【复旦大学-高级病理生理学学习】_氧化应激与疾病
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氧化应激与疾病
第一节 概述
(Introduction)
一、概念 (concept)
机体活性氧的产生过多或/和机体抗氧化 能力减弱，活性氧清除不足，导致活性氧 在体内增多并引起细胞氧化损伤的病理过 程—氧化应激 (oxidative stress)
二、活性氧的产生
活性氧 (reactive oxygen species, ROS)，
活性氧的防御作用
吞噬细胞杀灭、清除病原微生物
1. MPO途径：
2. 呼吸爆发： 激活的中性粒细胞耗氧量显著增加，
NADPH氧化酶激活，产生大量氧自由基，这种现
象称为呼吸爆发或氧爆发
OH• 和 1O2是杀菌的主要成分
NADPH氧化酶
O2+ NADPH
NADP+ + H + + 2 O2.－
活性氧的抗肿瘤作用 抑制肿瘤，诱导凋亡
1
氧自由基
2 脂性自由基
3 氮中心自由基
1、氧自由基 (Oxygen free radical ,OFR) 由氧诱发的自由基
氧自由基
超氧阴离子自由基（Superoxide anion, 羟自由基（Hydroxyl radical, OH•）
活性氧 （reactive oxygen species, ROS）
三、活性氧的清除
• 酶性清除剂 • 低分子清除剂 • 蛋白质抗氧化剂
抗氧化损伤的防御系统
主要作用
主要的抗氧化酶
超氧化物歧化酶（SOD) 过氧化氢酶（CAT) 谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-PX) 磷脂氢过氧化物谷胱甘肽过氧化物酶
清除O2. 清除H2O2 清除H2O2,有机过氧化物 清除脂类过氧化物
自由基
损伤
脂质-脂质
磷脂
氨基酸 氧化
交联 从氧化的 脂肪酸释 出的丙二
脂肪酸氧 化
醛
自由基对膜的损伤
2. 蛋白质功能抑制
巯基氧化，氨基酸残基氧化，蛋白质交联
3. 破坏核酸及染色体
染色体畸变、核酸碱基羟化或DNA断裂
Diabetic cataract
Senile plaques
二、氧化损伤的生物学意义
（一）阿尔茨海默病 Alzheimer's Disease，AD
65岁以上人群中痴呆患病率为4%～6% 80岁以上老人的患病率为20%左右
AD的典型病理学特征
神经元纤维缠结 (neurofibrillary tangles, NFTs) 异常修饰的tau蛋白
活性氧的转化解毒作用
三、氧化损伤的常见原因
• 物理性因素
电离辐射，紫外线照射，高压氧，高温
• 化学性因素
药物，化学试剂，香烟，高温
• 生物性因素
细菌及异物，细胞因子，免疫复合物及 补体系统激活物
• 抗氧化物的缺乏
营养、维生素、微量元素缺乏等
第三节 氧化应激与重要的 疾病或病理过程
一、氧化应激与缺血-再灌注损伤
oxidative stress and ischemia-reperfusion injury
二、氧化应激与凋亡
oxidative stress and apoptosis
三、氧化应激与神经退行性疾病
oxidative stress and neurodegenerative disease
神经退行性疾病 是与衰老密切相关 的以大脑和脊髓的神经元细胞进行性 丧失为特征的疾病，包括阿尔茨海默 病 、帕金森病 、亨廷顿舞蹈症、脊髓 侧索硬化症等。
膜脂质过氧化增强 蛋白质功能抑制 核酸及染色体破坏
活性氧使脂质、蛋白质、核酸氧化
1.膜性结构脂质过氧化 (lipid peroxidation)
破坏膜的正常结构 间接抑制膜蛋白功能 促进自由基及其它
生物活性物质生成 ATP生成减少
穿膜糖 蛋白
膜表面蛋白
蛋白质
断裂
二硫交联
蛋白质-蛋白 质交联
脂质-蛋 白质交联
由氮形成，并在分子组成上含有氮的一类化学性质 非常活泼的物质,也称活性氮。
RNS
一氧化氮（NO • ） 过氧亚硝基阴离子（ONOO-）
自由基特性 Property of free radical
化学性质活泼,易失去单电子（氧化）或俘获其 它基团的电子（还 原） ；产生损伤效应，同时产 生新自由基 氧化性强 链式反应 存在时间短
谷胱甘肽硫转移酶
清除有机过氧化物
主要的非酶性抗氧化剂
维生素类（Vit E, VitC) 谷胱甘肽 蛋白质抗氧化剂(铜兰蛋白，清蛋白）
清除1O2 O2.- 阻断过氧化 清除1O2 OH•H2O2 控制OH•生成
尿酸
超氧化物歧化酶
(Superoxide Dismutase, SOD)
(Mn2+-SOD、 Cu2+Zn2+-SOD)
）O2·
※氧自由基 如： O、2·OH·
※非自由基含氧产物： H2O2 、 1O2
2、脂性自由基(Lipid radical): 氧自由基与多聚不饱和脂肪酸发生脂质过氧化的链式 反应后生成的中间代谢产物。
脂自由基（L•） 脂性自由基 脂氧自由基（LO•）
脂过氧自由基（LOO•）
3、氮中心自由基（Reactive nitrogen species,RNS）
清除
超氧阴离子降解
Cu2+Zn2+-SOD突变
脊髓侧索硬化症
(Amyotrophic lateral sclerosis,ALS )
Stephen Hawking
Lou Gehrig病（卢伽雷病）
第二节 氧化应激对机体的影响
一、氧化应激的损伤效应
(Destructive effects of OFR)
(三）自由基的代谢
4e-+4H+ 细胞色素氧化酶系统
ຫໍສະໝຸດ Baidu
O2
eO2.-
e-+2H+ H2O2
1%-2%
e-+H+ OH.
e-+H+ H2O
H2O
Fe 2 / Cu2+
O2 • + H2O2Fenton reaction O2 + OH +OH•
线粒体 (mitochondria) 血红蛋白、肌红蛋白、儿茶酚胺 氧化过程(catecholamines auto-oxidation) 黄嘌呤氧化酶氧化过程(xanthine oxidase) 激活的中性粒细胞(activated neutrophil ）
一类由氧生成的、化学性质较基态氧活泼 的含氧代谢物，它包括氧自由基 ,过氧化氢, 单线态氧 ,脂过氧化物 及其裂解产物。
(一）自由基的概念(Free Radical)
自由基是外层电子轨道上含有单个不配对电子的 原子、原子团或分子的总称。
(二）自由基分类（Classification of free radical ）
第一节 概述
(Introduction)
一、概念 (concept)
机体活性氧的产生过多或/和机体抗氧化 能力减弱，活性氧清除不足，导致活性氧 在体内增多并引起细胞氧化损伤的病理过 程—氧化应激 (oxidative stress)
二、活性氧的产生
活性氧 (reactive oxygen species, ROS)，
活性氧的防御作用
吞噬细胞杀灭、清除病原微生物
1. MPO途径：
2. 呼吸爆发： 激活的中性粒细胞耗氧量显著增加，
NADPH氧化酶激活，产生大量氧自由基，这种现
象称为呼吸爆发或氧爆发
OH• 和 1O2是杀菌的主要成分
NADPH氧化酶
O2+ NADPH
NADP+ + H + + 2 O2.－
活性氧的抗肿瘤作用 抑制肿瘤，诱导凋亡
1
氧自由基
2 脂性自由基
3 氮中心自由基
1、氧自由基 (Oxygen free radical ,OFR) 由氧诱发的自由基
氧自由基
超氧阴离子自由基（Superoxide anion, 羟自由基（Hydroxyl radical, OH•）
活性氧 （reactive oxygen species, ROS）
三、活性氧的清除
• 酶性清除剂 • 低分子清除剂 • 蛋白质抗氧化剂
抗氧化损伤的防御系统
主要作用
主要的抗氧化酶
超氧化物歧化酶（SOD) 过氧化氢酶（CAT) 谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-PX) 磷脂氢过氧化物谷胱甘肽过氧化物酶
清除O2. 清除H2O2 清除H2O2,有机过氧化物 清除脂类过氧化物
自由基
损伤
脂质-脂质
磷脂
氨基酸 氧化
交联 从氧化的 脂肪酸释 出的丙二
脂肪酸氧 化
醛
自由基对膜的损伤
2. 蛋白质功能抑制
巯基氧化，氨基酸残基氧化，蛋白质交联
3. 破坏核酸及染色体
染色体畸变、核酸碱基羟化或DNA断裂
Diabetic cataract
Senile plaques
二、氧化损伤的生物学意义
（一）阿尔茨海默病 Alzheimer's Disease，AD
65岁以上人群中痴呆患病率为4%～6% 80岁以上老人的患病率为20%左右
AD的典型病理学特征
神经元纤维缠结 (neurofibrillary tangles, NFTs) 异常修饰的tau蛋白
活性氧的转化解毒作用
三、氧化损伤的常见原因
• 物理性因素
电离辐射，紫外线照射，高压氧，高温
• 化学性因素
药物，化学试剂，香烟，高温
• 生物性因素
细菌及异物，细胞因子，免疫复合物及 补体系统激活物
• 抗氧化物的缺乏
营养、维生素、微量元素缺乏等
第三节 氧化应激与重要的 疾病或病理过程
一、氧化应激与缺血-再灌注损伤
oxidative stress and ischemia-reperfusion injury
二、氧化应激与凋亡
oxidative stress and apoptosis
三、氧化应激与神经退行性疾病
oxidative stress and neurodegenerative disease
神经退行性疾病 是与衰老密切相关 的以大脑和脊髓的神经元细胞进行性 丧失为特征的疾病，包括阿尔茨海默 病 、帕金森病 、亨廷顿舞蹈症、脊髓 侧索硬化症等。
膜脂质过氧化增强 蛋白质功能抑制 核酸及染色体破坏
活性氧使脂质、蛋白质、核酸氧化
1.膜性结构脂质过氧化 (lipid peroxidation)
破坏膜的正常结构 间接抑制膜蛋白功能 促进自由基及其它
生物活性物质生成 ATP生成减少
穿膜糖 蛋白
膜表面蛋白
蛋白质
断裂
二硫交联
蛋白质-蛋白 质交联
脂质-蛋 白质交联
由氮形成，并在分子组成上含有氮的一类化学性质 非常活泼的物质,也称活性氮。
RNS
一氧化氮（NO • ） 过氧亚硝基阴离子（ONOO-）
自由基特性 Property of free radical
化学性质活泼,易失去单电子（氧化）或俘获其 它基团的电子（还 原） ；产生损伤效应，同时产 生新自由基 氧化性强 链式反应 存在时间短
谷胱甘肽硫转移酶
清除有机过氧化物
主要的非酶性抗氧化剂
维生素类（Vit E, VitC) 谷胱甘肽 蛋白质抗氧化剂(铜兰蛋白，清蛋白）
清除1O2 O2.- 阻断过氧化 清除1O2 OH•H2O2 控制OH•生成
尿酸
超氧化物歧化酶
(Superoxide Dismutase, SOD)
(Mn2+-SOD、 Cu2+Zn2+-SOD)
）O2·
※氧自由基 如： O、2·OH·
※非自由基含氧产物： H2O2 、 1O2
2、脂性自由基(Lipid radical): 氧自由基与多聚不饱和脂肪酸发生脂质过氧化的链式 反应后生成的中间代谢产物。
脂自由基（L•） 脂性自由基 脂氧自由基（LO•）
脂过氧自由基（LOO•）
3、氮中心自由基（Reactive nitrogen species,RNS）
清除
超氧阴离子降解
Cu2+Zn2+-SOD突变
脊髓侧索硬化症
(Amyotrophic lateral sclerosis,ALS )
Stephen Hawking
Lou Gehrig病（卢伽雷病）
第二节 氧化应激对机体的影响
一、氧化应激的损伤效应
(Destructive effects of OFR)
(三）自由基的代谢
4e-+4H+ 细胞色素氧化酶系统
ຫໍສະໝຸດ Baidu
O2
eO2.-
e-+2H+ H2O2
1%-2%
e-+H+ OH.
e-+H+ H2O
H2O
Fe 2 / Cu2+
O2 • + H2O2Fenton reaction O2 + OH +OH•
线粒体 (mitochondria) 血红蛋白、肌红蛋白、儿茶酚胺 氧化过程(catecholamines auto-oxidation) 黄嘌呤氧化酶氧化过程(xanthine oxidase) 激活的中性粒细胞(activated neutrophil ）
一类由氧生成的、化学性质较基态氧活泼 的含氧代谢物，它包括氧自由基 ,过氧化氢, 单线态氧 ,脂过氧化物 及其裂解产物。
(一）自由基的概念(Free Radical)
自由基是外层电子轨道上含有单个不配对电子的 原子、原子团或分子的总称。
(二）自由基分类（Classification of free radical ）