活性氧和氮物种的合成与代谢

1、.,第九章,活性氧和氮物种的合成与代谢,第九章,活性氧和氮物种的合成与代谢,朱小桢,.,前言,证据表明,急性体力活动可通过多种机制诱导增强氮物种的产生； 为应对剧烈的体力活动而形成活性氧和氮物种（RONS），会导致氧化应激； RONS作为信号分子，调节一系列生理功能； RONS种通过氧化还原敏感性转录因子调节基因表达； 训练似乎能改变RONS的生成，从而在慢性疾病的治疗和预防过程中发挥有益作用,第九章 活性氧和氮物种的合成与代谢,.,1、有关活性氧和氮物种的基本知识 （生成特性、作用机制、生理功能、构成抗氧化系统）,2、急性和慢性运动在形成、作用、调节活 性氧和氮物种特性上的具体影响,第九章

2、活性氧和氮物种的合成与代谢,主要内容：,.,1. 生物体内的活性氧和氮物种,第九章 活性氧和氮物种的合成与代谢,自由基：是在其轨道中存在具有非常明显的化学 活性的一个或多个不成对电子 的原子或分子,通常，用一个点“ . ”来象征自由基物质,如氢自由基H 氯自由基Cl 羟基自由基(OH),.,活性氧: 是指那些含氧的具有比较强的氧化和还原性质的自由基和非自由基氧的衍生物 （如：超氧阴离子.O2-、过氧化氢H2O2、羟自由基OH）,活性氮：NO代谢产生一系列复合物的总称 （如：一氧化氮.NO、二氧化氮.NO、 过氧化亚硝酸盐.ONOO-）,.,第九章 活性氧和氮物种的合成与代谢,活性最强的含氧物质

3、是羟自由基（OH - ）,基础条件下， 身体产生的总的.O2-的量接近2公斤/年 一氧化氮（.NO）生成量达9公斤/年,.,2. 活性氧和氮物种产生的机制 (Mechanisms of RONS generation),第九章 活性氧和氮物种的合成与代谢,.,2.1. 氧为中心的活性物种及其衍生物 （oxygen-centered reactive species and their derivates）,第九章 活性氧和氮物种的合成与代谢,NADPH氧化酶：是血管内生成活性氧簇（ROS） 的主要酶体；存在于吞噬细胞和多种 其它细胞（如血管平滑肌细胞、内皮细 胞、心脏和骨骼肌细胞）中；,由非吞

4、噬细胞的NADPH氧化酶所形成的活性氧程度较低 但在氧化还原敏感性信号传导途径的调节中起着重要的作用,.,第九章 活性氧和氮物种的合成与代谢,内皮细胞的 NADPH氧化酶,血管平滑肌细胞 的NADPH氧化酶,血小板源性生长因子凝血酶 肿瘤坏死因子-,机械力,.,超氧自由基（.O2-）通过线粒体电子传递链氧化还原反应连续地产生。,O2+4e 2H2O 如此利用的氧约占组织耗氧总量的90%98% O2+e .O2- 发生在所有含线粒体的细胞中 .O2- .OH,.,黄嘌呤氧化酶催化的反应：,次黄嘌呤 + H2O + O2 黄嘌呤 + H2O2,黄嘌呤 + H2O + 2O2 尿酸+ 2.O2- +

5、 2H+,这种活性氧的生成过程已经在代谢性应激下被研究， 在细胞缺氧复氧损伤中起着特殊的作用.,.,芬顿反应：,Fe3+ + H2O2 Fe2+ + OH + .OH-(羟自由基),铜也有与H2O2形成反应生成.OH-的潜力,.,前列腺素的生物合成伴随着活性氧的产生; 通过脂氧合酶转换花生四烯酸为白三烯， 已被确定为是活性氧的一个来源;,.,2.2. 氮为中心的活性物种及其衍生物 （nitrogen-centered reactive species and their derivates）,第九章 活性氧和氮物种的合成与代谢,L-精氨酸 + NOS + O2 NO + L-瓜氨酸,.,分布于

6、神经元细胞,血管内皮细胞,免疫细胞,.,血管通过内皮型NOS形成一氧化氮，是直接通过增加血液流动和剪切力来促进的；,由于损伤或肌肉机械活动，神经型NOS蛋白表达增加，而神经损伤后它的表达会降低;,神经型NOS 内皮型NOS,相比之下，诱导型NOS的活性不依赖于细胞内钙离子， 主要由信号转导通路转录水平进行调控; 一旦表达，诱导型NOS生成一氧化氮的含量很高，这一过程可以持续几个小时甚至几天;,产生低水平的一氧化氮活化,.,2.3. 免疫活性细胞 （immunocompetent cells）,第九章 活性氧和氮物种的合成与代谢,在刺激过程中，中性粒细胞和巨噬细胞可通过激活吞噬细胞的NADPH氧

7、化酶产生大量的超氧化物及其活性衍生物; 此外，NADPH氧化酶也存在于嗜酸性粒细胞中，可以诱导活性氧的形成;,.,第九章 活性氧和氮物种的合成与代谢,超氧化物歧化:,呼吸爆发：再灌注组织重新获得氧供应的短时间内 激活的中性粒细胞耗氧量显著增加，产生大量氧自由基，又称为氧爆发。,.,多种免疫活性细胞在炎性刺激下（如细胞因子和内毒素刺激），可引起诱导型一氧化氮合酶表达；,缺氧、高温和低浓度.NO本身，是非炎症性诱导型一氧化氮合酶的诱导剂；,相反，皮质醇和更高浓度的.NO将发挥抑制作用；,在某些条件下，一些非免疫细胞（如肝细胞、上皮细胞、心脏和骨骼肌细胞），也能够引起诱导型一氧化氮合酶表达；,.,3

8、. 活性氧和活性氮的作用机制 （RONS-mechanisms of action）,第九章 活性氧和氮物种的合成与代谢,活性氧和氮物种的特性，产生一种强大的破坏作用，它是对脂质、蛋白质、核酸、以及细胞外基质产生 破坏性影响的基础;,另一方面，活性氧和氮的物种如在严格控制的条件下中等水平（适度）的生成，在各种信号传导过程中承担起调节介质的作用,实现重要的生理功能;,.,3.1. 生物系统中的氧化应激 (oxidative stress in the biological system),第九章 活性氧和氮物种的合成与代谢,如果活性氧的产生过多或快速，系统可能无法充分反应。细胞的氧化还原状态转向

9、促氧化状态，增强脂质、蛋白质和核酸的氧化修饰。,氧化修饰：是细胞内的活性氧诱导生物大分子 发生氧化反应引起的结构及构象改变。,氧化应激： 是指机体在遭受各种有害刺激时,体内高活性分子如活性氧和活性氮产生过多,氧化程度超出氧化物的清除,氧化系统和抗氧化系统失衡,从而导致组织损伤。,.,3.1.1. 脂质过氧化 (lipids peroxidation),第九章 活性氧和氮物种的合成与代谢,脂质过氧化过程中的脂质过氧化物的积累， 对细胞膜会产生破坏影响,干扰细胞的完整性;,.,3.1.2. 蛋白质氧化 (protein oxidation),第九章 活性氧和氮物种的合成与代谢,活性氧的作用包括在氨

10、基酸残基（如精氨酸、甲硫氨酸、 半胱氨酸、色氨酸、赖氨酸）中的各种氧化修饰;,氧化蛋白质损伤研究中最常用的标记是活性羰基衍生物（RCD）,修饰的蛋白质会影响其生理功能和加速蛋白水解降解;,氧化蛋白的积累已是公认的逐渐发生在老化的过程中，并且与一系列疾病的严重程度相关,.,3.1.3. DNA氧化损伤 (oxidative DNA damage),第九章 活性氧和氮物种的合成与代谢,DNA已被认为是氧化损伤最显著的生物标记,每个人体细胞平均每天至少发生几百个DNA氧化损伤,核DNA（nDNA）氧化损伤被认为是在癌症发展中 的一个潜在的病理生理学因素,细胞通过复杂的DNA修复酶系统，能快速修复DNA的损伤。,.,3.2. 活性氮物种的作用机制 (RNS-mechanisms of actions),第九章 活性氧和氮物种的合成与代谢,ONOO- 的加入会导致脂质、蛋白质和DNA的氧化与硝化，导致细胞死亡,.,活性氧和一氧化氮的作用，反映