【复旦大学 高级病理生理学学习】 氧化应激与疾病ppt课件.ppt
,氧化应激与疾病,第一节 概述,(Introduction),一、概念 (concept),机体活性氧的产生过多或/和机体抗氧化能力减弱，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程氧化应激 (oxidative stress),二、活性氧的产生,活性氧 (reactive oxygen species, ROS)，,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 ,过氧化氢,单线态氧 ,脂过氧化物 及其裂解产物。,(一）自由基的概念(Free Radical),(二）自由基分类（Classification of free radical ）,氧自由基,1,脂性自由基,2,氮中心自由基,3,1、氧自由基 (Oxygen free radical ,OFR) 由氧诱发的自由基,活性氧 （reactive oxygen species, ROS）,2、脂性自由基(Lipid radical): 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。,3、氮中心自由基（Reactive nitrogen species,RNS） 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,也称活性氮。,自由基特性Property of free radical,化学性质活泼,易失去单电子（氧化）或俘获其它基团的电子（还 原） ；产生损伤效应，同时产生新自由基氧化性强链式反应存在时间短,(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,1%-2%,Fe 2 / Cu2+O2 + H2O2 O2 + OH +OH,线粒体 (mitochondria)血红蛋白、肌红蛋白、儿茶酚胺 氧化过程(catecholamines auto-oxidation)黄嘌呤氧化酶氧化过程(xanthine oxidase)激活的中性粒细胞(activated neutrophil ）,酶性清除剂低分子清除剂蛋白质抗氧化剂,三、活性氧的清除,抗氧化损伤的防御系统,Cu2+Zn2+-SOD突变脊髓侧索硬化症(Amyotrophic lateral sclerosis,ALS ),超氧阴离子降解,清除,超氧化物歧化酶(Superoxide Dismutase, SOD)(Mn2+-SOD、 Cu2+Zn2+-SOD),Lou Gehrig病（卢伽雷病）,Stephen Hawking,第二节 氧化应激对机体的影响,膜脂质过氧化增强 蛋白质功能抑制 核酸及染色体破坏,(Destructive effects of OFR),活性氧使脂质、蛋白质、核酸氧化,一、氧化应激的损伤效应,破坏膜的正常结构间接抑制膜蛋白功能促进自由基及其它 生物活性物质生成ATP生成减少,自 由 基 对 膜 的 损 伤,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DNA断裂,Diabetic cataract,Senile plaques,二、氧化损伤的生物学意义,活性氧的防御作用 吞噬细胞杀灭、清除病原微生物 1. MPO途径： 2. 呼吸爆发： 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，这种现象称为呼吸爆发或氧爆发 OH 和 1O2是杀菌的主要成分,活性氧的抗肿瘤作用 抑制肿瘤，诱导凋亡活性氧的转化解毒作用,物理性因素 电离辐射，紫外线照射，高压氧，高温化学性因素 药物，化学试剂，香烟，高温生物性因素 细菌及异物，细胞因子，免疫复合物及 补体系统激活物抗氧化物的缺乏 营养、维生素、微量元素缺乏等,三、氧化损伤的常见原因,第三节 氧化应激与重要的疾病或病理过程,一、氧化应激与缺血-再灌注损伤oxidative stress and ischemia-reperfusion injury,二、氧化应激与凋亡oxidative stress and apoptosis,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 是与衰老密切相关的以大脑和脊髓的神经元细胞进行性丧失为特征的疾病，包括阿尔茨海默病 、帕金森病 、亨廷顿舞蹈症、脊髓侧索硬化症等。,（一）阿尔茨海默病Alzheimers Disease，AD,65岁以上人群中痴呆患病率为4%6%80岁以上老人的患病率为20%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,Alzheimer病神经原纤维缠结。神经原纤维缠结在细胞质出现粉红色的细长丝。他们由细胞骨架中间丝组成,Alzheimer病典型的显微镜表现包括“老年斑”与星形胶质细胞和小胶质细胞，老年斑是变性的突触前末梢。采用银染色很容易看到这些斑块,如图所示，许多斑块的大小各异,病理特征,阿尔茨海默病中氧化应激的 标志,8OHG是核酸的氧化标记物 蛋白羧基及硝化酪氨酸残基水平升高MDA水平升高,阿尔茨海默病中氧化应激的来源,金属离子诱导自由基的生成Fe3+,Cu2+,Al3+,Zn2+ A诱导活性氧的产生其他途径来源的活性氧:,NO Presenilin 2基因突变等,阿尔茨海默病(AD),蛋白激酶激活,Tau 蛋白异常磷酸化,流,（二）帕金森病( Parkinson disease , PD),PD的主要病理特征是黑质纹状体 多巴胺能神经元显著缺失。 尚存的神经元内出现 路易小体(Lewy body),帕金森病中活性氧的来源,多巴胺的自身代谢-Synuclein基因突变线粒体功能缺陷神经毒素的作用兴奋性毒性、Ca2+失衡,多巴胺代谢途径产生自由基,神经退行性疾病中针对氧化应激的治疗策略,维生素中的Vit.E ， Vit.C、谷胱甘肽硫辛酸微量元素中的硒、锌褪黑素（melatonin，MLT） 传统中药,四、氧化应激与动脉粥样硬化oxidative stress and atherosclerosis,动脉粥样硬化(Atherosclerosis, AS) 是指在动脉及其分支的动脉壁内膜及内膜下有脂质沉着(主要是胆固醇及胆固醇脂) , 同时伴有中层血管平滑肌细胞移行至内膜下增殖, 使内膜增厚, 形成黄色或灰黄色状如粥样物质的斑块。,动脉粥样硬化脂质氧化理论的提出,脂源性理论无法解释4种现象:,LDL-R缺乏的患者(家族性纯合子型高胆固醇血症)或动物模型,由于巨噬细胞表面的LDL-R缺乏,LDL无法通过LDL-R途径被巨噬细胞摄取,但是该类患者或动物模型动脉粥样硬化的发病率几乎是100%。,?,体外试验中,即使将单核-巨噬细胞和平滑肌细胞和浓度非常高的LDL血浆共同培养后,也并不能诱导胆固醇在细胞内的聚积。,LDL-R受细胞内胆固醇含量的负反馈调节。LDL和LDL-R结合后,内吞进入巨噬细胞胞浆,与溶酶体结合后,在溶酶体酶的作用下,LDL中的蛋白质降解为氨基酸,而胆固醇酯水解为游离胆固醇和脂肪酸。但是,当细胞内胆固醇的含量饱和时,便会反馈性调节细胞表面的LDL-R的数量减少,功能下调。所以LDL经这一途径代谢只是一个生理过程,并不会引起胆固醇在巨噬细胞内堆积。,?,?,多个流行病学调查结果显示,动脉粥样硬化与高胆固醇血症之间呈一种非线性关系,动脉粥样硬化患者中合并高胆固醇血症的不到60%,有40%多的患者血脂完全正常。,各国男性TC水平和总死亡率关系,0,5,10,15,20,25,30,35,血清 TC mmol/L (mg/dL),冠心病死亡率 (%),南欧，内陆地区,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 Japan. Verschuren WM et al. JAMA 1995;274:131136.,高LDL与动脉粥样硬化形成之间存在中间环节,ROS可导致脂质、蛋白质和DNA的修饰,LDL如何被氧化修饰,LDL表层,ROS,LDL表面多不饱和脂肪酸双链断裂,ApoB,氧化,共轭双烯,修改LDL表面结构,交联,LDL不再被LDL-R识别转而被SR-AI (class A scavenger receptor I） 受体识别,Witztum, J.L. et al. J. Clin. Invest. 1991. 88, 1785-1792,高脂血症 肾素-血管紧张素 Ob 基因表达物 电磁辐射、吸烟,OxLDL的致AS特性,上调清道夫受体表达 易被巨噬细胞迅速摄取，无负反馈 调节，形成泡沫细胞 刺激EC释放MCP-1、CSF，促进单核 细胞趋化并分化成组织巨噬细胞 抑制局部巨噬细胞迁移； 刺激单核细胞/巨噬细胞表达IL-1,Ox-LDL在泡沫细胞形成过程中的作用,LDL,LDL,内皮细胞,管腔,单核细胞,巨噬细胞,泡沫细胞,内膜,氧化修饰LDL,细胞增殖、退化,Ross R. N Engl J Med 1999;340:115-126.,MCP-1,穿越,VCAM-1ICAM-1,粘附,SR,高脂血症,细胞因子,ROS与AS,OxLDL导致AS发生的途径,促进SMC增殖 抑制内皮细胞的血管舒张 具有免疫原性 细胞毒作用：破坏内膜完整性 T细胞趋化因子 MMP，影响斑块稳定性,如何理解氧化应激在AS发生中的作用,
