氧化还原（氧化还原）反应是指化学物质之间的电子转移反应。它们是生命过程的基础，从在产生氧气的光合作用中捕获太阳能到驱动细胞代谢。各种氧化还原反应在所谓的氧化还原调节中引导和控制生物过程。氧化还原调节中的核心作用是由蛋白质中的含硫和含硒氨基酸残基执行的，其被生理氧化剂（如过氧化氢（H2O2））可逆氧化，作为控制和调节酶活性和蛋白质功能的开关。这些氧化还原开关使细胞和生物体能够对各种不同的刺激做出反应，例如生长因子、毒素和营养物质可利用性的变化。
在早期开创性工作的基础上，分子细胞生物学技术的进步在描述反应物种作为氧化还原调节过程介质的不同功能方面取得了惊人的进展。本综述的重点主要是活性氧（ROS）包括自由基和非自由基衍生物，包括超氧化物（O2•−）和H2O2。我们将讨论线粒体、内质网、过氧化物酶体、细胞核、胞质溶胶或质膜中的氧化还原途径产生的H2O2如何作为第二信使，通过蛋白质半胱氨酸残基的可逆氧化触发细胞信号。在生物体水平上，胚胎发生和组织发育、细胞迁移、神经活动、伤口愈合等过程都需要H2O2信号。值得注意的是，氮（RNS，例如，一氧化氮（•NO））、硫（RSS；例如，硫化氢（H2S））、亲电试剂（RES；例如，4-羟基-2-壬烯醛）或羰基的反应性物质也发挥信号传导作用，其中的每一种都描述了具有不同性质和细胞相互作用的广泛化学物质8，但将不进行详细讨论。
本综述的范围仅限于哺乳动物细胞代谢，没有详细包括生物氧化还原科学的其他大领域，如植物。我们通过对氧化剂（最重要的是H2O2）的有机物间和细胞间信号传导特性及其在控制细胞功能中的重要性提出综合观点，讨论了氧化还原生物学领域的新进展。我们讨论了氧化还原顺势动力学的最新概念，其特征是连续的氧化还原传感、氧化还原信号转导的激活以及随后的信号转化为多种类型的细胞应激反应的激活。这些反应涉及氧化还原调节蛋白（即氧化还原蛋白质组）活性的变化，并最终导致表观遗传学景观和基因表达的变化。我们将讨论hormesis（来自希腊语hormaein：“启动”），它描述了暴露于低剂量应激源（例如氧化剂）后的整体生物适应性反应，并探索非编码RNA（ncRNA）在氧化还原调节中的新认识作用。我们将介绍与外部环境的多方面相互作用的新知识，统称为暴露，最后考虑氧化还原医学的发展领域，并对现有的知识差距进行展望。
