五、六、自由基与炎症、衰老

1 第五章自由基与炎症 2 炎症 是机体受到有害刺激时所表现的一系列局部的和全身的防御性应答反应 3 下面的一些事实说明自由基在炎症发生过程中有一定的作用 1 多形核白细胞在吞噬时 能释放O2 等氧代谢物 引起周围组织的炎症 2 SOD主要在细胞内 细胞外液很少 细胞外的O2 得不到及时清除造成周围组织损伤 3 SOD具有抗炎的作用 治疗类风湿性关节炎有明显疗效 4 实验 1 SOD治疗角叉菜胶诱导的胸膜炎 可减少胸腔积液和白细胞聚集 2 SOD还可以使角叉菜胶诱导的脚掌炎症好转 抑制关节炎 减少lgG在肾小球的沉淀 干扰白细胞在肾小球炎症部位的积累 5 3 肺急性炎症损伤模型说明了SOD的抗炎作用第一个模型中 将黄嘌呤和黄嘌呤氧化酶注入大鼠气管内 导致气管通透性改变和急性损伤 用SOD可以抑制这一损伤 第二个模型是用免疫复合物损伤肺 SOD对损伤有部分地抑制作用 明显减少白细胞的聚集 6 4 将H202注入大鼠气管出现炎症损伤 气管通透性改变 肺泡水肿 纤维蛋白沉淀和白细胞浸入 用过氧化氢酶可以抑制这种损伤 而SOD则无此作用 因此 说明H202 是损伤的直接原因 7 5 H202的毒性还与肾炎有关 将PMA注射进大鼠肾主动脉 PMA可以活化巨噬细胞产生大量氧自由基 引起急性肾损伤 尿蛋白和肾小球内皮细胞严重损伤 加入过氧化氢酶可以完全抑制与白细胞有关的肾小球损伤 说明H202直接或间接引起急性肾小球损伤 8 6 用铁螯合剂去铁敏或HO 自由基清除剂二甲基亚矾能明显保护免疫复合物引起的肺组织损伤 表明HO 自由基的产生 在炎症反应组织损伤时发挥一定作用 以上实验证实在炎症发生过程中有ROS参加 9 一 在炎症反应中 自由基使细胞及组织损伤机制1 吞噬细胞释放O2 等氧代谢物 直接作用周围组织细胞使之受到损伤被激活的吞噬细胞H2O2 HO 1O2 O2 HOCI 靶细胞 直接损伤细胞膜 O2 靶细胞内 H2O2 阴离子通道 扩散 红细胞 靶细胞损伤 10 2 吞噬细胞释放自由基可使蛋白水解酶抑制剂失活 从而提高蛋白水解酶活性 水解组织蛋白 使组织成分受到破坏 11 二 自由基与炎症介质的形成1 自由基与花生四烯酸的代谢花生四烯酸 环氧化酶 Lpo PGG2 PGH2 PGE2 白三烯 12 2 自由基与趋化因子的形成血浆中前趋化因子趋化因子实验 在血浆中加入黄嘌呤 黄嘌呤氧化酶大量趋化因子如再加入SOD 血浆中趋化因子减少 O2 13 3 自由基与溶酶体酶的释放活性氧溶酶体膜损伤释放溶酶体酶组织细胞损伤可从清除或抑制自由基方面研究抗炎药物的作用机制 寻找新的抗炎药物 如SOD 14 第六章自由基与衰老 15 衰老 在生命过程中 随着年龄的增加 整个生物体的形态 结构和功能逐渐衰退 有机体死亡的可能性增大 这一现象称为衰老 16 衰老是一个正常而又十分复杂的生物学现象 为了阐明衰老本质 揭示内在规律 人们进行了长期研究 提出种种学说约300多种来阐明衰老 如 有害物质累积学说 内分泌功能减退学说 器官功能减退学说 免疫衰老学说 大分子交联学说 衰老的基因学说 微量元素学说 程序衰老学说 错误成灾学说 神经 内分泌功能减退学说 端粒学说 细胞凋亡学说 白由基衰老学说等等 17 衰老的特征人体衰老的特征包括形体和生理功能两个方面的变化 形体特征全身逐渐呈现衰颓萎缩现象 皮肤松弛皱褶 机体衰老皮肤水分减少皮下脂肪逐渐消失皮肤弹性降低皮肤松弛和干瘪皮肤胶原蛋白交联增加结缔组织收缩皮肤发皱 18 毛发灰白与稀疏 毛囊组织萎缩毛发得不到足够的营养毛发色素减少毛发灰白和脱发 出现老年斑 老年斑是一种称为脂褐素的色素物质沉积在皮下而形成的 脂褐素是丙二醛与蛋白质 核酸等起交联反应而形成的复合物 而丙二醛是多不饱和脂肪酸的过氧化产物 脂褐素为褐色脂溶性物质 细胞不能排除 随年龄增加而不断积累 导致细胞衰老 19 牙齿与骨质变质 人到中年以后 由于牙根和牙龈组织萎缩 牙齿就会松动 脱落 进入老年期 骨质疏松变脆 易于发生骨折 软骨变硬 失去弹性 使关节的灵活性降低 脊柱弯曲 以致70岁时的身高较青壮年时期减少6 10厘米 不少老年人还会出现驼背弓腰 20 性腺及肌肉萎缩 40岁以后 内分泌腺 特别是性腺 开始逐渐退化 发生 更年期 的各种症状 50岁后肌纤维逐渐萎缩 肌肉变硬 肌力衰退 易疲劳和发生腰酸腿痛 腹肌变厚 腰围变大 动作逐渐变得笨拙迟缓等 男性在60岁以后前列腺增大 易引起排尿困难和膀胱病变 21 血管硬化 构成血管组织的胶原蛋白交联增加而变性 血管变硬 弹性降低 管腔变窄 肺和气管 由于呼吸系统弹性组织萎缩 老年人的肺泡容易萎缩或消失 形成肺气肿 支气管组织萎缩 弹力减弱 容易遭细菌感染而发生支气管炎 22 细胞结构 衰老细胞的细胞质基质均一性下降 线粒体损伤且数目减少 细胞膜的酶活力下降 核酸分子 染色体DNA交联 端粒DNA变短 某些基因甲基化水平降低 线粒体DNA突变 23 功能特征形态变化必然导致相应的功能改变 表现为器官机能下降 精神面貌萎靡 反应能力迟缓等 视力 听力降低 眼和耳的功能随着全身的衰老而下降 其下降的速度随年龄及个体差异略有不同 一般人在50岁左右感到 眼花 需配戴花镜 有的人在70 80岁后眼球玻璃体 晶体 变浑浊 发生白内障 24 记忆力 思维能力逐渐下降 大多数人的记忆力在70岁以后大大下降 对新近事物容易忘记 这主要是由于衰老过程中大脑细胞大量死亡 有人估计成人每天可能有10万个大脑细胞死亡 人约有140 150亿个大脑细胞 足够享用一生 研究指出 常用脑的人记忆力和思维能力的衰老都比不常用脑的人慢 25 反应迟钝 行动缓慢和适应能力低 衰老致使肌肉萎缩和神经衰弱 出现行动迟缓 反应不灵 对环境的适应能力也降低 心 肺功能下降 血管硬化及其他心脏疾病导致心功能逐渐降低 肺泡萎缩或肺气肿导致肺功能下降 26 代谢功能失调 衰老器官功能下降 代谢出现失衡 酶和激素活力下降 致使代谢功能下降 并趋于紊乱 因此 不能很好地完成对机体的修补和更新过程 在某些条件下还会引起多种代谢病 27 免疫力下降 免疫力下降易受病原体侵袭 有的还会产生自身免疫现象 伤害自身组织细胞 出现老年性疾病 老年人会逐渐出现老年病 如高血压 心脑血管病 肺气肿 支气管炎 糖尿病 肿瘤 前列腺肥大和老年精神病 失眠 抑郁 等 28 人类和动物的可能寿命 年 生物种类成长期最大寿命生物种类成长期最大寿命蜉蝣 朝生暮死猫1 58狗2 010 15牛4 020 28马5 020 30骆驼8 040乌鸦70鹦鹉117鹞鹰100 120鲤鱼150龟175象150 200鳄300鲸300 400人20 25100 150 125 29 人类的最高寿命能达到100 150岁 但是由于受多种因素的影响 极少数人能活到最高寿命 事实上 目前能活到100岁的人也为数不多 根据1993年WHO公布的调查结果 日本人的平均寿命最长 男性为76 5岁 女性为83岁 中国人在1980年的平均寿命 男性为69岁 女性为71岁 最长寿者122岁法国人 30 一 衰老的自由基学说1954年HarmaD提出衰老的自由基理论 55年写出实验报告 56年在老年医学杂志上发表实验 小鼠寿命24 5 6 8月食物中加入0 5 2 巯基乙胺小鼠寿命27 6 4 1月加入1 2 巯基乙胺小鼠寿命31 6 6 8月 31 测定不同年龄大鼠下列物质 随年龄的增加大鼠心肌线粒体O2 LpO增高血清丙二醛增高呼出气乙烯 乙烷 丙烷增高胞浆中SOD活性降低测定12种灵长类动物SOD活性 寿命越长 SOD活性越高测定谷胱甘肽过氧化物酶活性 随年龄的增加而降低测定血浆 白细胞中Vc VE随增龄而减少由此可见随增龄清除自由基的物质在减少 清除ROS能力降低 ROS增多 故认为衰老与自由基有关 32 二 自由基与脂褐素 脂褐质 老年色素 的形成脂褐素 为褐色 脂溶性的 颗粒状物质 细胞不能排除 随年龄增加而不断积累 导致细胞衰老 1 脂褐素的形成涉及到脂质过氧化物 脂质过氧化物可与蛋白质 磷脂 核酸反应形成与脂褐素相似产物实验 脂质过氧化物 磷脂 蛋白 核酸 脂褐素类似物 33 增加食物中不饱和脂肪酸的量 减少VE含量导致脂褐素增加 动物饲料中加入VE 脂褐素减少2 脂褐素形成机制 不饱和脂肪酸脂质过氧化物 蛋白质 丙二醛交联聚合物 ROSO2 丙二醛 34 蛋白质不饱和脂肪酸 ROS自由基 O2酶 脂质过氧化物 丙二醛 蛋白质聚合物 初级溶酶体 次级溶酶体 脂褐素 35 三 自由基与免疫功能降低 老年病的发生1 自由基与免疫功能降低测不同年龄小鼠的免疫功能随增龄而降低体液免疫老年小鼠只是青年小鼠的10 细胞免疫老年小鼠只是青年小鼠的25 认为免疫力的下降与自由基有关 故在食物中加入自由基清除剂 观察是否能阻止免疫力的下降 36 实验 饲料中加入0 25 左旋咪唑免疫力VE2 巯基乙胺丁羟基甲苯自由基对免疫系统的作用机制 自由基可抑制免疫细胞的分裂 自由基可修饰免疫细胞的表面受体 自由基可修饰淋巴因子 免疫力 37 2 自由基与老年病的关系自由基与多种老年病的发生有关 如肿瘤 动脉硬化 糖尿病 白内障 高血压 老年性痴呆等等 老年细胞可出现淀粉样沉淀 认为是自由基作用于蛋白质形成的 如用羟基茴香醚 二甲基亚砜均可抑制淀粉样蛋白沉积 38 四 自由基与药物 饮食对动物寿命的影响动物界 比 寿命长约11 5 人类 女性比男性寿命长约3 5岁1 自由基与药物对动物寿命的影响实验 小鼠从配种到断奶饲料中加入2 巯基乙胺 小鼠寿命一样长 并且均延长 体外培养人体肺细胞一般分裂50次均衰老死亡如加入VE可分裂120次由此可见 清除自由基的药物可延长寿命 39 2 自由基与饮食对动物寿命的影响 限食可延长寿命实验证实减少热量摄入增加大 小鼠的平均寿命和最高受限并降低肿瘤的发生率 40 实验动物 BIOC3F1和C57BL 6J系雄性小鼠方法 断奶后自由摄食12 13月龄开始实验 设实验和对照两组 实验组热量摄入为对照组的60 70 结果 BIOC3F1小鼠平均寿命 对照组 33 0 0 1个月实验组 36 9 0 7个月最长寿命 对照组 40 6 0 5个月实验组 45 1 0 6个月 增加12 增加11 41 C57BL 6J小鼠平均寿命 对照组 24 9 0 9个月实验组 29 9 1 4个月最长寿命 对照组 31 5 0 05个月实验组 38 2 1 4个月两个实验组患自发性淋巴瘤的发生率均低于对照组 增加20 增加21 42 实验动物 大鼠实验方法 青春期短期限食实验分组 组为对照组自由摄食 组为食物限制组 摄入热量为对照组的40 组只在4 5 6月龄之间的1 5个月限食 组从6月龄开始限食结果 与自由摄食的对照组相比 其它各组的平均寿命和最高寿限都有所增加 组增加最多 组与 组结果相似 组平均寿命和最高寿限延长15 青年动物短期限食也能延长寿