我们身体里的细胞就像熙熙攘攘的城市，靠铁驱动的系统运转，它利用过氧化氢（h2o?O?）不仅清理脏乱，还发送重要的信号。正常情况下，这很有效，但在压力下，比如炎症或能量消耗激增，氧化应激会在基因水平上损害细胞。

　　这是因为铁和H?O?在所谓的芬顿反应中发生反应，产生羟基自由基，这是一种不加区分地攻击DNA和RNA的破坏性分子。但这里有个问题。在二氧化碳这种破坏全球气候系统的讨厌气体的存在下，我们的细胞获得了一种秘密武器——碳酸氢盐，它有助于保持pH值的平衡。

　　犹他大学的一个化学家团队发现，碳酸氢盐不仅可以作为pH缓冲剂，还可以改变细胞中的芬顿反应本身。杰出的化学教授、本周发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上的一项研究的资深作者辛西娅·巴罗斯（Cynthia Burrows）表示，该反应不会产生混乱的羟基自由基，而是产生碳酸根自由基，后者对DNA的影响要小得多。

　　“很多疾病，很多情况都有氧化应激作为疾病的一个组成部分。这将包括许多癌症，实际上所有与年龄有关的疾病，许多神经系统疾病，”巴罗斯说。“我们正试图了解细胞在氧化应激下的基本化学反应。我们已经了解了二氧化碳的保护作用，我认为这是非常深刻的。”

　　合著者包括Aaron Fleming，一位研究副教授和博士候选人Justin Dingman，他们都是Burrows实验室的成员。

　　在实验DNA氧化反应中没有碳酸氢盐或二氧化碳，化学性质也不同。产生的自由基，羟基自由基，具有极强的反应性，像猎枪爆炸一样击中DNA，造成全身损伤，巴罗斯说。

　　相反，她的研究小组的发现表明，溶解的二氧化碳中碳酸氢盐的存在改变了反应，产生了一种温和的自由基，只攻击鸟嘌呤，鸟嘌呤是我们四个字母遗传密码中的G。

　　“就像把飞镖扔向靶心，而G是目标的中心，”巴罗斯说。“事实证明，碳酸氢盐是细胞内的主要缓冲物质。碳酸氢盐与铁结合，完全改变了芬顿反应。你不会产生那些大家研究了几十年的超高活性自由基。”

　　这些发现对科学意味着什么？可能有很多。

　　首先，研究小组的发现表明，细胞比以前想象的要聪明得多，这可能会重塑我们对氧化应激及其在癌症或衰老等疾病中的作用的理解。

　　但它也提出了一种可能性，即许多研究细胞损伤的科学家一直在进行实验室实验，而这些实验并没有反映真实世界，这使得他们的结果令人怀疑，巴罗斯说。各地的化学家和生物学家都在37摄氏度或体温的培养箱中培养组织培养细胞。在这些培养皿中，二氧化碳浓度上升到5%，或者说比大气中二氧化碳浓度高100倍。

　　升高的CO?在细胞代谢营养物质时重新创造了细胞正常居住的环境，但是，当研究人员在孵化器外开始实验时，它就会消失。

　　“就像打开一罐啤酒。当你把细胞从培养箱中取出时，你就会释放二氧化碳。就像用放了一天的啤酒做实验一样。它很平坦。它失去了二氧化碳，它的碳酸氢盐缓冲剂，”巴罗斯说。“你不再有二氧化碳的保护来调节铁和氢的过氧化反应。”

　　她认为需要添加碳酸氢盐来确保这类实验的可靠结果。

　　“大多数人在研究DNA氧化时忽略了碳酸氢盐/二氧化碳，因为很难处理二氧化碳的持续排出，”巴罗斯说。“这些研究表明，为了准确地了解正常细胞过程（如新陈代谢）中发生的DNA损伤，研究人员需要小心地模拟细胞的适当条件，并添加碳酸氢盐，即发酵粉！”

　　巴罗斯预计，她的研究可能会产生意想不到的结果，有朝一日可能会有益于其他领域的研究。例如，她的实验室正在向美国国家航空航天局（NASA）寻求新的资助，以研究二氧化碳对密闭空间（如太空舱和潜艇内部）中的人的影响。

　　“宇航员在太空舱里生活和呼吸，他们呼出的是二氧化碳。问题是他们能安全地处理多少二氧化碳？我们发现的一件事是，至少在组织培养方面，二氧化碳确实对宇航员可能经历的一些辐射损伤有保护作用。所以你可能想要做的是提高二氧化碳水平。你当然不想把它调得太高，但稍微高一点实际上可能对辐射有保护作用，辐射会产生羟基自由基。”

　　这项名为“二氧化碳保护大肠杆菌和人类细胞免受铁芬顿氧化DNA损伤”的研究发表在11月26日的《美国国家科学院院刊》（PNAS）上。由犹他大学HSC基因组学中心的代谢组学核心设施和qPCR仪器提供支持。美国国立卫生研究院/国家普通医学科学研究所资助了这项研究。