人体生物化学与疾病

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神经元（神经细胞） 神经组织 （微观） 神经胶质细胞及间质
小胶质细胞 星形胶质细胞 少突胶质细胞
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神经元的结构
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维持神经系统正常功能所需条件：
– 神经组织的正常生长
• [能量,营养及神经生长(营养)因子]
– 神经细胞的外在环境
• （脑脊液）
– 神经细胞间的信号传递 • （神经递质及其受体）
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一、脑脊液与血脑屏障
（一）脑脊液的形成与功能
1、形成： ——主要由侧脑室脉络丛生成。
经室间孔流至第三脑室，与第三脑室脉络丛产生的脑脊 液一道，经中脑水管流入第四脑室，再汇合该室脉络丛 产生的脑脊液经第四脑室正中孔和外侧孔流入蛛网膜下 隙，再流向大脑背面，经蛛网膜颗粒渗透到硬脑膜窦内， 回流入血液中
以人的大脑为例：
神经元总数～1000亿；神经胶质细胞～50X（1000亿）；
mRNA表达量比其他器官高3～5倍（结构复杂，功能活跃）
任何时间空间点，大脑结构或功能的的紊乱都可能引发
神经系统疾病或精神疾病。
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神经系统 （宏观）
中枢神经系统 脑 脊髓
周围神经系统 颅神经(12对) 脊神经(31对) 内脏神经
肾上腺素
甘氨酸
谷氨酸
5-羟色胺
多巴胺
组胺
去甲肾上腺素
ɣ-氨基丁酸
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四、神经生长因子、营养因子、抑制因子
生长因子
是一类影响神经元生存和发育、诱导神经元分化的
生物活性物质（多肽），对神经元在发育时的生长、分 化，以及成年神经元的维持具有重要作用。
营养因子
是一组能促进神经细胞生长、增殖、延长其生存时
间并调节神经细胞分化和形态重塑的特异性内源性信号 蛋白。
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（三）蛋白质代谢
神经组织蛋白质含量丰富,包括清蛋白、 球蛋白、核蛋白和神经角蛋白等。
氨基酸代谢 氨基酸 谷氨酸 谷氨酰胺 γ-氨基丁酸 脑(μg/ml) 10.6 4.3 2.3 血浆(μg/ml) 0.05 0.7 -
色氨酸
0.05
0.05
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（四）核酸代谢
脑中RNA含量特别高。
（五）水和电解质代谢
关于未来（事业，生计）：
使青年们在历史与现实的比对中，探寻内心，确定人生方向， 并为之努力（选择：1，最喜欢的, 2，最擅长的, 3，社会最需 要的, 4，最有条件的为方向）。
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commander
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第一节 概述
神经系统
是由神经组织相互联系构筑的一个错综 复杂的电及化学信号网络,借此协调控制人 的运动、感觉、语言、记忆、思维和情绪。
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（一）一般性检查
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（二）神经递质的测定 ——Ach、DA及HVA、5-HT及5-HTAA、 GABA、谷氨酸、神经肽等。
→神经递质对中枢神经系统功能和精神 活动起重要作用，某些神经系统的疾病 及精神病可表现相应递质的变化。
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脑脊液中常用神经递质的检测及临床意义
递质名称 5-HT(5-羟色胺) 5-HIAA(羟吲哚
保护和修复各种原因造成损伤的神经细胞、 促进正常神经元发育 支持多种类型神经元存活 参与调节中枢神经系统和周围神经系统神经 元的生长和发育 促进损伤神经元的修复与再生 与神经系统的发育及成熟有关 对多种原因引起的神经损害有保护作用 引起背根神经节（DRG）的生长冠萎缩 具有轴突定向和控制神经元在中枢神经系统 迁移的作用
谷氨酸
GABA(γ-氨基丁
酸)
P物质
β-内啡肽 脑啡肽 CCK（胆囊收缩
素）
放射免疫法
增高：躁狂症、精神分裂症 降低：AD患者
增高：癫痫患者 降低：精神分裂症 降低：Alzheimer型老年痴呆患者
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生长抑素
（三）脑脊液蛋白质的测定
总蛋白质
CSF中蛋白质一部分是血浆中小分子量蛋白质经 血脑屏障的毛细血管内皮细胞孔隙进入，以清蛋白 为主，另部分为中枢神经系统本身合成，含量甚微。 一般成人超过450mg/L为病理性升高。 CSF免疫电泳可提示血脑屏障渗透性改变的严重
乙酸)
常用方法 高效液相色谱法、 酶学分析法、荧光 法等 高效液相色谱法、 荧光分光光度法、 高压电泳法等
参考值 ＜20ng/ml 17.1±6.5ng/ml 0.41～ 22.75µmol/dl 0～0.1µmol/dl
临床意义 增高：颅脑外伤与脑血管疾病 降低：精神发育迟滞、PD患 者及抑郁型精神病等 增高：精神分裂症等 降低：PA患者 降低：癫痫病 增高：精神抑郁性患者 降低：帕金森病患者，但病 情严重时升高
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脑脊液的循环
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(cerebrospinal fluid)
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2、脑脊液的主要功能： 运送营养物质，带走代谢产物
保护作用，避免震荡冲击
脑内接触脑脊液神经元感受内环境变
化的窗口及其分泌激素的运输通道
调整颅内压
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脑脊液的成分特点：
微量的蛋白质 较少的葡萄糖 较多的电解质
程度。
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脑脊液蛋白质定量:
正常不同部位脑脊液蛋白质总量为：脑室液50～150mg/L； 脑池液150～250mg/L；腰池液150～450mg/L。
蛋白质电泳 :
蛋白组分 前白蛋白 脑脊液 2%～6% 血清 0 临床意义 增高：脑积水、脑外伤、脑萎缩及中枢神经系统退行性变 降低：脑内炎性疾病 增高：椎管阻塞、脑血管疾病及脑肿瘤 降低：脑外伤
神经变性病： ——以神经元变性为主要病理改变。 特点： ——中枢神经系统中某个或某些特定的 部位的神经元进行性变性以至坏死，伴 有胞质内结构紊乱，或出现包涵体等， 但无炎症或异常物质的累积。
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（一）基因突变
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（二）能量代谢缺陷 ——线粒体DNA缺陷 →线粒体功能障碍
16569bp
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线粒体基因的特点
神经营养因子-3
少突胶质细胞、神经元
神经营养因子-4/5
少突胶质细胞、神经元
促进神经元的生长、分化
胶质细胞系源性神经营 养因子 睫状神经营养因子 胰岛素样生长因子 成纤维细胞生长因子 血小板源性生长因子 转化生长因子 Collapsin-1 Neuropilin
星形细胞、施万细胞 神经元 少突胶质细胞、神经元 星状细胞神经元、少突 神经胶质细胞 星形细胞、少突神经胶 质细胞 神经元 神经元 神经元
白蛋白 α1球蛋白 α2球蛋白 β球蛋白
44%～62% 4%～8% 5%～11% 13%～26%
56%
4.5% 增加：中枢神经系统感染 9.5% 12% 增加：肌萎缩及退行性病变 41
γ球蛋白
6%～13%
18 % 增高：脱髓鞘疾病及感染
蛋白质指数
CSF白蛋白mg/L 白蛋白指数 = 血清白蛋白g/dL 蛋 白 质 指 数 反映血脑屏障功能
CSF中IgGmg/dL
IgG和白蛋白比率 = CSF中白蛋白mg/dL
诊断脱髓鞘疾病
免疫球蛋白指数=
CSFIgG mg/dL×血清白蛋白g/dL
CSF中白蛋白mg/dL×血清IgG g/dL
反映鞘内IgG合成
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特异性蛋白质
淀粉样蛋白 淀粉样蛋白前体 C反应蛋白 微球蛋白 免疫球蛋白 神经组织特异蛋白
2）蛋白质不易通过
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二、神经组织的生物化学特点
（一）糖代谢 正常条件下，神经组织最重要和唯一 有效的能量来源。 糖原含量少。 糖代谢方式： 主要是有氧氧化，其次是糖酵解。
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（二）脂类代谢
除脂肪组织外，神经系统是含脂质最 多的组织。 脑组织以类脂为主，包括甘油磷脂、 鞘脂、胆固醇等。 饥饿时酮体可部分代替葡萄糖供能。
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2、血脑屏障 ——血-脑之间选择性阻止各种物质由血入脑的 “屏障”，使脑组织处于相对稳定的内环境。
（1）结构 毛细血管内皮细胞 基膜 星形胶质突起形成的血 管鞘
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（2）血脑屏障的选择通透性
1）通过血脑屏障的方式
扩散
——水、气体和高脂溶性物质
载体转运
——葡萄糖、氨基酸和各种离子成分
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（四）酶活力测定 ——LDH及其同工酶、AST、CPK、 酸性磷酸酶、核糖核酸梅、多巴胺羟化 酶、蛋白酶和鸟嘌呤酶、乙酰胆碱酯酶、 葡萄糖苷酶等 →CSF中酶浓度一般不受中枢神经系统 以外疾病的影响，活力测定可反映中枢 神经系统病变。
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脑脊液中酶的测定 神经元特异性烯醇化酶（NSE） 脑脊液中NSE含量的改变 是神经元损伤的特异性生化标志。在脑梗死、癫痫、颅内高 压、脑外伤、脑肿瘤等各种原因导致的中枢神经损害时， NSE 含量均增加。 脑型肌酸激酶（CKMB） CKMB主要分布在脑内神经元，是 神经损伤的特异性生化标志。在脑肿瘤、假肥大型肌营养不 良症、癫痫、脑膜炎、脑损伤及脑血管性疾病时可增高。 其它酶类
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第二节 神经、精神疾病的生物化学
神经系统疾病： ——是指脑、脊髓及周围神经由于感染、 血管病变、外伤、肿瘤、中毒、免疫障 碍、变性、遗传、营养缺陷和代谢障碍 等因素所致的疾病。 基本病理改变 —— 神经元变性
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精神疾病：
——是以精神活动失调或紊乱为主要表 现的一类疾病。
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神经变性的生物化学基础
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脑脊液中其他蛋白质的测定 髓鞘碱性蛋白：含量增高是急性脑实质损伤和脱髓鞘改变的 特异性生化指标。脑白质损害，尤其是多发性硬化病人增高。 胶质纤维酸性蛋白：含量升高可见于脑星形细胞病、 Alzheimer型痴呆、神经胶质瘤及海绵状脑病等。 S100蛋白：脑出血、脊髓压迫症、Alzheimer’s疾病、缺血 性脑血管病、经肿瘤、病毒性脑炎及多发性硬化病人该蛋白增 高。 寡克隆区带：是检测中枢神经系统亚急性、慢性炎性病变鞘 内免疫球蛋白合成的最可靠指标。 β-淀粉样蛋白：升高对Alzheimer病诊断有重要价值，颅脑 外伤亦可升高。
《人体生物化学与疾病》
神经、精神疾病的临床生物化学
生物化学与分子生物学教研室
胡 澍 hushu51@sina.com 生物医学实验教学中心；神经遗传实验室
大学教育的意义
关于学习：
使青年们主动学习，通过发现问题并解决问题，养成独立思考 能力和判断能力。抛弃“听话”，追求“创造”
关于成长：
使青年们在独立生活中，学习维护自己的利益，同时维护他人 利益，求得共赢。由此爱己亦爱人，做一个有良知、有良好文 明素质的人。
抑制因子
神经纤维的生长受其环境中起营养作用的信号因子 和抑制性信号因子的共同调控。
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名称 神经生长因子 脑源性神经营养因子
靶细胞 神经元 神经元
生理作用 调节神经元前体细胞增殖和分化 维持和促进多种神经元的发育分化和生长再 生、挽救损伤的脊髓运动神经元和感觉神经 元 对三叉神经节部分神经原和交感神经节有生 物学效应
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分类
胆碱类 单胺类 乙酰胆碱
主要神经递质
儿茶酚胺、肾上腺素、去甲肾上腺素、多巴胺
吲哚胺
氨基酸类 神经肽类 气体类
wenku.baidu.com
5-羟色胺
兴奋性氨基酸：谷氨酸、门冬氨酸 抑制性氨基酸：γ-氨基丁酸、甘氨酸 下丘脑释放激素、神经垂体激素、阿片肽、 垂体肽、脑肠肽等 一氧化碳、一氧化氮
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几种重要的神经递质：
乙酰胆碱
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（三）自由基分子代谢
自由基（free radical） ——指在原子核外层轨道上带有不配对的 电子。
SOD等
superoxide dismutase
自由基增多： →线粒体损伤 →神经细胞DNA损伤 →可促进兴奋性氨基 酸释放
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（四）兴奋性氨基酸释放过度
谷氨酸、天冬氨酸、红藻氨酸等
——作用于相应的受体→诱使离子通道 开放→通过离子触发一系列对细胞造成 损害的反应，产生毒性效应。
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（五）异常钙离子通道开放与Ca2+效应 （六）异常蛋白磷酸化和蛋白糖基化作用 （七）神经营养因子缺乏 （八）神经细胞凋亡（apoptosis）
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第三节 神经和精神疾病生物化学诊断
主要检测对象：
脑脊液 （CSF，cerebrospinal fluid） 一般性检查 神经递质的测定 脑脊液蛋白质的测定 酶的测定
脑和脊髓含水量丰富。 神经元含多种离子通道，功能活跃。
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（六）能量代谢
脑耗氧量明显高于其他组织的耗氧量，主要由 葡萄糖有氧氧化提供。（→对缺氧和缺糖极敏感） 脑内ATP处于高水平，迅速生成和利用。
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三、神经递质的生物化学
神经递质（neurotransmitter）： ——神经元间或神经元与靶细胞（肌肉、腺 细胞）间起作用的化学物质。
在人体各个细胞都存有线粒体, 单个细胞包含200~ 2000个线粒 体, 但是不同组织的细胞内线粒体的数量是不同的, 而在相同组 织的细胞内线粒体数量是接近的 缺少组蛋白的保护与有效的校读系统, mtDNA 极易受到氧化磷 酸化过程中产生的活性氧簇( reactive oxygen species, ROS)的损害 而突变, 其突变率较核DNA 高10~ 100 倍 线粒体DNA 的修复机制不完善, 效率低下, 线粒体DNA 的突变 可导致线粒体功能缺陷, 线粒体DNA 只有过度复制产生数量惊人 的拷贝才能补偿此缺陷 2004年发现mtDNA也能发生重组。