第九章心脑血管的化学终版本文档资料.ppt

心血管疾病是全世界致病、致死的首要原因，每年在世界范围内造成超过1,700 万人死亡。在美国，每天会有接近2,500 人死于心血管疾病，平均每35 s就死亡1人。心血管疾病比癌症、哮喘以及白血病的总发病率还要高。人类已开始在基因水平上探索心、脑血管疾病病因、发病机制以及进行相应的诊断和治疗。,心血管系统,心脏,动脉,毛细血管,静脉,心肌能量代谢与心肌缺血 心肌收缩与心肌肥厚 血管内皮细胞的功能心脏疾病的生物化学标志物脑梗死生物化学标志物,第一节 心肌能量代谢与心肌缺血Energy Metabolism and Ischemia of Myocardium,一、心肌能量代谢特点：,心肌能量主要来源于细胞内有氧氧化生成ATP；心肌细胞代谢率高，耗氧量大。心肌主要利用葡萄糖、脂酸作为供能物质，也可利用乳酸、丙酮酸、酮体、氨基酸等作为供能物质。,安静空腹时：脂酸利用率占总耗氧量60%餐后：几乎完全利用葡萄糖运动时：主要利用乳酸,心肌对供能物质的利用受许多因素影响：,二、心肌缺血,心肌缺血时，葡萄糖无氧分解是提供ATP的 主要途径。,心肌中糖原分解以提供无氧分解时供能物质的不足；脂酸合成增加，脂酸分解代谢受抑制。,过量的脂酸与心律失常以及心肌功能受损有关。,心肌细胞质膜上葡糖转运蛋白1和4（glucose transporter，GLUT）数量增多，转运活性增高，增加心肌细胞对葡萄糖的摄入。,（一）心肌顿抑,心肌顿抑（myocardial stunning）是指短暂心肌缺血再灌注后，心脏须经一段时间才能完全恢复收缩功能。,目前认为，心肌顿抑的最初阶段主要由于活性氧类损伤所致。,近年来发现，心肌缺血时，细胞内Ca2+增高是造成心肌顿抑的主要原因之一。,（二）心肌冬眠,心肌冬眠（myocardial hibernation）是指长期亚急性或慢性心肌缺血状态下，心肌收缩功能和代谢均降低。,心肌冬眠是心肌在缺血状态下的一种自我保护机制。,（三）心肌缺血预适应,短暂反复心肌缺血可明显增强心肌对较长时间持续缺血和再灌注损伤的耐受性。,经历过缺血预适应的心肌再缺血时，心肌细胞胞浆内Na+、Ca2+的含量，以及ATP消耗均比未经缺血预适应的心肌低，心肌糖原分解和糖无氧分解的速率也明显减慢，说明心肌对能量的需求减少。,心肌缺血预适应机理,内源性腺苷在预适应时释放增多,质膜上ATP敏感的钾通道开放,内源性缓激肽、肾上腺素、降钙素基因相关肽等释放增多。,“腺苷学说”,第二节 心肌收缩与心肌肥厚,Myocardium Contraction and Hypertrophy,一、心肌收缩的基础,心肌肌节的结构,细肌丝,粗肌丝,肌节=,心肌肌节,粗丝,细丝,肌球蛋白（myosin）肌联蛋白（connectin/titin）,肌动蛋白（actin）原肌球蛋白（tropomyosin）肌钙蛋白（troponin）,C：与Ca2+结合I：抑制肌球蛋白ATP酶活性T：与原肌球蛋白结合,肌节中的肌球蛋白-肌动蛋白组成的主动收缩系统,二、肌联蛋白,心肌收缩的主动和被动性张力,肌节中的肌球蛋白-肌动蛋白组成的主动收缩系统,细胞骨架蛋白组成的弹性系统,心肌被动性张力对心脏泵血也十分重要。肌联蛋白是构成肌节被动性张力的重要分子。,肌联蛋白在肌节中的位置,类似纤连蛋白型同源序列+类似免疫球蛋白序列,PEVK重复序列+*类似免疫球蛋白序列,PEVK：脯氨酸、谷氨酸、缬氨酸、赖氨酸,三、心肌肥厚的实质主要是肌节横向和纵向增生,心肌肥厚是指心肌细胞体积增大，它是强体力活动的生理性反应，也是许多心血管疾病的共有的病理过程。心肌肥厚发生机理尚不十分清楚，目前认为是由多种因子作用于心肌细胞质膜受体，触发一系列细胞内信号转导途径所致。,（一）引起心肌肥厚的相关因子主要由心肌细胞局部释放,引起心肌肥厚的重要因子：,作用于G蛋白偶联受体的因子：,内皮素-1（endothelin-1,ET-1）1-肾上腺素受体激动剂血管紧张素II（angiotensin II,ANGII）,机械牵张可引起内皮素-1（ET-1）和血管紧张素II（ANGII）释放,作用于受体酪氨酸蛋白激酶的因子：,纤维母细胞生长因子（fibroblast growth factor,FGF）胰岛素样生长因子（insulin-like growth factor,IGF）肝素结合性表皮生长因子样生长因子（heparin-binding epidermal growth factor,HB-EGF）。,作用于gp130受体的因子：,心营养素-1（cardiotrophin-1,CT-1）白细胞介素6（interleukin 6,IL 6）,导致心肌肥厚的因子及作用的细胞膜受体,（二）引起心肌肥厚的因子主要通过细胞内3条信号转导途径起作用,心肌肥厚的信号转导途径：,（三）引起心肌肥厚的基因表达增加,第三节 血管内皮细胞,Vascular Endothelial Cell,一、内皮细胞,内皮细胞结构完整性和功能正常使循环血液不发 生凝固；对物质的通过具有选择性；可接受血液中的信息分子；产生各种生物活性物质，这些物质与凝血、血管张力、血管生长、炎症，免疫反应有关，可影响内皮细胞本身，也可影响附近细胞以及通过血液循环影响其他部位细胞的功能。,（一）血管内皮细胞具有多种功能,（二）血管内皮功能紊乱促进血管收缩、脂蛋白通透和白细胞粘附,血管内皮功能紊乱促进血管收缩血管舒张需内皮细胞保持完整性；内皮细胞舒血管因子（endothelium-derived relaxing factor,EDRF）参与血管舒张的过程，EDRF的化学本质是NO。,Hormone and others+receptor,Ca2+/CaMNADPHBH4FMN,FAD,Arg,inhibitor(NMA,NMA),EDRF/NO synase(Types-）,guanylate cyclase inactive,EDRF,(activator of guanylate cyclase),NO,guanylate cyclase active,GTP,Cyclic GMP,Route of NO synthesis,OH,H2N,NH2,H2N,N,H2N,O,+,HN,H2O,O,H2O,O,H3N,COO-,H3N,NO,HN,HN,L-Citrulline（瓜氨酸）,N-OH-L-Arg,L-Arg,+,Ca/CaMBH4NADPH,Ca/CaMBH41/2NADPH,+,H3N,+,COO-,COO-,+,NO synthase-NOS,NO and signal transduction,细胞内Ca2+释放，细胞内Ca2+内流Ca2+减少,NO的生物学效应：,抑制血小板粘附和聚集；抑制血小板释放生长因子；抑制单核白细胞趋化性、抑制白细胞粘附分子的表达；抑制血管平滑肌细胞迁移和增殖；NO与超氧阴离子反应生成的亚硝酸过氧化物及其降解产物可使蛋白质中酪氨酸残基亚硝基化，影响酪氨酸磷酸化的细胞内信号转导途径。,血管内皮功能紊乱促进脂蛋白通透血管内皮对血浆脂蛋白的通透性增加可引起低密度脂蛋白（LDL）在血管局部积聚形成脂肪条纹。,血管内皮功能紊乱促进白细胞粘附单核白细胞可粘附在与泡沫细胞相邻近的内皮细胞表面。,参与单核白细胞粘附的因子：,动脉粥样硬化相关的内皮白细胞粘附分子(atherosclerosis-associated endothelial-leukocyte adhesion molecule,Athero-ELAM)，P选择素，选择素，急性内皮-白细胞粘附分子，L-选择素，细胞间粘附分子-1(intercellular adhesion molecule-1,ICAM-1)，位于内皮细胞之间连接部位的粘附分子等。,（三）内皮细胞活化,一些病理因素可使血管内皮细胞结构和功能发生变化，这些变化与内皮细胞在组织损伤时的变化相一致，因此称之为内皮细胞活化或内皮细胞功能紊乱。引起内皮细胞活化的病理因素有：细胞因子、细菌产物（内毒素）、病毒感染、AGEs、氧化的脂蛋白、同型半胱氨酸、血流动力学改变等。,细胞因子以及细菌产物，与内皮细胞质膜上不同的受体结合通过各种信号转导，最后进入共同的途径使内皮细胞活化。,血流动力学改变与内皮功能活化,生物机械刺激如流体静压、周期性张力、血管壁剪切应力对维持血管的正常功能相当重要；血流动力学的改变会导致内皮细胞基因表达的变化；血流动力学（剪切和伸展）的改变影响离子通道的功能、Ca2+转移、IP3的生成以及丝裂原激活的蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase,MAPK）等的活性。,同型半胱氨酸与内皮功能紊乱,同型半胱氨酸可诱导内皮细胞凝血因子V和组织因子的表达，减少凝血调节蛋白（thrombomodulin）和肝素样糖胺聚糖表达，促进止血和血栓形成。NO和同型半胱氨酸的反应产物可介导凝血酶原的活性，S-亚硝基硫化合物促进内皮细胞活化。食物中缺乏叶酸、维生素B6、维生素B12等影响甲硫氨酸合成酶的功能，使同型半胱氨酸不能转变成甲硫氨酸，血中同型半胱氨酸增多，导致动脉粥样硬化。,AGEs与内皮功能紊乱,葡萄糖和其他还原糖在非酶催化下，与生物大分子中的氨基反应生成一种不可逆的化学交联成分，称为高级糖基化终产物（AGEs，advanced glycosylation end products)。AGEs使脂蛋白积聚、脂质氧化、NO的化学猝灭，内皮细胞通透性、组织因子等表达增加。血管内皮细胞质膜上存在AGEs受体。细胞因子、氧化脂蛋白、病毒感染等均能影响AGEs受体的表达。,病毒感染与内皮功能紊乱,单纯疱疹病毒(herpes simplex virus,HSV)和巨细胞病毒(cytomegalovirus,CMV)可诱导内皮细胞中组织因子表达，减少前列环素的生成，抑制组织纤溶酶原激活物和硫酸乙酰肝素蛋白多糖的合成，增强血小板、多形核白细胞和单核白细胞的粘附。可能机制：病毒表达的糖蛋白与抗体(Fc)和补体(C3b)的受体相似，促进炎症发生；病毒感染本身刺激单核细胞、巨噬细胞和淋巴细胞表达细胞因子，使内皮细胞活化。,Biomarker of Cardiovascular disease,第四节 心脏疾病的生物化学标志物,心肌组织损伤的标志物心脏功能的标志物心血管炎症疾病的标志物其他心脏标志物,心肌标志物发展史,酶学标志物（50-80年代）,早期标志物：CK（肌酸激酶）CK-MB（isoenzyme,isozyme）：同工酶 CK-MB亚型（isoform,isotype）：MB1，MB2晚期标志物 乳酸脱氢酶（LD），LD1，HBDH（实际为LD1）天冬氨酸氨基转移酶（AST）测定无何实际临床价值,蛋白标志物（90年代-）,90年代心脏结构蛋白(肌钙蛋白,肌红蛋白等)取代酶成为灵敏度，特异性更高的心脏标志物。早期标志物 肌红蛋白，CK-MB亚型确认标志物 心脏特异肌钙蛋白（cTn）CK-MB（mass）,心肌细胞中的蛋白质,胞浆游离蛋白：肌红蛋白 CK LDH 6%TNT 2%TNI 1%肌球蛋白,细胞结合蛋白：TNT TNI TNC 肌球蛋白,Panteghini,M.Chest 2002;122:1428-1435,Time course of release of cardiac proteins in blood after AMI,心肌损伤部分早期标志物,标志物名称 MW 半衰期(h)临界值(L)增高(h)高峰(h)回(d)C反应蛋白（CRP）120 00019 3mg 6 1224 23淀粉样蛋白A 12 000 3mg 6 1224 23血栓前体蛋白(Tp P)300 000 4mg 6 1224 3P-选择素(p-selectin)140 000 1 200mg 1 5 1可溶性纤维蛋白糖原磷酸化酶BB 188 000 46 7mg 24 1224 12脂肪酸结合蛋白 15 000 14 19mg 26 612 1肌球蛋白轻链(MLC)27 000 1.25 1mg 36 96 10a-肌动蛋白(a-actin)43 000 1 7肌红蛋白（Myo）175 000 0.25 80mg 26 612 1碳酸酐酶III(CA III)280 000 24mg 2CK-MB 86 000 1216 5mg 610 1224 23,心肌梗死诊断的实验室指标的特性,实验室 分子量 生理半衰期 升高时间 峰值时间 恢复正常时间 指标(KD)(h)(h)(h)(d)AST 93 20 612 1836 34 LDH-1 135 110 612 48144 714CK 86 17 312 1224 34CK-MB活性 86 13 312 1224 23CK-MB质量 86 13 26 1224 3Myoglobin 17.8 0.25 0.52 6 12 1cTnI 22.5 24 38 1224 710 cTnT 37 24 38 1296 714GP-BB 188 46 14 1020 12H-FABP 15 0.3 25 612 1,肌钙蛋白（troponin）,1965年 Ebashi 和 Kodama 首先发现，随后被命名；1968年 Hartshorne 和 Mueller 认为是一复合物，并研究了功能；1971年 Ebashi 等纯化后用 SDS 电泳分析，得到三个片段；1973年 Greaser 和 Gergely 根据其功能，将三个亚基命名为 TnC，TnI，TnT,心肌细丝结构蛋白,肌动蛋白（actin）MW 42 000，聚合成长链（F-acting）两条盘绕，双股螺旋结构原肌球蛋白（tropomyosin）MW 70 000，调节蛋白 位于 F-actin 双股螺旋沟中肌钙蛋白（troponin）,肌肉细丝中的肌钙蛋白位置,肌钙蛋白（troponin）,cTn I 或 cTn T 的部分特性,cTn亚基 主要作用 分子量(kDa)等电点 TnC Ca2+结合亚基 18 4.1 cTn I 抑制亚基 23 9.87 cTn T 结合亚基 34 5.1,cTn I 或 cTn T 的部分特性,心肌组织损伤的标志物心脏功能的标志物心血管炎症疾病的标志物其他心脏标志物,利钠肽（natriuretic peptide）,1956年，Kisch 和 Henry 分别证实心脏具有内分泌功能；1981年，de Bold 发现 atrial natriuretic peptide（A-type natriuretic peptide，ANP）；1988年，Sudoh 报道了 brain natriuretic peptide（B-type natriuretic peptide，BNP）；1990年，Sudoh 又发现了C-type natriuretic peptide（CNP）,心脏利钠肽的释放,刺激 ANP 和 BNP 释放的主要因素是心肌张力的增加ANP 的分泌释放调节主要在心房储存水平，新合成的较少BNP 的合成、分泌释放调节主要在基因表达水平,利钠肽,心脏利钠肽受体,心脏利钠肽体内清除,细胞吞饮和溶酶体降解,中性内肽酶,裂解环状结构,心脏利钠肽的主要生理作用,肾脏 增加肾小球滤过，抑制钠重吸收 排钠利尿血管 血管平滑肌松弛，舒血管作用 降低血压，减轻心脏前负荷 抗血管组织增生和纤维化,心脏利钠肽的主要生理作用,内分泌系统 抑制肾素-血管紧张素-醛固酮系统活性 抑制某些其他激素（内皮素；血管加压素；等）活性神经系统 抑制中枢和外周交感神经系统活性,心脏利钠肽的主要生理作用,对心脏的直接作用 抗心肌细胞脂肪分解作用 抑制心肌细胞成纤维细胞 DNA 合成和细胞增殖 抑制心肌细胞肥大其他可能作用 参与凝血系统和纤溶系统调节 减少内皮功能损伤,心脏利钠肽的主要临床用途,临床心衰的诊断评价心脏功能心衰诊断和判定心衰程度的生化标志物快速、方便、客观,心脏利钠肽的主要临床用途,心血管疾病预后估计和危险性分类心衰的预后评价 预测再次患病率和死亡率急性心肌损伤后的预后评价 预测再次患病率和死亡率 估计心肌缺血损伤范围ACS危险性分级,心脏利钠肽的主要临床用途,治疗效果的监测 浓度变化与疗效相关 根据变化调整药物剂量；估计疗效其他：心脏移植术高危人群筛查心脏手术预后,心肌组织损伤的标志物心脏功能的标志物心血管炎症疾病的标志物其他心脏标志物,心血管炎症疾病的标志物,C 反应蛋白（CRP）急性冠状动脉炎症（ACS）、损伤的早期标志物。在心肌损伤发病后几小时即出现异常增高且“窗口期”较短，在心绞痛等心肌损伤的早期诊断和预后估计中有较好的临床价值 高敏 C 反应蛋白（hs-CRP）,hs-CRP的临床应用,大量研究资料表明，动脉粥样化的血栓形成除了是脂肪堆积过程外，也是一个慢性炎症过程，而CRP是动脉粥样化血栓形成疾病的介导和标志物CRP对心绞痛、急性冠脉综合征和行经皮血管成形术患者，具有预测心肌缺血复发危险和死亡危险的作用,hs-CRP的临床应用,CRP 在动脉粥样硬化中的可能作用激活补体系统增加分子间黏附作用增强吞噬细胞对 LDL 的吞噬作用刺激 NO 的生成增强纤溶酶原激活抑制物的表达和活性等,hs-CRP的临床应用,根据欧美的许多研究，个体的CRP基础水平和未来心血管病的关系密切CRP水平与用于心血管疾病危险性评估的一些传统指标（如年龄、吸烟、血胆固醇水平、血压、糖尿病等）没有直接关系,hs-CRP的临床应用,前瞻性研究资料显示，CRP是比LDL-ch更有效的心血管疾病预测指标CRP在代谢综合征的几乎所有过程中都起着重要的作用，这是CRP与LDL-ch明显不同的另一个显著特点血脂评价加CRP评价可增加预测价值,心肌组织损伤的标志物心脏功能的标志物心血管炎症疾病的标志物其他心脏标志物,其他心脏标志物,缺血修饰白蛋白（IMA）是评价心肌缺血的较好的生物标志物，检测出ACS（特别是早期心肌缺血）的灵敏度较高，但其临床特异性还需更多的临床研究证实。髓过氧化物酶（myeloperoxidase）、CD40配体、妊娠相关血浆蛋白A等在评价心肌缺血和ACS危险性分类方面也显示较好的价值，但其临床特异性还需更多的临床研究证实。,其他心脏标志物,ACS或HF临床诊断治疗以及危险性分类时，常用的心脏标志物还有：钾；钠；总胆红素；血红蛋白；尿酸；神经激素；儿茶酚胺（肾上腺素、去甲肾上腺素）；肾素-血管紧张素-醛固酮；神经肽（ANP；NT-proANP；CNP；等）。其他一些心脏标志物、代谢标志物或炎症标志物还有：肾上腺髓质素（adrenomedullin）；apelin；嗜心素I（cardiotropin I）；高敏嗜心素（hs-cardiotropin）；内皮素-1（endothelin-1）；胰岛素样生长因子1（insulin like growth factor 1）；瘦素（leptin）；嗜肌素（myotropin）；尿紧张素II（urotensin II）等。这些心脏生物标志物的临床特异性同样需要更多的临床研究证实。,心脏生化标志物联合应用,Morrow and Braunwald.Biomarkers in Acute Coronary Syndromes.Circulation 2003;108:250-252.,第五节 脑梗死生物化学标志物,Biochemical marker for cerebral infarct,应 用,CT、核磁共振成像检查及数字减影血管造影术等神经影像学技术的广泛应用，显著地提高了脑梗死的诊断水平脑的功能障碍或器质性损害可通过血液中生物化学标志物的变化而得到反映,神经元特异性烯醇化酶(neuron specific enolase，NSE),易测定且可靠的高特异性体内神经元损伤的标志。血清NSE浓度在脑梗死发生后4 h内变化不明显，6 h后开始升高，24 h后明显升高，2 d时达高峰，并可持续57 d，14 d时基本恢复到正常水平但是，脑梗死患者发病1周内的血清NSE浓度与出院时日常生活活动能力无相关性，认为NSE对预后的判断无意义,钙传感器蛋白，S-100蛋白,是中枢神经系统(特别是胶质细胞)损伤时特异的生物化学标志脑梗死时，病灶内脑神经细胞及神经胶质细胞同时缺血坏死，使血液中的S一100 B蛋白浓度增高血清中S-100 蛋白的浓度在脑梗死发生后12 h开始升高，第23日达峰值，并可持续到第5日。,肌酸激酶脑型同功酶(creatine kinase BB，CKBB),是神经元损伤程度的特异性酶。脑梗死后因梗死灶的细胞被破坏，CKBB进人细胞间隙，通过受损的血脑屏障进人血液，致使血液中的CKBB浓度亦升高。血液中的CKBB在急性脑血管意外后第l2日仅稍有升高，第3日达到高峰，第7日恢复正常。,髓鞘碱性蛋白(myelin basic protein，MBP）,标志中枢神经系统(特别是髓鞘)有无实质性损害的特异性监测指标血液中MBP的含量在急性脑梗死后2448 h内明显升高，46 d达高峰，且与脑梗死的严重程度、肢体瘫痪及梗塞面积相一致,组合检测模式,利用在脑梗死发生时S-100，NSE，MBP及CKBB等4种指标升高的时间和幅度不同的特点来对脑梗死患者进行联合检测及综合分析。S一100与NSE联合应用已成为国际公认的检测早期脑缺血缺氧性损伤的程度和判断预后的指标。,重要内容理解和掌握心肌顿抑、心肌冬眠、心肌缺血的定义理解和掌握导致心肌肥厚的因子及作用的细胞膜受体理解和掌握血管内皮功能的相关分子了解心脏损伤的标志分子了解脑组织损伤的标志分子,Thank you！,