O3 是一種三原子氣體分子，在自然界中是由於射線與大氣中的 O2 反應產生，性質很不穩定，極易分解成 O2 和氧原子(O)，常溫下 O3 半衰期為 20~30 min。天然的 O3 能阻擋紫外線，保護人體免受傷害。人體也會產生氧化劑攻擊入侵的病原體，除過氧化氫、超氧化物、次氯酸鹽和 O2 外，還包括 O3。人外周血分離的帶有抗體的中性粒細胞，可通過水氧化途徑催化 O3生成，從而有效殺滅細菌。O3 有免疫調節和抗炎、抗氧化活性，有抗菌、鎮痛、促進氧合和血管舒張作用等。

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免疫調節及抗炎包括以下幾個方面

O3 和其他醫用氣體，如一氧化碳和一氧化氮具有雙重作用，具體取決於劑量和細胞的氧化-還原狀態。O3 很容易溶解在血漿的水中，並被親水性抗氧化劑(如還原性穀胱甘肽、抗壞血酸和尿酸)作為犧牲性化合物而部分(20%~40%)淬滅，大部分與多不飽和脂肪酸(polyunsaturated fatty acid, PUFA)反應並由 白 蛋 白 運 輸。

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治療範圍為 10-80 μg (0.21~1.68 μmol)/ml，以產生精確微小的氧化應激，從而引起無毒性的功效。O3 是一種前藥，在反應過程中快速消失，產生兩個重要產物：過氧化氫和脂質氧化產物(lipid oxidative product, LOP)，最終以 4-羥基壬烯(4-Hydroxynonenal, 4-HNE, 來自 ω-6 PUFA)和 4 羥基-2-己烯(4-hydroxy-2-hexenal, 4-HHE, 來自 ω-3 PUFA 的反式)的形式存在。

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過氧化氫容易擴散到免疫細胞，同時也是信號轉導中的調節步驟，促進多種免疫反應[29-30]，特別是干擾素、腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor, TNF)和白細胞介素-2 (interleukin-2, IL-2)的增加；IL-2 增加會啟動免疫反應。

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過氧化氫激活核因子-κB (nuclear factor-κB, NF-κB)和轉化生長因子 β (transforming growth factor-β, TGF-β)，從而增加免疫活性細胞因子的釋放，上調組織重塑。過氧化氫增強酪氨酸激酶活性，磷酸化 IκB (NF-κB 的一個亞基)，介導 NF-κB 作用。低劑量 O3 抑

制前列腺素合成，釋放緩激肽，增加巨噬細胞和白細胞分泌物，促進過氧化氫和一氧化氮水平，從而刺激 IL-8 增加。IL-8還激活 NF-κB。

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低劑量 O3 可促進單核細胞形成和 T 細胞活化。當 T 細胞抗原受體(T cell receptor, TCR)識別入侵者後，TCR 相關的蛋白激酶 (70-kDa zeta-chain associated protein, ZAP-70)分 子 發 生 酪 氨酸磷酸化反應，激活磷脂酶 Cγ1 (phospholipase Cγ1, PLCγ1)，產生兩個關鍵的第二信使：肌醇三磷酸酯(inositol triphosphate,IP3)和二醯基甘油(diacyl glycerol, DAG)。IP3 與其位於內質網膜上的受體 IP3r 結合，導致 Ca2+從內質網進入細胞質；細胞質中Ca2+ 升高激活鈣調磷酸酶，從而使活化 T 細胞核因子(nuclear factor of activated T cells, NFAT)脫磷酸化並將其轉運到細胞核中。

NFAT 誘導細胞因子轉錄，如 IL-2、IL-6、IL-8、TNF-α 和干擾素-γ，同時還有 DNA 上的免疫應答元件。這些細胞因子具有促炎和趨化作用，促進嗜中性粒細胞、淋巴細胞、巨噬細胞和其他炎性細胞聚集、浸潤，並增強其吞噬能力，以殺死局部病原體

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NFAT 也可以在其他細胞和組織中表達，自身也可以與 DNA 結合。NFAT 與 DNA 的結合主要通過核轉錄因子激活蛋白-1 (activator protein-1, AP-1)共存誘導。AP-1 通過促分裂原激活的蛋白激酶途徑激活，從而激活免疫應答。過氧化氫是一種活性氧，可以充當 O3 的信使，誘導 NFAT 或 AP-1 激活，從而刺激先天免疫系統，幫助細胞免於損傷。

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由 O3 引起的中度氧化應激會增加核因子-類胡蘿蔔素 2 相關 因 子 2 (nuclear factor erythroid derived 2-like 2, Nrf2) 活化，Nrf2 激活抗氧化反應元件(anti-oxidative response element, ARE)的轉錄，即 Keap1/Nrf2/ARE 信號通路，調控抗炎基因表達，抑制炎症進展[36]。誘導 ARE 轉錄後，各種抗氧化劑酶響應 O3的短暫氧化應激，水平升高，如過氧化物歧化酶、穀胱甘肽過氧化物酶、穀胱甘肽 S-轉移酶、過氧化氫酶、血紅素加氧酶-1、NADPH-醌-氧化還原酶和熱休克蛋白，它們與臨床多種疾病的自由基清除有關。