自由基的氧化性损伤及抗氧化性药物研究现状

ROS对蛋白、脂类的损伤:
蛋白质被破坏，一些酶活性降低，影响细胞代谢 导致细胞膜的结构和功能改变，出现细胞的变性和坏死
ROS对糖类的损伤:
ROS可作用于细胞膜上的寡 糖链中糖分子的羟基碳，使 之氧化成为不饱和碳基或一 聚体，引起细胞的多糖链破 坏，造成细胞自溶。
第一部分 氧化性损伤致器官功能障碍
ROS在AD中的病理作用
脑各区神经元中细胞色素氧化酶的活性低下，从 而增加了脑细胞中活性氧的生成 病灶处神经元中Fe2+增多，这是由于患者大脑皮 层和海马回中铝增多，铝能与转铁蛋白结合，穿 过血脑屏障，生成羟自由基 抗氧化能力下降，表现为谷胱甘肽合成酶活性低 下，血浆中维生素A， E和β- 胡萝卜素都减少。 ROS介导β-淀粉样蛋白(Aβ)对神经细胞的毒性损 害：实验证明，无论在Aβ形成过程以及Aβ的神经 细胞毒性都有ROS参与
1、加热
炸制食品可使脂肪裂解，产生自由基。
2、电离辐射
α射线、γ射线，可使生物体组织成分的分子激活或离 子化，导致化学键被断开，生成自由基。 如可见光、紫外线、X射线均可使共价键断裂生成自由 基。皮肤中的蛋白、核酸、黑色素、酪氨酸、胡萝卜 素、仆啉类化合物，极易吸收光的能量产生自由基， 导致皮肤癌。
（2）脂质过氧化反应引起细胞损伤： 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细 胞成分的损伤 脂质过氧化物的分解产物，特别是醛式产物对 细胞及其成分的毒性效应。
• 从它生成的部位内质网，扩散到线粒体、核糖体、核和 其它细胞成分，其对细胞的毒性效应能够在细胞内传播 扩增和导致其他细胞成分的损伤。 • MDA是学习记受损的重要因素，MDA能够交链蛋白质、 脂类、核酸和糖类, 使被交联的物质丧失活性，致使DNA 复制转录过程中的解链发生困难，遗传信息的表达受到 影响。
ROS在VD 中的病理作用
（1）脑缺血时，自由基最先攻击和损伤最严重的 组织是脑血管。内皮细胞、平滑肌细胞和周围的 结缔组织均是自由基的靶细胞。 血管损伤造成侧枝循环供血减少，脑缺血加重， 还可造成正常供血建立困难。引起血管内皮细 胞、平滑肌细胞、弹力纤维变性、血管壁肿胀 或塌陷，舒缩功能丧失；使梗死灶和半暗带内 的血栓素A2含量增加，造成血管痉挛和血管内 凝血，使半暗带的缺血严重，扩大梗死范围。
二、氧应激与血管性痴呆 血管性痴呆(vasculardementia,VaD)是发生在脑血管病基 础上的智能及认知功能障碍综合征，是老年性痴呆的常 见病因之一 在欧洲和美国VaD是仅次于阿尔茨海默病(AD)的第二位 最常见的痴呆，占全部痴呆的12%～37.2%，从目前我 国痴呆流行病学的研究趋势来看，痴呆各型的比例大概 为3∶3∶3∶1，即AD占30%，VaD占30%，混合性痴呆 占30%，10%为其它类型痴呆。
自由基与ROS的关系
由于生物体内95%以上的自由基反应可介导过氧化作 用，因此在生物医学范畴内常把机体的自由基反应描 述成过氧化（氧化）反应；把自由基清除表述成抗氧 化，反之亦然。
自由基
生物作用
活性氧
自由基来源
（一）人体外自由基的产生:
环境中的高温、辐射、光解、化学物质等导致共价键 断裂产生的外源性自由基
心血管系统疾病
药物中毒
肝损伤
ROS
衰老
缺血再灌注损伤
神经退行性疾病
第一节
氧应激与动脉粥样硬化（AS）
动脉粥样硬化是以动脉血管壁变硬变厚为特征的 多因素性疾病，血管病变区含有单核细胞、增生 的平滑肌细胞及细胞外基质。 一种慢性炎症性疾病，而且与某些高危险因素有 密切关系，如高血脂、高血压及糖尿病。
使内皮细胞变性、坏死、脱落; 促进血管平滑肌细胞增殖: 促进血小板粘附和聚集以及血栓形成; 巨噬细胞吞噬，形成泡沫细胞，成为AS早期损伤 吸引循环中的单核细胞滞留于动脉壁，转变成组织 巨噬细胞，参与粥样硬化斑块的形成 刺激单核巨噬细胞导致内皮舒缩功能受损 促进血管平滑肌细胞合成胶原等结缔组织以及促进 细胞钙化
研究表明：
AD患者脑内过度氧化的标志物，如脂质过氧化物、蛋白质及核酸 氧化物的改变都很明显 AD患者脑组织内丙二醛(MDA)含量选择性升高； 单胺氧化酶B (MAO-B)的活性，在痴呆患者脑组织及血小板内都 显著升高，且与AD症状的严重程度密切相关
AD患者伴有显著的自由基活性的增加和抗氧化反 应的降低
第二节
氧应激与神经退行性疾病
氧应激与阿尔茨海默病
1
2
氧应激与血管性痴呆
3
氧应激与帕金森病
一、氧应激与阿尔茨海默病 AD是以认知功能不断减退和大量神经元丧失为特征 AD在65岁以上人群中的发病率为5%，80岁以上为 20%，在西方是仅次于心脏病、癌症、中风的第4位死 亡原因。 AD的发生除Aβ前体蛋白(APP)、早老素1（PS1）和早 老素2（PS2）基因突变有关外，氧应激是AD发生发 展的主要诱因
3、环境化学污染
环境中存在各种不利于生存的气体，其中许多是自由 基产生的前体或自由基反应的诱导物质，如NO、NO2 及汽车尾气中的碳化氢，氟利昂等经紫外线照射及光 解作用，可以产生多种碳的自由基及卤原子
（二）体内各种代谢反应产生的内源性自由基
红细胞内的氧合血红蛋白可自发转变为高铁血红蛋白，从而铁供出电 子给 O2生成.O-2· （胞质） 细胞内有的酶促反应以O2 为受氢体，H2O2可以在Fe2+或Cu2+存在下， 与.O2-·生成HO· （线粒体） 微粒体酶催化药物等非营养性物质羟化时，有细胞色素P450及黄素蛋 白及 O2参加，反应中有.O2-·生成。（线粒体） 体内的醌类化合物，在氧化还原中生成半醌自由基，将单电子交给O2 成.O2-· （线粒体） 吞噬细胞的 “呼吸爆发” 。
正常大脑黑质特别容易受到氧化损害，其原因包括:
脑组织含高浓度的不饱和脂肪酸。 大脑接受了与其重量不成比例的氧耗。 自身保护机制相对薄弱，如与肝脏相比，大脑儿乎无过氧化 氢酶，而CSH .CSH-Px及维生素E等明显减少。 多巴胺神经元的神经黑素对Fe3＋的高亲和力使黑质聚集高浓 度的Fe3＋ ，并可随时转为活化的Fe2＋。
ROS与疾病的关系
双重性
一方面，免疫吞噬细胞释放的自由基，以杀伤病毒、 细菌、肿瘤细胞，有效防止感染；ROS还具有信号转 导和调控细胞的功能。 一方面自由基增多，是疾病进程中的促进因素，促进 相关疾病的恶化和生物体的过早衰老
ROS过多的有害作用，表现在可使许多生物大分 子，如核酸、蛋白、膜多聚未饱和脂肪酸(PUFA) 引起过氧化反应，生物大分子出现交链或断裂， 引起细胞结构和功能的破坏
自由基的氧化性损伤 及抗氧化药研究应用现状
北京中医药大学：张硕峰
主要内容
自由基的氧化 性损伤致器官 功能障碍
抗氧化药物研 究应用现状
概述
什么是自由基 常见的自由基 自由基的来源 氧化损伤与疾病的关系
自由基：单独存在的、具有不配对电子的离子、 原子、分子基团。 表示方法：在该原子、分子或原子团的右面或右 上角用符号(·)
各种原因产生大量自由基，造成LDL的氧化损伤。
4、受体缺失学说
细胞表面LDL受体功能缺陷，使血浆LDL水平极度升高。
5、细胞因子学说
动脉壁细胞和参与形成AS的某些血液细胞在一定条件下 合成分泌多种细胞因子，其中IL-1、IL-6、TNF可促进 AS的形成。
6、病毒学说
病毒感染可通过对内皮细胞的损伤或改变宿主细胞的脂 质代谢过程触发AS的产生并加速其形成。
如：O2-·、HO·
Байду номын сангаас
原子的构成
原子由原子核和外周分布的电子组成。 每个轨道最多只能分布两个自旋方向相反的电子，称 配对电子。最外层的电子称价电子
价电子可与其他原子或分子通过电子连接成新的 化合物，连接的两个电子的形态称为键 如当A、B两个分子或原子形成共价键，A:B
A:B——A. +B. 共价键断裂，如A、B各得一电子，不再配对，这 些不配对电子及母体就叫自由基。 A:B——A+ +B 如发生异裂，就没有自由基生成。
AS的发生与低密度脂蛋白的氧化修饰有关
造成内皮细胞损伤的关键因素，是胆固醇中的低密度脂蛋 白(LDL)、特别是经过氧化修饰的LDL (OX-LDL)。动脉壁 中的内皮细胞、血管平滑肌细胞和单核细胞都可氧化LDL; 血浆中铜、铁等金属离子过高时，也可能使LDL氧化形成 OX-LDL
OX-LDL生物学特征
（3）自由基使蛋白质产生变性、降解从而使蛋白 质丧失原有的结构与功能 （4）氧自由基可与碱性基团发生加成反应，使碱 基的结构和性质发生变化，造成原核酸分子所携 带的遗传信息错失。 （5）脑缺后，谷氨酸在神经元突触间隙中异常积 聚，可使细胞内氧化型和还原型谷胱甘肽均减少， 亦可使谷胱甘肽还原酶活力下降。细胞内谷胱甘 肽的减少可抑制H2O2对磷酸戊糖途径的促进作用， 使NADPH合成减少，增加活性氧成分对细胞的毒性 作用。
核酸 共价结合
突变、致癌
自由基
硫代物 蛋白质硫基功能失活 膜脂质（PUFA）过氧化 膜结构（离子转运障碍）
参与某些疾病的发生，肿 瘤、糖尿病、动脉粥样硬 化、慢性炎症、人类免疫 缺陷病、缺血再灌注损伤、 睡眠呼吸暂停综合征等。
ROS的损伤作用
ROS对核酸的损伤:
·OH可与核酸的碱基发生化学发应，破坏碱基，从而产 生突变，·OH和·H可从核酸的去氧核糖C4部位夺取氢原 子，使DNA链断裂或碱基缺失。 DNA的双股 螺旋同时被 交联，细胞 分裂时双股 螺旋无法解 开，导致细 胞死亡
推测PD的发生正是由于自由基的产生与清除之间正常 的平衡受到了严重的破坏，最终导致了多巴胺神经元死 亡。
现已认为在PD中主要通过以下二个途径产生自由基
1 多巴胺代谢途径 2 环境毒素MPTP的氧 化代谢途径
Aβ神经毒性的产生是包含多个途径的复杂过程，氧化应激、炎症反应、 钙超载等都参与其中并相互影响，共同导致AD的主要病理改变。
清除自由基，减弱氧化应激：Aβ引起的自由基紊乱是 氧化应激与AD 之间的重要环节，因此抗氧化剂和自由 基清除剂具有潜在的缓解AD发展的作用。维生素E 、维 生素C、辅酶Q、褪黑素等都能清除自由基，可能成为AD 的辅助治疗药物。 银杏叶提取物EGb761 也能清除Aβ诱导的自由基，对AD 患者的认知功能障碍有所改善
动脉粥样硬化生成的假说
1、致突变学说
突变的平滑肌细胞，产生子代细胞迁移入内膜，而后 分裂增殖形成斑块，类似平滑肌瘤。
2、脂源性学说
高脂血症可使细胞内皮损伤，并发生灶状脱落，导致 血管通透性升高，血浆脂蛋白进入内膜，继而引起巨 噬细胞的清除反应和血管壁平滑肌细胞增生。
3、脂蛋白氧化应激修饰损伤学说
三、氧应激与帕金森病
帕金森病（Parkinson’s disease， PD）是一种常见的神经系统变性疾病， 老年人多见。 帕金森病最主要的病理改变是中脑 黑质多巴胺（DA）能神经元的变性死 亡，由此而引起纹状体DA含量显著性 减少而致病。
确切病因目前仍不清楚，假说甚多，遗传因素、 环境因素、年龄老化、氧化应激等均可能参与PD 多巴胺能神经元的变性死亡过程。 脑区氧化应激致蛋白质氧化损伤是家族性和散发 性PD的原因之一 黑质多巴胺（DA）神经元损伤不超过70%时， 残存的DA神经元尚能起代偿作用，随着自由基反 应对神经细胞的不断破坏，当黑质DA神经元损伤 超过80%时，残存的DA神经元则呈失代偿状态， 即出现PD样症状。
常见的自由基
活性氧(reactive oxygen species，ROS)指来源于氧 的自由基，是多种细胞发生氧化应激反应时所产 生的氧的部分还原代谢产物。是一类由氧形成、 并在分子组成上含有氧且化学性质比氧自身活波 的物质总称。 包括超氧阴离子（O2- .）、羟自由基(·OH) 、过氧 化氢（H2O2）和单线态氧等。