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综述: 氧自由基和冠心病
* <<实用中西医结合杂志>> 1992；5(8):496
近20年来，自由基在生物体系中的作用已成为许多学科感兴趣的研究课题，自由基的学术领域扩展到生物化学、酶学、生物物理学、生物学、分子生物学和医学，并逐步发展成为一门新的学科自由基生物学和医学。自由基和疾病的关系已成为医学科学的重要领域。(1、2、3、)
晚近的许多研究证明，氧自由基( OXYGEN FREE RADICALS、O2-)及其衍生产物与冠心病的发生、发展有着密切的联系。本文简叙自由基的基本概念，阐述冠心病发病机制中有关氧自由基作用的新进展。
一、氧自由基的基本概念:
自由基是最外层电子轨道上存在不成对电子的离子、原子、原子团或分子，又称为游离基。由于最外层电子轨道上的电子是孤立电子，因此性质极不稳定，活性高，易从其他分子夺取电子或失去电子而成为性质活泼的氧化剂或还原剂。(1、2)
氧与生物体内的许多化学反应有关，是生物体内最重要的电子受体。氧在还原时，由于获得的电子数目不同，可以生成不同的衍生产物:超氧化物自由基(O2-)、羟自由基(OH)、单线态氧(1O2)、过氧化氢(H2O2)和脂质过氧化物(ROOH)。由于这些氧的代谢产物都含有氧，且具有比氧更为活泼的化学反应性，所以统称为活性氧。许多研究发现，活性氧对生物体具有损伤作用，而脂质过氧化物对机体的损伤更值得重视。(2、3)
正常状态下，体内存在一套完整的清除自由基的系统，使自由基的产生和清除保持动态平衡。在细胞的内线粒体、内质网、细胞核、质模和胞浆中，都可以产生自由基，其中有些是酶促反应，有些是非酶促反应。体内清除自由基的反应也可以分为酶促清除和非酶促清除两种: 前者通过超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物(CAT)和谷胱甘肽酶系，将自由基转化为无毒性的水；后者是指维生素E、维生素C、还原型谷胱甘肽、尿酸、胡萝卜素、血浆铜蓝蛋白等非酶性抗氧化剂对自由基的清除，从而阻止了脂质过氧化物的形成。(2、3)
自由基在生物体内不断地产生，也不断地被清除。在生理状态下，近乎动态平衡的自由基浓度是极低的，不仅不会损伤机体，还具有其独特的生理作用。在病理状态下，外源性因素刺激产生的自由基增多或内源性自由基的产生或清除失去平衡，常常会造成对机体的损伤。(2、3)
二、氧自由基的致动脉粥样硬化作用:
最近的研究发现，动脉粥样硬化的发生、发展过程中的某些病理环节，与氧自由基对内皮细胞的脂质过氧化损伤有密切的关系，脂质过氧化物(LPO)对动脉粥样硬化的发生起着重要作用。许多实验已经证明，冠心病病人血清LPO含量增高。(4、5)
动脉粥样硬化的始动环节是内皮细胞的损伤。内皮细胞产生的前列环素(PGI2)具有扩张微血管、防止微血栓形成、抗血液凝固等方面的作用是内皮细胞的保护剂，氧自由基及其衍生产物对PGI2的产生具有明显的抑制作用 (体外实验可抑制88%)，从而损伤内皮细胞，进一步的研究发现，引起细胞损伤的是H2O2。(5)
氧自由基还可以通过化学反应，“修饰”低密度脂蛋白 (LDL)，生成具有细胞毒作用的丙二醛低密度脂蛋白(MDP--LDL)，引起靶细胞的损伤。LDL 中的多价不饱和脂肪酸在氧自由基的作用下，生成一系列的自由基中间产物，引起自由基链式反应，最终产生MDA。体内产生MDA的另一途径是血小板合成血栓素B2(TXB2)时产生。LDL的化学“修饰”可能发生于动脉受损伤处，MDA与LDL中的载脂蛋白B(APOB)肽链中的赖氨酸残基相互作用而发生化学“修饰”，这种化学“修饰”包括交联、多肽链断裂、氨基酸丢失，使LDL电泳运动速度明显加快，MDA--LDL的运动速度与其中所含的MDA量有关，说明MDA--LDL含有较多的阴离子。(6、7)LDL与细胞一起培养不会造成细胞的损伤，但MDA--LDL业细胞一起培养就会引起细胞损伤甚至死亡。说明MDA--LDL的细胞毒作用是由于其中的MDA所致。(8)
实验发现，MDA--LDL被单核细胞吞噬后，使细胞内胆固醇代谢障碍、胆固醇脂堆积，形成泡沫细胞，泡沫细胞中的蜡样物质则是由LPO与蛋白质所组成。即使很高浓度的LDL与单核细胞与动脉平滑肌一连培养，也未见有细胞内胆固醇脂堆积，说明LDL没有致动脉硬化作用。(7)
三、氧自由基与冠心病的心肌缺血和再灌注损伤:
冠心病心肌缺血所造成的损伤，不仅是由于血流阻断或代谢产物堆积，更重要的是启动了一系列反应，包括炎症介质、粒细胞机械性堵塞毛细血管及氧自由基大量生成，损伤内皮细胞所导致的不可逆性损伤。(9)
心肌缺血时，低氧血症使细胞内有氧代谢迅速转化为无氧代谢，三磷酸腺苷(ATP)及二磷酸腺苷(ADP)在几分钟内耗竭，细胞内酸中毒使细胞膜K-Na-ATP泵失活，正常膜离子交换丧失，Ca大量内流，使黄嘌呤脱氢酶转化为黄嘌呤氧化酶，反应过程中产生大量的氧自由基，氧自由基破坏内皮细胞的完整性、损害内皮细胞的功能及其调节微循环血管舒张的功能。(10)
再灌注损伤(REPERFUSION INJURY)是指由于恢复血流及分子氧的作用，使受损伤细胞的损伤更为严重、并使正常细胞受损伤的现象。再灌注具有两方面的作用: 一方面可以挽救受损伤细胞使之最终恢复；另一方面，也可以引起致命的再灌注损伤。(9、10)
目前认为，再灌注损伤的根本原理不是再灌注本身，而是再氧化。在阻塞的冠脉恢复通畅的一刹那间，缺血心肌细胞突然重新得到血流灌注，大量的氧被再次引入到缺血区，发生氧矛盾现象，致使氧自由基大量生成，而自由基清除剂则生成不足。(11、12、13)
冠状动脉再灌注损伤临床表现为快速心律失常、血液动力学恶化、梗塞面积扩大，再灌注对内皮细胞的损伤是由于氧自由基和(或)中性粒细胞内皮细胞的相互作用所致。氧自由基的细胞毒性使内皮细胞膜脂质过氧化，蛋白质和核酸变性，遂使梗塞面积扩大。再灌注引起心律失常和加剧左心功能不全的机理不详，可能是氧自由基破坏细胞膜、使细胞膜脂质过氧化的同时，增加细胞内外和细胞间的离子交换，破坏了肌浆网的调节。预先使用抗心律失常药物不能预防再灌注心律失常，而自由基清除剂则能使之减轻，都说明再灌注心律失常是自由基介导的损伤反应。(10、11、12、)
组织缺血时，黄嘌呤脱氢酶在钙离子和蛋白水解酶的作用下，迅速水解为黄嘌呤氧化酶，同时，ATP分解为黄嘌呤氧化酶的底物次黄嘌呤，积聚在组织中，在缺血缺氧条件下，次黄嘌呤不能被氧化为黄嘌呤。再灌注后，由于突然得到大量供氧，次黄嘌呤迅速被氧化成黄嘌呤，同时氧被还原为自由基。此外，线粒体、微粒体的电子传递过程也可产生氧自由基。而此时组织中的SOD活性下降，清除自由基能力降低，从而导致再灌注或的自由基代谢紊乱。(10)
氧自由基可以引起细胞内DNA、RNA、蛋白质、氨基酸及多糖高分子物质氧化、交联、变性或降解，但最主要的是作用于细胞膜上的不饱和脂肪酸，形成LPO，这一过程称为脂质过氧化反应，反应的后果是: 1、改变膜结合酶、受体和离子通道的脂质微环境，从而改变这些蛋白质的功能；2、形成新的离子通道，此通道对钙离子有特殊的通透性，因而引起钙在线粒体沉积，抑制了能量的产生；3、膜蛋白与磷脂交联，使蛋白质的抑制不可逆；4、氧化膜结合酶活性中心上的巯基，使酶丧失活性；5、脂质过氧化反应的激活、磷脂酶和脂酶的活化及溶血磷脂和游离脂肪酸的洗涤作用，称为膜损伤的“脂联三反应”，是细胞损伤由可逆发展为不可逆的基础。(15)
再灌注对心肌的利弊及再灌注损伤的程度，主要取决于心肌缺血的持续时间，亦即再灌注发生的早晚。实验证明，缺血心肌如能在2小时内获得再灌注，心室肌运动可能完全恢复；缺血时间在10分钟以内者，可迅速恢复正常；缺血持续2小时以上者，充分恢复可能需要4周；如果缺血3小时以后才获得再灌注，缺血区心肌实际上已不可能完全恢复正常运动；如果严重缺血已超过6小时， 则再灌注的利益甚小。以上研究的结果为急性心肌梗塞早期实行再灌注提供了基础。(16)
小结:
综上所述可知，氧自由基及其衍生物在冠心病的发生、发展过程中起着关键作用。过氧化氢抑制PGI2，损伤血管内皮细胞，启动动脉粥样硬化的发生；MDA化学“修饰”LDL，形成的MDA--LDL不仅可以直接损伤细胞，还阻碍单核细胞的胆固醇代谢，形成泡沫细胞；心肌缺血时，钙离子大量内流，氧自由基生成增多，破坏细胞的完整性、损伤细胞功能；缺血心肌再灌注后，氧供突然改变，氧自由基大量生成，发生脂质过氧化反应，损伤细胞。
参考文献:
(1) 方允中，等: 自由基与酶 科学出版社 第一版 北京； 1989:44
(2) 莫 简: 医用自由基生物学导论 人民卫生出版社 第一版 北京； 1989:13
(3) Weiss SJ. Acta Physiol Scand 1986; 126(suppl.548):9
(4) Ledwozyw A, et al. Clin Chim Acta 1989; 155(3):275
(5) WHORTON ar; ET AL. j Clin Invest 1985; 26:295
(6) Bon GB, et al. Ibid 1985; 57(1):99
(7) Fogelman AM, et al. Proc Natl Acad Sci USA 1980; 77(4):2214
(8) MOREL DW, et al. J Lipid Res 1983; 24(8):1070
(9) Engler RL, et al. Am J Cardiol 1989; 63(10):19E
(10) Forman, et al. JACC 1989; 13(2):450
(11) Becker RC, et al. Arch Intern Med 1988; 148(7):1503
(12) Dart RC, et al. Ann Emerg Med 1988; 17(1):53
(13) Babbs CF, et al. Ann Emerg Med 1988; 17(11):1148
(14) Wolson BD, et al. J Neurochem 1984; 42:268
(15) Meerson FE, et al. Basic Res Cardiol 1982; 77:461
(16) O'shaughuessy, et al. Arch Intern Med 1987; 147(12):2207
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* <<实用中西医结合杂志>> 1992；5(8):496
近20年来，自由基在生物体系中的作用已成为许多学科感兴趣的研究课题，自由基的学术领域扩展到生物化学、酶学、生物物理学、生物学、分子生物学和医学，并逐步发展成为一门新的学科自由基生物学和医学。自由基和疾病的关系已成为医学科学的重要领域。(1、2、3、)
晚近的许多研究证明，氧自由基( OXYGEN FREE RADICALS、O2-)及其衍生产物与冠心病的发生、发展有着密切的联系。本文简叙自由基的基本概念，阐述冠心病发病机制中有关氧自由基作用的新进展。
一、氧自由基的基本概念:
自由基是最外层电子轨道上存在不成对电子的离子、原子、原子团或分子，又称为游离基。由于最外层电子轨道上的电子是孤立电子，因此性质极不稳定，活性高，易从其他分子夺取电子或失去电子而成为性质活泼的氧化剂或还原剂。(1、2)
氧与生物体内的许多化学反应有关，是生物体内最重要的电子受体。氧在还原时，由于获得的电子数目不同，可以生成不同的衍生产物:超氧化物自由基(O2-)、羟自由基(OH)、单线态氧(1O2)、过氧化氢(H2O2)和脂质过氧化物(ROOH)。由于这些氧的代谢产物都含有氧，且具有比氧更为活泼的化学反应性，所以统称为活性氧。许多研究发现，活性氧对生物体具有损伤作用，而脂质过氧化物对机体的损伤更值得重视。(2、3)
正常状态下，体内存在一套完整的清除自由基的系统，使自由基的产生和清除保持动态平衡。在细胞的内线粒体、内质网、细胞核、质模和胞浆中，都可以产生自由基，其中有些是酶促反应，有些是非酶促反应。体内清除自由基的反应也可以分为酶促清除和非酶促清除两种: 前者通过超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物(CAT)和谷胱甘肽酶系，将自由基转化为无毒性的水；后者是指维生素E、维生素C、还原型谷胱甘肽、尿酸、胡萝卜素、血浆铜蓝蛋白等非酶性抗氧化剂对自由基的清除，从而阻止了脂质过氧化物的形成。(2、3)
自由基在生物体内不断地产生，也不断地被清除。在生理状态下，近乎动态平衡的自由基浓度是极低的，不仅不会损伤机体，还具有其独特的生理作用。在病理状态下，外源性因素刺激产生的自由基增多或内源性自由基的产生或清除失去平衡，常常会造成对机体的损伤。(2、3)
二、氧自由基的致动脉粥样硬化作用:
最近的研究发现，动脉粥样硬化的发生、发展过程中的某些病理环节，与氧自由基对内皮细胞的脂质过氧化损伤有密切的关系，脂质过氧化物(LPO)对动脉粥样硬化的发生起着重要作用。许多实验已经证明，冠心病病人血清LPO含量增高。(4、5)
动脉粥样硬化的始动环节是内皮细胞的损伤。内皮细胞产生的前列环素(PGI2)具有扩张微血管、防止微血栓形成、抗血液凝固等方面的作用是内皮细胞的保护剂，氧自由基及其衍生产物对PGI2的产生具有明显的抑制作用 (体外实验可抑制88%)，从而损伤内皮细胞，进一步的研究发现，引起细胞损伤的是H2O2。(5)
氧自由基还可以通过化学反应，“修饰”低密度脂蛋白 (LDL)，生成具有细胞毒作用的丙二醛低密度脂蛋白(MDP--LDL)，引起靶细胞的损伤。LDL 中的多价不饱和脂肪酸在氧自由基的作用下，生成一系列的自由基中间产物，引起自由基链式反应，最终产生MDA。体内产生MDA的另一途径是血小板合成血栓素B2(TXB2)时产生。LDL的化学“修饰”可能发生于动脉受损伤处，MDA与LDL中的载脂蛋白B(APOB)肽链中的赖氨酸残基相互作用而发生化学“修饰”，这种化学“修饰”包括交联、多肽链断裂、氨基酸丢失，使LDL电泳运动速度明显加快，MDA--LDL的运动速度与其中所含的MDA量有关，说明MDA--LDL含有较多的阴离子。(6、7)LDL与细胞一起培养不会造成细胞的损伤，但MDA--LDL业细胞一起培养就会引起细胞损伤甚至死亡。说明MDA--LDL的细胞毒作用是由于其中的MDA所致。(8)
实验发现，MDA--LDL被单核细胞吞噬后，使细胞内胆固醇代谢障碍、胆固醇脂堆积，形成泡沫细胞，泡沫细胞中的蜡样物质则是由LPO与蛋白质所组成。即使很高浓度的LDL与单核细胞与动脉平滑肌一连培养，也未见有细胞内胆固醇脂堆积，说明LDL没有致动脉硬化作用。(7)
三、氧自由基与冠心病的心肌缺血和再灌注损伤:
冠心病心肌缺血所造成的损伤，不仅是由于血流阻断或代谢产物堆积，更重要的是启动了一系列反应，包括炎症介质、粒细胞机械性堵塞毛细血管及氧自由基大量生成，损伤内皮细胞所导致的不可逆性损伤。(9)
心肌缺血时，低氧血症使细胞内有氧代谢迅速转化为无氧代谢，三磷酸腺苷(ATP)及二磷酸腺苷(ADP)在几分钟内耗竭，细胞内酸中毒使细胞膜K-Na-ATP泵失活，正常膜离子交换丧失，Ca大量内流，使黄嘌呤脱氢酶转化为黄嘌呤氧化酶，反应过程中产生大量的氧自由基，氧自由基破坏内皮细胞的完整性、损害内皮细胞的功能及其调节微循环血管舒张的功能。(10)
再灌注损伤(REPERFUSION INJURY)是指由于恢复血流及分子氧的作用，使受损伤细胞的损伤更为严重、并使正常细胞受损伤的现象。再灌注具有两方面的作用: 一方面可以挽救受损伤细胞使之最终恢复；另一方面，也可以引起致命的再灌注损伤。(9、10)
目前认为，再灌注损伤的根本原理不是再灌注本身，而是再氧化。在阻塞的冠脉恢复通畅的一刹那间，缺血心肌细胞突然重新得到血流灌注，大量的氧被再次引入到缺血区，发生氧矛盾现象，致使氧自由基大量生成，而自由基清除剂则生成不足。(11、12、13)
冠状动脉再灌注损伤临床表现为快速心律失常、血液动力学恶化、梗塞面积扩大，再灌注对内皮细胞的损伤是由于氧自由基和(或)中性粒细胞内皮细胞的相互作用所致。氧自由基的细胞毒性使内皮细胞膜脂质过氧化，蛋白质和核酸变性，遂使梗塞面积扩大。再灌注引起心律失常和加剧左心功能不全的机理不详，可能是氧自由基破坏细胞膜、使细胞膜脂质过氧化的同时，增加细胞内外和细胞间的离子交换，破坏了肌浆网的调节。预先使用抗心律失常药物不能预防再灌注心律失常，而自由基清除剂则能使之减轻，都说明再灌注心律失常是自由基介导的损伤反应。(10、11、12、)
组织缺血时，黄嘌呤脱氢酶在钙离子和蛋白水解酶的作用下，迅速水解为黄嘌呤氧化酶，同时，ATP分解为黄嘌呤氧化酶的底物次黄嘌呤，积聚在组织中，在缺血缺氧条件下，次黄嘌呤不能被氧化为黄嘌呤。再灌注后，由于突然得到大量供氧，次黄嘌呤迅速被氧化成黄嘌呤，同时氧被还原为自由基。此外，线粒体、微粒体的电子传递过程也可产生氧自由基。而此时组织中的SOD活性下降，清除自由基能力降低，从而导致再灌注或的自由基代谢紊乱。(10)
氧自由基可以引起细胞内DNA、RNA、蛋白质、氨基酸及多糖高分子物质氧化、交联、变性或降解，但最主要的是作用于细胞膜上的不饱和脂肪酸，形成LPO，这一过程称为脂质过氧化反应，反应的后果是: 1、改变膜结合酶、受体和离子通道的脂质微环境，从而改变这些蛋白质的功能；2、形成新的离子通道，此通道对钙离子有特殊的通透性，因而引起钙在线粒体沉积，抑制了能量的产生；3、膜蛋白与磷脂交联，使蛋白质的抑制不可逆；4、氧化膜结合酶活性中心上的巯基，使酶丧失活性；5、脂质过氧化反应的激活、磷脂酶和脂酶的活化及溶血磷脂和游离脂肪酸的洗涤作用，称为膜损伤的“脂联三反应”，是细胞损伤由可逆发展为不可逆的基础。(15)
再灌注对心肌的利弊及再灌注损伤的程度，主要取决于心肌缺血的持续时间，亦即再灌注发生的早晚。实验证明，缺血心肌如能在2小时内获得再灌注，心室肌运动可能完全恢复；缺血时间在10分钟以内者，可迅速恢复正常；缺血持续2小时以上者，充分恢复可能需要4周；如果缺血3小时以后才获得再灌注，缺血区心肌实际上已不可能完全恢复正常运动；如果严重缺血已超过6小时， 则再灌注的利益甚小。以上研究的结果为急性心肌梗塞早期实行再灌注提供了基础。(16)
小结:
综上所述可知，氧自由基及其衍生物在冠心病的发生、发展过程中起着关键作用。过氧化氢抑制PGI2，损伤血管内皮细胞，启动动脉粥样硬化的发生；MDA化学“修饰”LDL，形成的MDA--LDL不仅可以直接损伤细胞，还阻碍单核细胞的胆固醇代谢，形成泡沫细胞；心肌缺血时，钙离子大量内流，氧自由基生成增多，破坏细胞的完整性、损伤细胞功能；缺血心肌再灌注后，氧供突然改变，氧自由基大量生成，发生脂质过氧化反应，损伤细胞。
参考文献:
(1) 方允中，等: 自由基与酶 科学出版社 第一版 北京； 1989:44
(2) 莫 简: 医用自由基生物学导论 人民卫生出版社 第一版 北京； 1989:13
(3) Weiss SJ. Acta Physiol Scand 1986; 126(suppl.548):9
(4) Ledwozyw A, et al. Clin Chim Acta 1989; 155(3):275
(5) WHORTON ar; ET AL. j Clin Invest 1985; 26:295
(6) Bon GB, et al. Ibid 1985; 57(1):99
(7) Fogelman AM, et al. Proc Natl Acad Sci USA 1980; 77(4):2214
(8) MOREL DW, et al. J Lipid Res 1983; 24(8):1070
(9) Engler RL, et al. Am J Cardiol 1989; 63(10):19E
(10) Forman, et al. JACC 1989; 13(2):450
(11) Becker RC, et al. Arch Intern Med 1988; 148(7):1503
(12) Dart RC, et al. Ann Emerg Med 1988; 17(1):53
(13) Babbs CF, et al. Ann Emerg Med 1988; 17(11):1148
(14) Wolson BD, et al. J Neurochem 1984; 42:268
(15) Meerson FE, et al. Basic Res Cardiol 1982; 77:461
(16) O'shaughuessy, et al. Arch Intern Med 1987; 147(12):2207
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