缺血性损伤A3

nullnull 3. 缺血性损伤 缺血是指向组织供血的血管受阻,因而出现的组织缺血现象。血管的阻塞是局部的, 但是它的影响可以传播到全身。由于血液是氧的载体,所以缺血必然缺氧,但并不是所有缺氧都因为缺血,例如肺功能下降、心力衰竭等等。这里只讲在大多数情况下出现的血管栓塞造成的缺血和缺氧。因栓塞而缺血的血管的再通是一普遍存在的使病情恶化的复杂病理过程。最为人熟知的是在严重冻伤时四肢缺血、缺氧(面看呈青紫色),这时如果用温度较高的水去烫脚, 以为能使血液流通,使四肢暖过来,结果适得其反。血液再流通(医学上叫再灌,reperfusion)之后,四肢就会变黑,危及生命,不得不截肢。与之相似, 心肌梗塞时,心脏缺血、缺氧,十分危急,经抢救之后, 似乎脱离危险。但是恢复后的第一天更加危险,因为治疗后血液再灌,容易出现null心肌坏死、心脏破裂等现象而骤死。以前以为组织损伤发生在再灌之时,实际上,就在缺血时就已经发生。例如血栓往往堵塞血管,使组织长期处于缺血状态,就足以造成严重损伤,如肠套叠、肠梗阻等等,只不过在再灌之后会出现新的更严重的事件而已。这种病症统称为缺血性(或缺血-再灌性)疾病,可以发生在几乎所有器官。 原发性血管阻塞发展的起因和过程因部位和病因不同而异。总的来说,有三种情况： (i)由于血管内壁发生的变化,如动脉粥状硬化(血浆里的脂蛋白沉积在血管壁上); (ii)血栓(血浆里的蛋白质聚集成为栓子阻塞血管）; (iii)还有些是因为物理原因,如动脉曲张、肠梗阻等等。但是三者有时关联,我们将在以后的案例中分别讨论。 null下面先阐述病理过程中的几个关键环节。 (一)   细胞内游离钙离子浓度居高不下 虽然缺血性疾病源于缺血,但是造成破坏的关键环节是细胞内游离钙离子浓度[Ca2+]的居高不下。它导致不可逆变化及细胞死亡。无论坏死性死亡还是细胞调亡,都以它为先头事件。为此,我们先要了解细胞内游离钙离子浓度的维持机理,再研究[Ca2+]升高的原因和不同的升高方式。 1.细胞内钙离子浓度的维持 由于生命过程需要钙,所以在血液里,在组织里,特别是在骨和牙的硬组织里,含钙量相当高。但是这么多的钙中,大部分结合在矿物质中和蛋白质上,游离的钙离子浓度不太高。在细胞外液中有 10-2mol/L 的钙离子,输送到全身。细胞内的游离钙离子浓度则只有 10-7mol/L 。null 维持细胞内外浓度梯度,是正常生理过程所必须的: (i)为了进行神经传导造成细胞内游离钙离子脉冲式上升,必需在休息时维持细胞内的低浓度,但又要在细胞外有较高的浓度; (ii)因为游离钙离子浓度持续过高就会破坏细胞结构。维持细胞内外钙离子浓度梯度靠生物体整体调节、细胞内外钙离子的出入调节以及生物大分子和细胞器结合 -释放钙离子的缓冲作用。关于整体调节我们不讨论, 这里只谈细胞调控钙离子出入的机制 ,因为它们与细胞死亡有关。 细胞膜上和肌浆网上钙离子运送。细胞膜上的钙离子运送有三种机制: (1)通过钙通道。负责让钙离子进入细胞,是通过被动扩散进入的,是单向的,只进不出的。在心肌和神经细胞,钙通道是受电位调控的。也就是说 , 膜两侧电位差决定 钙离子进与不进。这是神经传导和心肌传导所必需的。 (2)钙泵。在生物化学中用“泵”示在膜上的一种结构,它们能对抗浓度梯度把某种离子由浓度低的一侧“泵”到浓度高的另一侧去。与钙通道相反,只出不进。由于对抗浓度梯度,所以它们的工作是耗能的。在生物体内,能的利用绝大多数是以自由能方式,而自由能的来源多来自ATP水解成ADP时高能键所释放的自由能。因而这些离子泵实际上都是ATP酶。钙泵是CaATP酶。所谓ATP酶,是指它们要结合ATP并使结合的ATP就地(in situ)水解, 把释放的自由能供给酶的工作。CaATP酶在膜脂双层中通过缔合才形成钙泵。钙泵一直工作,一直需要能量维持。 (3)钠/钙交换。指执行下列出入细胞过程的膜机制： Ca2+in + 2Na+out Ca2+out + 2Na+in 这是一个双向过程: 每使一个钙离子从细胞内对抗1000倍 null以上的浓度梯度漏出细胞,就要有2个或3个钠离子进入细胞。这个系统要有钠/钾泵配合。钠/钾泵把3个钠离子由细胞外泵入细胞内,同时把2个钾离子泵出细胞外。细胞内的钠离子便可用于与钙离子交换。这一机制在心肌细胞中十分重要,因为细胞内钙离子浓度升高使心肌收缩,钠/钙交换减少心肌收缩频率。因为钠/钾泵工作速率快,所以它与钠/钙交换配合,使工作能力提高。不过,这个机制不是一直工作的。它是一个应急机制,只在钙离子过高时,把钙离子泵出,把钠离子泵入。钠/钾泵也是ATP酶,也需要ATP。因此这两个机制都是耗能的。而且要看到另一方面:ATP 的合成又需要能量,需要氧。这就会造成一种恶性循环。前面在讨论炎症时,就说过这种情况。和呼吸道炎症慢性期一样,缺血缺氧造成ATP耗竭,ATP耗竭又造成离子平衡 (ionic balance ,不是 ionic equilibrium)紊乱和活性氧进一步产生。null 肌浆网上的钙离子出入机制与细胞膜相同。在正常情况下心肌细胞的钙离子大部分由肌浆网上的机制处理,少数由细胞膜和线粒体处理。只有在钙离子浓度过高,超过肌浆网加工能力时,线粒体的作用才明显。 钙泵与钠/钙交换哪个更重要，还要看什么细胞。对于心肌细胞和神经细胞来说,在钙离子浓度有波动时,钠/钙交换的贡献大于钙泵; 对肝细胞来说,没有钙离子浓度波动,只有[Ca2+]in 过高时,钙泵起主要作用。 线粒体是钙离子细胞内缓冲系统之一,但是因为体积小,虽然结合能力很强,起作用不很大。 内质网和核膜也是细胞内的结合存储与释放钙离子的系统之一,它的贡献比线粒体大。尤其是当细胞内信号系统正在工作时以及三磷酸肌醇(IP3)作用于内质网受体时,内质网会释放钙离子。这是细胞外激素等物质刺激细胞null通过细胞信号系统调动钙离子的主要过程。在这个过程中,三磷酸肌醇结合在内质网表面的特定受体时,打开特定的钙通道蛋白,使钙离子释放到细胞溶胶中去。 由以上讨论可见,维持细胞内游离钙离子浓度在规定的低水平,主要靠钙通道、钙泵、钠钙交换和钠钾泵、内质网和线粒体结合钙离子。 2. 造成细胞内钙离子浓度居高不下的原因 细胞内钙离子浓度的短期升降,即钙离子脉冲,是正常生理过程的需要。例如在肌肉收缩, 神经传导等过程中都需要钙离子在细胞内建立脉冲。我们现在要讨论的是钙离子浓度维持较高水平降不下来的现象。为什么正常情况下,形成脉冲时,升高之后立即降低? 主要靠两个泵以及内质网和线粒体的缓冲。在以下情况下,泵和内质网以及线粒体工作能力降低,就会使细胞内游离钙离子浓度降不下来。null（i）泵和膜(内质网和线粒体膜)的损伤 ; (ii) 缺乏ATP ; (iii) 刺激物持续作用使细胞信号系统持续工作。 3. 细胞内游离钙离子浓度居高不下引起的事件 (1) 细胞损伤。 细胞内液中游离钙离子浓度过高时,会持续激活一些依赖钙离子的酶。其中最为人注意的是磷脂酶(phospholL pases),如磷脂酶A(见前面)。这些磷脂酶促使膜(包括细胞膜和细胞器的膜)磷脂水解,膜结构破坏, 膜功能降低或丧失。另一个重要的酶是前面讲过的蛋白激酶C(PKC),它依赖细胞内钙离子把它结合在膜的细胞溶胶一侧,然后才能被二酰甘油(DAG)激活。PKC是催化蛋白质磷酸化的酶。PKC 催化蛋白质磷酸化的活性是正常生理过程所必须的,也是病理过程常常涉及的。 null 实际上,细胞内的几乎所有蛋白质都能与钙离子结合,我们也很难说哪一个在造成细胞损伤中起更重要的作用。例如,细胞内游离钙离子浓度高时, 对细胞骨架的组装有很大影响。细胞骨架的变化造成细胞形态的变化。 细胞内游离钙离子浓度过高还会引起细胞内外离子平衡紊乱,因为钠、钾和钙离子相互配合维持细胞内外离子平衡,也由此维持细胞内外的水平衡。 所以,细胞内过高的钙离子浓度所造成的损伤不是由单一原因引起的。 (2)细胞死亡。细胞内游离钙离子浓度增加而且持续降不下来,将导致细胞死亡。在Ca2十浓度达到10-5mol/L时,细胞会自动死亡。 细胞死亡有两种形式:坏死性死亡(neerotic death) 也称中毒性死亡 , 因为大多是因毒物代谢引起的;null 调亡(apoptosis) 常常被称为(实际并不十分恰当)程序死亡(programmed death),因为细胞似乎是预定按这种程序死亡的。对于细胞两种死亡的原因,都还不十分清楚。但是,各种各样的研究表明细胞内游离钙离子浓度增高是死亡前的标志性事件,尽管在个别情况下并没有观察到。为什么细胞内钙离子浓度增高会导致死亡,而且是两种不同形式的死亡呢? 关于坏死性细胞死亡过程,起始于细胞膜受损,细胞溶胀、死亡。死亡的细胞所释放的废弃物质中有的会引起炎症反应。因此ROS引起的调亡有很大意义,无论是正面的还是反面的。从正面说,促使癌细胞凋亡是治疗肿瘤的一条新的途径。当然,调亡的负面影响很多,许多病与它有关。 细胞凋亡是一个复杂过程,但终极靶分子也是DNA。在实验中,可以看到钙离子先在细胞核内增多,然后DNA被切成一系列碎片。在凝胶电泳中看到DNA泳带变成〝梯子"形。 nullHNHNNHNHNHNNNOOOXODO2 H2O2,·O2- (二)ROS的生成 缺血-再灌过程中ROS的形成发生在细胞溶胶中,以黄嘌呤氧化酶(XOD)为工作酶,催化次黄嘌呤的氧化: 次黄嘌呤经二电子过程氧化成黄嘌呤时,产生过氧化氢或超氧离子自由基 (见前面)。这个反应还可以继续进行下去,黄嘌呤再多失去两个电子被氧化成尿酸。 在正常情况下, 很少有这一过程发生。因为在细胞溶胶中很少有XOD, 也很少有次黄瞟岭。只有在缺血,特别是再灌注时,XOD和次黄嘌呤才大量出现在细胞溶胶中。 nullXDH 正常情况下,在细胞溶胶中有黄嘌呤脱氢酶(xanthine dehydrogenase,XDH)而没有XOD。在XDH作用下,次黄嘌呤也能被氧化成黄嘌呤,但反应中无氧分子或过氧化氢参加,不产生自由基。 HX + H20 + NAD十 → X + NADH + H+ HX为次黄嘌呤,X代表黄嘌呤。在反应中,氧化剂是NAD+。我们已经在很多情况中遇到过以 NAD+为辅助因子(实际是反应的氧化剂)的脱氢酶作用系统。缺血的实际结果是缺氧。血流再灌注,实际结果是突然血液中的氧分压增高。此时,XDH的巯基被氧化,变成了XOD。 在正常情况下,细胞溶胶内也有次黄嘌呤,它是由ATP水解产生的: ATP → ADP → AMP → HXnull但是在正常情况下,需要能量不多时,HX浓度不高,完全可以由XDH 把它处理掉,不会造成细胞损伤。 但是,在细胞大量缺少氧或细胞内有了高浓度的钙离子时,那将要大量从储备的ATP取得能量, 促使ATP大量水解。所以, 在缺血、缺氧时, 细胞溶胶内HX浓度大大增加。这时具备了生成 ROS 的两个条件, 便生成过氧化氢或超氧离子。接下去,二者作用又产生·OH 。 (三)与缺血有关的病理过程举例 组织缺血后发生的事件可以简单地描述如图1。在不同部位、不同组织、不同细胞,其表现就大不相同。图中描写的仅仅是共同环节。 null缺血线粒体呼吸 图1 组织缺血后的事件 缺血 线粒体呼吸辅酶Q自氧化ATPCaATP酶和NaKATP酶XODHX细胞内Ca2+浓度磷脂酶花生四烯酸级联反应ROS细胞通透性膜损伤 细胞损伤null1. 缺血再灌引起的心血管事件 下面我们研究一下冠状动脉粥样硬化的发生发展过程,其中重要的也是严重的是心脑血管栓塞引发的缺血性心脑血管病。包括缺血性心脏病、心肌梗塞、脑缺血等等。它们互相联系,有一定的因果关系。这一病理过程大多数分为以下几个阶段 : (1) 冠状动脉粥样硬化 (AS) 以低密度脂蛋白(LDL)在血管内壁沉着的粥样斑块和血管壁上许多含胆固醇脂的泡沫细胞和血管内膜剥落为病理特征。人们认为这些胆固醇脂可能来自于LDL,而这些细胞则来自于平滑肌细胞或巨噬细胞。当这些细胞大量吞噬LDL后就转化为泡沫细胞。后来(1989)发现粥样斑块中的LDL是氧化型LDL(简称OLDL)。大量的研究结果表明,LDL 的氧化是形成AS的关键因素。 null 在血浆里的蛋白质,主要是血清白蛋白,有与血液中脂溶性成分结合的能力,并且起着运载脂溶性成分的作用。 血浆脂蛋白是血浆中的脂类与蛋白质(即载脂蛋白,apolipoprotein)组成的一类大分子复合物。它们的密度有明显差别。按照密度或者悬浮系数(notation coefficient)把它们划分成四类,分别为: (i)乳麋微粒(chylomicron, 简称CM), (ii)极低密度脂蛋白(very low density lipoprotein, 简称VLDL), (iii)低密度脂蛋白(low density lipoprotein,简称 LDL) (iv)高密度脂蛋白(high density lipoprotein,简称 HDL)。null 根据所结合的脂类分子量不同,结合量不同,性质不同,结合方式可能也不同。 结合甘油三脂最多的是CM ,而且密度最低。 结合胆固醇脂的大部分是LDL, 结合磷脂的是 HDL, 而结合甘油三脂及游离脂肪酸的是VLDL。 低密度脂蛋白(LDL)是由1600个分子的胆固醇脂和170 个分子的甘油三脂组成核心,外面包围着由大约700个分子的磷脂和600个分子的游离胆固醇组成的单分子层和1分子载脂蛋白B（apoB）的一个非常庞大的球形颗粒,其平均直径达19-25nm, 分子量达1800-280OkD。在心血管病中起关键作用的是胆固醇,但是并不是胆固醇本身沉积成斑块, 斑块的形成和LDL与ROS的作用有密切关系。null 在正常情况下,因为胆固醇既能从食物中摄入,也能在体内由醋酸合成, 所以血液中一直有胆固醇,而且它还是人体必需物质。每升血浆约含胆固醇1.7g,有大约2/3 成不饱和脂肪酸脂的形式。它们以LDL形式运送,并且通过它的受体内吞进入需要它的细胞,然后在溶酶体酶的催化下水解出胆固醇。 冠状动脉粥样硬化主要是LDL变化引起的复杂过程。图2 给出其中主要环节。概括地说 ,生物学事件依次发生如下表所示 :  ①血液中的LDL进入血管内皮细胞,在那里变成高分子 LDL(MMLDL)。 ②由内皮细胞作用下诱导生成的MMLDL引起内皮细胞附着分子的表达, 增加细胞表面附着能力。 ③在上一步作用下,释放趋化因子,吸引细胞附着。null ④血液中的单核细胞趋化结合在内皮细胞表面。结合的单核细胞分化,成为巨噬细胞。 ⑤ MMLDL 结合在单核细胞表面LDL受体上 ⑥ MMLDL发生氧化性修饰,生成氧化性LDL(oxidized low density lipoproteinh OLDL)。 ⑦ OLDL结合在细胞表面〝清除受体 "上, 然后内吞。 ⑧释放白介素-1β, 剌激血小板生长因子(platelet derived growth factor ,PDGF)的释放。 ⑨血管平滑肌细胞在刺激下增殖,血管壁变化。 null④单核细胞分化 ①LDL ROS   ②附着分子表达 细胞损伤进入血管内皮细胞③释放趋化因子 9-HODE ⑥在LDL受体上结合释放9-HODE ⑦MM LDL氧化成OLDL⑤分化成巨嗜细胞⑨9-HODE诱导IL-1β排泌 ⑧ OLDL在清除受体上结合 内吞平滑肌细胞增殖 刺激释放前列腺素 图2 冠状动脉粥样硬化的病理过程 IL MMLDLnull在上面所讲的生物学事件中，有几个关键问题(ⅰ-ⅲ）可以从分子水平来解释。 （ⅰ）血管中的自由基是从那里来？前面讲过自由基的来源，但是要确定在血管内皮细胞氧化性损伤的自由基是从哪里来的。近年来,发现女子在绝经之前心血管病发病率远低于男子,但是绝经之后,迅速上升。男女之间这一差别被认为与体内铁含量变化有关。由于女子在经期失血,体内铁储量不会很高,与男子相比,后者铁超负荷的危险有时会更大。观察到绝经后女子患动脉硬化的增多,与月经停止后,铁储量迅速上升有关。已知铁是推动自由基生成和转化的重要因素,所以在冠状动脉硬化形成和发展中, 铁可能是诱因。 (ii)血管内皮细胞损伤怎样使 LDL 变成 MM LDL? 人们发现在这一步的关键分子是来自亚油酸(9,12- 十八二烯酸)的9- 羟基-10,12- 十八二烯酸(简称9-HODE)。nullCOOHCH3HH10 912 13亚油酸,RH13-R 9-R 02↓ 02↓ 13-R00· 9-R00· RH↓ RH↓ 13-ROOH 9-ROOH ↓ ↓ 13-HODE(S,R) 9-HODE(S,R) 从亚油酸变成9-HODE也是ROS作用的结果。 由于亚油酸分子的双键在C9-C10和C12-C13之间,当它与自由基反应时,通过抽氢反应,在C9 或C13上形成碳中心自由基。它们都可以按常规氧自由基反应在动脉壁上通过酶的作用加氧成为过氧自由基,然后再与另外的氢给体(RH)null变成氢过氧化物。氢过氧化物再断键形成羟基。这样生成物有羟基在C9的 9-HODE,也有羟基在C13的13-HODE。而且每一种化合物都是两个手性异构体同时存在,并且成1：1 比例。 HODE是通过和从血管扩散进入细胞的LDL 结合使LDL变成分子量更大的脂蛋白MM LDL的。当LDL和细胞表面受体结合并且氧化时,结合较弱的HODE重新被释放。但是HODE的重新释放会推动白介素的释放,后者一方面促进炎症因子前列腺素等的释放,一方面刺激平滑肌细胞增殖。 (iii)自由基怎样氧化LDL? 诱导LDL氧化的因素包括细胞诱导和体内微量过渡金属诱导两种形式。金属离子如 Cu2+/Cu+ 和 Fe3+/Fe2+ 等的诱导机制已基本清楚。 ·细胞诱导LDL氧化。已经发现的能够诱导LDL发生氧化的细胞包括内皮细胞、巨噬细胞、淋巴细胞等。pH对巨null噬细胞诱导LDL氧化的能力有很大的影响。 当pH>6.5 时,诱导LDL氧化的能力最弱; 当pH<6.5 时,诱导LDL氧化明显增强; 当pH=5.5 时,诱导LDL氧化的能力最强。 ·体内微量过渡金属诱导LDL的氧化机理。Cu、Fe等有单电子氧化还原趋势的过渡金属离子能催化LDL氧化,而且氧化后的LDL与血管斑块中的LDL有许多相似之处。目前可以研究结果描述启动LDL氧化的可能过程(如图3所示): 首先是内皮细胞、平滑肌细胞、巨噬细胞等产生的微量脂质过氧化物(LOOH)转移到LDL,体内微量的氧化-还原性金属离子(Fe3+,Cu2+)结合于LDL,然后在接近LDL的表面通过类似Fenton 型反应将LOOH催化产生脂质过氧自由基(如:LOO·,LO·)。随之这些脂质自由基同时进攻脂质和蛋白,nullO2 细胞 LH LOOH Cu2+CD A([Cu2+]/[LDL]＞1) B([Cu2+]/[LDL]＞1) LOOH Cu2+ LOOH Cu2+-P L· LH α-T· Cu+-P· Cu+ LH LOH LO· L· Cu+-P α-T α-T· LOO· α-T O2LOO· LO· LOH CD LDLLDL+LOOH醛图3 LDL的自由基氧化机理L· 共轭双烯 引发LDL进一步发生过氧化。虽然氧化反应主要发生在LDL颗粒内部的脂类分子,但LDL中的蛋白(P)也一样被氧化。在金属离子诱导的LDL氧化反应过程中最易被氧化的是含S氨基酸残基,如Cys和含吲哚或咪唑环的氨基酸残基如TrP、His，Tyr也易被氧化。实验也表明,Cu2+诱导LDL氧化的能力要大于Fe3+。 null ·脂质过氧化的最终产物包括含共轭双键的降解产物。测定共轭双烯(CD)含量,可以了解LDL氧化损伤的程度。 (2) 血管栓塞→血流受阻→缺血 在冠状动脉硬化所造成的后果中最严重的是由于脂蛋白的聚集与沉着,在血管内壁形成越来越厚的斑块,堵塞了血管,引起心、脑和血管的缺血。不过也有的与动脉硬化无关,而是由于血管生理学和形态学变化,血管内壁损伤、炎症等等形成血栓,堵塞血管。例如静脉曲张、脉管炎、肠梗阻等等都可以出现局部缺血和由此引起的缺血性坏死。由于小血栓在血液中流动,它们可以在循环中滞留在某一部位,并且在那里成为成长的“基底”, 后来的蛋白会越聚越多,终于造成栓塞,缺血。所以栓塞往往从某一位点开始,但是后来在另一部位发展。 下面我们研究一下缺血性心脑血管病。这一病理过程null大多数分为以下几个阶段(i)-(v): (i) 起始。病理过程起始于因各种原因引起的局部血管部分受阻。发生一定程度的缺血以及缺氧。往下造成的事件是 : ·先是通过不同途径产生大量的初级ROS。包括氧化性呼吸下降造成的在线粒体上发生的事件,如辅酶Q的自氧化引起的。还包括细胞溶胶内因为ATP耗竭,HX积累以及 XOD 活性增加引起的。 ·另一方面,血管创伤引起血管痊孪,以至毛细血管破裂(如果发生在脑部,细胞和血浆就渗入到脑组织),蛋白质降解。铁和铜本来与蛋白质结合的,现在游离出来,成为推动自由基转化的催化剂(Haber-Weiss反应),生成更多的自由基,特别是羟自由基。 ·然后影响到离子平衡。一方面由于氧化性呼吸下降从一null开始就使有机物代谢不能进行到完全氧化,组织内积累更多的乳酸, 使[H+]增加。另一方面,像前面讲过的,离子泵工作能力下降, 使细胞内游离[Ca2+]和[Na+]增加,[K+]降低。 (ii) 膜和组织损伤和次级ROS形成。初级ROS的直接作用和胞内游离钙离子浓度增加间接作用引发磷脂的氧化性降解,产生次级ROS(包括LOOH,LO0·,L·等)以及脂质过氧化的降解产物,如醛、酮等。另外,细胞溶胶内游离钙离子浓度的增加使依赖钙离子的酶活性改变。如磷脂酶活性增加,并引起磷脂水解,产生细胞信号分子。这些反应使膜结构损伤,膜功能改变(如通透性增加),而且引发胞内的变化。如果从血管来看,氧化性损伤还使血管失去弹性(即所谓动脉硬化)。原因是脂质过氧化的增加氧化α1-抗胰蛋白酶使之失活,因此弹性蛋白酶(elastin)活性增加，弹性蛋白减少使血管失去弹性。null 自由基所引起的损伤大部分是没有特异性的,在任何部位、任何细胞都可以发生,但是其结局可以有很大不同。在心脑血管病中,主要进攻对象是血管壁。这时弹性蛋白酶活化成为重要病理环节(在呼吸道炎症中它也是重要的)。它切断弹性蛋白的交联,暴露赖氨酸(lysine)和醛基赖氨酸 (allysine)。它们和脂质过氧化产物如丙二醛缩合,聚合,形成脂褐素和类蜡(ceroid)。类蜡相当于过氧化脂质 - Ca2十-弹性蛋白的复合物。它的形成使弹性蛋白失去弹性和结合水的能力。显然血管弹性的丧失便造成血管硬化,以至更为严重的损伤。 (iii)炎症因子的形成引起微循环障碍。在花生四烯酸氧化性级联反应进行中,生成的血小板活化因子(platelet activating factor, PAF)增多, 聚集、并且附着在血管内壁上。与此同时,被炎症因子中的趋化因子吸引的白细胞在损伤部位聚集、附着在血管壁上。加上活性氧在这些null部位造成的损伤,最终导致微循环障碍,缺血发展。这些变化大多难以恢复,成为在心脑血管病患者中经常看到的症状。 (ⅳ)放大。因为血管阻塞发展,缺血发展。不仅ROS的生成和转化以及组织损伤程度增加,而且通过各种氧化和水解产物沿血流途径传递到人体其他器官。另外,阻塞血管的血栓可以脱落而沿血流转移。它们可以在另外的部位附着,再在那里诱发 ROS 的生成、转化和损伤。常常一个患者在最初只有一两处血管部分受阻,诊断出脑供血不全之后,大多数患者经过扩张血管治疗之后,表观症状缓解。但是随后又在其他地方,产生新的栓塞,而且是更广泛的、更强的栓塞。如此,把病理过程放大。在经过治疗从一次比较严重的栓塞恢复之后就会出现因缺血后的再灌注,产生大量活性氧,造成严重损伤。 (v) 缺血后期。微循环阻塞加剧ROS的产生和钙离子的null流入。这样使脑组织损伤发展成为脑水肿、脑组织坏死。 脂质过氧化增加 胆固醇氧化产物 脂质过氧化产物 抑制α1抗胰蛋白酶活性   活化磷脂酶A2 PGI2合成酶失活 胞损伤 活性增加 脂蛋白沉着 生成更多的TXA2 交联异常 增加过氧化 血小板聚集 过氧化物形成 生长因子 活性氧 自氧化，聚合 以上讨论总结于下血管壁内皮细血管壁弹性蛋白酶PGI2/TX2平衡移动过氧化脂质-Ca2+- 弹性蛋白复合物形成；不饱和脂肪酸交联聚集物 加剧缺氧，加剧氧化性损伤 图4 缺血性脑血管病的病理过程null 2. 急性肾功能衰竭 急性肾功能衰竭(acute renal failure,ARF)的主要表现是肾小球过滤速度减慢,它可以由不同原因造成,如缺血性ARF、药物中毒引起的ARF、器官移植后的ARF、细菌内毒素引起ARF 等等。病因虽然相差甚远, 但是临床表现总的来说相差不多。因此,人们一直想用统一理论去解释ARF的病理过程。最初,人们从器官水平用经典生理学观点解释,认为都是因为肾血管收缩、血流量减少,所以过滤速度减慢。另一设想则认为肾小管被废物堵塞, 以至肾小管滤液通过受损伤的肾小管时,反漏到周围毛细血管。除此之外, 还有另外一些说法。当对ARF的病理过程的研究进入细胞水平之后,发现它的中心环节是细胞损伤,进一步从分子机理来研究时，发现造成损伤的是ROS。缺血、毒素等等不过是不同的自由基源。 null 实际上在这里ROS的产生和转化以及引起的后续变化原则上和心血管系统缺血相差不多。当肾缺血(尤其是再通以后)时,缺氧随之而生。为了补偿能量的需要,ATP水解增加,ATP水平下降,需要ATP的ATP酶(包括钙泵,钠钾泵等)活力下降。与此同时,负责缓冲细胞内游离钙离子浓度的线粒体和内质网结合钙离子的能力降低。由于各个方面的原因,导致细胞内游离钙离子浓度维持高水平。细胞内游离钙离子的增大直接引起细胞坏死;另一方面,钙离子激活磷脂酶,磷脂水解。其中磷脂酰肌醇水解产生的三磷酸肌醇和二酰甘油都是信号分子,它们将通过影响基因表达、细胞分化,也可能因此促进细胞凋亡或引起凋亡(图5)。 如前所述,肾细胞缺血再灌时,活性氧增加不能清除,一系列生物的和化学的作用导致细胞内游离钙离子浓度增加,最终使肾脏组织坏死。 null 图5 缺血性急性肾功能衰竭的病理过程 以上讨论了几种有自由基参与的代表性疾病的病理过程。事实上,有自由基参与的疾病非常多。如果按照医学缺血细胞骨架解组线粒体呼吸降低ROS钠/钾泵ATP耗竭内质网钙减少缓冲钙能力CaATPase 胞内[Ca2+]磷脂酶活力增加Na+↑Na+/Ca2+交换降低细胞肿胀 Ca通透性增加膜损伤次级ROSnull自由基的产 生和转化自由基和靶分子作用引起的细胞变化细胞变化引起的后续变化自由基的清除和氧化性损伤的保护疾病分类方法,它们遍及各个系统,各有很不同的临床表现。例如,在各个系统中都有炎症病理过程:肺炎、肠炎、脑炎、心肌炎、关节炎、胰腺炎、结膜炎等等。再如,肠套叠、冻伤、心肌缺血及其后的再灌注等都是缺血性的自由基参与的疾病。在这里我们不准备讲这些疾病的临床诊断和治疗,而是想通过个别病理过程,阐述这类疾病的共同规律。可以认为,所有这类疾病的病理过程都由下面 4个模块组成 : 致病因子 在不同部位通过不同反应生成的自由基作用于不同的靶分子,影响不同的细胞。而不同细胞的应答不同,细胞的变化又进一步把变化传给其他部位的另外的细胞,构成继null发的或者转移的疾病。通过学习掌握共性之后,可以借助于对症状的分析,确定一种病在其发生、发展过程中各个模块发生的变化, 认识它作为自由基疾病群的一个成员与同类疾病间的关系以及共同的防治途径。 中国科学院生物物理研究所的专家历经八年时间从这些植物中研制出了天然抗氧化剂——自由基清除剂配方。在与北京卷烟厂技术人员合作的对动物的急性毒性实验中证明，在高浓度香烟的毒害下，使用了自由基清除剂之后，小白鼠的寿命比没有使用自由基清除剂的小白鼠的寿命明显延长，最长的甚至可以延长将近一倍的寿命，并且，基因癌变率大大降低。 这一成果与中国传统医、药学食、药同源的一贯主张相一致，从中草药和食物中研发自由基清除剂是具有中国特色的。我国的科研人员正在发挥传统药学的优势，寻找更多高效、无毒的自由基清除剂并使它们在食品、药品、null化妆品等更多领域得到应用，以造福于民。 结束语 以上讨论了自由基疾病群，是医化学中重要的一部分（中毒性疾病群、分子结构异常和分子缺少疾病群、异常矿化疾病群等）,自由基与人体健康密不可分，自由基学说也称自由基衰老理论。 医化学是阐述疾病发生发展的化学的新兴学科，是一门独立学科。我们只对医化学的一些基础知识的一部分做了介绍。医化学在未来医学的发展中将起什么作用，如何起作用，这首先取决于未来医学的发展趋势。当然，未来医学发展必然会产生许多方面的突破，但有一点值得注意，那就是预防医学的大发展。 可以认为20世纪的医学是治疗为主的医学，而21世纪的医学将更多地依靠预防医学。虽然我们国家早就提出了null预防为主的卫生工作方针，也建立了疾病预防机构，而且在消灭和预防某些传染病流行方面起了关键作用。 经过20世纪医学科学(包括基础医学、临床医学)的全面发展，预防医学进入一个新的阶段，酝酿着新的突破。 现在看来，人类对付疾病有三道防线。这和我们前面提到的疾病发生发展的一般过程一致。 （1）第一道防线是保持健康状态，增强抵御外来致病因子所造成的微扰的能力，使病理过程不能启动或刚刚启动便被终止。例如免疫注射和补充缺少的生物因素。 （2）第二道防线是有针对性的预防。方法是尽早地阻断开始发展的病理过程。例如前面讲过乙醇中毒可能引起肝组织损伤，而肝炎拖延日久就会转变成肝癌。同样，慢性胃炎会转变成胃癌。对慢性炎症患者，阻断炎症发展、预防癌变显然是非常有意义 的。null（3）第三道防线才是治疗。治疗总是需要的，但预防优于治疗。 21世纪预防医学的大发展主要体现在第二道防线的构筑。疾病的有针对性的预防包含两方面内容：①首先需要建立能够随时发现体内微小变化的方法，发现病理过程进展情况。这要从病理过程的几个关键环节中找到预警标志物，建立简便的方法去监测。②其次，需要能长期使用、可以被人们接受的预防性物质，包括药和非药制品两部分，但不包括仅仅加强营养的“保健品” 。以往预防性治疗之所以不能发展，就是因为一方面难以发现体内的微小变化，又难以找到能够长期使用的预防性物质。在20世纪后期，在分子层次上研究疾病发生发展过程取得很大成就，给解决这两个问题提供了新的起点。 20世纪医学发展的确经历了最为辉煌的篇章。在20世纪前半叶，威胁人类生命的疾病是传染病。如霍乱、null天花、黑热病、鼠疫、疟疾等等，可以在短短的时间内消灭一个城市，很难想象瘟疫突然降临时的极端恐惧。但是到了20世纪40年代，短短的十几年，仅仅几次重大突破就战胜了这些人类的杀手。人类靠化学疗法、免疫疗法、抗生素 疗法三个重要治疗手段，基本控制了传染病。但是在传染病被控制、人类寿命延长之后，医学界却感到被肿瘤、心血管病、脑神经退行性疾病等非传染性疾病逼入困境，至今还没有有效的治疗办法。因为我们现在面对的不是微生物，而且致病因子也不是特定的、单一的。在21世纪刚刚开始之际，有人预测 ，再过15年就能够找到预防肿瘤的 方法。期待着医化学将会给我们以启发。 多数科学家预言21世纪是生命科学的世纪。2000年6月26日，法、德、日、中、英、美6国16个中心组成的人类基因组公益协作组，同时宣布人类基因组工作框架图组装完成。标志着生命科学研究进入了一个崭新的时代。null另外，我们难以忘记的2003年春天由SARS病毒引起的非典，传播快，死亡率高，引起全球人类的极大恐慌,给我国经济造成了严重损失。非典是一场灾难 ，也是一次考验，经科学家研究发现SARS病毒是2300个基因段变异所致，病毒的变异与环境有着密切关系。 科学家已经成功地通过基因技术培养出一种老鼠，它比普通老鼠的寿命延长20%的时间。这项研究成果对人类的抗衰老工程具有重大的意义。 负责这项研究的是美国西雅图华盛顿大学医学院病理学教授彼得·拉比诺维奇。他在5月6日出版的《科学》杂志上撰文表示，这种经过基因改造的老鼠体内有更多的抗氧化蛋白质，这种蛋白质能增强细胞组织对自由基氧化作用的抵抗力。 虽然基因对决定寿命相当重要，但并非惟一的因素。null许多科学家认为，环境和生活习惯在长寿方面所起的作用可能达到66％。所以想长寿的人应注意以下几点：坚持体育锻炼，节制饮食，控制体重；不嗜烟酒；适当服用维生素，尤其是维生素C和维生素E；多吃素菜少吃肉；多吃生的蔬菜和水果，要保护好我们的环境，养成良好的生活习惯。 论文： 自由基与疾病 饮酒与健康