自由基与衰老

1、1自由基与衰老第一节第一节 自由基的基本概念自由基的基本概念第二节第二节 自由基的生化基础自由基的生化基础 第三节第三节 生物体内自由基的作用生物体内自由基的作用第四节第四节 自由基与衰老的关系自由基与衰老的关系第五节第五节 自由基的检测及其方法学评价自由基的检测及其方法学评价2自由基衰老学说自由基衰老学说 由由Denham Harman于于 1956 年提出的。年提出的。 此学说认为：当机体衰老时，自由基的产生增此学说认为：当机体衰老时，自由基的产生增多多 ；清除自由基的物质减少，清除能力减弱。；清除自由基的物质减少，清除能力减弱。过多的自由基在体内蓄积，对机体的损伤程度过多的自由基在体内蓄

2、积，对机体的损伤程度超过修复代偿能力时，组织器官的机能就会逐超过修复代偿能力时，组织器官的机能就会逐步发生紊乱，导致衰老。步发生紊乱，导致衰老。3 原子自由基原子自由基 基团自由基基团自由基 离子自由基离子自由基 电子不饱和性电子不饱和性 具有较高的能量具有较高的能量 第一节第一节 自由基的基本概念自由基的基本概念4一、一、 自由基自由基(radical,free radical)v 一个共价键化合物一个共价键化合物A-B，当它受到热、辐射及超声波等，当它受到热、辐射及超声波等能量的作用时，共价键可能要断裂，断裂方式有两种。能量的作用时，共价键可能要断裂，断裂方式有两种。v 共价键异裂共价键异

3、裂 A B A + BA B A + B形成阳离子和阴离子形成阳离子和阴离子 共价键均裂共价键均裂形成两个自由基形成两个自由基v 5 二、二、 自由基的种类自由基的种类已经被证实的自由基有三类。已经被证实的自由基有三类。 原子自由基原子自由基 自由基是一个原子。如：自由基是一个原子。如：C6H5 C O O C C6H5 2C6H5 C O2C6H5 + 2CO2OOO 基团自由基基团自由基 自由基是一个基团。自由基是一个基团。(苯甲酰氧自由基苯甲酰氧自由基) 为一个基团自由基。为一个基团自由基。(苯基自由基苯基自由基)也为一个基团自由基。也为一个基团自由基。H H 2HCl Cl 2Cl光C

4、6H5 C OOC6H5HCl、, 都为原子自由基6CH3 C N N C CH3 2CH3 C + N2CH3CNCH3CNCNCH3K2S2O8 2K + 2SO4水溶液中Fe + K2S2O8 Fe + 2K + SO4 + SO4+2+3-2SO4Na2S2O3 + K2S2O8 2Na + 2K + SO4 + SO4 + S2O3-2S2O3为离子自由基为离子自由基(硫代硫酸根离子自由基硫代硫酸根离子自由基)。(异丁腈基自由基异丁腈基自由基)为一个基团自由基为一个基团自由基。自由基是一个离子。如过硫酸钾分解：自由基是一个离子。如过硫酸钾分解： 离子自由基离子自由基为离子自由基为离子

5、自由基(硫酸根离子自由基硫酸根离子自由基)。K2S2O8K O S O O S O K OOOOCH3 CCH3CN7 甲烷甲烷(CH4)是一个稳定的化合物。是一个稳定的化合物。 CHHHH*109288但当甲烷分子中一个但当甲烷分子中一个H原子被分离出来后，形成的甲基原子被分离出来后，形成的甲基自由基自由基CH3 则为一个不稳定的结构。则为一个不稳定的结构。 甲基自由基甲基自由基结构示意图结构示意图甲基自由基甲基自由基电子结构示意图电子结构示意图CHHH*120*HHHC HCH3 + H910第二节第二节 自由基的生化基础自由基的生化基础一、体内自由基的种类一、体内自由基的种类二、自由基的

6、产生二、自由基的产生三、自由基的清除机制三、自由基的清除机制11 一、自由基的种类一、自由基的种类自由基（自由基（free radical）氧自由基（氧自由基（oxygen free radical，OFR） 含有不配对电子的氧含有不配对电子的氧, 占机体内自由基的占机体内自由基的95%以上。以上。 在自由基前面或后面（也可在右上角）用一在自由基前面或后面（也可在右上角）用一个个圆点圆点“”表示表示 能独立存在，含有未配对电子的原子、原能独立存在，含有未配对电子的原子、原子团、分子或离子。子团、分子或离子。未配对电子表示方法未配对电子表示方法12自由基分类自由基分类-按化学结构按化学结构 半醌

7、类自由基，如黄素类半醌自由基半醌类自由基，如黄素类半醌自由基 氧自由基：氧自由基：其他碳、氮、硫中心自由基其他碳、氮、硫中心自由基 羟自由基羟自由基(OH)烷氧自由基烷氧自由基(RO)烷过氧自由基烷过氧自由基(ROO)氢过氧自由基氢过氧自由基(HOO)氧自由基与氧自由基与H2O2、脂质过氧化物、脂质过氧化物(LOOH)及单线态氧及单线态氧(1O2)统称为统称为活性氧活性氧(reactive oxygen species, ROS) 超氧阴离子自由基超氧阴离子自由基(O2 )活性氮自由基（活性氮自由基（NO和和NO2 ）13二、自由基的产生二、自由基的产生 （一）外源性自由基（一）外源性自由基

8、（二）内源性自由基（二）内源性自由基14（一）外源性自由基（一）外源性自由基 1电离辐射及大气污染电离辐射及大气污染 2药物药物 3其他其他 如重金属离子及杀虫剂；茶叶和如重金属离子及杀虫剂；茶叶和植物油在空气中放置过久，自由基含量增加。植物油在空气中放置过久，自由基含量增加。15（二）内源性自由基（二）内源性自由基1O2 的产生的产生 2OH的产生的产生 3吞噬细胞中活性氧的产生吞噬细胞中活性氧的产生 4脂质过氧化作用脂质过氧化作用 。161. O2 的产生的产生 胞液胞液中的中的黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶与与醛氧化酶醛氧化酶 线粒体线粒体中的中的黄素蛋白酶黄素蛋白酶 内质网内质网中的中的NA

9、DPH-细胞色素细胞色素P450还原酶还原酶 质膜质膜上的上的NADPH氧化酶氧化酶 等等黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶 黄嘌呤黄嘌呤2O2H2O 尿酸尿酸2O2 2H+SQ +O2 Q +O2通过通过线粒体线粒体的辅酶的辅酶Q半醌、内质网膜上细胞色素半醌、内质网膜上细胞色素P450和和Hb、肌红、肌红蛋白、肾上腺素等蛋白、肾上腺素等自氧化作用自氧化作用均可产生均可产生 O2 酶促氧化酶促氧化过程中均可产生过程中均可产生O2172OH的产生的产生O2 + O2 + 2H+ H2O2+O2 (歧化歧化反应反应) 过渡金属离子过渡金属离子O2H2O2 O2OHOH(Fenton反应反应) #主要通过主要

10、通过Fenton反应由反应由O2 直接衍生形成直接衍生形成 #过氧化物酶体中多种需氧脱氢酶催化生成的过氧化物酶体中多种需氧脱氢酶催化生成的H2O2，如不迅速被分解，如不迅速被分解，在在Fe2+的催化下也可生成的催化下也可生成OH。 H2O2Fe2+H+ OHH2OFe3+18 3吞噬细胞中活性氧的产生吞噬细胞中活性氧的产生 H2O2除可生成除可生成OH外，在外，在Cl存在时，经髓过存在时，经髓过氧化物酶氧化物酶(myeloperoxidase, MPO)的作用，生成活性的作用，生成活性很强的次氯酸很强的次氯酸(HOCl)和和1O2。 1O2是一个强的亲电子性的氧化剂。是一个强的亲电子性的氧化剂

11、。MPOH2O2Cl H2OOClOClH2O2 H2O1O2ClMPO194脂质过氧化作用脂质过氧化作用 （lipid peroxidation） 在过氧化条件下，在过氧化条件下， LOOH是不稳定的，能分解成是不稳定的，能分解成一系列复杂产物。一系列复杂产物。定义定义：机体产生的活性氧，攻击生物膜磷脂中的多聚机体产生的活性氧，攻击生物膜磷脂中的多聚不饱和脂肪酸不饱和脂肪酸(polyunsaturated fatty acid, PUFA)引发引发自由基链式反应自由基链式反应，产生脂质过氧化物，这种作用就，产生脂质过氧化物，这种作用就称称。20 组成型组成型NOS(constitutive

12、NOS, cNOS)其活性其活性不依赖于不依赖于Ca2+和钙调蛋白和钙调蛋白, 但受细胞因子和但受细胞因子和特殊的信号分子刺激和诱导，在生理条件下不表达，特殊的信号分子刺激和诱导，在生理条件下不表达，细胞受刺激时才高表达。细胞受刺激时才高表达。主要存在于主要存在于巨噬细胞、中性粒细胞、成纤维细胞、巨噬细胞、中性粒细胞、成纤维细胞、血管内皮细胞等血管内皮细胞等 神经元型神经元型 内皮细胞型内皮细胞型NOS分型分型 诱导型诱导型NOS（inducible NOS, iNOS）其活性其活性依赖于依赖于Ca2+和钙调蛋白，可间歇性不断表达和钙调蛋白，可间歇性不断表达NO+L-瓜氨酸瓜氨酸NOSL-精氨

13、酸精氨酸+O25.NO合酶（合酶（NO synthase, NOS）21三、自由基的清除机制三、自由基的清除机制 两类对自由基的清除系统两类对自由基的清除系统 （一）（一） 抗氧化酶类抗氧化酶类（二）（二） 抗氧化剂抗氧化剂 221. 超氧化物歧化酶（超氧化物歧化酶（SOD）2. 过氧化氢酶（过氧化氢酶（CAT）3. 硒谷胱甘肽过氧化物酶（硒谷胱甘肽过氧化物酶（SeGSHPx）4. 谷胱甘肽硫转移酶（谷胱甘肽硫转移酶（GST）5. 其他其他 如醛酮还原酶如醛酮还原酶 （一）（一） 抗氧化酶类抗氧化酶类23SOD是金属酶，包括是金属酶，包括三种同工酶三种同工酶CuZn-SOD：在真核细胞：在真核

14、细胞胞液胞液中，以中，以Cu2+-Zn2+为辅基为辅基Mn-SOD：在原核和真核细胞的：在原核和真核细胞的线粒体线粒体中，以中，以Mn2+为辅基为辅基Fe-SOD： 在原核细胞中，以在原核细胞中，以Fe3+为辅基为辅基SOD2O2 + 2H+ H2O2+O2（歧化反应（歧化反应 ）1.超氧化物歧化酶超氧化物歧化酶（superoxide dismutase, SOD）24CAT2H2O2H2O+O2 可清除可清除O2的歧化产物的歧化产物H2O2 2. 过氧化氢酶过氧化氢酶（catalase, CAT）25磷脂氢过氧化物谷胱甘肽过氧化物酶磷脂氢过氧化物谷胱甘肽过氧化物酶(PHGSHPx)：单体酶，

15、能清除生物膜上的磷脂氢过氧化物，防止生物膜的单体酶，能清除生物膜上的磷脂氢过氧化物，防止生物膜的脂质过氧化。脂质过氧化。 LOOH2GSH LOH+H2OGSSGSeGSHPx可清除可清除LOOH或或H2O2，抑制自由基的生成，抑制自由基的生成。3. 硒谷胱甘肽过氧化物酶硒谷胱甘肽过氧化物酶 (selenium dependent glutathione peroxidase, SeGSHPx)SeGSHPx是由是由4个同一亚基构成的寡聚酶。个同一亚基构成的寡聚酶。 H2O22GSH H2O+H2OGSSGSeGSHPx264谷胱甘肽硫转移酶谷胱甘肽硫转移酶(glutathione S-tra

16、nsferase, GST)属不含硒的谷胱甘肽过氧化物酶，它属不含硒的谷胱甘肽过氧化物酶，它只清除只清除LOOH，而不能清除，而不能清除H2O2。LOOH2GSH LOHH2OGSSGGST275与抗氧化作用相关的其他酶与抗氧化作用相关的其他酶 醛酮还原酶，可催化脂肪醛和脂肪醛醛酮还原酶，可催化脂肪醛和脂肪醛-谷谷胱甘肽加成物的还原，以清除脂质过氧胱甘肽加成物的还原，以清除脂质过氧化作用的毒性产物。化作用的毒性产物。28 （二）抗氧化剂（二）抗氧化剂1. 脂溶性抗氧化剂脂溶性抗氧化剂2. 水溶性小分子抗氧化剂水溶性小分子抗氧化剂 3. 蛋白性抗氧化剂蛋白性抗氧化剂 4. 近年来发现的抗氧化剂近

17、年来发现的抗氧化剂 5. 中草药抗氧化剂中草药抗氧化剂 29(1) 维生素维生素E： 清除清除O2、OH、LOO及及1O2，防止脂质过氧化。，防止脂质过氧化。(2) -胡萝卜素胡萝卜素： 清除清除1O2、LOO、O2 及及OH，防止脂质过氧化。，防止脂质过氧化。(3) 辅酶辅酶Q：既参与自由基的生成也具有抗氧化作用，既参与自由基的生成也具有抗氧化作用， CoQH2较氧化型的抗氧化作用强较氧化型的抗氧化作用强皮质激素皮质激素能防止内毒素脂多糖激活能防止内毒素脂多糖激活NADPH氧化酶，氧化酶，避免由此产生避免由此产生O2，以减轻脂质过氧化。，以减轻脂质过氧化。(4) 固醇类激素固醇类激素：雌激素

18、雌激素可能与结构中的酚基相关。可能与结构中的酚基相关。 但大剂量可生成但大剂量可生成O2，诱导肿瘤发生。，诱导肿瘤发生。1. 脂溶性抗氧化剂脂溶性抗氧化剂30 VC还可还可与与VE反应反应，使其恢复为还原型维生素，使其恢复为还原型维生素E，而本身变成而本身变成VC，后者可由依赖于，后者可由依赖于NADH的氧化还原的氧化还原酶系统还原成酶系统还原成VC。VC与与VE两者有协同作用两者有协同作用。因此因此VC的总效果与其浓度有关。的总效果与其浓度有关。VC的不利作用的不利作用：将：将Fe3+还原成还原成Fe2+，H2O2存在时，可存在时，可通过通过Fenton反应形成反应形成OH；但它又可清除；但

19、它又可清除OH。(1)维生素维生素C（又称抗坏血酸）（又称抗坏血酸） ：能：能直接与直接与OH、O2 和和1O2作用作用，是机体重要的活性氧清除剂。，是机体重要的活性氧清除剂。2. 水溶性小分子抗氧化剂水溶性小分子抗氧化剂31 H2O22GSH GSSG2H2O LOOHGSH GSSGLOHH2O OHGSH H2OGS 2GS GSSG (4) 色氨酸代谢产物色氨酸代谢产物：3-羟犬尿酸，黄尿酸和羟犬尿酸，黄尿酸和3-羟邻氨羟邻氨基苯甲酸等均含有基苯甲酸等均含有酚羟基酚羟基，可抑制脂质过氧化作用。，可抑制脂质过氧化作用。 (2) 谷胱甘肽谷胱甘肽(GSH)： 为为H2O2、LOOH、OH和

20、和1O2重要清除剂。重要清除剂。 (3) 尿酸：尿酸：目前认为目前认为它是一种很好的抗氧化剂，可它是一种很好的抗氧化剂，可有效地清除有效地清除1O2和和OH，抑制脂质过氧化。，抑制脂质过氧化。32(1)铜蓝蛋白铜蓝蛋白：具有具有亚铁氧化酶亚铁氧化酶活性，能催化活性，能催化Fe2+氧化成氧化成Fe3+，抑制由，抑制由Fe2+催化催化H2O2生生成成OH的反应。的反应。 铜蓝蛋白还是吞噬细胞呼吸爆炸生成的铜蓝蛋白还是吞噬细胞呼吸爆炸生成的氧代氧代谢产物谢产物O2 和和OCl的主要清除剂的主要清除剂。 3蛋白性抗氧化剂蛋白性抗氧化剂(2) 清蛋白结合的胆红素清蛋白结合的胆红素： 一般认为一般认为它是

21、毒性产物，需被排出。它是毒性产物，需被排出。 目前认为目前认为它是机体抗防御系统中的一员，能有效它是机体抗防御系统中的一员，能有效地清除地清除1O2、O2 和和LOO。33 （3）其他血浆蛋白：）其他血浆蛋白： 清蛋白清蛋白可结合铜离子抑制可结合铜离子抑制OH形成和有效清除形成和有效清除OCl。 结合珠蛋白结合珠蛋白和和血液结合素血液结合素(hemopexin)能与能与Hb结合，结合， 促使促使Hb由受损组织和炎症局部排出，以减轻由受损组织和炎症局部排出，以减轻Hb对组对组织的损伤作用。织的损伤作用。 转铁蛋白转铁蛋白和和乳铁蛋白乳铁蛋白，对铁催化的脂质过氧化作用是，对铁催化的脂质过氧化作用是

22、强氧化剂。强氧化剂。转铁蛋白转铁蛋白还能清除还能清除OCl。上述抗氧化酶与抗氧化剂上述抗氧化酶与抗氧化剂均属于机体的抗氧化防御系统均属于机体的抗氧化防御系统344近年来发现的抗氧化剂近年来发现的抗氧化剂 (1) 别嘌呤醇别嘌呤醇：黄嘌呤氧化酶的抑制剂，能降低：黄嘌呤氧化酶的抑制剂，能降低O2 的生成，是心肌缺血再灌的生成，是心肌缺血再灌注氧自由基抑制剂，但只有在注氧自由基抑制剂，但只有在灌注前用药，才能收到灌注前用药，才能收到明显明显效果效果。(2) 二甲亚砜及甘露醇二甲亚砜及甘露醇：两者均有清除：两者均有清除OH的作用。二甲亚砜近来已用于抗的作用。二甲亚砜近来已用于抗脑水肿。脑水肿。(3)

23、钙拮抗剂钙拮抗剂：尼可地平、硝苯啶、维拉帕米和硫氮卓铜等有保护细胞和升：尼可地平、硝苯啶、维拉帕米和硫氮卓铜等有保护细胞和升高高GSH的作用。的作用。(4) 白细胞功能抑制剂白细胞功能抑制剂：前列环素：前列环素(PGI2)是血管内皮细胞产生的花生四烯酸是血管内皮细胞产生的花生四烯酸主要代谢物，能抑制血小板聚集，保护冠状动脉。它还能抑制中性粒细胞激主要代谢物，能抑制血小板聚集，保护冠状动脉。它还能抑制中性粒细胞激活，减少自由基生成。活，减少自由基生成。(5) N-乙酰半胱氨酸乙酰半胱氨酸：它本身是抗氧化剂，而且还是胞内合成：它本身是抗氧化剂，而且还是胞内合成GSH的原料。的原料。近年发现它还有近

24、年发现它还有抗病毒抗病毒和和调节免疫功能调节免疫功能的作用。的作用。(6) 普罗布可普罗布可(Probucol)：是一种很强的脂溶性抗氧化剂或自由基清除剂：是一种很强的脂溶性抗氧化剂或自由基清除剂, 该该药有延缓泡沫细胞发生的的能力，可用于药有延缓泡沫细胞发生的的能力，可用于AS的辅助治疗的辅助治疗 。35抗氧化机制包括抗氧化机制包括:清除氧自由基和羟自由基清除氧自由基和羟自由基抑制脂质过氧化反应抑制脂质过氧化反应抑制生物膜不饱和脂肪酸过氧化反应抑制生物膜不饱和脂肪酸过氧化反应缓解氨基多糖的解聚作用等缓解氨基多糖的解聚作用等5中草药抗氧化剂中草药抗氧化剂36中草药抗氧化剂的有效成分中草药抗氧化

25、剂的有效成分: 黄酮类、皂甙类、生物碱类、鞣质类、多糖黄酮类、皂甙类、生物碱类、鞣质类、多糖类、苯酚类等。类、苯酚类等。 具有抗氧化作用的单味药有具有抗氧化作用的单味药有: 人参、西洋参、党参、太子参、黄芪、枸杞人参、西洋参、党参、太子参、黄芪、枸杞子、灵芝、丹参、三七、当归、生脉散、五味子、灵芝、丹参、三七、当归、生脉散、五味子、何首乌、甘草、女贞子、附子等。子、何首乌、甘草、女贞子、附子等。37 自由基是含奇數電子的一群原子自由基是含奇數電子的一群原子、离子、离子或基团或基团。奇數不成對的電子欲尋求其他電。奇數不成對的電子欲尋求其他電子來配對。子來配對。 38健康健康年青年青抗自由基抗自由

26、基自由基自由基生病生病老化老化3940第三节第三节 生物体内自由基的作用生物体内自由基的作用 一、自由基的生理功能一、自由基的生理功能二、自由基对细胞的损害作用二、自由基对细胞的损害作用三、自由基与疾病的关系三、自由基与疾病的关系41一、自由基的生理功能一、自由基的生理功能 （一）（一） 吞噬细胞杀灭外来病原微生物吞噬细胞杀灭外来病原微生物合成合成凝血酶原凝血酶原时，凝血酶原前体的羧化过程需要时，凝血酶原前体的羧化过程需要O2 和和CO2反应形成的反应形成的“活性碳活性碳”。 吞噬作用所产生的活性氧如吞噬作用所产生的活性氧如H2O2、O2 、OH、1O2和和HOCl等可用来杀灭外来病原微生物。

27、等可用来杀灭外来病原微生物。（二）参与合成某些重要的生物活性物质（二）参与合成某些重要的生物活性物质 合成合成前列腺素前列腺素时需要时需要H2O2和和O2 的参与。的参与。 参与参与第二信使第二信使cAMP和和cGMP的的激活激活等过程。等过程。42 氨基酸的氧化脱氨作用氨基酸的氧化脱氨作用 核糖核苷的还原过程核糖核苷的还原过程（三）（三） 参与许多酶促反应参与许多酶促反应 羟脯氨酸、羟赖氨酸的酶促羟化作用需要羟脯氨酸、羟赖氨酸的酶促羟化作用需要 O2，OH，H2O2或或1O2的参与。的参与。（四）（四） 参与解毒作用参与解毒作用 外来物质通过细胞色素外来物质通过细胞色素P450的羟化作用的羟

28、化作用达到解毒作用，达到解毒作用，O2 参与了羟化作用。参与了羟化作用。 43NO的生理功能的生理功能 作为信号分子在体内起重要生理作用作为信号分子在体内起重要生理作用 作用其靶受体作用其靶受体-可溶性的鸟苷酸环化酶可溶性的鸟苷酸环化酶(GC)，激，激活该酶使活该酶使GTP环化为环化为cGMP，后者再刺激，后者再刺激cGMP依赖的依赖的蛋白激酶蛋白激酶(PKG)，调节磷酸二酯酶和离子通道，发挥一，调节磷酸二酯酶和离子通道，发挥一系列生物效应：系列生物效应：松弛平滑肌、舒张血管松弛平滑肌、舒张血管抑制平滑肌细胞增殖抑制平滑肌细胞增殖抑制血小板粘附和聚集抑制血小板粘附和聚集保护细胞、增加神经递质释

29、放保护细胞、增加神经递质释放介导炎症时巨噬细胞和中性粒细胞杀灭微生物介导炎症时巨噬细胞和中性粒细胞杀灭微生物 的作用的作用作为细胞毒分子，参与多种疾病的病理过程作为细胞毒分子，参与多种疾病的病理过程4445 自由基参与一系列的连锁反应，能引起细胞自由基参与一系列的连锁反应，能引起细胞生物膜上的脂质过氧化，引起生物膜上的脂质过氧化，引起细胞损伤细胞损伤。其机制其机制比较复杂，主要有三方面比较复杂，主要有三方面： 膜脂改变导致膜功能的障碍和膜酶的损伤；膜脂改变导致膜功能的障碍和膜酶的损伤； 脂质过氧化过程中生成的活性氧对酶和其他成分脂质过氧化过程中生成的活性氧对酶和其他成分的损伤；的损伤； LOO

30、H的分解产物特别是醛类产物对细胞及其成的分解产物特别是醛类产物对细胞及其成分的毒性作用。分的毒性作用。 二、氧化应激对机体的损害效应二、氧化应激对机体的损害效应46二、自由基对细胞的损害作用二、自由基对细胞的损害作用 ( (一一) ) 自由基对细胞膜（脂类）的破坏自由基对细胞膜（脂类）的破坏 膜内不饱和脂肪酸减少；膜内不饱和脂肪酸减少； 膜结构遭到破坏，使其流动性、通透性、离子转运及膜结构遭到破坏，使其流动性、通透性、离子转运及屏障功能受损；屏障功能受损； 溶酶体酶释放，线粒粒膨胀、酶失活等损伤；溶酶体酶释放，线粒粒膨胀、酶失活等损伤； 红细胞膜破裂导致溶血；红细胞膜破裂导致溶血； LOOH进

31、一步分解产生醛类，尤其是丙二醛进一步分解产生醛类，尤其是丙二醛(MDA)可可作为交联剂导致分子间的交联聚合。作为交联剂导致分子间的交联聚合。 胞膜的损害则会导致细胞代谢、功能和结构的改变，后胞膜的损害则会导致细胞代谢、功能和结构的改变，后者是许多疾病的病理基础，从而可引起许多病变。者是许多疾病的病理基础，从而可引起许多病变。47( (二二) )自由基自由基对蛋白质和酶的损害对蛋白质和酶的损害 直接直接作用于蛋白质作用于蛋白质（Pr） ，与最邻近的氨基酸，与最邻近的氨基酸（AA）发生）发生Pr过氧化；过氧化； 通过通过LOOH间接间接作用于作用于Pr，使多肽链断裂或与个，使多肽链断裂或与个别别A

32、A发生氧化或使发生氧化或使Pr交联，从而使交联，从而使Pr的结构发的结构发生变化，导致细胞功能紊乱。生变化，导致细胞功能紊乱。 48 脂质过氧化、电离辐射、其他产生的自由基的反应脂质过氧化、电离辐射、其他产生的自由基的反应 可可通过多种途径通过多种途径影响酶活性影响酶活性: 通过自由基链反应，使酶分子发生聚合；通过自由基链反应，使酶分子发生聚合； 通过通过LOOH中的中的MDA使酶分子发生交联；使酶分子发生交联； 通过破坏酶分子中通过破坏酶分子中AA以及与酶分子中的金属离子反应。以及与酶分子中的金属离子反应。49 使使DNA链断裂或碱基破坏、缺失，使链断裂或碱基破坏、缺失，使核酸核酸分子的完分

33、子的完整性和构型受到破坏，造成遗传信息改变；整性和构型受到破坏，造成遗传信息改变；( (三三) )自由基自由基对核酸和染色体的损害对核酸和染色体的损害 自由基对自由基对DNA的破坏可导致的破坏可导致染色体染色体变异；变异；电离辐射和化学物质使受损细胞的电离辐射和化学物质使受损细胞的染色体染色体断裂。断裂。 辐射作用于辐射作用于核酸核酸环境中的水分子，使其电解产生环境中的水分子，使其电解产生OH和和 O2，辐射可使，辐射可使DNA主链断裂、碱基降解和氢键破坏主链断裂、碱基降解和氢键破坏 ；50( (四四) )自由基自由基对糖分子的损害对糖分子的损害 使核糖、脱氧核糖形成脱氢自由基，从而造成使核糖

34、、脱氧核糖形成脱氢自由基，从而造成DNA主链断裂或碱基破坏；主链断裂或碱基破坏； 使细胞膜中的糖分子羟基化，破坏细胞膜上的多使细胞膜中的糖分子羟基化，破坏细胞膜上的多糖结构，影响细胞功能的发挥；糖结构，影响细胞功能的发挥； 通过氧化降解使多糖破坏，影响组织功能。通过氧化降解使多糖破坏，影响组织功能。 脂类、蛋白质、核酸、糖类脂类、蛋白质、核酸、糖类一旦受损，生命活动将受到一旦受损，生命活动将受到威胁，导致威胁，导致细胞受损，机体患病细胞受损，机体患病，如动脉粥样硬化、糖尿病、，如动脉粥样硬化、糖尿病、肿瘤、胃肠道功能失调、感染、免疫失调等。肿瘤、胃肠道功能失调、感染、免疫失调等。 51三、自由

35、基与疾病的关系三、自由基与疾病的关系 52 （一）癌症和自由基（一）癌症和自由基 自由基的特徵是氧化，一旦和其它分子结合，自由基的特徵是氧化，一旦和其它分子结合， 会损害会损害构成遗传基因的正常的细胞，甚至于产生新的细胞构成遗传基因的正常的细胞，甚至于产生新的细胞肿肿瘤细胞。瘤细胞。 癌症的发展一般经过癌症的发展一般经过3个阶段：个阶段：第一阶段：自由基攻击正常细胞，改变了遗传基因。第一阶段：自由基攻击正常细胞，改变了遗传基因。第二阶段：若修补遗传基因失败，产生变异了的新第二阶段：若修补遗传基因失败，产生变异了的新的细胞的细胞肿瘤细胞。肿瘤细胞。第三阶段：肿瘤细胞不断地增加，最后成为能够检查到

36、第三阶段：肿瘤细胞不断地增加，最后成为能够检查到的肿瘤。的肿瘤。53（二）糖尿病和自由基（二）糖尿病和自由基 其一是细胞内的葡萄糖在线粒体内转变成能量其一是细胞内的葡萄糖在线粒体内转变成能量的过程中会产生自由基，它使线粒体变质，结的过程中会产生自由基，它使线粒体变质，结果葡萄糖不能被利用，也不产生能量，导致血果葡萄糖不能被利用，也不产生能量，导致血液中葡萄糖增加并发生糖尿病。血液中增加的液中葡萄糖增加并发生糖尿病。血液中增加的葡萄糖流到全身各处，引起蛋白质代谢紊乱并葡萄糖流到全身各处，引起蛋白质代谢紊乱并加速自由基的生成，这些自由基便攻击体内组加速自由基的生成，这些自由基便攻击体内组织或内脏，

37、发生糖尿病的各种合并症。织或内脏，发生糖尿病的各种合并症。 其二是胰岛其二是胰岛细胞不断受自由基的攻击和损害，细胞不断受自由基的攻击和损害，分泌胰岛素数量减少，出现糖尿病症状。分泌胰岛素数量减少，出现糖尿病症状。 54（三）心脑血管病和自由基（三）心脑血管病和自由基 血液中大量带电的血液中大量带电的“自由基自由基”造成了造成了动脉内皮细胞的损伤后，动脉内膜逐动脉内皮细胞的损伤后，动脉内膜逐渐出现粗糙面；过多胆固醇和渐出现粗糙面；过多胆固醇和-脂蛋脂蛋白沉积在上面并形成了动脉硬化及心白沉积在上面并形成了动脉硬化及心脑血管病症。脑血管病症。 55 自由基和自由基和LOOH可引起血管内皮细胞可引起血

38、管内皮细胞(EC)肿胀和破肿胀和破损，导致动脉硬化发生。损，导致动脉硬化发生。 LDL受到自由基作用，形成过氧化低密度脂蛋白受到自由基作用，形成过氧化低密度脂蛋白(Ox-LDL)，大量沉积于，大量沉积于EC，最终形成，最终形成AS。 Ox-LDL可导致血小板聚集，促使自由基大量产生，可导致血小板聚集，促使自由基大量产生，从而加速从而加速AS发展。发展。氧化应激与氧化应激与LOOH在在AS发病机制中的作用：发病机制中的作用： 56近年研究进展：近年研究进展： AS的发生与的发生与OH和次氯酸致的和次氯酸致的蛋白氧化修饰蛋白氧化修饰存在相存在相关性关性 AS病灶中病灶中EC、平滑肌细胞、平滑肌细胞

39、(SMC)及单核细胞的及单核细胞的SiS基因表达基因表达 氧化应激氧化应激刺激血管刺激血管SMC的增殖，的增殖，参与了原癌基因的参与了原癌基因的激活及异常表达激活及异常表达从基因水平揭示从基因水平揭示:氧化应激与氧化应激与AS之间的密切关系之间的密切关系57（四）自由基与缺血后重灌流损伤（四）自由基与缺血后重灌流损伤 缺血所引的组织损伤是致死性疾病的主要原因，如冠动脉缺血所引的组织损伤是致死性疾病的主要原因，如冠动脉硬化与中风。许多证据说明仅仅缺血还不足以导致组织损硬化与中风。许多证据说明仅仅缺血还不足以导致组织损伤，在缺血一段时间后又突然恢复供血伤，在缺血一段时间后又突然恢复供血( (即重灌

40、流即重灌流) )时才出时才出现损伤。现损伤。 缺血组织重灌流时造成的微血管和实质器官的损伤主要是缺血组织重灌流时造成的微血管和实质器官的损伤主要是由活性氧自由基引起的。由活性氧自由基引起的。 在创伤性休克、外科手术、器官移植、烧伤、冻伤和血栓在创伤性休克、外科手术、器官移植、烧伤、冻伤和血栓等血液循环障碍时，都会出现缺血后重灌流损伤。等血液循环障碍时，都会出现缺血后重灌流损伤。 在缺血组织中具有清除自由基的抗氧化酶类合成能力发在缺血组织中具有清除自由基的抗氧化酶类合成能力发生障碍，从而加剧了自由基对缺血后重灌流组织的损伤。生障碍，从而加剧了自由基对缺血后重灌流组织的损伤。58 目前心肌缺血再灌

41、注损伤的目前心肌缺血再灌注损伤的确切机制仍不明了确切机制仍不明了, 与自由与自由基作用有关的机制有基作用有关的机制有: 脂质过氧化脂质过氧化 细胞内钙超载细胞内钙超载 细胞成分间的交联细胞成分间的交联 PGI2/TXA2失调失调, 微循环障碍微循环障碍 TXA2：血栓素：血栓素A2（ thromboxane A2）59（五）自由基与肺气肿（五）自由基与肺气肿 肺气肿的特点是细支气管和肺泡管被破坏、肺肺气肿的特点是细支气管和肺泡管被破坏、肺泡间隔面积缩小以及血液与肺之间气体交换量泡间隔面积缩小以及血液与肺之间气体交换量减少等，这些病变起因于肺巨噬细胞受到自由减少等，这些病变起因于肺巨噬细胞受到自

42、由基侵袭，释放了蛋白水解酶类基侵袭，释放了蛋白水解酶类( (如弹性蛋白酶如弹性蛋白酶) )而导致对肺组织的损伤破坏。而导致对肺组织的损伤破坏。 吸烟很容易引起肺气肿，原因在于香烟烟雾诱吸烟很容易引起肺气肿，原因在于香烟烟雾诱导肺部巨噬细胞的集聚与激活。导肺部巨噬细胞的集聚与激活。 60（六）自由基与眼病（六）自由基与眼病 眼睛是人和动物唯一的光感受器，老年性眼睛衰老眼睛是人和动物唯一的光感受器，老年性眼睛衰老（特别是白内障）与自由基反应有关。（特别是白内障）与自由基反应有关。 研究表明，老年人由于全身机体的衰老使得眼球晶状研究表明，老年人由于全身机体的衰老使得眼球晶状中自由基清除剂的含量与活性

43、降低，导致对自由基侵中自由基清除剂的含量与活性降低，导致对自由基侵害的抵御能力下降。害的抵御能力下降。 事实表明，白内障的起因和发展与自由基对视网膜的事实表明，白内障的起因和发展与自由基对视网膜的损伤导致晶状体组织的破坏有关。损伤导致晶状体组织的破坏有关。 角膜受自由基侵袭引起内皮细胞破裂，细胞通透性功角膜受自由基侵袭引起内皮细胞破裂，细胞通透性功能出现障碍，引起角膜水肿。自由基会对眼晶状体产能出现障碍，引起角膜水肿。自由基会对眼晶状体产生直接的损伤破坏。生直接的损伤破坏。 61（七）亚健康和自由基（七）亚健康和自由基 亚健康为介于健康和疾病之间的第三状亚健康为介于健康和疾病之间的第三状态或疾

44、病前状态，表现为全身各种不适态或疾病前状态，表现为全身各种不适感如头晕、失眠、多梦，可是到医院检感如头晕、失眠、多梦，可是到医院检查，又查不出病来。查，又查不出病来。 这是由于体内产生了各种自由基，长期这是由于体内产生了各种自由基，长期不能排出体外，引起了多基因受损，导不能排出体外，引起了多基因受损，导致全身器官功能减弱。致全身器官功能减弱。 62第四节第四节 自由基与衰老的关系自由基与衰老的关系自由基是疾病和衰老的元凶自由基是疾病和衰老的元凶63Dr. Denham Harman, M.D., Ph.D., 德翰哈門德翰哈門19161916年生年生, ,內內布拉斯加大布拉斯加大學醫學學醫學院

45、教授院教授, ,是一是一個個教育者教育者生化生化學學者和者和醫師醫師。他思考人。他思考人體體生病及老化的生病及老化的問題問題，在，在19541954年提出自由基老化年提出自由基老化學說學說,1995,1995年被提名年被提名諾貝爾諾貝爾生理生理及及醫學獎醫學獎。1972年年Harman又提出又提出线粒体衰老线粒体衰老概念概念自由基老化學說自由基老化學說641978年年Zs-Nagy提出的衰老膜学说提出的衰老膜学说(the membrane hypothesis of aging, MHA) 氧化应激诱导脂质和蛋白质交联以及质膜上氧化应激诱导脂质和蛋白质交联以及质膜上所产生的残热可引起所产生的残

46、热可引起胞膜物理胞膜物理-化学特性的改变化学特性的改变，且这种改变是通过随着年龄的增长而变化，从而且这种改变是通过随着年龄的增长而变化，从而使整个细胞产生退行性变化。使整个细胞产生退行性变化。65 20世纪世纪80年代年代Miquel和和Fleming提出了提出了“衰老的衰老的氧自由基线粒体损伤氧自由基线粒体损伤”的二阶段学说的二阶段学说 1990年年Bandy等等阐明线粒体阐明线粒体DNA突变可增加线突变可增加线粒体内氧应激水平由此引发衰老的出现粒体内氧应激水平由此引发衰老的出现 1992年年Wallace等等提出氧化磷酸水平下降与衰老提出氧化磷酸水平下降与衰老和退行性病变，如阿尔茨海默氏病

47、和退行性病变，如阿尔茨海默氏病(AD, 亦称早亦称早老性痴呆老性痴呆)与帕金森病等有关。与帕金森病等有关。66一、神经系统衰老与自由基损伤一、神经系统衰老与自由基损伤研究发现：研究发现： 衰老人群的脑组织中神经元细胞浆、星型胶质细胞衰老人群的脑组织中神经元细胞浆、星型胶质细胞中的含量明显增高。是脂质过氧化作中的含量明显增高。是脂质过氧化作用的代谢产物。用的代谢产物。 对对人类脑衰老模型犬人类脑衰老模型犬的脑组织测定结果显示，脑组的脑组织测定结果显示，脑组织中反映蛋白质损伤的标记织中反映蛋白质损伤的标记羰基结构明显增加，羰基结构明显增加，额叶皮质中的含量也增加额叶皮质中的含量也增加, ,而谷氨酰

48、胺合成酶而谷氨酰胺合成酶及则有降低。及则有降低。67二、循环系统衰老与自由基损伤二、循环系统衰老与自由基损伤 雄性雄性小鼠心肌小鼠心肌CuZn-SOD、GSHPx、CAT活性活性随增龄有下降趋势。随增龄有下降趋势。 GSH、与心肌供能有关的柠檬酸脱氢酶、苹果、与心肌供能有关的柠檬酸脱氢酶、苹果酸脱氢酶、乳酸脱氢酶及心肌蛋白含量呈年龄酸脱氢酶、乳酸脱氢酶及心肌蛋白含量呈年龄相关的降低。相关的降低。 心肌匀浆液及线粒体心肌匀浆液及线粒体中中MDA的含量在老年组的含量在老年组小鼠中明显增加。小鼠中明显增加。 小鼠体内的氧化作用随年龄增加而增强。小鼠体内的氧化作用随年龄增加而增强。68三、生殖系统衰老与自由基损伤三、生殖系统衰老与自由基损伤 对绝经妇女和未绝经妇女血清雌二醇、对绝经妇女和未绝经妇女血清雌二醇、SOD、LPO、GSHPx的比较发现，未绝经妇女雌二醇、的比较发现，未绝经妇女雌二醇、 GSHPx水平较绝经妇女高，而水平较绝经妇女高，而LPO浓度较低。浓度较低。 血清雌二醇浓度和血清雌二醇浓度和LPO水平呈负相关，和水平呈负相关，和GSHPx水平呈正相关。水平呈正相关。69四、最高寿限（四、最高寿限（MLSP）与自由基）与自由基 大量事实证明，最高寿限（大量事实证明，最高寿限（MLSPMLSP）和衰老速率是物种的特）和衰老速率是