1、氧化应激与病毒感染。
氧化应激(OS)是指机体受到有害刺激时，比如病毒感染等，体内产生过多的高活性分子，如活性氧自由基(ROS)和活性氮自由基(RNS)，使体内氧化程度超出氧化物的清除能力，呈现促氧化状态，导致氧化系统和抗氧化系统失衡，引起组织和细胞的损伤。氧化应激是自由基在体内产生的一种负面作用，能对机体几乎所有的组织器官造成伤害，进而诱发发生疾病及衰老效应。除氧化应激外，机体还存在还原应激的情况，如缺氧状态下，一些酶类能产生大量的还原剂，导致氧过度还原，形成超氧阴离子基团(O2·－)，同样能对机体造成损伤。
病毒感染是导致多种疾病发生的直接原因，并与氧化损伤程度密切相关。一方面，病毒感染引起ROS释放；另一面，感染使呑噬细胞活化并释放前氧化性细胞因子，如TNF和IL-1。ROS引起细胞膜磷脂层的脂质过氧化，这一过程生成的产物可以跨越细胞膜并引起膜转运和线粒体呼吸链的功能紊乱。因此，ROS通常被视为病毒性病理进程中引起细胞损伤的元凶。
另一方面，ROS在病毒性病理进程中也能激活机体兔疫系统，在病毒清除和免疫导致的细胞损伤方面起到正面的调节作用。抗氧化剂和抗原提呈细胞一起孵育能抑制T细胞增殖，从而减少免疫导致的组织损伤。抗氧化剂还抑制抗原刺激引起的鸟氨酸脱羧酶的活化，从而抑制细胞增殖所必需的底物——聚胺的合成。
机体通过维持氧化物/抗氧化物平衡来保持正常状态，而病毒通过改变宿主细胞内前氧化物/抗氧化物的平衡，影响细胞凋亡过程。从而引起机体状态的改变。受清除过氧化物的抗氧化剂的影响，如N—乙酰半胱氨酸、谷光甘肽过氧化物酶( GSH-Px),包括一部分病毒能产生细胞毒性，从而导致细胞凋亡。此外，病毒还可通过增加细胞的前氧化物(如NO)，以及抑制抗氧化酶的合成来影响宿主的前氧化物/抗氧化物平衡。
2、自由基造成细胞病变的发生机制。
(1)何谓自由基？所谓自由基亦称游离基，是指能够独立存在的具有一个或多个不配对电子的任何元素的原子、原子团或者是分子。它具有很高的化学活性。在生物体内最重要的是活性氧类(如 O2·－)和羟自由基(OH·)，尤其是超氧阴离子( O2·－)自由基。正常情况下，机体自由基的生成量很少，寿命也短，对机体不构成危害。但是，在某些病理情况下，比如病毒感染等，自由基产生过多，机体不能及时清理，自由基就会损害生物膜脂质的氧化反应，导致生物膜的流动性发生改变，膜的通透性升高，渗透压改变，细胞内外物质失衡，导致正常细胞发生病变，动物机体表现发病状态。另外，自由基可引起蛋白质的交联、聚合和肽链的断裂，也可使蛋白质与脂质结合形成聚合物，从而使蛋白质功能丧失。自由基还可作用于DNA，引起基因突变、染色体畸变和断裂。
自由基实质上是具有共价键的有机分子(RX)发生均裂后的产物，所谓均裂是指有机分子的共价键断裂后，共用的电子对分别属于两个原子或原子团，即生成含有奇数电子的自由基。如水在电离辐射下分解,可产生氢自由基(H·)及羟自由基(OH·)：HOH——→H·＋OH·
含有弱键的化合物可通过热解、光解(电磁辐射或粒子轰击)、氧化还原法和加氢或夺氢等途经形成自由基。根据其组成，自由基可分为ROS和RNS等二大类型。
(一) 活性氧自由基(ROS)。主要是超氧阴离子自由基(O2·－)。由三线态的氧分子(3O2)单电子还原生成。生成过程受一些重要物质的调节，其中有酶类物质，如NAD(P)H氧化酶和黄嘌呤脱氢酶；或者非酶类的还原反应产物，如线粒体电子传递链中的半一泛醌化合物。机体内的O2·－可经超氧化物歧化酶(SOD)催化生成非自由性质的过氧化氢(H2O2)，也可经非酶转化生成和单线态氧(1O2)。在过渡金属(如亚铁或亚铜离子)的作用下，H2O2被转化生成高反应性的羟自由基(·OH)。另外，H2O2能被酶类如过氧化氢酶(CAT)和谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)转化生成水，从而保护细胞生物膜免遭氧化性损害。
(二) 活性氮自由基(RNS)。氮自由基(NO·)是高等生物中一氧化氮合酶( NOS)催化左旋精氨酸末端鸟嘌呤上的氮原子氧化而生成。在不同的环境中，NO能被催化生成多种其他的反应氮族，包括硝基阳离子(NO＋)、硝基阴离子(NO－)或过氧化亚硝酸盐阴离子(ONOO－)。常见的自由基类型见表1。

除自由基外，有些非自由基氧化物也是导致氧化应激的化学物质，能引起机体氧化应激性损伤和相关疾病的发生。非自由基氧化物对氧化应激的发生亦有重要影响。其中，最有代表性的是过氧化氢(H2O2)。其主要来源于氧分子经过过氧化物酶，如GSH-Px催化生成，或在线粒体内经SOD催化产生。常见的非自由基氧化物见表2。

(2)自由基的性质与反应特点。
绝大多数的自由基具有极高的化学活性。自由基尤其是溶液中产生的自由基，常常与相邻的物质迅速反应，所以自由基的寿命极短。自由基可发生复合反应，包括夺氢在内的转换反应，芳香族取代反应，氧的消耗，歧化反应，加成反应和连锁反应等。自由基反应中最重要的是连锁反应。这种连锁反应与离子反应不同，一经启动就连锁进行。一般可分为引发、增殖及终止3个阶段。从总体来说，反应起始时，引发阶段占主导地位，反应体系中的新生自由基形成许多链的开端，反应物浓度高。引发后的增殖阶段成为反应的主体，待到一定阶段，体系中的反应物浓度越来越少，自由基本身互相碰头的机会越来越多，于是进入终止阶段。另外在自由基连锁反应中加入少量清除剂，就可以使反应受到抑制或使之减慢。这是用自由基清除剂治疗自由基性疾病的理论基础。自由基连锁反应的最好例子是脂类过氧化作用。生物膜中含有多种不饱和脂肪酸，在有自由基引发剂和氧的存在下，被夺走氢形成不饱和脂肪酸自由基(R·)，后者与基态稳定的氧结合，产生不饱和脂肪酸过氧自由基(ROO·)，该自由基进步攻击另一个甲烯基团，产生不饱和氢过氧化物(ROOH)和新的R·。可见只要少数几个自由基引发剂就可导致数以千计的分子发生自由基的反应。丙二醛(MDA)作为脂质过氧化的终产物之一，被称为生物体内自由基的指示物，广泛地作为各种氧自由基损伤机体的指标。
3、自由基的来源与代谢。动物机体内，自由基产生的部位主要在机体细胞内的线粒体。
第一、活性氧自由基(ROS)的来源与代谢。
(1)来源。机体内，ROS主要在细胞内的线粒体产生。ROS最具代表性的是超氧阴离子(O2·－)。正常情况下，O2在线粒体有氧呼吸过程中得到4个电子，被还原生成水。但依然有少量的O2被单电子还原生成O2·－。
(2)代谢。O2·－能在线粒体内被SOD催化生成稳定的H2O2，H2O2能被线粒体中的酶类清除，如GSH-Px及硫氧还原蛋白氧化酶/硫氧化蛋白还原酶系统等。H2O2能透过线粒体酶，扩散到细胞内，然后被细胞质中的抗氧化系统清除。线粒体所产生的H2O2还能作为信号分子，影响细胞质中多种信号转导过程，如控制细胞周期，应激反应、能量代谢、氧化还原平衡，以及激活线粒体解偶联反应等。此外，还原型尼克酰胺腺嘌呤二核什酸( NADPH)能够还原线粒体中的硫氧还原蛋白和谷胱甘肽，对清除H2O2亦很重要，因此细胞中NADPH的水平与线粒体抗氧化能力紧密相关。
在线粒体内，部分H2O2还能被NADH/NADP脱氢酶还原。NADH/NADP转氢酶具
有质子泵的作用，能利用有氧呼吸过程中产生的H＋还原NADP＋，生成 NADPH。这一过程将线粒体耦合和线粒体膜电势能联系起来。因此，如果线粒体缺乏充分耦合或线粒体膜电势能下降，转氢酶将无法产生 NADPH，导致H2O2清除率降低而出现氧化损伤。
线粒体中的NADP＋池也能被异柠檬酸脱氢酶还原。在低密度脂蛋白受体(LDL-R)敲除的高胆固醇血症小鼠中，添加异柠檬酸盐能够纠正线粒体氧化还原反应失衡，降低H2O2的水平。如H2O2未被线粒体中的抗氧化系统还原，将通过金属催化反应产生羟自由基(·OH)。·OH具有高度的反应活性，通常被认为是一种重要的损害分子。当线粒体内具备和成熟而有效的H2O2清除系统，同时存在金属螯合机制时，能防止这种自由基的形成。使用铁鳌合剂能预防ROS生成过度导致的线粒体损伤和渗透性增加。

第二、活性氮自由基(RNS)的来源与代谢。
(1)来源。RNS具有代表性的是一氧化氮自由基(NO·)，也主要来源于线粒体。通过NOS类催化形成，该类酶包括神经元型一氧化氮合酶(nNOS)，内皮型一氧化氮合酶(eNOS)和诱导一氧化氮合(iNOS)三种类型。这些酶以左旋精氨酸( L-arginine)为底物， NADPH为电子来源，在Ca2＋和还原型硫醇的催化下生成NO·。NO·亦是生物系统中公认的信号转导分子，在线粒体中具有很多已知的底物，包括亚铁血红素和巯基。
(2)代谢。线粒体内存在蛋白质和脂类，成为NO·攻击目标。电子传递链中的亚铁血红素和金属酶类能被NO·亚硝基化。NO·能可逆地亚硝基化细胞色素氧化酶C，调节呼吸链电子传递过程。高浓度的NO·还能够亚硝基化含氧、氮或硫的氨基酸侧链，改变其功能，参与缺血过程的保护作用。此外，NO·与O2·－反应生成高活性过氧化亚硝酸盐(ONOO－)，导致蛋白质的氧化和亚硝基化。在线粒体内，ONOO－聚集能促进线粒体蛋白质和脂类广泛修饰，导致线粒体内膜渗透性增加和功能障碍。
4、生物体内重要的自由基及对细胞毒性损伤效应。
在生物体内多种物质均可产生自由基，研究得最多、作用最广泛的是氧所产生的自由基，它们无论在机体的正常代谢还是病理变化中均极为重要。氧的毒性是由于氧分子还原成水时产生的许多中间产物造成的，在这些产物中，有些产物不是自由基而是分子，因此统称为活性氧。它们包括：超氧阴离子自由基( O2·－)、羟基自由基( OH·)、过氧化氢( H2O2)、氢过氧基(HO2·)、烷氧基( RO·)、烷过氧基( ROO·)、氢过氧化物(ROOH)和单线态氧(1O2)。从O2还原成H2O的过程是一个一个接受电子的过程:
O2+e—→O2·-
2H＋
O2·-＋e－－—→H2O2
H＋
H2O2+e－—→OH·＋H2O
H＋
OH·+e－-→H2O
据研究，机体细胞在正常代谢过程中，或者是受到某些物理的、化学的和生物的应激因素作用时，就产生活性氧(O2·－)等自由基。在生理状态下，体内产生的自由基可作为信号分子，参与体内防御反应，调节血管舒缩状态。但是在病理条件下，生物体内过多的自由基就会对机体产生毒损伤效应，主要表现在以下几个方面。
(1)直接引起生物膜脂质过氧化，导致细胞死亡；
(2)细胞内蛋白及酶变性，使蛋白质功能丧失和酶失活，导致细胞凋亡，组织损伤；
(3)破坏核酸和染色体，导致DNA链的断裂、染色体畸变或断裂；
(4)血管壁处的氧化应激引起低密度脂蛋白(LDL)氧化修饰，氧化型低密度脂蛋白( Ox-LDL)不能被LDL受体识别、代谢，而被单核巨噬细胞通过细胞膜上的清道夫受体摄取，形成泡沫细胞和动脉粥样硬化脂质斑块；
(5)破坏细胞外基质，使其变疏松，弹性降低；
(6)O2和H2O2可刺激核因子-kB(NF-kB)和丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)，导致血
管平滑肌细胞的迁移、增殖；
(7)ONOO－通过影响细胞的氧化还原状态和离子通道使蛋白质发生硝基化或失活
再限制线粒体呼吸，引起细胞凋亡。
在活性氧中，OH·是最活泼的自由基，其反应可分成夺氢、加成和电子转移3类，可作用于糖、脂质、蛋白质和核酸等有机物大分子，生成活泼性各异的次级自由基。例如可与碳酸离子反应生成碳酸自由基(CO3－·)，后者是强氧化剂。O2－的毒性作用不是其本身引起的，而是O2－与H2O2相互作用后形成的OH·引起的(H2O2+O2——O2+OH－-+OH·)。H2O2是弱氧化剂，可使少数酶的-SH基氧化而失活。H2O2能迅速穿过细胞膜，而O2·－不能。在细胞内侧的H2O2能与Fe2＋或Cu2＋生成OH·。研究还证明，上述三种活性氧能引起DNA损伤。因此，活性氧过多显然对机体不利，会对机体组织细胞造成一定程度损害。以上则是动物机体受物理、化学或者生物感染等应激因素作用时，各种组织细胞发生病变的重要机理。
为了维持生物体内的自由基处于动态平衡之中，动物机体在长期进化过程中就产生能够清除体内的自由基一些物质，这些物质统称为自由基清除剂。在正常状态下，机体可产生少量自由基参与正常代谢，同时体内存在清除自由基、抑制自由基反应的体系，使得过多的自由基被清除。但在某些病理状态下，这一机制遭到破坏，体内自由基显著增加，过多的自由基可直接作用于机体，导致机体损伤和抗氧化防御能力下降。自由基清除剂可直接清除自由基，抑制自由基的生成或是激活机体抗氧化体系，预防氧化应激伤害。总体上自由基清除剂可归为两类，如表3所列示。
(1)酶类清除剂。主要有超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、谷胱甘肽过氧化物酶( GSP-Px)以及还原型谷胱甘肽(GSH)等，它们能够辅助细胞并去除自由基，使自由基还原为惰性分子。
(2)非酶类清除剂。一般包括黄酮类、多酚类、糖类、B胡萝卜素、维生素C、维生素E等及活性肽类，这些物质能接受额外电子而自身保持化学性质的稳定。

由表3可知，体内具有清除活性氧的酶，主要是超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)等。SOD能清除O2·－，同时生成
H202。H202又可被CAT清除。而GSH-Px既可清除H202，又可清除ROO·及ROOH。其反应式如下：
SOD
O2·－＋O2·－＋2H＋—→H2O2＋O2
CAT,GSH-Px
2H2O2—————→2H2O＋O2
GSH-Px
ROOH＋GSH————→ROH＋GSSG＋H2O
由上反应式可见，体内彻底清除活性氧，谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)起到非常重要的作用。 GSH-Px是被公认为哺乳动物第一个含硒酶，GSH-Px广泛存在于动物的红细胞、肝脏、肺、心、肾、脑及其他组织中，它能利用还原性谷胱甘肽(GSH)将有害的氢过氧化物(ROOH)和H2O2分别还原成无害的羟基脂肪酸(ROH)和水(H2O)，从而保护细胞生物膜免遭氧化性损害。
GSH-Px
2H2O2＋2GSH————→GSSG＋2H2O
GSH-Px
ROOH＋2GSH————→GSSG＋ROH＋H2O
综上所述，病毒感染与氧化应激密切相关。机体通过维持氧化物与抗氧化物的平衡来保持内环境的稳态，而病毒感染则引起机体内部氧化剂与抗氧化剂的平衡失调。当机体遭受病毒感染时，体内高活性分子产生过多，如活性氧自由基(ROS)和活性氮自由基(RNS)，氧化程度超出氧化物的清除能力，导致中性粒细胞炎性浸润，蛋白酶分泌增加，产生大量氧化中间产物，从而致使组织和细胞氧化损伤。由表3可见，除以上酶外，自由基清除剂还有有机酸类、黄酮类、糖类、脂肪酸类、维生素E、维生素C等有机化合物成分。此部分自由基清除剂则可由中药化学成分提供，以上即是中药药用植物抗病毒感染作用的重要机理。