番茄红素在减少氧化应激对细胞的损伤方面发挥着重要作用，具体机制如下：
直接清除自由基
清除单线态氧：单线态氧是一种具有较高活性的氧分子，在细胞内可由多种途径产生，如光化学反应、细胞呼吸过程中的电子泄漏等。番茄红素能够与单线态氧发生能量转移反应，将单线态氧转化为基态氧，从而避免单线态氧与细胞内的生物分子如脂质、蛋白质和核酸等发生氧化反应，减少对细胞的损伤。
捕获其他自由基：番茄红素还可以有效捕获超氧阴离子自由基、羟自由基等其他活性氧自由基。其分子结构中的共轭双键体系使其具有较高的电子云密度，能够通过提供电子给自由基，使其稳定化，从而阻断自由基引发的链式反应，降低自由基对细胞的氧化损伤。
增强抗氧化酶活性
激活抗氧化酶基因表达：
番茄红素可以作用于细胞内的信号通路，激活与抗氧化酶相关的基因表达。例如，它能上调超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）和谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）等抗氧化酶的基因转录，使细胞内这些抗氧化酶的合成增加，从而增强细胞的抗氧化防御能力。
提高抗氧化酶活性：番茄红素不仅能促进抗氧化酶的合成，还可以直接与这些抗氧化酶相互作用，提高它们的活性。SOD 可将超氧阴离子自由基转化为过氧化氢，CAT 和 GSH-Px 能进一步将过氧化氢分解为水，从而清除细胞内的活性氧，减少氧化应激对细胞的损伤。
螯合金属离子
抑制 Fenton 反应：在细胞内，铁、铜等过渡金属离子可以通过 Fenton 反应和 Haber-Weiss 反应催化产生羟自由基，这是一种非常活泼且具有强氧化性的自由基，能对细胞造成严重损伤。番茄红素可以与这些金属离子发生螯合作用，降低金属离子的活性，阻止它们参与 Fenton 反应和 Haber - Weiss 反应，从而减少羟自由基的产生，保护细胞免受氧化损伤。
减少金属离子诱导的氧化：金属离子还可以通过其他途径诱导细胞内的氧化反应，如促进脂质过氧化。番茄红素通过螯合金属离子，能够阻止金属离子与脂质等生物分子接触，抑制金属离子引发的脂质过氧化反应，减少脂质过氧化物的生成，保护细胞的生物膜结构和功能完整性。
维护细胞内抗氧化防御体系
保护谷胱甘肽：谷胱甘肽（GSH）是细胞内一种重要的非酶抗氧化剂，在维持细胞的氧化还原平衡中起着关键作用。番茄红素可以通过自身的抗氧化作用，减少细胞内活性氧的积累，从而间接保护 GSH 不被过度氧化，保证细胞内 GSH 的水平，使其能够持续发挥抗氧化作用，清除细胞内的自由基，保护细胞免受氧化应激损伤。
稳定抗氧化系统的平衡：细胞内的抗氧化防御体系是一个复杂的网络，包括多种抗氧化酶和非酶抗氧化物质，它们之间相互作用、相互调节，共同维持细胞的氧化还原稳态。番茄红素通过上述多种机制，协同其他抗氧化物质，维持整个抗氧化系统的平衡和稳定，使细胞在面对氧化应激时能够更有效地应对，减少氧化损伤。