplementation to precisely target distinct ROS for therapeutic purposes. They emphasize the importance of controlled dosing, as cellular antioxidant capacities influence the outcomes of redox interventions. The section also introduces the potential of hybrid approaches, such as cold atmospheric plasma (CAP), which combines radical and non-radical species for enhanced therapeutic efficacy. This dual-phase strategy, alongside biomarker-guided interventions, is positioned as a promising avenue for advancing clinical applications in complex diseases, particularly in oncology.
Introduction
The introduction of the paper discusses the critical roles of reactive oxygen species (ROS) and reactive nitrogen species (RNS) in cellular oxidative stress and signaling. ROS are categorized into radical species, such as superoxide anion (•O₂⁻) and hydroxyl radical (•OH), which possess unpaired electrons, and non-radical species like hydrogen peroxide (H₂O₂) and hypochlorous acid (HOCl), which do not. The interaction between these species, particularly the formation of peroxynitrite (ONOO⁻) from the reaction of •O₂⁻ and •NO, illustrates the complex dynamics of oxidative and nitrosative signaling. The paper emphasizes the distinct spatial and kinetic behaviors of these ROS classes, with radicals acting locally and rapidly, while non-radicals can diffuse across membranes, facilitating long-range signaling.
The authors argue that understanding the radical/non-radical dichotomy is essential for elucidating their unique biological functions. Radical ROS are suited for acute cellular responses, whereas non-radical ROS like low-flux H₂O₂ are involved in sustained signaling necessary for metabolic reprogramming. This functional specialization is evident in immune responses and cellular homeostasis, where different ROS classes are employed for specific roles. The review aims to provide a comprehensive framework for understanding ROS biology, from their generation to their implications in health and disease, ultimately guiding the development of targeted therapeutic strategies. It also proposes innovative hybrid-source ROS technologies as a promising frontier in redox medicine, offering new opportunities for precise health interventions.
Discussion
The discussion section of the research paper elaborates on the generation, reactivity, and clearance of reactive oxygen species (ROS), emphasizing the distinct roles of radical and non-radical species in cellular signaling and oxidative stress responses. Radical ROS, primarily generated through one-electron transfer mechanisms, exhibit high reactivity and localized action, particularly in mitochondrial and membrane-associated contexts. Key sources include superoxide anion ($\cdot O_2^-$) produced via electron leakage in the electron transport chain and NADPH oxidase isoforms (NOX1/2/5), which create localized radical microdomains that facilitate rapid signaling and potential oxidative damage. The conversion of $\cdot O_2^-$ to hydrogen peroxide (H₂O₂) by superoxide dismutases (SODs) serves as a critical regulatory step, allowing for the propagation of signaling while mitigating immediate radical threats.
In contrast, non-radical ROS, such as H₂O₂, are generated through two- or multi-electron processes and are characterized by their selective, reversible, and diffusible nature. These species play significant roles in longer-range signaling and metabolic adaptation, with their production tightly regulated by enzymatic systems like peroxiredoxins (PRXs) and glutathione peroxidases (GPx). The paper highlights the importance of spatial organization in ROS production and clearance, noting that compartment-specific mechanisms, such as those in mitochondria and the endoplasmic reticulum, are crucial for maintaining redox homeostasis. The clearance of excess ROS is orchestrated by a multi-layered defense system that includes SODs, PRXs, and CAT, which collectively neutralize oxidative threats while allowing for the necessary signaling functions of H₂O₂. The adaptive responses to chronic oxidative stress are coordinated by transcriptional programs, notably the Keap1-NRF2 pathway, which upregulates antioxidant defenses and maintains cellular integrity in the face of oxidative challenges.