真核细胞持续接触活性氧，这些活性氧有的是来自正常细胞代谢和疾病，有的是来自环境因素，例如空气污染、吸烟和药物等因素(Balabanet al., 2005)。在生物进化过程中，分子氧气成为电子最终接受体（末端氧化剂）解决能量物质氧化代谢过程的持续进行问题，能量代谢可以“燃烧”（氧化）能量物质产生ATP，这也是有机生命适应高氧地球环境的必然(Berner etal., 2007)。真核细胞利用NADH和FADH2提供的还原性和氧气的氧化性之间的氧化还原电位张力，驱动质子（氢离子）跨越线粒体内膜形成电位，氢离子电位（类似电池）和前面电子传递过程都可以启动ATP的合成。但在这个过程中，电子有可能泄漏给氧气分子形成超氧阴离子superoxideanion (O2•‒)，并可进一步（SOD催化）变成过氧化氢，超氧阴离子和过氧化氢是细胞内最主要的活性氧。

事实上，几乎所有的能代谢氧气的酶催化或自然氧化过程都可产生活性氧副产物，这在自然界是普遍现象。另外，外源性因素如细菌和环境物理化学因素都有可能促进身体活性氧的产生。

活性氧容易和细胞内生物大分子，如核酸、蛋白和脂类发生反应（活性氧的化学特征就是容易发生反应），如果活性氧水平失去控制（太高），就会导致这种反应过渡，成为氧化应激，氧化应激可造成机体伤害，并最终导致衰老、肿瘤、慢性炎症、神经退化和化学中毒性疾病等发生(Finkel,2005)。

但是，活性氧也属于正常细胞内的生理信号分子（这个更重要才对），对许多重要细胞过程如细胞分裂、分化、炎症、免疫功能和应激反应的正常发挥都十分必要(Dickinsonand Chang, 2011; Finkel, 2011)。这些重要细胞功能都是生物过程的核心问题，所以没有活性氧，细胞无法维持正常功能。没有活性氧，就没有健康。活性氧十分重要，水平过高对身体有害，所以维持正常浓度十分重要。细胞内也确实进化出非常复杂有效的调节系统，以维持活性氧的水平。

维持生物体内活性氧水平，细胞主要依靠各种抗氧化系统，人类抗氧化系统包括小分子抗氧化物质如还原型谷胱甘肽、维生素E和C，大分子抗氧化蛋白如硫氧还蛋白和谷氧还蛋白，活性氧代谢酶如SOD、过氧化氢酶、过氧还蛋白和谷胱甘肽过氧化物酶。

抗氧化物质是受到网络化调节蛋白调节，这种系统能对氧化应激和抗氧化诱导剂调节。其中最典型的是核因子E2相关因子2(Nrf2)，Nrf2能诱导抗氧化反应元件(ARE)控制的细胞保护蛋白，包括活性氧代谢酶(Ma, 2013)。许多植物来源的化学物质具有抗氧化作用，可以中和活性氧或诱导抗氧化反应系统。利用补充外源性食品添加剂、草药和临床药物能用于肿瘤、慢性疾病和抗衰老作用(Maand He, 2012; Suzuki et al., 2013a; Talalay et al., 2003)。

但是，现在学术上对活性氧启动具体抗氧化系统，维持身体氧化抗氧化平衡的具体分子过程并不清楚。这也是为什么最近有许多关于氧化分子信号特征和抗氧化系统诱导调节的研究论文大量涌现的主要原因(Ma,2013)。其中关于活性氧信号和抗氧化反应的一个比较热门方向是关于活性巯基的氧化还原反应。例如，活性氧能对其关键活性基团中的巯基氧化，造成生长因子受体的活化，从而启动细胞分裂信号(Paulsenet al., 2012)。植物来源的萝卜硫素能选择性结合Keap1蛋白上的半胱氨酸巯基上，这可以导致Keap1蛋白和Nrf2的分离，导致Nrf2进入细胞核发挥基因调节作用，启动许多抗氧化基因的表达(Maand He, 2012)。这些生物调节过程都是和氨基酸上的巯基被氧化还原状态有关系。

萝卜硫素诱导NRF2的图。Keap1和Nrf2是一对冤家，因为Keap1是一个专门负责清除垃圾蛋白的泛素化酶，就类似城管的角色，专门负责打击地摊户，平时都是尽心尽力地清除这种Nrf2分子。但是，但食物中的一种成分萝卜硫素进入细胞内，可以和Keap1的巯基结合，导致keap1无法继续和Nrf2结合，Nrf2就会逃入细胞核内和染色体结合，启动它诱导的基因表达。这些基因都是和解毒抗氧化有关的。估计萝卜硫素也类似一种植物毒素，诱导细胞产生相应反应，来对付它。不过这一反应被我们现在用于治疗疾病而已。

最近几年研究发现，氢气和甲烷具有理想的抗氧化效应，但对其具体的作用基础仍不清楚。导致这种情况的原因有两个，一是我们对活性氧的生物学效应细节不了解，对活性氧导致疾病和细胞损伤的过程不清楚，这决定了任何抗氧化作用的方式都难以清楚理解。另外，我们对许多疾病的发生细节也不了解，这也限制了这些抗氧化物质基础的研究和理解。不过，氢气和甲烷都是古老原始大气的主要成份，具备生物学效应本身并不希奇，因为原本这些气体就是生物学物质，许多细菌和植物都具有产生这些气体的能力，这是他们发挥生物学效应的基础和前提。另一方面，这些气体在生物进化过程中也组建形成了环境条件，几乎就是各种生物体系从没有消失的原始环境信号。随着人们对活性氧效应的深入理解，对这些特殊生物学气体效应的研究也将逐渐深入。

更重要的是，由于这些气体的生物安全性很高，在实际应用上也非常值得关注和推广。初步的临床研究显示，这些气体或许对解决各类慢性疾病，提高人类健康方面具有及其重要的价值。