一氧化氮和心血管疾病ppt课件

,L-Arg，L-OH-Arg和含精氨酸的小分子多肽是合成NO的前体。 在组织中，L-Arg以还原型辅酶II（NADPH）作为电子供体。 生成的NO以扩散的形式到达并进入靶细胞。,化学性质活泼：其T1/2仅2-5sec； 易与氧反应，生成新的毒性自由基 可被O2-灭活而生成过氧化亚硝酸阴离子(ONOO-)。 在酸性条件下： ONOO- + 氧化性及对细胞的毒性作用均明显强于NO。,1,NO合成和释放的影响因素,引起NO合成和释放的刺激主要有两种： 化学性刺激（如Ach、缓激肽等）； 机械性刺激（如血管张力、剪应力、EC变形及血液脉冲流动等）： 剪应力加大可激活位于EC表面的机械性感受器，使NOS活性增强。 *NO及NO前体可以反馈性抑制主动脉EC中的NOS，而不影响NO对VSM的直接舒张作用,NO弥散进入VSM细胞内，通过与鸟苷酸环化酶(GC)中血红素卟啉环中的Fe2+结合，将卟啉环中的Fe2+ 拉出表面，引起GC构型发生改变而激活，从而使三磷酸鸟苷（GTP）转变为环磷酸鸟苷（cGMP），导致细胞内cGMP水平升高。 cGMP水平升高 调节离子通道 依赖于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作用机制,2,NO的细胞毒性,病理状态下，NO短暂升高，一方面，它对人体可起到有益作用（抗菌、抗寄生虫、抗病毒或杀伤肿瘤）；另一方面，不加控制的高水平NO则对人体有害： ONOO- + 与一些酶的铁-硫中心结合，影响线粒体电子传递、柠檬酸循环和DNA合成。,3,NOS分类及分布,应用蛋白质生化和分子克隆技术已分离出至少3种独立的NOS基因，并以组成或克隆的先后顺序命名为： 神经型（ncNOS）或称I型NOS：脑、平滑肌、骨骼肌、肝细胞以及胰、胃、肾等 巨噬细胞型（iNOS）又称免疫型或II型NOS：巨噬细胞、肥大细胞、神经胶质细胞、单核细胞、内皮细胞以及心肌细胞 内皮型（ecNOS）或III型NOS：血管内皮细胞,4,NOS在细胞内存在形式,NOS是一种含铁的单胺氧化酶，根据对Ca2+的依赖性，在细胞内的存在形式分为： 结构型NOS(cNOS)：活性受Ca2+和CaM浓度的调控；主要分布于血管内皮细胞、血小板，神经组织中次之。 诱导型NOS (iNOS)：活性与Ca2+浓度无关，但需要脂多糖（LPS）和细胞因子如IL-1和IFN-激活后才能表达。也可被塞米松、皮质类固醇、雌激素、生长转化因子、IL-4、IL-8及IL-10所抑制。,5,NOS抑制剂研究进展,左旋精氨酸(L-arg)类似物：如 L-NMA, L-NCPA，L-NAA, L-NAHA, L-NAME, L-NMME等都是NOS的竞争性抑制剂。 其中L-NAME和L-NAA是iNOS的选择性抑制剂，对白介素-1(IL-1)和肿瘤坏死因子-(TNF-)诱导产生的心肌收缩能力衰退具有明显的保护作用。,6,糖皮质激素： 能抑制各种细胞中由内毒素或细胞因子诱导的NOS的活性，包括内皮细胞、血管平滑肌细胞、巨噬细胞、中性粒细胞和肝细胞等。 能显著地抑制心肌梗塞中iNOS的表达和转录，降低心肌细胞中cGMP水平，降低过量NO对心肌细胞的毒性作用，对心肌的收缩功能起代偿作用。 对cNOS无抑制作用。,7,氨基胍 (aminoguanidine) 是一种iNOS的选择性抑制剂，抑制作用大于精氨酸类似物， 它对iNOS的抑制作用明显大于cNOS。 它能明显延缓内毒素休克引起的循环衰竭，改善内毒素血症中老鼠的成活率； 通过抑制iNOS的活性，使NO的合成减少，抑制内毒素血症引起的血压下降和对去甲肾上腺素的血管低反应性,8,异硫脲类似物（被硫替代的）：如 硫-甲基异硫脲(SMT)、硫-氨乙基异硫脲(SAETU)、硫-乙基异硫脲(SETU)、硫-异丙基异硫脲( SIPTU) 都是NOS抑制剂。 前两者是iNOS的强大抑制剂。抑制作用明显L-NMA，但对血管内皮细胞NOS的抑制作用L-NMA 显著地改善急性心肌梗塞后的左室功能，增加心肌的血流供应。,9,其它NOS抑制剂 双氢吡啶拮抗剂和钙通道激动剂(BYk8644)是一种非钙依赖性NOS抑制剂。能抑制内毒素诱导巨噬细胞产生NOS。钙拮抗剂硝苯吡啶同样能够抑制体内和体外非钙依赖性NOS的活性。 转移生长因子-2剂量依赖性地抑制白介素-1和TNF-刺激GC的形成和NOS的诱导。 亚甲蓝，一种GC抑制剂，它同样抑制NOS的活性，改善脓毒性休克的血流动力学。 环胞霉素，一种免疫抑制剂，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在脑缺血或缺血再灌注损伤中有神经保护和神经毒两种倾向。 少量的NO激活鸟苷酸环化酶(guanylate cyclase，GC) cGMP 调节脑血流量和促进神经细胞的生长发育； 过量的NO 细胞损伤。当突触前膜受刺激释放Glu 激活突触后膜上的NMDA受体 Ca2+内流 激活一氧化氮合酶产生过量的NO 细胞毒性。,11,1、-氨基丁酸(GABA),GABA在神经组织中的形成是通过突触中的谷氨酸脱羧酶的脱羧作用而产生的, 其降解是氨基丁酸转氨酶催化实现的。,作用机制：使细胞膜对Cl- 的通透性突触后神经元放电速率神经元活动 。 史嘉伟等在研究GABA对血管平滑肌的作用时发现： 5-HT可使血管收缩；而GABA可使收缩的血管舒张,此作用对脑血管较外周血管明显,可能与受体的密度有关。,12,（一）GABA受体,根据受体对激动剂及拮抗剂的敏感性, 可将GABA 受体主要分为A 、B 、C 三个亚型。 GABA与GABAA受体结合,引起突触后膜Cl-通道启开,产生IPSP,抑制神经元放电。 其突触后抑制效应可被荷包牡丹碱(Bicuculline, Bic)特异地阻断。 GABAB受体对Bic不敏感,但可与GABA和苯氯丁氨酸发生高亲和性地结合, 通过激动位于膜上的G蛋白, 抑制Ca2+内流,在突触前抑制其他兴奋性神经递质的释放而产生抑制效应。 因此GABA与A、B受体都可结合,而苯氯丁氨酸是B受体的激动剂。,13,（二）GABA的心血管作用,1、降血压作用 主要通过以下几个方面降低血压： 肾功能活化作用：高血压患者往往肾功能降低, GABA有肾功能活化作用。肾功能活化后, 由于利尿作用激活,过剩盐分可从尿中排出,使血压降低,从而可预防高血压。 GABA作用于延髓的血管运动中枢,使血压降低。 抑制加压素的分泌,扩张血管,降低血压。 2、GABA对脑缺血缺氧的保护作用 GABA对脑缺血缺氧有保护作用： 研究表明，给予GABAA受体拮抗剂荷包牡丹碱以及Cl-通道拮抗剂NPPB可阻断GABA 的保护作用。 因此，GABA可提高海马脑片耐缺氧能力, 其机制可能与GABA通过GABAA受体Cl-内流有关。,14,细胞内主要的氧化还原对,氧化型与还原型辅酶II (NADPH/NADP+)：辅酶则是维持谷胱甘肽于还原状态的还原当量提供者，NADPH是机体内生成的基本的抗氧化剂 氧化型与还原型硫氧还原蛋白(TRXRED/TRXOX) 氧化型与还原型谷光甘肽(GSH/GSSG)。 机体内的氧化剂 活性氧(reactive oxygen species,ROS) 主要是超氧阴离子(O2-或HO2-) 与羟自由基(-OH)及其活性衍生物如过氧化氢H2O2)、-O2及LO、LOO及LOOH等脂质过氧化物。 活性氮(reactive nitrogen species,RNS) , 主要是NO及NO/O2、NO/O2-反应生成的系列含氮化合物,15,体内主要的氧化还原对：谷胱甘肽还原型/氧化型(GSSG/GSH)和辅酶(NADPH/NADP）为机体的氧化还原反应提供丰富的物质基础。 GSH/GSSG所起的作用最大,其含量要比其他两个高出100倍以上，细胞内氧化还原状态的变化在很大程度上受到GSH/GSSG 的影响。是机体的主要内源性氧化-还原调控因子，其-SH和-S-S-间的转换调控着许多生物大分子的活性，被称为“分子开关” 。谷胱甘肽在体内含量非常丰富，是机体的主要抗氧化防御机制之一。 通过检测谷胱甘肽(glutathione)氧化型/还原型(GSSG/GSH)及其氧化-还原电位和NADP+/NADPH氧化型/还原型及其氧化-还原电位可以了解机体的氧化-还原状态，进而了解其与疾病的关系。,16,自由基的有益作用,吞噬作用：活性氧有助于吞噬细胞杀灭细菌。当吞噬细胞进行吞噬作用时常与氧代谢突然增长联系在一起，这一现象称为“呼吸爆发”。氧代谢首先产生大量的H2O2，其次产生大量的超氧阴离子自由基，另外还产生一定量的羟自由基和单线态氧。机体内的葡萄糖提供了产生超氧阴离子自由基所需的能量，而氧呼吸突发中产生的各类活性氧中以H2O2的杀菌作用最强，并且其杀菌能力在有卤素离子及过氧化物酶存在时能增强数倍。 参与花生四烯酸氧化成前列腺素。抗氧化剂在体内一方面可使膜磷脂在磷脂酶A2和钙存在的条件下生成足够的花生四烯酸，使之在环氧合酶作用下生成前列腺素；另一方面抗氧化剂又能清除OX，保护环氧合酶和其他氧化酶不失活，使前列腺素代谢正常进行。抗氧化剂还能使膜脂过氧化物的形成减少，保护前列腺环素合成酶，使PGH2在前列腺环素合成酶作用下生成PGI2。PGI2又能对抗凝血恶烷，以减少TXA2所引起的血小板聚集和黏附，减轻机体微循环障碍。,17,自由基的有益作用,参与凝血酶原的生物合成：超氧阴离子自由基通过参与形成羧化剂，羧化剂催化凝血酶原前体生成凝血酶原。 解毒作用：机体对外来物质的解毒作用主要在肝脏中进行，是通过肝微粒体细胞色素P450催化各类外来物质羧化作用实现的。肝微粒体解毒系统包括3个部分，即细胞色素P450，需NADPH的细胞色素P450还原酶和卵磷脂。SOD可抑制这3部分重建的系统，并且其中NADPH 和还原酶部分可被另一产生超氧阴离子（O2-.）的系统所代替，说明反应中有O2-.参加。实际上连接于细胞色素P450上的O2-.是真正起羟化作用的物质。,18,自由基的有益作用,参与胶原蛋白合成。Myllyla等（1978）报道胶原蛋白的前体为原胶原蛋（procollagen），在胶原蛋白的生物合成中，原胶原蛋白转变成胶原蛋白的关键步骤是：原胶原蛋白的脯氨酸和赖氨酸经脯氨酸羧化酶和赖氨酸羧化酶的羧化作用，而羧化作用需要超氧阴离子自由基、羧自由基、H2O2或1O2的参与。 调节细胞增殖和分化，研究证实低浓度的活性氧如超氧阴离子自由基和H2O2可以促进细胞的生长，是细胞维持生存和生长不可缺少的因子，若缺乏细胞将无法增殖，甚至死亡。Bravard A等运用典型的非分化和分化细胞系研究了增殖与分化过程中抗氧化代谢的变化情况，结果显示，SOD活性升高与分化密切相关，甚至可以看作分化的标志。 环核苷酸的生物合成，鸟苷酸环化酶的环一磷酸鸟苷（cGMP）的生物合成也需要氧自由基的参与，并可被巯基化合物抑制。 一氧化氮、超氧阴离子、过氧化氢等活性氧在需氧生物体的神经、内分泌、循环、免疫等生理活动中作为信号传导分子发挥着重要的作用，并且在细胞稳态的调节等细胞生命活动中作为第二信使参与多种因子的细胞生物学效应的启动。大量的研究显示：NO与机体的特异性免疫反应关系密切。MacCmiking等（1992）研究发现B淋巴细胞、T淋巴细胞均可产生NO，NO与免疫细胞生长调节密切相关。,19,自由基的有益作用,脂肪加氧化酶产物。血小板脂肪加氧化酶作用于它的天然底物花生四烯酸则形成12-氢过氧化-5,8,11,14-二十碳四烯酸（12-HPETE），该化合物不稳定，很快地在体内还原成12-羟衍生物（12-HETE）（皮肤中）、11-HETE（肺和肥大细胞中）、5-HETE、15-HETE和12-DHETE（兔和人白细胞中）。HPETE类化合物是一系列具有强生物学活性的白三烯类（1eukotri-enes，LT）的前体，它们能增加血管通透性和使支气管肌肉收缩。在体外，15-HPETE和12-HPETE两者都是环加氧酶中过氧化物酶的底物，并能导致氧化性自由基0X-的形成。 生殖和胚胎发育。Nissen等（1983）认为海胆卵的受精作用与活性氧有关，当受精作用进行时就会诱导氧消耗的突发并在卵的表面立即形成一层受精膜，该膜含有交联的酪氨酸残基。膜的形成可阻止更多的精子进入，交联是由存在于卵中的卵过氧化物酶催化完成的。大部分额外吸收的氧被用来产生上述反应所需的过氧化氢。并且发现人的精液具有SOD活性，它与精子的活动能力有直接关系。Holland等（1982）发现兔精子能自发地产生O2-. 并进行脂类过氧化，所以SOD对精子起保护作用。胚胎在子宫内的环境也许是缺氧的，因为在这个阶段还没有发生能抵御高浓度O2的系统。在妊娠的晚期才见到抗氧化酶类水平的提高。妊娠时胎盘的SOD、CAT和过氧化物酶的活性也持续升高，这有力地保护了胎盘。,20,抗氧化系统-酶类与非酶类抗氧化剂,酶类包括有超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、过氧化氢酶(catalase)、谷胱甘肽过氧化物酶(glutathione peroxidase,GSHPx)以及谷胱甘肽转硫酶(glutathione Stransferase,GST)等等。 非酶类抗氧化剂主要提供还原当量的各种脂溶性、水溶性化合物,主要包括有谷胱甘肽(glutathione,GSH)、硫氧还蛋白(Thioredoxin,TRX)、胡萝卜素以及维生素C与E。,21,维生素C(VC)、维生素E(VE)、辅酶Q10 (CoQ10)、硫辛酸(LP)和谷胱甘肽(GSH)这五种主要的抗氧化剂之间存在着动态的相互作用。这些就是网络抗氧化剂。 这些特殊的抗氧化剂共同作用，支撑并加强整个抗氧化网络系统。当它们联合作用时，可以显著提高彼此活性，有助于机体保持良好的抗氧化平衡状态。网络抗氧化剂各自有着独特作用，不能相互替代。网络抗氧化剂所具有的独特能力，在于淬灭自由基后它们在能够互相“循环”或“再生”，因而极大地扩展了它们的抗氧化效力 细胞膜主要是由脂肪和脂质组成，但细胞内却充满了水。脂溶性的VE和CoQ10可以保护细胞膜的脂相部分免受自由基的进攻。但却不要指望它们保护主要由水组成的细胞水相部分或者血液。这些区域只能有水溶性抗氧化剂如Vc和GSH等易于到达发挥作用。 只有一种抗氧化剂既可在水相也可在脂相中作用，这就是LP。只有LP能在两种区域中发挥作用，同时，既可再生水溶性抗氧化剂（Vc和GSH），也可再生脂溶性抗氧化剂（VE）。,22,一个物质的氧化必伴有另一物质的还原，过多地偏离平衡态的氧化或还原性物质终会促进别的物质被氧化或被还原，而自身则被还原或被氧化。在GSH/GSSH这对细胞中主要的氧化还原缓冲对中，GSH可清除活性氧，维持生物大分子的巯基活性中心，GSH被氧化为GSSG后，在GSSG还原酶的催化下可被重新还原为GSH，遂可重复利用12。又如蛋白质分子中的巯基(-SH)保持还原态是许多蛋白质分子活性的必备条件;但同时，许多蛋白质分子的链内、链间二硫键(-S-S)又是维持其构型的必需结构，对其活性同样必不可少13。蛋白质氧化还原机制包括还原形成二硫键的二巯基机制，以及形成混合谷胱甘肽二硫化物的单巯基机制1416。通过巯基(-SH)和二硫键(-S-S-)形式的转换，使蛋白质改变细胞内的氧化还原状态，从而实现对蛋白质功能的调控17。由此可见，氧化和还原还必须有一个精细的平衡，氧化与还原处于一个对立的有机体中，没有还原就没有氧化，没有氧化也就无所谓还原，只有这样才能维持机体的健康。,23,而机体氧化还原态平衡本身就是人体内环境稳定的内容之一。人体内环境的稳定，包括酸碱平衡，水、电解质，体温的相对恒定等以外，还包括了氧化还原态平衡。机体从外界摄入体内的各种物质，都必须经过消化吸收才能被人体所利用。但是，人体并非直接利用这些物质，而是通过一系列复杂的生物化学转化，才能利用它们。 比如红细胞的主要成分之一铁离子，就必须是亚铁离子(Fe2+)才能参与红细胞的构成，而铁离子(Fe3+)是不能参与红细胞构成的。但是，机体从外界获取的大多数都是Fe3+，这就要求Fe3+必须参与氧化还原反应，通过被氧化，还原成亚Fe2+从而合成足够多的红细胞。因此，就必须保证铁离子(Fe3+)和亚铁离子(Fe2+)之间质和量的平衡，保持内环境的稳定状态，不然就会出现贫血。反之，如果氧化还原态失去平衡，那么内环境稳态也会遭到破坏。,24,