氢生物医学效应在疏解自由基氧化应激的分子机制

氢分子(H₂)作为有害自由基清除剂的选择性抗氧化新机制,为自由基生物医学理论研究和应用提供了新的方向。自2007年H₂首次被报道具有生物学效应以来,已在缺血/再灌注损伤、代谢综合征、炎症和癌症等疾病模型和人类疾病中被证实。虽然H₂的医学作用靶点仍存在争议,但大量的研究已证明H₂生物学效应具有医用气体作用和健康促进作用。系统地介绍了H₂对生物体及细胞调控的研究进展,阐述了H₂的抗氧化、抗炎和抗凋亡作用,探讨了H₂对线粒体和内质网的保护、细胞内信号通路的调节和免疫系统的平衡作用,以期为深入研究氢效应机制和规范氢供体应用范围提供理论依据。     

GPX—abzyme对受XO／HX系统损伤的心肌线粒体的保护作用

探讨了研制的具有谷胱甘肽过氧化物酶活力的含硒抗体酶（ＧＰＸ－ａｂｚｙｍｅ）对于受损心肌线粒体的保护作用。利用牛的心肌线粒体为实验材料,通过线粒体的膨胀度、脂质过氧化物含量、ＣＣＯ活力变化及电镜观察等几个方面证明ＧＰＸ－ａｂｚｙｍｅ能抵抗ＸＯ／ＨＸ系统产生的自由基的损伤作用,ＥＳＲ研究也表明ＧＰＸ－ａｂｚｙｍｅ能明显降低ＸＯ／ＨＸ损伤系统中的自由基含量。     

内源性二氧化硫对心肌损伤的作用及机制

二氧化硫(sulfur dioxide,SO₂)是一种具有强烈刺激性气味的酸性气体，以往常被认为是有害物质。内源性SO₂是继一氧化氮(nitric oxide,NO)、一氧化碳(carbon monoxide,CO)和硫化氢(hydrogen sulfide,H₂S)之后的第四种气体信号分子，可以在心血管组织中内源性生成，并且在心血管系统调节中发挥着重要的生理和病理学作用。SO₂对心功能发挥剂量依赖性的负性肌力作用，其中三磷酸腺苷敏感钾通道参与其中。SO₂还能减轻各种有害刺激引起的心肌损伤，在心肌缺血-再灌注损伤和心肌肥厚中发挥重要作用，作用机制与SO₂的抑制炎症和抗氧化作用有关。此外，SO₂还可以抑制心肌细胞的凋亡和自噬。因此，内源性SO₂在维持心血管系统的稳态中发挥重要作用。本文将围绕内源性SO₂生成代谢、心血管生物学效应及对内源性SO₂/天冬氨酸氨基转移酶(asp...     

过氧化氢加重铁对心肌的损伤作用及其机制

采用Langendorff灌流心脏和酶解分离的心肌细胞为实验模型,研究铁对心肌的损伤作用,以及过氧化氢对铁的心肌作用的影响及其可能机制.结果显示(1)羟基喹啉铁复合物(Fe-HQ)引起分离心肌细胞舒张期缩短,心肌细胞的收缩幅度和速度降低,离体灌流心脏左室发展压(LVDP)、±dp/dtmax、心率、冠脉流量呈现双相变化;冠脉流出液中乳酸脱氢酶(LDH)、肌酸激酶(CK)释放量和心肌丙二醛(MDA)增高.(2)H2O2可加重Fe-HQ对心脏的损伤,冠脉流出液中LDH、CK释放量和心肌MDA增高,而LVDP、±dp/dtmax和心率明显降低.(3)还原型谷胱甘肽可对抗Fe-HQ+H2O2对心肌的损伤作用,DMSO对Fe-HQ+H2O2致离体心脏损伤无明显作用.结果提示,心肌细胞内铁增加可引起心肌功能受损,H2O2可加重铁对心肌的损伤作用,其主要机制可能与@OH无关,而主要与含巯基的蛋白质受损有关.     

GPX－abzyme对受XO／HX系统损伤的心肌线粒体的保护作用

探讨了研制的具有谷胱甘肽过氧化物酶活力的含硒抗体酶（ＧＰＸ－ａｂｚｙｍｅ）对于受损心肌线粒体的保护作用,利用牛的心肌线粒体为实验材料,通过线粒体的膨胀度、脂质过氧化物含量、ＣＣＯ活力变化及电镜观察等几个方面证明ＧＰＸ－ａｂｚｙｍｅ能抵抗ＸＯ／ＨＸ系统产生的自由基的损伤作用,ＥＳＲ研究也表明ＧＰＸ－ａｂｚｙｍｅ能明显降低ＸＯ／ＨＸ损伤系统中的自由基含量。     

抗炎合剂对脓毒症小鼠心肌损伤的保护作用及机制

摘要 目的：探讨抗炎合剂对脓毒症致心肌损伤的保护作用及可能机制。方法：将32只体重22～25 g的雄性C57小鼠随机分为4组：正常组、假手术组、模型组（脓毒症模型）、抗炎合剂组。采用盲肠结扎穿孔术（cecal ligation and puncture,CLP）建立脓毒症模型,模型组、抗炎合剂组在造模后分别用生理盐水、抗炎合剂（Anti-inflammation mixture,AIM）对大鼠进行干预。正常组：正常进食饮水;假手术组：假手术前每天给予生理盐水（1.4 mL/100 g）,并腹腔注射生理盐水（5 mg/kg）每日1次,连续3日。第4日行假手术;模型组（CLP组）：CLP术前给予生理盐水（1.4 mL/100 g）,每天1次,并腹腔注射生理盐水（5 mg/kg）每日1次,连续3日。第4日CLP;抗炎合剂组：CLP术前给予中药抗炎合剂（1.4 mL/100 g）,每天1次,并腹腔注射生理盐水（5 mg/kg）每日1次,连续3日。第4日行CLP;各组分别于手术后24小时行标本采集,采用HE染色和TUNEL染色观察小鼠心肌组织损伤情况,同时检测小鼠血清肿瘤坏死因子-α（TNF-α）和炎症因子白细胞介素-1β（IL-1β）水平。结果：与正常对照组或假手术组相比,CLP模型组小鼠的心肌组织出现大量炎性细胞浸润,心肌细胞凋亡率显著升高（P<0.01）;而抗炎合剂组相较于CLP模型组心肌细胞凋亡率显著下降（P<0.01）。与正常对照组或假手术组相比,CLP模型小鼠血清TNF-α、IL-1β水平显著升高（P<0.001）,而中药抗炎合剂组TNF-α、IL-1β水平相较于模型组显著降低（P<0.01）。此外,与正常对照组和假手术组相比,模型组SIRT1 mRNA水平和蛋白表达水平显著降低,抗炎合剂显著提高SIRT1的mRNA和蛋白表达水平。结论：抗炎合剂可能通过提高SIRT1的表达,抑制CLP脓毒症小鼠的炎症反应,进而减轻心肌损伤。     

人参皂甙Rg1抗OxLDL诱导内皮细胞凋亡及分子机制

目的 探讨人参皂甙Rg1抑制氧化低密度脂蛋白（oxidized low-density lipoprotein,OxLDL)诱导血管内皮细胞凋亡的作用及其相关分子机制。方法 以体外培养的牛主动脉内皮细胞为模型。分别加入OxLDL200μg/ml(OxLDL组）和OxLDL200μg/ml Rg140μg/ml（Rg1组）;对照组不加任何诱导物,培养24小时后观察细胞形态变化,DNA电泳,TUNEL染色检测细胞有无凋亡及凋亡的程度,Western blot分析各组内皮细胞型一氧化氮合酶（endothelial Nitric Oxide Synthase,eNOS)的表达水平。结果 （1）对照组和OxLDL组血管内皮细胞凋亡比例分别为8%和41.35%;(2)Rg1组血管内皮细胞凋亡比例为13.29%;(3)OxLDL抑制牛主动脉内皮细胞的eNOS表达水平,此抑制作用具有剂量依赖性。人参皂甙Rg1可使被OxLDL抑制的eNOS表达水平回升。结论 （1）OxLDL能诱导血管内皮细胞凋亡。（2）人参皂甙Rg1能抑制OxLDL诱导的血管内皮细胞凋亡。（3）此作用可能与上调内皮细胞的eNOS水平,减轻细胞的脂质过氧化损伤有关。     

乌司他丁对重症肺炎大鼠心肌损伤的保护作用及其机制研究

目的:观察乌司他丁对重症肺炎大鼠心肌损伤的保护作用及其机制研究。方法:60只大鼠随机分为对照组、鲍曼组及鲍曼+乌司他丁组,各20只。鲍曼组及鲍曼+乌司他丁组大鼠麻醉后行气管插管,沿导管壁滴入100μL鲍曼不动杆菌,对照组滴入等量生理盐水,之后鲍曼+乌司他丁组大鼠腹腔注射乌司他丁(10万U/kg,1次/d),连续3 d,对照组及模型组注射等量生理盐水。72 h后,用心功能分析系统记录大鼠心功能变化;综合应用病理学及分子生物学方法观察大鼠心肌变化。结果:与对照组比,鲍曼组大鼠心功能下降,血清cTNI、CK-MB、BNP含量升高,肺组织及心肌组织病理损伤较重(P0.01)。与鲍曼组相比,鲍曼+乌司他丁组大鼠LVEDP水平下降,LVDP、+dP/dtmax、-dP/dtmax水平明显升高;血清cTNI、CK-MB、BNP水平降低幅度分别为36.3%、24.5%、29.9%;肺组织及心肌组织病理损伤减轻;鲍曼组的MMP数值为0.653,鲍曼+乌司他丁组的MMP数值为0.821,较鲍曼组升高25.7%;心肌凋亡蛋白Bcl-2上升,Caspase-3表达降低(P0.05)。结论:乌司他丁对重症肺炎大鼠心肌损伤具有较好的保护作用,其机制可能与减轻线粒体损伤及细胞凋亡有关。     

线粒体损伤相关模式分子与宿主免疫调节

线粒体是真核细胞至关重要的细胞器,参与机体细胞能量代谢和细胞凋亡等多种生物学过程。线粒体还参与机体的天然免疫反应的调节。线粒体不仅可以作为病毒免疫反应的载体,还可以通过产生ROS参与抗菌反应。线粒体受到损伤、刺激后,可释放mtDNA,TFAM,ROS,ATP,心磷脂和甲酰肽等内容物。这些分子可以作为损伤相关模式分子(damage associated molecular patterns, DAMPs)被模式识别受体识别,从而参与宿主的免疫调节。研究表明,线粒体已成为内源性DAMPs的重要来源,在先天性免疫应答以及疾病进展过程中发挥着重要的作用。本文就线粒体来源的损伤相关模式分子在机体免疫调节中的作用进行综述。     

过氧化氢对培养心肌细胞损伤作用的研究

氧化应激时产生大量的自由基,造成心肌细胞的损伤.过氧化氢(H₂O₂)是有机体氧化代谢产物,同时是一种活性氧.应用不同浓度的H₂O₂,分别于不同作用时间,动态观察其对心肌细胞的损伤作用.从实验结果看到,低浓度的H₂O₂（＜0.1 mmol/L）作用2 h,使心肌细胞产生早期的生物化学的改变,如MDA产生堆积和细胞周期时相改变（G1期细胞增加,G2期细胞减少）,此时心肌酶基本无泄漏,心肌细胞的死亡率很低,HE形态学观察基本无改变;随着H₂O₂浓度的增加（1～5 mmol/L）和作用时间的延长,进一步诱导细胞损伤加剧,LDH释放和MDA积累明显升高,细胞死亡率也明显增加,已具有统计学意义.同时可观察到其病理形态学的坏死性改变;当10 mmol/L H₂O₂作用时,细胞大量死亡,形态学可见细胞极度收缩、脱落,形成大面积的细胞脱失区.因此,H₂O₂作为一种活性氧自由基,依其浓度和作用时间不同可造成不同程度的心肌细胞的损伤.辣根过氧化物酶作为一种自由基清除剂,可明显减少H₂O₂活性氧自由基对心肌细胞的损伤作用.     

富氢盐水对缺血再灌注损伤保护作用的研究进展

缺血是临床疾病中最常见原因之一,缺血再灌注损伤是脑缺血等器官缺血最重要病理生理过程,缺血性疾病通常可在早期采用溶栓和抗自由基损伤等技术来防治。氢气目前仅作为保健品使用,尚未应用于临床,富氢盐水作为一种含氢注射液,能够减少缺血再灌注损伤,减轻炎性反应,抑制细胞凋亡,减少氧化应激,从而对器官起到明确的保护作用。缺血再灌注损伤在临床发生率极高,富氢盐水作为一种能够普及、应用方便的保护剂,具有广大的应用前景。富氢盐水用于防治缺血再灌注导致的组织损伤和器官功能障碍的可能机制为降低氧化应激、减少细胞凋亡和抑制炎性因子上调。     

L-精氨酸对实验性大鼠急性肺损伤的保护作用

目的 探讨一氧化氮(NO)前体物质L-精氨酸(L-Arg)在内毒素(LPS)致大鼠急性肺损伤中的作用.方法 SD大鼠24只随机分为空白对照组、LPS组和L-Arg(500 mg/kg)组.腹腔注射LPS(100 μg/kg)复制急性肺损伤动物模型.在LPS注射2 h后,取大鼠肺称其湿重与干重,计算肺湿干比,测定肺灌洗液蛋白含量和白细胞数量,并进行肺组织病理学检查.结果 与对照组相比,LPS组肺湿干比、肺灌洗液蛋白含量和白细胞计数显著增高(P<0.01,n=8),病理学切片见急性肺损伤性变化;与LPS组相比,L-Arg组肺湿干比、肺灌洗液蛋白含量和白细胞计数显著降低(P<0.01,n=8),肺组织急性损伤显著减轻.结论 L-Arg具有抗LPS致急性肺损伤的作用.     

介导硫化氢生理/病理学效应的靶分子及其分子开关调节的原子生物学机制

硫化氢(H_2S)作为继一氧化氮和一氧化碳后的第三种气体信号分子,日渐受到人们的关注,检测技术的发展为研究提供了帮助。H_2S在人体各系统中发挥着重要的作用,如心血管系统、神经系统、呼吸系统等,其与高血压、动脉粥样硬化、神经退行性疾病、哮喘等疾病的发生发展有着密切的联系,具有作为疾病治疗药物的潜能。对于H_2S作用于靶分子机制的阐述深化了小分子物质调控大分子功能的研究,提供了对多种疾病进行干预的新手段。     

Physiological Targets of Superoxide Anion and Hydrogen Peroxide in Reperfusion Injury

Current dogma associates reperfusion injury with the introduction of reactive oxygen species (ROS) into the ischemic tissue. The sources of ROS under discussion are xanthine oxidase in the endothelium of small vessels and/or invaded polymorphonuclear leukocytes (PMN). The beneficial effects of both superoxide dismutase and catalase suggest an involvement of superoxide anions and hydrogen peroxide in this pathophysiological process, without describing the targets of their action.

In our work we demonstrate that these two ROS effectively interact with two enzymes. Superoxide anions inhibit soluble guanylate cyclase. Its product, cGMP, is considedred to antagonize platelet activation and to cause smooth muscle relaxation. Thus O₂ can intensify platelet aggregability and small vessel occlusion. Similar effects are elicited by H₂O₂, which shifts the dose response curve of several agonists towards smaller concentrations by activating cyclooxygenase. This enzyme provides the substrate for thromboxane synthase which generates TxA₂, the most potent physiologically occurring platelet aggregating and smooth muscle contacting agonist.

These results lead us to the suggestion that the influence of the oxidative burst of PMN in the phenomenon of reperfusion injury should be reconsidered.     

Na/K-ATPase under Oxidative Stress: Molecular Mechanisms of Injury

1. The authors compare oxidative injury to brain and kidney Na/K-ATPase using in vitro and in vivo approaches. The substrate dependence of dog kidney Na/K-ATPase was examined both before and after partial hydrogen peroxide modification. A computer simulation model was used for calculating kinetic parameters.2. The substrate dependence curve for the unmodified endogenous enzyme displayed a typical curve with an intermediate plateau, adequately described by the sum of hyperbolic and sigmoidal components.3. The modified enzyme demonstrated a dependent curve that closely approximates normal hyperbola. The estimated ATP K _m value for the endogenous enzyme was about 85 M; the K _h was equal to 800 M. The maximal number of protomers interacting was 8. Following oxidative modification, the enzyme substrate dependence curve did not show a significant change in the maximal protomer rate V _m, while the K _m was increased slightly and interprotomer interaction was abolished.4. Na/K-ATPase from an ischemic gerbil brain showed a 22% decrease in specific activity. The maximal rate of ATP hydrolysis by an enzyme protomer changed slightly, but the sigmoidal component, characterizing the enzyme's ability to form oligomers was abolished completely. The K _m value was almost unchanged, but the Hill coefficient fell to 1. These data show that Na/K-ATPase molecules isolated from the ischemic brain have lost the ability to interact with one another.5. We suggest that the most important consequence of oxidative modification is Na/K-ATPase oligomeric structure formation and subsequent hydrolysis rate suppression.     

氢分子对宫颈癌细胞HeLa的影响

氢分子对多种疾病具有良好的治疗或改善效果,并且使用简便无副作用,多项实验结果也证明氢分子对肿瘤的防治具有良好的效果。从细胞增殖、细胞成瘤、细胞活性、细胞周期和凋亡、细胞转移侵袭等方面研究了氢分子对宫颈癌细胞HeLa的作用效果,结果显示：克隆球实验中,加入氢分子后,HeLa细胞集落数显著降低,集落的直径也明显减小。平板克隆形成中,加入氢分子后,细胞克隆的数量和直径均显著降低。细胞活性实验显示,氢分子对HeLa细胞活性具有明显抑制效果,对细胞内中间丝波形蛋白的表达具有一定的抑制作用。此外,氢分子对HeLa细胞周期的影响显著,且具有促凋亡的作用和抑制细胞迁移与浸润的效果。研究结果表明,氢分子抑制了细胞波形蛋白的表达,降低了HeLa细胞的增殖速率,同时抑制了细胞侵袭及迁移的能力,为氢分子对宫颈癌的防治提供了一定的实验基础。     

Protective Properties of Tin- and Manganese-Centered Porphyrins Against Hydrogen Peroxide-Mediated Injury in Rat Astroglial Cells

Abstract: Tin-mesoporphyrin (tin-mp), a potent inhibitor of heme oxygenase, and manganese (III) tetrakis(1-methyl-4-pyridyl)porphyrin (MnTMPyP), a potent superoxide dismutase mimetic, reduced H₂O₂ toxicity in cultures of transformed rat astroglial cells if added 30 min before, or at the same time as, H₂O₂. Reduced toxicity was not observed if treatment was delayed for 60 min, the time by which H₂O₂ was essentially eliminated from cultures. Coadministration of tin-mp and MnTMPyP did not increase protection over either compound administered individually. Tin-mp, but not MnTMPyP, was stable in culture. MnCl₂ was not protective, suggesting that protection by MnTMPyP was not dependent on manganous ion, a by-product of MnTMPyP breakdown. Protection by tin-mp and MnTMPyP was not associated with metalloporphyrin-mediated induction of heme oxygenase-1 or with changes in heme oxygenase-2 on western blots. Whereas protective concentrations of tin-mp did not have superoxide dismutase-mimetic properties in vitro, protective concentrations of MnTMPyP partially inhibited heme oxygenase. The data support the hypothesis that heme oxygenase inhibition is protective against acute oxidative injury.