1、氧化应激与疾病氧化应激与疾病第一节第一节 概述概述(Introduction)一、概念一、概念 (concept)机体活性氧的产生过多或机体活性氧的产生过多或/和机体抗氧化和机体抗氧化能力减弱，活性氧清除不足，导致活性氧能力减弱，活性氧清除不足，导致活性氧在体内增多并引起细胞氧化损伤的病理过在体内增多并引起细胞氧化损伤的病理过程程氧化应激氧化应激(oxidative stress)二、活性氧的产生二、活性氧的产生活性氧活性氧(reactive oxygen species,ROS)，一类由氧生成的、化学性质较基态氧活泼一类由氧生成的、化学性质较基态氧活泼的含氧代谢物，它包括氧自由基的含氧代谢物
2、，它包括氧自由基 ,过氧化氢过氧化氢,单线态氧单线态氧 ,脂过氧化物脂过氧化物 及其裂解产物。及其裂解产物。(一）自由基的概念一）自由基的概念自由基是外层电子轨道上含有单个不配对电子的自由基是外层电子轨道上含有单个不配对电子的原子、原子团或分子的总称。原子、原子团或分子的总称。(二）自由基分类二）自由基分类氧自由基氧自由基脂性自由基脂性自由基氮中心自由基氮中心自由基1、氧自由基、氧自由基 (Oxygen free radical,OFR)由氧诱发的自由基由氧诱发的自由基 活性氧活性氧（reactive oxygen species,ROS）超氧阴离子自由基（超氧阴离子自由基（Superoxid
3、e anion,）羟自由基（羟自由基（Hydroxyl radical,OH）氧自由基氧自由基O2 氧自由基氧自由基 如：如：、OH 非自由基含氧产物非自由基含氧产物：H2O2、1O2O2 2、脂性自由基、脂性自由基 氧自由基与多聚不饱和脂肪酸发生脂质过氧化的链式氧自由基与多聚不饱和脂肪酸发生脂质过氧化的链式 反应后生成的中间代谢产物。反应后生成的中间代谢产物。3、氮中心自由基、氮中心自由基 由氮形成，并在分子组成上含有氮的一类化学性质由氮形成，并在分子组成上含有氮的一类化学性质 非常活泼的物质非常活泼的物质,也称活性氮。也称活性氮。自由基特性自由基特性Property of free rad
4、icalu化学性质活泼化学性质活泼,易失去单电子（氧化）或俘获其易失去单电子（氧化）或俘获其它基团的电子（还它基团的电子（还 原）原）；产生损伤效应，同时产；产生损伤效应，同时产生新自由基生新自由基u氧化性强氧化性强u链式反应链式反应u存在时间短存在时间短 (三）自由基的代谢三）自由基的代谢Fenton reaction O2 O2.-H2O2 OH.H2O H2O e-e-+2H+e-+H+e-+H+4e-+4H+细胞色素氧化酶系统细胞色素氧化酶系统1%-2%Fe 2 /Cu2+O2 +H2O2 O2 +OH +OH l线粒体线粒体(mitochondria)l血红蛋白、肌红蛋白、儿茶酚胺血
5、红蛋白、肌红蛋白、儿茶酚胺 氧化过程氧化过程(catecholamines auto-oxidation)l黄嘌呤氧化酶氧化过程黄嘌呤氧化酶氧化过程(xanthine oxidase)l激活的中性粒细胞激活的中性粒细胞(activated neutrophil）酶性清除剂酶性清除剂 低分子清除剂低分子清除剂 蛋白质抗氧化剂蛋白质抗氧化剂三、活性氧的清除三、活性氧的清除抗氧化损伤的防御系统抗氧化损伤的防御系统主要作用主要作用主要的抗氧化酶主要的抗氧化酶超氧化物歧化酶（超氧化物歧化酶（SOD)SOD)清除清除O2.-过氧化氢酶（过氧化氢酶（CAT)CAT)清除清除H H2 2O O2 2谷胱甘肽过
6、氧化物酶谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-PX)(GSH-PX)清除清除H H2 2O O2,2,有机过氧化物有机过氧化物磷脂氢过氧化物谷胱甘肽过氧化物酶磷脂氢过氧化物谷胱甘肽过氧化物酶清除脂类过氧化物清除脂类过氧化物谷胱甘肽硫转移酶谷胱甘肽硫转移酶清除有机过氧化物清除有机过氧化物主要的非酶性抗氧化剂主要的非酶性抗氧化剂维生素类（维生素类（Vit E,VitC)Vit E,VitC)清除清除1 1O O2 2 O O2 2.-.-阻断过氧化阻断过氧化谷胱甘肽谷胱甘肽清除清除1 1O O2 2 OH OHH H2 2O O2 2蛋白质抗氧化剂蛋白质抗氧化剂(铜兰蛋白，清蛋白）铜兰蛋白，清蛋白）控制控制
7、OHOH生成生成尿酸尿酸Cu2+Zn2+-SOD突变突变脊髓侧索硬化症脊髓侧索硬化症(Amyotrophic lateral sclerosis,ALS)Lou Gehrig病（卢伽雷病）病（卢伽雷病）Stephen Hawking 第二节第二节 氧化应激对机体的影响氧化应激对机体的影响n膜脂质过氧化增强膜脂质过氧化增强 n蛋白质功能抑制蛋白质功能抑制 n核酸及染色体破坏核酸及染色体破坏 一、氧化应激的损伤效应一、氧化应激的损伤效应u 破坏膜的正常结构破坏膜的正常结构u间接抑制膜蛋白功能间接抑制膜蛋白功能u促进自由基及其它促进自由基及其它 生物活性物质生成生物活性物质生成uATP生成减少生成减
8、少1.膜性结构脂质过氧化膜性结构脂质过氧化 (lipid peroxidation)自自 由由 基基 对对 膜膜 的的 损损 伤伤巯基氧化，氨基酸残基氧化，蛋白质交联巯基氧化，氨基酸残基氧化，蛋白质交联染色体畸变、核酸碱基羟化或染色体畸变、核酸碱基羟化或DNADNA断裂断裂2 2.蛋白质功能抑制蛋白质功能抑制3.3.破坏核酸及染色体破坏核酸及染色体Diabetic cataractSenile plaques 二、氧化损伤的生物学意义二、氧化损伤的生物学意义 l 活性氧的防御作用活性氧的防御作用 吞噬细胞杀灭、清除病原微生物吞噬细胞杀灭、清除病原微生物 1.MPO途径：途径：2.呼吸爆发：呼吸
9、爆发：激活的中性粒细胞耗氧量显著增加，激活的中性粒细胞耗氧量显著增加，NADPH氧化酶激活，产生大量氧自由基，这种现氧化酶激活，产生大量氧自由基，这种现象称为呼吸爆发或氧爆发象称为呼吸爆发或氧爆发 OH 和和 1O2是杀菌的主要成分是杀菌的主要成分NADP+H+2 O2.O2+NADPHNADPH氧化酶氧化酶l 活性氧的抗肿瘤作用活性氧的抗肿瘤作用 抑制肿瘤，诱导凋亡抑制肿瘤，诱导凋亡l 活性氧的转化解毒作活性氧的转化解毒作用用 物理性因素物理性因素 电离辐射，紫外线照射，高压氧，高温电离辐射，紫外线照射，高压氧，高温 化学性因素化学性因素 药物，化学试剂，香烟，高温药物，化学试剂，香烟，高温
10、 生物性因素生物性因素 细菌及异物，细胞因子，免疫复合物及细菌及异物，细胞因子，免疫复合物及 补体系统激活物补体系统激活物 抗氧化物的缺乏抗氧化物的缺乏 营养、维生素、微量元素缺乏等营养、维生素、微量元素缺乏等 三、氧化损伤的常见原因三、氧化损伤的常见原因第三节第三节 氧化应激与重要的氧化应激与重要的疾病或病理过程疾病或病理过程 一、氧化应激与缺血一、氧化应激与缺血-再灌注损伤再灌注损伤oxidative stress and ischemia-reperfusion injury 二、氧化应激与凋亡二、氧化应激与凋亡oxidative stress and apoptosis 三、氧化应激与
11、神经退行性疾病三、氧化应激与神经退行性疾病oxidative stress and neurodegenerative disease 神经退行性疾病神经退行性疾病 是与衰老密切相关是与衰老密切相关的以大脑和脊髓的神经元细胞进行性的以大脑和脊髓的神经元细胞进行性丧失为特征的疾病，包括阿尔茨海默丧失为特征的疾病，包括阿尔茨海默病病 、帕金森病、帕金森病 、亨廷顿舞蹈症、脊、亨廷顿舞蹈症、脊髓侧索硬化症等。髓侧索硬化症等。（一）阿尔茨海默病（一）阿尔茨海默病Alzheimers Disease，AD u65岁以上人群中痴呆患病率为岁以上人群中痴呆患病率为4%6%u80岁以上老人的患病率为岁以上老人
12、的患病率为20%左右左右 AD的典型病理学特征神经元纤维缠结 (neurofibrillary tangles,NFTs)异常修饰的tau蛋白老年斑(senile plaques,SP)（淀粉样蛋白）神经元细胞缺失AlzheimerAlzheimer病神经原纤维缠病神经原纤维缠结。神经原纤维缠结在细胞结。神经原纤维缠结在细胞质出现粉红色的细长丝。他质出现粉红色的细长丝。他们由细胞骨架中间丝组成们由细胞骨架中间丝组成AlzheimerAlzheimer病典型的显微镜病典型的显微镜表现包括表现包括“老年斑老年斑”与星形与星形胶质细胞和小胶质细胞，老胶质细胞和小胶质细胞，老年斑是变性的突触前末梢。年
13、斑是变性的突触前末梢。采用银染色很容易看到这些采用银染色很容易看到这些斑块斑块,如图所示，许多斑块的如图所示，许多斑块的大小各异大小各异病理特征病理特征阿尔茨海默病中氧化应激的阿尔茨海默病中氧化应激的 标志标志 l8OHG是核酸的氧化标记物是核酸的氧化标记物 l蛋白羧基及硝化酪氨酸残基水平升高蛋白羧基及硝化酪氨酸残基水平升高lMDA水平升高水平升高阿尔茨海默病中氧化应激的来源阿尔茨海默病中氧化应激的来源 l金属离子诱导自由基的生成金属离子诱导自由基的生成Fe3+,Cu2+,Al3+,Zn2+lA诱导活性氧的产生诱导活性氧的产生l其他途径来源的活性氧其他途径来源的活性氧:NO Presenili
14、n 2基因突变等基因突变等阿尔茨海默病阿尔茨海默病(AD)(AD)蛋白激酶激活蛋白激酶激活 Tau 蛋白异常蛋白异常磷酸化磷酸化流流（二）帕金森病（二）帕金森病(Parkinson disease,PD)uPD的主要病理特征是黑质纹状体的主要病理特征是黑质纹状体 多巴胺能神经元显著缺失。多巴胺能神经元显著缺失。u尚存的神经元内出现尚存的神经元内出现 路易小体路易小体(Lewy body)帕金森病中活性氧的来源帕金森病中活性氧的来源 l多巴胺的自身代谢多巴胺的自身代谢l-Synuclein基因突变基因突变l线粒体功能缺陷线粒体功能缺陷l神经毒素的作用神经毒素的作用l兴奋性毒性、兴奋性毒性、Ca2
15、+失衡失衡H2O2自氧化自氧化Fe2+NH2HOHOO2-H2O多巴胺多巴胺SOD单胺氧化酶单胺氧化酶GSH-PxOHFe3+多巴胺代谢途径产生自由基多巴胺代谢途径产生自由基 209209位位G-AG-A错义突变错义突变蛋白质变异蛋白质变异LewyLewy小体的重要成分小体的重要成分-synuclein-synuclein神经退行性疾病中针对氧化应激的治疗策略神经退行性疾病中针对氧化应激的治疗策略l维生素中的维生素中的Vit.E，Vit.C、l谷胱甘肽谷胱甘肽l硫辛酸硫辛酸l微量元素中的硒、锌微量元素中的硒、锌l褪黑素（褪黑素（melatonin，MLT）l传统中药传统中药 四、氧化应激与动脉
16、粥样硬化四、氧化应激与动脉粥样硬化oxidative stress and atherosclerosis动脉粥样硬化动脉粥样硬化(Atherosclerosis,AS)(Atherosclerosis,AS)是指在动脉及其分支的动脉壁内膜及内是指在动脉及其分支的动脉壁内膜及内膜下有脂质沉着膜下有脂质沉着(主要是胆固醇及胆固醇主要是胆固醇及胆固醇脂脂),),同时伴有中层血管平滑肌细胞移同时伴有中层血管平滑肌细胞移行至内膜下增殖行至内膜下增殖,使内膜增厚使内膜增厚,形成黄形成黄色或灰黄色状如粥样物质的斑块。色或灰黄色状如粥样物质的斑块。?12?3?4 各国男性各国男性TCTC水平和总死亡率关系水
17、平和总死亡率关系05101520253035血清血清 TC mmol/L(mg/dL)冠心病死亡率冠心病死亡率(%)北欧北欧南欧，地中海地区南欧，地中海地区美国美国南欧，内陆地区南欧，内陆地区日本日本2.60(100)3.25(125)3.90(150)4.50(175)5.15(200)5.80(225)6.45(250)7.10(275)7.75(300)8.40(325)9.05(350)Data are from the Seven Countries Study of 12,467 men from Southern European Countries,the USA and Ja
18、pan.Verschuren WM et al.JAMA 1995;274:131136.?ROSROS可导致脂质、蛋白质和可导致脂质、蛋白质和DNADNA的修饰的修饰LDLLDL表层表层ROSROSLDLLDL表面多不饱和表面多不饱和脂肪酸双链断裂脂肪酸双链断裂 ApoB ApoB氧化氧化共轭共轭双烯双烯修改修改LDLLDL表面结构表面结构交联交联LDLLDL不再被不再被LDL-RLDL-R识别识别转而被转而被SR-AISR-AI(class A scavenger receptor I I）受体受体识别识别Witztum,J.L.et al.J.Clin.Invest.1991.88,17
19、85-1792高脂血症高脂血症 肾素肾素-血管紧张素血管紧张素 Ob Ob 基因表达物基因表达物 电磁辐射、吸烟电磁辐射、吸烟 OxLDL的致的致AS特性特性n 上调清道夫受体表达上调清道夫受体表达n 易被巨噬细胞迅速摄取，无负反馈易被巨噬细胞迅速摄取，无负反馈 调节，形成泡沫细胞调节，形成泡沫细胞n 刺激刺激EC释放释放MCP-1、CSF，促进单核，促进单核 细胞趋化并分化成组织巨噬细胞细胞趋化并分化成组织巨噬细胞n 抑制局部巨噬细胞迁移；抑制局部巨噬细胞迁移；n 刺激单核细胞刺激单核细胞/巨噬细胞表达巨噬细胞表达IL-1 内皮细胞管腔单核细胞巨噬细胞泡沫细胞内膜细胞增殖、退化MCP-1穿越VCAM-1ICAM-1粘附高脂血症细胞因子ROS与与ASOxLDL导致导致AS发生的途径发生的途径n 促进促进SMC增殖增殖n 抑制内皮细胞的血管舒张抑制内皮细胞的血管舒张n 具有免疫原性具有免疫原性n 细胞毒作用：破坏内膜完整性细胞毒作用：破坏内膜完整性n T细胞趋化因子细胞趋化因子n MMP，影响斑块稳定性，影响斑块稳定性如何理解氧化应激在如何理解氧化应激在AS发生中的作用发生中的作用
