各种不同活性氧自由基对机体的致病机制各不相同，活性氧自由基加强体内物理性、化学性和生物性致癌因子致癌作用，可引起多种类型的DNA氧化损伤，形成种类繁多、具有致突变作用的致癌因子，将细胞步步推向癌变。

活性氧自由基对细胞和组织的损伤是其致病的基础，由于人体是由各种不同功能的细胞组成的，因而自由基对不同细胞的损伤可导致表面看起来毫无关系的疾病，如自由基摧毁细胞膜，导致细胞膜发生变性，使得细胞不能从外部吸收营养，也排不出细胞内的代谢产物，并丧失对细胞和病毒的抵御能力。自由基攻击正在复制中的基因，造成基因突变，诱发癌症发生。

不仅具有重要的生物功能，还与多种疾病有密切关系，同时它还是生物体生成的第一个自由基，是所有自由基的前身，因此具有重要的意义。 有多种反应性，它既可以作为还原剂，又可以作为氧化剂，还可以作为碱、亲核物和配体参与反应。在重要的氨基酸中，除半胱氨酸、组氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸外 与大多数氨基酸几乎不反应。由于在非质子性溶剂中溶解性更好，生物膜疏水性，因此在这种环境中产生的 极具危害性。 损伤效应主要是使核酸断裂、多糖解聚、不饱和脂肪酸过氧化造成损伤等。

羟基自由基是化学性质最活泼的活性氧，其反应特点是无专一性，反应性极强，在机体内一旦形成可立即通过提取氢，加成或电子转移等方式与生物体内所有物质，如糖、蛋白质、DNA、碱基、磷脂和有机酸等发生反应，而且反应速率快，极具破坏性，能造成多种生物分子、细胞和组织的氧化损伤。

损伤蛋白质使蛋白质的转换增加。羟基自由基对蛋白质的进攻，主要是通过从蛋白质多肽链的饱和碳原子上提取氢或氧化蛋白质的巯基而进行。

其次级反应结果使多肽链间发生交联，形成桥键或交错键，引起蛋白质（或酶）的结构改变，其生物活性受损或丧失，还可使蛋白质大分子混乱聚合成酸且呈代谢惰性，在细胞内聚集并排挤正常成分，引起细胞退行性变化。

损害DNA导致细胞突变。羟基自由基能从DNA戊糖部位提取氢形成戊糖自由基，碱基自由基或戊糖自由基均可发生次级反应造成DNA碱基降解或缺失、氢键破坏或主链断裂，从而改变核苷酸结构或排列，破坏其携带的遗传信息，引起细胞突变。

羟基自由基主要进攻部位是膜组分磷脂中的不饱和脂肪酸，引发一系列自由基链式反应，生成多种脂质过氧化物。生物膜脂质过氧化的后果是使膜的结构和功能改变，如未饱和脂肪酸减少、磷脂组成发生变化、膜流动性降低、通透性增加、膜上蛋白质或酶损伤失活及脂质过氧化作用的有毒产物对细胞与亚细胞膜的毒性效应等，最终造成整个细胞结构与功能的损伤。

脂质过氧化物（lipid peroxide，LPO）指脂类中的不饱和脂肪酸与自由基发生的过氧化过程生成烷氧自由基、过氧自由基、有机氢过氧化物和态羰基等产物的总称。

在生理状况下，机体内氧自由基不断产生和清除，处于动态平衡。但是，在某些病理情况下，无论何种原因，凡是氧自由基的产生增加或机体清除氧自由基能力的减弱就会造成氧自由基对机体的损害。氧自由基间接检测方法简便、成本低。LPO是氧自由基与不饱和脂肪酸起作用引起脂质过氧化的产物，其含量的高低间接反映了机体细胞受氧自由基攻击的严重程度和损伤程度。国外报道恶性肿瘤患者血中LPO含量高于正常人。

NO自由基具有多方面的重要作用。NO是内皮细胞松弛因子，能够松弛血管平滑肌，防止血小板凝聚，是神经传导的逆信使，在学习和记忆过程中发挥重要作用。研究表明细胞特别是吞噬细胞在吞噬异物或受到刺激时，不但产生活性氧自由基，同时还释放大量NO自由基来杀伤入侵的微生物和肿瘤细胞。NO自由基也可损伤正常细胞，在心肌和脑组织缺血再灌注损伤中起着重要作用。

以上这些氧自由基的损伤效应与机体的年龄、生理状态、饮食，甚至与饮食中的维生素A、维生素B、维生素C、微量元素、抗氧化剂和不饱和脂肪的量都有关系。在某些病理条件下，氧自由基产生与消除失去平衡，或者氧自由基产生量增加，或者机体对氧自由基消除能力减弱，或两者兼而有之，其结果都会造成损害，引发各种疾病如风湿性关节炎、白内障和癌症等。

人们通常认为运动可以增强体质，使人变得更健康。事实上运动不当也会造成机体损伤。在正常情况下，机体内氧化抗氧化系统保持着动态平衡，从而维持机体正常功能。不同运动形式将对机体内抗氧化系统产生不同的影响，而这种影响又与自由基的生成密切相关，也反映机体抗运动性疲劳的能力:①长期有规律的有氧锻炼对抗氧系统影响:长期有规律的有氧运动能延缓下丘脑-垂体-性腺轴功能的老化；②过度运动对抗氧化系统影响:长期超负荷运动或增负荷力竭运动引起机体疲劳甚至过度疲劳；③超负荷运动或增负荷力竭运动会导致心、肝、肾、骨骼肌肉内源性自由基生成增多，以及由此引发脂质过氧化加强，使组织细胞的结构和功能受损，导致运动能力下降；④大脑组织有较强的抗自由基损伤能力。在力竭性运动中，大脑抗氧化系统足以保护中枢神经系统免受自由基损伤。

一般将致癌因子分作物理性、化学性和生物性3种。物理性因子中，放射线和紫外线的致癌作用已众所周知。由放射线而生成的各种自由基与占细胞内大部分的水分子相反应，以羟基自由基形式损害细胞核与细胞膜。紫外线亦能生成过氧化氢。在皮肤的紫外线致癌机制中还有脂质启动作用，而脂质过氧化反应与此相关。另外，烫伤亦可致癌。在癌的温热疗法中，其作用机制与羟自由基相关。烫伤致癌与癌的温热疗法令人对放射线致癌和抗癌双重作用深感兴趣。

化学性致癌物质也有自由基的研究报告。在化学致癌过程中，致癌物质代谢活性体多具备自由基特性，而且其生成自由基的概率与致癌率相平行。

目前，尚没有直接提示生物性致癌因子与自由基相关的报道。幽门螺杆菌（ H pylori， Hp）与胃癌的关联性问题备受关注。感染 Hp胃黏膜中见大量炎症细胞浸润，认为胃黏膜局部生成有大量的活性氧。现知此种由炎症细胞产生的活性氧可引起DNA损害并成为致癌的起始因子。此外，十四烷酸佛波醇-13-乙酯（tetradecanoyl phorbol 13-acetate，TPA）、类固醇和肽激素等细胞应答机制中亦与活性氧密切相关。

最近的研究热点为炎症和癌瘤发生与增殖上核转录因子（nuclear factor-κ-gene binding，NF- _κB）的重要性。自由基或活性氧激活NF- _κB是必不可少的，

活性氧和自由基作用于DNA碱基之际，可生成胸腺嘧啶二醇和羟基鸟嘌呤，通过错误复制而诱发基因突变。当作用于DNA主链时，即可致单股或双股链切断，引起广泛的染色体缺损转位。DNA对于活性氧自由基极其敏感，大量研究表明活性氧（reactive oxygen species，ROS）可引起多种类型的DNA氧化损伤，形成种类繁多的具有致突变作用的碱基氧化产物。另一方面，活性氧和自由基通过细胞膜流动性改变或蛋白SH氧化、还原导致离子通道受体、磷酸化反应、转录因子尤其是NF- _κB及转录激活因子（activator protein 1，AP-1）激活等细胞内可逆性变化。活性氧和自由基对DNA的不可逆性变化和对细胞应答的可逆性变化在相互影响中，将细胞步步推向癌变。

活性氧与自由基对于机体内蛋白质、核酸以及脂质等高分子的非特异性损害虽然缘于其强反应性，但是如今发现自由基对DNA的损害在于对染色体的选择性伤害。 p161NK4A介导抑制细胞周期蛋白依赖性激酶4（cyclin-dependent kinase，CDK4）活性而调节细胞周期的CDK抑制剂。现已发现， p161NK4A在各种癌细胞呈未激活状态。在众多DNA氧化损伤中，鸟嘌呤8位碳原子的氧化最常见，其氧化产物8-羟基鸟嘌呤（8-oxoguanine，8-OXOG）在体内形成后较为稳定、易于检测，被视为DNA氧化损伤的生物标志物。8-OXOG生物学危害是DNA合成和修复时，碱基C和A可与DNA中8-OXOG以相同效率配对，从而导致DNA链GC与TA颠换，该突变与肿瘤发生发展、机体细胞老化及某些疾病密切相关。体内特异识别8-OXOG并将其切除修复的酶被称为8-羟基鸟嘌呤DNA糖苷酶（8-oxoguanine DNA gIycosydase，OGG1），在人类称为hOGG1（human 8-hydroxygumine glycosylase）。hOGG1是一种DNA氧化损伤的修复酶，可特异性的切除由活性氧产生的8-羟基鸟嘌呤，位于染色体3p26。hOGG1是一个带有AP裂解酶活性的双功能DNA糖苷酶，主要功能是识别和切除DNA双链中的8-OXOG，其作用具有较强的底物特异性。hOGG1与8-OXOG结合后将其切除从而恢复基因组中正常G∶C配对，在防止8-OXOG致突变作用中起着十分重要的作用。此外，在糖苷酶识别并水解DNA分子中的损伤或错配碱基的糖苷键后，DNA骨架中因丢失碱基而形成缺口，称之为无嘌呤AP位点（apurinicsite，AP位点）。hOGG1具有AP裂解酶活性，可在糖基化产生的AP位点将DNA链切除，以修复自发碱基丢失或因DNA糖苷酶作用后产生的、可阻断DNA复制的脱嘌呤或脱嘧啶位点。若 OGG1基因失活或被敲除，细胞将发生以GC与TA颠换为特征的突变。8-OXOG是一种高度致突变性损伤，不能阻止DNA链延伸，在复制时由于空间构象改变使其优先与腺嘌呤配对，引起GC与TA颠换，所以修复8-OXOG能力与个体对致癌物作用的敏感性密切相关。无论 OGG1基因突变或缺失，都可能使细胞修复8-OXOG能力降低或丧失，从而使这种个体罹患肿瘤的风险增高。

众所周知，烟草可在体内生成自由基易致肺癌及头颈部鳞状上皮癌。Wikman及Hazan等对与吸烟密切相关的癌进行等位基因杂合性丢失（loss of heterozygosity，LOH）的研究称，肺癌见于第3染色体，头颈部鳞状细胞癌见于第3、第9染色体，即这些染色体上的某些基因位点的LOH发生率较高，3号染色体存在 hOGG1基因，9号染色体存在 p16基因，第9染色体存在 p16基因。故可认为在自由基致癌中必须以自由基损害碱基修复所需的 hOGG1和抑癌基因之一 p16为选择性作用靶。