一氧化氮和心血管疾病ppt課件

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,L-Arg，L-OH-Arg和含精氨酸的小分子多肽是合成NO的前體。 在組織中，L-Arg以還原型輔酶II（NADPH）作為電子供體。 生成的NO以擴散的形式到達并進入靶細胞。,化學性質(zhì)活潑：其T1/2僅2-5sec； 易與氧反應(yīng)，生成新的毒性自由基 可被O2-滅活而生成過氧化亞硝酸陰離子(ONOO-)。 在酸性條件下： ONOO- + 氧化性及對細胞的毒性作用均明顯強于NO。,1,NO合成和釋放的影響因素,引起NO合成和釋放的刺激主要有兩種： 化學性刺激（如Ach、緩激肽等）； 機械性刺激（如血管張力、剪應(yīng)力、EC變形及血液脈沖流動等）： 剪應(yīng)力加大可激活位于EC表面的機械性感受器，使NOS活性增強。 *NO及NO前體可以反饋性抑制主動脈EC中的NOS，而不影響NO對VSM的直接舒張作用,NO彌散進入VSM細胞內(nèi)，通過與鳥苷酸環(huán)化酶(GC)中血紅素卟啉環(huán)中的Fe2+結(jié)合，將卟啉環(huán)中的Fe2+ 拉出表面，引起GC構(gòu)型發(fā)生改變而激活，從而使三磷酸鳥苷（GTP）轉(zhuǎn)變?yōu)榄h(huán)磷酸鳥苷（cGMP），導致細胞內(nèi)cGMP水平升高。 cGMP水平升高 調(diào)節(jié)離子通道 依賴于cGMP的蛋白激酶 激活cGMP的磷酸二酯酶 抑制cGMP的磷酸二酯酶,NO作用機制,2,NO的細胞毒性,病理狀態(tài)下，NO短暫升高，一方面，它對人體可起到有益作用（抗菌、抗寄生蟲、抗病毒或殺傷腫瘤）；另一方面，不加控制的高水平NO則對人體有害： ONOO- + 與一些酶的鐵-硫中心結(jié)合，影響線粒體電子傳遞、檸檬酸循環(huán)和DNA合成。,3,NOS分類及分布,應(yīng)用蛋白質(zhì)生化和分子克隆技術(shù)已分離出至少3種獨立的NOS基因，并以組成或克隆的先后順序命名為： 神經(jīng)型（ncNOS）或稱I型NOS：腦、平滑肌、骨骼肌、肝細胞以及胰、胃、腎等 巨噬細胞型（iNOS）又稱免疫型或II型NOS：巨噬細胞、肥大細胞、神經(jīng)膠質(zhì)細胞、單核細胞、內(nèi)皮細胞以及心肌細胞 內(nèi)皮型（ecNOS）或III型NOS：血管內(nèi)皮細胞,4,NOS在細胞內(nèi)存在形式,NOS是一種含鐵的單胺氧化酶，根據(jù)對Ca2+的依賴性，在細胞內(nèi)的存在形式分為： 結(jié)構(gòu)型NOS(cNOS)：活性受Ca2+和CaM濃度的調(diào)控；主要分布于血管內(nèi)皮細胞、血小板，神經(jīng)組織中次之。 誘導型NOS (iNOS)：活性與Ca2+濃度無關(guān)，但需要脂多糖（LPS）和細胞因子如IL-1和IFN-激活后才能表達。也可被塞米松、皮質(zhì)類固醇、雌激素、生長轉(zhuǎn)化因子、IL-4、IL-8及IL-10所抑制。,5,NOS抑制劑研究進展,左旋精氨酸(L-arg)類似物：如 L-NMA, L-NCPA，L-NAA, L-NAHA, L-NAME, L-NMME等都是NOS的競爭性抑制劑。 其中L-NAME和L-NAA是iNOS的選擇性抑制劑，對白介素-1(IL-1)和腫瘤壞死因子-(TNF-)誘導產(chǎn)生的心肌收縮能力衰退具有明顯的保護作用。,6,糖皮質(zhì)激素： 能抑制各種細胞中由內(nèi)毒素或細胞因子誘導的NOS的活性，包括內(nèi)皮細胞、血管平滑肌細胞、巨噬細胞、中性粒細胞和肝細胞等。 能顯著地抑制心肌梗塞中iNOS的表達和轉(zhuǎn)錄，降低心肌細胞中cGMP水平，降低過量NO對心肌細胞的毒性作用，對心肌的收縮功能起代償作用。 對cNOS無抑制作用。,7,氨基胍 (aminoguanidine) 是一種iNOS的選擇性抑制劑，抑制作用大于精氨酸類似物， 它對iNOS的抑制作用明顯大于cNOS。 它能明顯延緩內(nèi)毒素休克引起的循環(huán)衰竭，改善內(nèi)毒素血癥中老鼠的成活率； 通過抑制iNOS的活性，使NO的合成減少，抑制內(nèi)毒素血癥引起的血壓下降和對去甲腎上腺素的血管低反應(yīng)性,8,異硫脲類似物（被硫替代的）：如 硫-甲基異硫脲(SMT)、硫-氨乙基異硫脲(SAETU)、硫-乙基異硫脲(SETU)、硫-異丙基異硫脲( SIPTU) 都是NOS抑制劑。 前兩者是iNOS的強大抑制劑。抑制作用明顯L-NMA，但對血管內(nèi)皮細胞NOS的抑制作用L-NMA 顯著地改善急性心肌梗塞后的左室功能，增加心肌的血流供應(yīng)。,9,其它NOS抑制劑 雙氫吡啶拮抗劑和鈣通道激動劑(BYk8644)是一種非鈣依賴性NOS抑制劑。能抑制內(nèi)毒素誘導巨噬細胞產(chǎn)生NOS。鈣拮抗劑硝苯吡啶同樣能夠抑制體內(nèi)和體外非鈣依賴性NOS的活性。 轉(zhuǎn)移生長因子-2劑量依賴性地抑制白介素-1和TNF-刺激GC的形成和NOS的誘導。 亞甲藍，一種GC抑制劑，它同樣抑制NOS的活性，改善膿毒性休克的血流動力學。 環(huán)胞霉素，一種免疫抑制劑，可有效地抑制iNOS基因和iNOS酶活性。,10,3、一氧化氮（NO） 大量研究表明， NO在腦缺血或缺血再灌注損傷中有神經(jīng)保護和神經(jīng)毒兩種傾向。 少量的NO激活鳥苷酸環(huán)化酶(guanylate cyclase，GC) cGMP 調(diào)節(jié)腦血流量和促進神經(jīng)細胞的生長發(fā)育； 過量的NO 細胞損傷。當突觸前膜受刺激釋放Glu 激活突觸后膜上的NMDA受體 Ca2+內(nèi)流 激活一氧化氮合酶產(chǎn)生過量的NO 細胞毒性。,11,1、-氨基丁酸(GABA),GABA在神經(jīng)組織中的形成是通過突觸中的谷氨酸脫羧酶的脫羧作用而產(chǎn)生的, 其降解是氨基丁酸轉(zhuǎn)氨酶催化實現(xiàn)的。,作用機制：使細胞膜對Cl- 的通透性突觸后神經(jīng)元放電速率神經(jīng)元活動 。 史嘉偉等在研究GABA對血管平滑肌的作用時發(fā)現(xiàn)： 5-HT可使血管收縮；而GABA可使收縮的血管舒張,此作用對腦血管較外周血管明顯,可能與受體的密度有關(guān)。,12,（一）GABA受體,根據(jù)受體對激動劑及拮抗劑的敏感性, 可將GABA 受體主要分為A 、B 、C 三個亞型。 GABA與GABAA受體結(jié)合,引起突觸后膜Cl-通道啟開,產(chǎn)生IPSP,抑制神經(jīng)元放電。 其突觸后抑制效應(yīng)可被荷包牡丹堿(Bicuculline, Bic)特異地阻斷。 GABAB受體對Bic不敏感,但可與GABA和苯氯丁氨酸發(fā)生高親和性地結(jié)合, 通過激動位于膜上的G蛋白, 抑制Ca2+內(nèi)流,在突觸前抑制其他興奮性神經(jīng)遞質(zhì)的釋放而產(chǎn)生抑制效應(yīng)。 因此GABA與A、B受體都可結(jié)合,而苯氯丁氨酸是B受體的激動劑。,13,（二）GABA的心血管作用,1、降血壓作用 主要通過以下幾個方面降低血壓： 腎功能活化作用：高血壓患者往往腎功能降低, GABA有腎功能活化作用。腎功能活化后, 由于利尿作用激活,過剩鹽分可從尿中排出,使血壓降低,從而可預(yù)防高血壓。 GABA作用于延髓的血管運動中樞,使血壓降低。 抑制加壓素的分泌,擴張血管,降低血壓。 2、GABA對腦缺血缺氧的保護作用 GABA對腦缺血缺氧有保護作用： 研究表明，給予GABAA受體拮抗劑荷包牡丹堿以及Cl-通道拮抗劑NPPB可阻斷GABA 的保護作用。 因此，GABA可提高海馬腦片耐缺氧能力, 其機制可能與GABA通過GABAA受體Cl-內(nèi)流有關(guān)。,14,細胞內(nèi)主要的氧化還原對,氧化型與還原型輔酶II (NADPH/NADP+)：輔酶則是維持谷胱甘肽于還原狀態(tài)的還原當量提供者，NADPH是機體內(nèi)生成的基本的抗氧化劑 氧化型與還原型硫氧還原蛋白(TRXRED/TRXOX) 氧化型與還原型谷光甘肽(GSH/GSSG)。 機體內(nèi)的氧化劑 活性氧(reactive oxygen species,ROS) 主要是超氧陰離子(O2-或HO2-) 與羥自由基(-OH)及其活性衍生物如過氧化氫H2O2)、-O2及LO、LOO及LOOH等脂質(zhì)過氧化物。 活性氮(reactive nitrogen species,RNS) , 主要是NO及NO/O2、NO/O2-反應(yīng)生成的系列含氮化合物,15,體內(nèi)主要的氧化還原對：谷胱甘肽還原型/氧化型(GSSG/GSH)和輔酶(NADPH/NADP）為機體的氧化還原反應(yīng)提供豐富的物質(zhì)基礎(chǔ)。 GSH/GSSG所起的作用最大,其含量要比其他兩個高出100倍以上，細胞內(nèi)氧化還原狀態(tài)的變化在很大程度上受到GSH/GSSG 的影響。是機體的主要內(nèi)源性氧化-還原調(diào)控因子，其-SH和-S-S-間的轉(zhuǎn)換調(diào)控著許多生物大分子的活性，被稱為“分子開關(guān)” 。谷胱甘肽在體內(nèi)含量非常豐富，是機體的主要抗氧化防御機制之一。 通過檢測谷胱甘肽(glutathione)氧化型/還原型(GSSG/GSH)及其氧化-還原電位和NADP+/NADPH氧化型/還原型及其氧化-還原電位可以了解機體的氧化-還原狀態(tài)，進而了解其與疾病的關(guān)系。,16,自由基的有益作用,吞噬作用：活性氧有助于吞噬細胞殺滅細菌。當吞噬細胞進行吞噬作用時常與氧代謝突然增長聯(lián)系在一起，這一現(xiàn)象稱為“呼吸爆發(fā)”。氧代謝首先產(chǎn)生大量的H2O2，其次產(chǎn)生大量的超氧陰離子自由基，另外還產(chǎn)生一定量的羥自由基和單線態(tài)氧。機體內(nèi)的葡萄糖提供了產(chǎn)生超氧陰離子自由基所需的能量，而氧呼吸突發(fā)中產(chǎn)生的各類活性氧中以H2O2的殺菌作用最強，并且其殺菌能力在有鹵素離子及過氧化物酶存在時能增強數(shù)倍。 參與花生四烯酸氧化成前列腺素?？寡趸瘎┰隗w內(nèi)一方面可使膜磷脂在磷脂酶A2和鈣存在的條件下生成足夠的花生四烯酸，使之在環(huán)氧合酶作用下生成前列腺素；另一方面抗氧化劑又能清除OX，保護環(huán)氧合酶和其他氧化酶不失活，使前列腺素代謝正常進行。抗氧化劑還能使膜脂過氧化物的形成減少，保護前列腺環(huán)素合成酶，使PGH2在前列腺環(huán)素合成酶作用下生成PGI2。PGI2又能對抗凝血惡烷，以減少TXA2所引起的血小板聚集和黏附，減輕機體微循環(huán)障礙。,17,自由基的有益作用,參與凝血酶原的生物合成：超氧陰離子自由基通過參與形成羧化劑，羧化劑催化凝血酶原前體生成凝血酶原。 解毒作用：機體對外來物質(zhì)的解毒作用主要在肝臟中進行，是通過肝微粒體細胞色素P450催化各類外來物質(zhì)羧化作用實現(xiàn)的。肝微粒體解毒系統(tǒng)包括3個部分，即細胞色素P450，需NADPH的細胞色素P450還原酶和卵磷脂。SOD可抑制這3部分重建的系統(tǒng)，并且其中NADPH 和還原酶部分可被另一產(chǎn)生超氧陰離子（O2-.）的系統(tǒng)所代替，說明反應(yīng)中有O2-.參加。實際上連接于細胞色素P450上的O2-.是真正起羥化作用的物質(zhì)。,18,自由基的有益作用,參與膠原蛋白合成。Myllyla等（1978）報道膠原蛋白的前體為原膠原蛋（procollagen），在膠原蛋白的生物合成中，原膠原蛋白轉(zhuǎn)變成膠原蛋白的關(guān)鍵步驟是：原膠原蛋白的脯氨酸和賴氨酸經(jīng)脯氨酸羧化酶和賴氨酸羧化酶的羧化作用，而羧化作用需要超氧陰離子自由基、羧自由基、H2O2或1O2的參與。 調(diào)節(jié)細胞增殖和分化，研究證實低濃度的活性氧如超氧陰離子自由基和H2O2可以促進細胞的生長，是細胞維持生存和生長不可缺少的因子，若缺乏細胞將無法增殖，甚至死亡。Bravard A等運用典型的非分化和分化細胞系研究了增殖與分化過程中抗氧化代謝的變化情況，結(jié)果顯示，SOD活性升高與分化密切相關(guān)，甚至可以看作分化的標志。 環(huán)核苷酸的生物合成，鳥苷酸環(huán)化酶的環(huán)一磷酸鳥苷（cGMP）的生物合成也需要氧自由基的參與，并可被巰基化合物抑制。 一氧化氮、超氧陰離子、過氧化氫等活性氧在需氧生物體的神經(jīng)、內(nèi)分泌、循環(huán)、免疫等生理活動中作為信號傳導分子發(fā)揮著重要的作用，并且在細胞穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)等細胞生命活動中作為第二信使參與多種因子的細胞生物學效應(yīng)的啟動。大量的研究顯示：NO與機體的特異性免疫反應(yīng)關(guān)系密切。MacCmiking等（1992）研究發(fā)現(xiàn)B淋巴細胞、T淋巴細胞均可產(chǎn)生NO，NO與免疫細胞生長調(diào)節(jié)密切相關(guān)。,19,自由基的有益作用,脂肪加氧化酶產(chǎn)物。血小板脂肪加氧化酶作用于它的天然底物花生四烯酸則形成12-氫過氧化-5,8,11,14-二十碳四烯酸（12-HPETE），該化合物不穩(wěn)定，很快地在體內(nèi)還原成12-羥衍生物（12-HETE）（皮膚中）、11-HETE（肺和肥大細胞中）、5-HETE、15-HETE和12-DHETE（兔和人白細胞中）。HPETE類化合物是一系列具有強生物學活性的白三烯類（1eukotri-enes，LT）的前體，它們能增加血管通透性和使支氣管肌肉收縮。在體外，15-HPETE和12-HPETE兩者都是環(huán)加氧酶中過氧化物酶的底物，并能導致氧化性自由基0X-的形成。 生殖和胚胎發(fā)育。Nissen等（1983）認為海膽卵的受精作用與活性氧有關(guān)，當受精作用進行時就會誘導氧消耗的突發(fā)并在卵的表面立即形成一層受精膜，該膜含有交聯(lián)的酪氨酸殘基。膜的形成可阻止更多的精子進入，交聯(lián)是由存在于卵中的卵過氧化物酶催化完成的。大部分額外吸收的氧被用來產(chǎn)生上述反應(yīng)所需的過氧化氫。并且發(fā)現(xiàn)人的精液具有SOD活性，它與精子的活動能力有直接關(guān)系。Holland等（1982）發(fā)現(xiàn)兔精子能自發(fā)地產(chǎn)生O2-. 并進行脂類過氧化，所以SOD對精子起保護作用。胚胎在子宮內(nèi)的環(huán)境也許是缺氧的，因為在這個階段還沒有發(fā)生能抵御高濃度O2的系統(tǒng)。在妊娠的晚期才見到抗氧化酶類水平的提高。妊娠時胎盤的SOD、CAT和過氧化物酶的活性也持續(xù)升高，這有力地保護了胎盤。,20,抗氧化系統(tǒng)-酶類與非酶類抗氧化劑,酶類包括有超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、過氧化氫酶(catalase)、谷胱甘肽過氧化物酶(glutathione peroxidase,GSHPx)以及谷胱甘肽轉(zhuǎn)硫酶(glutathione Stransferase,GST)等等。 非酶類抗氧化劑主要提供還原當量的各種脂溶性、水溶性化合物,主要包括有谷胱甘肽(glutathione,GSH)、硫氧還蛋白(Thioredoxin,TRX)、胡蘿卜素以及維生素C與E。,21,維生素C(VC)、維生素E(VE)、輔酶Q10 (CoQ10)、硫辛酸(LP)和谷胱甘肽(GSH)這五種主要的抗氧化劑之間存在著動態(tài)的相互作用。這些就是網(wǎng)絡(luò)抗氧化劑。 這些特殊的抗氧化劑共同作用，支撐并加強整個抗氧化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。當它們聯(lián)合作用時，可以顯著提高彼此活性，有助于機體保持良好的抗氧化平衡狀態(tài)。網(wǎng)絡(luò)抗氧化劑各自有著獨特作用，不能相互替代。網(wǎng)絡(luò)抗氧化劑所具有的獨特能力，在于淬滅自由基后它們在能夠互相“循環(huán)”或“再生”，因而極大地擴展了它們的抗氧化效力 細胞膜主要是由脂肪和脂質(zhì)組成，但細胞內(nèi)卻充滿了水。脂溶性的VE和CoQ10可以保護細胞膜的脂相部分免受自由基的進攻。但卻不要指望它們保護主要由水組成的細胞水相部分或者血液。這些區(qū)域只能有水溶性抗氧化劑如Vc和GSH等易于到達發(fā)揮作用。 只有一種抗氧化劑既可在水相也可在脂相中作用，這就是LP。只有LP能在兩種區(qū)域中發(fā)揮作用，同時，既可再生水溶性抗氧化劑（Vc和GSH），也可再生脂溶性抗氧化劑（VE）。,22,一個物質(zhì)的氧化必伴有另一物質(zhì)的還原，過多地偏離平衡態(tài)的氧化或還原性物質(zhì)終會促進別的物質(zhì)被氧化或被還原，而自身則被還原或被氧化。在GSH/GSSH這對細胞中主要的氧化還原緩沖對中，GSH可清除活性氧，維持生物大分子的巰基活性中心，GSH被氧化為GSSG后，在GSSG還原酶的催化下可被重新還原為GSH，遂可重復利用12。又如蛋白質(zhì)分子中的巰基(-SH)保持還原態(tài)是許多蛋白質(zhì)分子活性的必備條件;但同時，許多蛋白質(zhì)分子的鏈內(nèi)、鏈間二硫鍵(-S-S)又是維持其構(gòu)型的必需結(jié)構(gòu)，對其活性同樣必不可少13。蛋白質(zhì)氧化還原機制包括還原形成二硫鍵的二巰基機制，以及形成混合谷胱甘肽二硫化物的單巰基機制1416。通過巰基(-SH)和二硫鍵(-S-S-)形式的轉(zhuǎn)換，使蛋白質(zhì)改變細胞內(nèi)的氧化還原狀態(tài)，從而實現(xiàn)對蛋白質(zhì)功能的調(diào)控17。由此可見，氧化和還原還必須有一個精細的平衡，氧化與還原處于一個對立的有機體中，沒有還原就沒有氧化，沒有氧化也就無所謂還原，只有這樣才能維持機體的健康。,23,而機體氧化還原態(tài)平衡本身就是人體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定的內(nèi)容之一。人體內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定，包括酸堿平衡，水、電解質(zhì)，體溫的相對恒定等以外，還包括了氧化還原態(tài)平衡。機體從外界攝入體內(nèi)的各種物質(zhì)，都必須經(jīng)過消化吸收才能被人體所利用。但是，人體并非直接利用這些物質(zhì)，而是通過一系列復雜的生物化學轉(zhuǎn)化，才能利用它們。 比如紅細胞的主要成分之一鐵離子，就必須是亞鐵離子(Fe2+)才能參與紅細胞的構(gòu)成，而鐵離子(Fe3+)是不能參與紅細胞構(gòu)成的。但是，機體從外界獲取的大多數(shù)都是Fe3+，這就要求Fe3+必須參與氧化還原反應(yīng)，通過被氧化，還原成亞Fe2+從而合成足夠多的紅細胞。因此，就必須保證鐵離子(Fe3+)和亞鐵離子(Fe2+)之間質(zhì)和量的平衡，保持內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定狀態(tài)，不然就會出現(xiàn)貧血。反之，如果氧化還原態(tài)失去平衡，那么內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)也會遭到破壞。,24,