克山病与心肌线粒体病

克山病是我国一种严重的地方性心肌病. 1984 年政府曾组织对克山病高发地区之一—云南省楚雄地区进行综合性科学考察. 考察队由流行病学、生态环境、临床防治、病理学、生物化学等方面的专家组成, 历时3年(1984~1986年). 通过考察, 病理学、生物化学、生物物理、临床治疗等方面的研究结果均显示克山病患者心肌线粒体的病变是一个重要特征. 该病的具体表现为心肌线粒体代偿增生、数目增多、嵴膜破坏、氧化磷酸化酶系(包括琥珀酸脱氢酶、细胞色素c氧化酶、琥珀酸氧化酶、H^＋-ATP酶等)活性明显下降, Ca²⁺含量增高、心磷脂和辅酶Q含量偏低, 从而提出: “克山病是一种心肌线粒体病”的观点. 在此之前, 对“心肌线粒体病”仅有极少的个例研究报道. 通过楚雄考察, 对众多克山病病例进行大量、多方面的测试与分析, 获得十分珍贵的研究资料. “克山病是一种心肌线粒体病”的提出, 是楚雄考察的重要成果之一, 它不仅是对克山病的发病机理的深入认识, 而且对“心肌线粒体病”的研究都是很有意义的. 与其它“心肌线粒体病”不同, 克山病不属于遗传性疾病, 而与营养不足(特别是缺乏微量元素硒)密切相关. 克山病都发生在缺硒地带, 而补硒对克山病有明显的预防作用. 随着我国人民生活水平的提高, 克山病发病率逐年下降, 目前已降至极低的水平. 近年来国际上对非克山病的心肌线粒体病的研究日益增多. 本文结合这方面的研究进展对“克山病是一种心肌线粒体病”作一简短评述.     

克山病是一种“心肌线粒体病(Mitochondrial Cardiomyopathy)”

亚急克病人心肌线粒体内膜电子传递链的琥珀酸氧化酶系,琥珀酸脱氢酶和细胞色素氧化酶活性明显低于对照。H~ -ATP酶的活性及其对寡霉素的敏感性都明显下降。ATP能量化后线粒体膜电位的变化也比对照明显降低。膜脂流动性低于对照。亚急克病人心肌线粒体内观察到较多的电子致密无定形物质,经电镜X射线微区等方法分析,认为这些物质不是Ca_3(PO_4)_2,而可能是一种蛋白质凝聚物。此外,心肌线粒体的硒含量远低于对照,而Ca含量明显高于对照。上述结果都反映亚急克病人心肌线粒体明显损伤。根据克山病患者心肌细胞线粒体结构与功能方面呈现的如此广泛与明显的异常,可将克山病称为“心肌线粒体病(Mitochondrial Cardiomyopathy)”。     

克山病心肌电子显微镜初步观察

本文报道了12例克山病尸检心肌标本电子显微镜初步观察,其中包括2例急型,3例慢型急发,5例慢型及2例胎儿克山病。重点观察了心肌带状病变,间盘的变化及线粒体的变化。简略地描述了心肌细胞核及间质的变化。讨论了产生这些变化可能的原因,并初步得出结论间盘及线粒体的变化是克山病心肌的早期病变。     

克山病病区粮低Se对大白鼠心肌线粒体Ca转运影响的研究

以低Ｓｅ克山病病区粮喂养大白鼠为动物模型,在细胞及亚细胞水平上进行了低Ｓｅ与Ｃａ转运关系的研究,同时测定了线粒体的能量转换功能。结果显示,低Ｓｅ病区粮组动物心肌线粒体Ｃａ转运呈现明显异常,但线粒体能量转换功能尚未发生明显改变。提示线粒体Ｃａ转运功能损伤先于线粒体能量转换功能损伤之前发生。心肌线粒体Ｃａ转运功能可作为更灵敏的指标用于克山病发病机理的研究。上述结果进一步表明克山病是一种“心肌线粒体病”。     

Se和V_E与克山病

以克山病病区粮配成基础饲料,另在基础饲料中分别补充Ｓｅ或ＶＥ,或Ｓｅ＋ＶＥ喂养大鼠,在细胞及亚细胞水平上以Ｃａ代谢为主研究并比较了Ｓｅ和ＶＥ在克山病病因中的作用。测量了心肌细胞和心肌线粒体的Ｃａ代谢及有关指标、心肌线粒体能量转换功能及心肌组织自由基含量。结果表明,在低Ｓｅ病区粮中补充Ｓｅ或ＶＥ均能在一定程度上预防病区粮中致病因素对心肌细胞及线粒体的损伤;并且补充Ｓｅ或ＶＥ均能使心肌组织中自由基含量减少。提示Ｓｅ和ＶＥ是通过清除体内过量自由基预防细胞和线粒体的损伤的。但值得注意的是,实验中所用病区粮ＶＥ含量不低于甚至高于非病区对照粮,在低Ｓｅ情况下,所补ＶＥ的量需要相当大（如本实验中补充２００μｇ／ｇ）才能较明显地预防心肌细胞和心肌线粒体的损伤。通过对这些结果的分析,进一步肯定低Ｓｅ是克山病形成的重要因素之一。     

硒对心肌质膜(Ca~(2+)·Mg~(2+))-ATPase和肌浆网Ca~(2+)-ATPase活力的影响

本文以豚鼠和大白鼠心肌肌浆网膜(SR)Ca~(2+)-ATPase的活力,心肌质膜(SL)(Ca~(2+)Mg~(2+))-ATPase的活力和电子显微镜的方法探索克山病病区粮中低硒与心肌细胞钙转运调控的共系,实验结果为硒对克山病有预防作用的观点提供了新的理论依据,并进一步支持了“克山病是一种心肌线粒体病”的观点。     

克山病心肌线粒体氧化损伤的实验研究

用克山病区粮喂养豚鼠证明其红细胞、肝等组织及其线粒体、上清中的硒及谷胱甘肽过氧化物酶活性明显降低,心肌线粒体脂质氢过氧化物、荧光色脂等增加、同时膜脂组成异常,内膜界面脂的心磷脂(CL)减少,细胞色素C氧化酶(CCO)活性降低;园二色性(CD)异常,近208nm及222nm区的峰值降低,病区粮加喂青菜的动物,随其线粒体硒及CL水平的增加。CCO活性和CD谱均明显恢复;通过外源性磷脂与纯化CCO的重组复性实验,只有CL可使病区粮组酶活性完全达到正常对照水平。表明心肌线粒体膜结合酶CCO活性的降低是CL含量降低引起酶的二级结构(构象)改变的结果。     

克山病病区粮喂养大鼠后心肌细胞自由钙浓度变化与硒的作用

为了解克山病的发病机理,本文研究了低硒对心肌细胞钙转运的影响。用克山病病区粮喂养的大白鼠与用非病区粮喂养的大白鼠相比,心肌细胞胞浆自由钙的浓度高,心肌细胞膜流动性及Na~+,K~+-ATP酶活性也高,在病区粮中添加适量的硒,上述指标与用非病区粮喂养的大白鼠的差距缩小,说明低硒是引起心肌细胞钙转运失常从而使细胞浆自由钙浓度升高的重要因素但不是唯一的因素,文中讨论了细胞浆自由钙浓度与细胞膜流动性、Na~+,K~+-ATP酶活性及心肌线粒体功能的关系,以及低硒对它们的影响。     

线粒体电子传递链电子漏的化学发光测定

本实验用差速离心法分离正常大鼠肝脏和心肌线粒体 ,以lucigenin (探测超氧阴离子 )与luminol (探测过氧化氢 )为探剂 ,用化学发光法测定METC电子漏的生成。在反应体系中加入外源底物 ,其发光强度明显高于空白对照 (体系中无线粒体 )。在肝线粒体体系中 ,无论是lucigenin还是luminol诱发的发光 ,琥珀酸底物引起的发光强均要高于丙酮酸 /苹果酸引起的发光强度。在心肌线粒体 luminol体系中也有与肝线粒体相似的结果 ,在心肌线粒体 lucigenin体系中 ,加入外源底物丙酮酸 /苹果酸诱发的发光强度高于琥珀酸诱发的发光强度     

全国《生物膜与疾病》专题讨论会在京召开

1987年11月14日至15日,中国生物物理学会在北京召开了全国第一次《生物膜与疾病》专题讨论会。来自全国30多个单位的40余名代表参加了会议。会上主要就“红细胞膜与疾病”、“线粒体膜与疾病”和“膜与肿瘤”等为中心内容进行了交流与讨论。从不同程度上涉及了多种疾病的研究,如“克山病”、PNH血红蛋白尿病、原发性高血压病、高脂血症、进行性肌营养不良症、慢性肾功能衰竭、紫绀类先天性心脏病、动脉粥样硬化以及与线粒体膜异常变化有关的“大骨节病”和肝癌等。与会者对膜与“克山病”和“大骨节病”的研究成果进行了较深入的讨论。各单位从形态、生物化学和生物物理学等方面的变化用多指标深入研究了这两种地方病,取得了较系统的实验结果,这对诊断和防治这两种疾病具有一定的参考价值。与会者对“克山病”是一种心肌线粒体病的观点很感兴趣。     

氧化磷酸化作用的研究 Ⅱ.2,4-二硝基苯酚对琥珀酸氧化抑制效应的解除

进一步研究DNP对大白鼠肝脏綫粒体琥珀酸氧化的激活和抑制,发現当琥珀酸氧化已被DNP抑制时琥珀酸脫氫酶并沒有受到明显的抑制。DNP对琥珀酸氧化的抑制可以被α-酮戊二酸、(?)柠檬酸、柠檬酸、丙酮酸、β-羟基丁酸等解除。α-酮戊二酸的解除作用与底物水平磷酸化作用无关,但与脫氫过程有密切关系;当加入0.2mM亚砷酸鈉时,α-酮戊二酸不再能使呼吸恢复。谷氨酸解除DNP对琥珀酸氧化抑制的作用不受天門冬氨酸α-酮戊二酸轉氨酶的抑制剂环絲氨酸的影响,Amytal使呼吸恢复的作用与线粒体內源底物含量有关?疚慕Y果进一步說明琥珀酸氧化需要能量激活,我們认为某些底物脫氫生成的NADH可以通过琥珀酸氧化引起NAD~+需能还原的逆反应生成高能磷酸化合物因而激活了琥珀酸的氧化。通过这样的途径生成高能磷酸化合物可能是对DNP較不敏感的。     

氧化磷酸化作用和有关问题的研究 Ⅳ.内源还原烟酰胺核苷酸对琥珀酸氧化的抑制

鼠肝线粒体加入Amytal与异柠檬酸或柠檬酸后琥珀酸的氧化即受到抑制。琥珀酸氧化的抑制不能为DNP、双香豆素或砷酸盐所解除。其它与烟酰胺核苷酸有关的脱氢酶的底物如α-酮戊二酸、苹果酸、丙酮酸、谷氨酸、β-羟基丁酸等与Amytal同时加入时并不引起琥珀酸氧化的抑制。当琥珀酸氧化被Amytal加异柠檬酸抑制后加入维生素K_3或α-酮戊二酸与氯化铵抑制即被解除,说明琥珀酸氧化的抑制可能与异柠檬酸脱氢生成的NADPH有关。在不加ADP与无机磷酸盐的条件下,高浓度的Amytal激活琥珀酸的氧化。但被Amytal激活的琥珀酸的氧化也被异柠檬酸或柠檬酸所抑制。     

鼠肝线粒体呼吸链质子泵高能质子流向膜表面及其在能量偶联中的作用

利用△ψ敏感的荧光探针Ｒｈｏｄａｍｉｎｅ１２３,测定了琥珀酸脉冲引起的鼠肝线粒体内膜体△ψ时相的变化,同时用高精度ｐＨ电极测定相应体系介质ｐＨ时相的变化,结果表明,线粒体跨膜电位的变化速率,快于介质ｐＨ的变化速率,并发现琥珀酸氧化时建立△ψ所维持的时间,短于介质酸化所维持的时间,后者是个缓慢的回复过程,这两者之间存在时间差,随着温度,Ｋ＾＋浓度和线粒体蛋白浓度的降低及琥珀酸浓度的增加,此两者的时间     

呼吸链底物和抑制剂对线粒体内膜流动性的影响

用DPH和ANS标记大鼠肝线粒体内膜,以稳态荧光偏振法,研究了呼吸链底物和抑制剂对内膜流动性的影响。1.苹果酸+谷氨酸、琥珀酸分别为底物,均能引起内膜流动性增加。2.琥珀酸对含心磷脂的脂质体的膜流动性无影响。3.在鱼藤酮存在的条件下,苹果酸+谷氨酸对内膜流动性的增加作用消失,但琥珀酸的作用仍然存在。有氰化钾时则琥珀酸的作用消失。4.不论外加底物存在与否,鱼藤酮使内膜的流动性下降,而氰化钾则使之增加。抗霉素A亦可使内膜的流动性增加。上述结果表明:线粒体内膜流动性与其功能密切相关。电子沿呼吸链传递使线粒体内膜流动性增加,这种变化可能与呼吸链成分的氧化还原态有关。     

用原位杂交法探讨柯萨奇B组病毒与云南亚急型克山病的关系

用原位杂交法探讨柯萨奇Ｂ组病毒与云南亚急型克山病的关系。克山病是一种以心肌损伤为主的地方性疾病,至今原因未明,关于柯萨奇B组病毒感染与克山病发生的关系,许多学者曾从病毒学、血清学和病理学等方面进行研究,但未获确切性结论。     

萌发绿豆子叶衰老期间的呼吸作用与线粒体功能的改变

暗中培养的绿豆幼苗子叶在萌发后3—4天时,外观出现衰老征状,6天后子叶凋落。随子叶日龄的增加,子叶的呼吸强度一直下降,呼吸商始终小于1。当外加L—苹果酸、a—酮戊二酸、琥珀酸和NADH为底物测定离体线粒体氧化活性时,衰老子叶的线粒体对上述四种底物的氧化活性有不同程度的增加;抗氰呼吸也有所升高。子叶衰老时,线粒体的ADP／O和呼吸控制(RC值均降低);线粒体ATPase水解ATP的活性升高。衰老绿豆子叶线粒体氧化磷酸化偶联效率的降低和ATPase水解活性的增强是与线粒体结构改变相联系的一种功能变化,它导致能量亏缺,并进一步加速了衰老的恶化进程。     

盟发绿豆子叶衰老期间的呼吸作用与线粒体功能的改变

暗中培养的绿豆幼苗子叶在萌发后3—4天时,外观出现衰老征状,6天后子叶凋落。随子叶日龄的增加,子叶的呼吸强度一直下降,呼吸商始终小于1。当外加L-苹果酸、α-酮戊二酸、琥珀酸和NADH为底物测定离体线粒体氧化活性时,衰老子叶的线粒体对上述四种底物的氧化活性有不同程度的增加;抗氰呼吸也有所升高。子叶衰老时,线粒体的ADP/O和呼吸控制(RC值均降低);线粒体ATPase水解ATP的活性升高。衰老绿豆子叶线粒体氧化磷酸化偶联效率的降低和ATPase水解活性的增强是与线粒体结构改变相联系的一种功能变化,它导致能量亏缺,并进一步加速了衰老的恶化进程。     

迷迭香酸对羟自由基所致小鼠肝线粒体损伤的保护作用

探索迷迭香酸对羟自由基致小鼠肝脏线粒体氧化损伤的保护作用。采用羟自由基(.OH),诱导小鼠肝线粒体损伤后,通过测定线粒体肿胀度、膜流动性、丙二醛(MDA)含量及琥珀酸脱氢酶(SDH)活性等指标以确定迷迭香酸对小鼠肝线粒体羟自由基损伤的保护作用。结果迷迭香酸剂量依赖地抑制线粒体肿胀,提高膜流动性,降低MDA的生成,增强SDH活性,差异显著。本实验证明迷迭香酸可以抑制.OH所致的线粒体损伤。     

肝癌中丙酮酸激酶同工酶的研究——Ⅰ.丙酮酸激酶和线粒体对ADP的竞争

以果糖-1,6-二磷酸(FDP)为底物,正常小鼠肝匀浆无克奈特瑞效应;但以磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)为底物,则在正常小鼠肝中也出现此效应;而小鼠Hep A腹水肝癌(简称Hep A)细胞匀浆中由这两种底物所引起的此效应均十分明显。Hep A中,丙酮酸激酶(PyK)的活性为正常小鼠肝的4.7倍。在研究PyK和克奈特瑞效应关系时发现:1.PyK的底物PEP可抑制线粒体中琥珀酸、丙酮酸和NADH的氧化,而琥珀酸和NADH又可抑制PEP的酵解;2.加入从Hep A中纯化的K型PyK,可抑制琥珀酸的氧化,加强PEP对琥珀酸氧化的抑制,且其对FDP氧化的抑制率和K型PyK的加入量成正相关;3.用L-苯丙氨酸抑制PyK后,可减小PEP对琥珀酸氧化的抑制,并使PEP的酵解降低;4.加入氧化磷酸化的解联剂2,4-二硝基酚(DNP),可使PEP的酵解随DNP浓度的增加而增加;(5)加入正常小鼠肝的线粒体,可使正常小鼠肝匀浆的呼吸增高,酵解降低;并使Hep A的克奈特瑞效应逆转。此外,加入外源性的ADP既可促进呼吸,又可促进酵解;加入可消耗ADP的磷酸肌酸和肌酸激酶,则使呼吸和酵解均降低。K型PyK加强PEP对琥珀酸氧化的抑制效率也和ADP的浓度密切相关。这些实验结果都证明:胞液中的PyK和线粒体之间存在着对ADP的竞争。并且胞液中增高的PyK对ADP的有效的夺取,很可能是导致癌瘤中克奈特瑞效应的一个要机理。     

克山病患者红细胞膜唾液酸含量分析

克山病是一种原因不明的,以心肌损害为主要特征的地方性心肌病。近年来,围绕克山病病因研究,国内许多专家,学者在生物化学方面进行了较全面的深入探讨,并取得了显著成绩。但是由于克山病病因复杂,到目前为止,尚未找到一种能对克山病进行早期诊断的较理想的生化指标。因此,探索一种能对克山病进行