細胞與疾病

1、1,細 胞 與 疾 病,周 愛 玲,2,成人機體約含有6×1013個細胞新生嬰兒機體含有2×1012個細胞 細胞 細胞膜：又稱質(zhì)膜(plasmalemma)或漿膜 細胞漿：高爾基體、溶酶體、線粒體、 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等 細胞核：由雙層的核膜包著。,,3,第一部分 生物膜與疾病第二部分 細胞損傷與保護,4,第一部分 生物膜與疾病,

2、細胞膜、細胞器膜及核被膜統(tǒng)稱為生物膜。 生物膜在細胞的結構和功能中起關鍵作用，它不僅起分割膜內(nèi)、外兩部分和屏障的作用，而且參與所有生命過程。,5,第1節(jié) 生物膜的組成、結構和功能,生物膜由膜蛋白、脂質(zhì)和糖組成。 蛋白質(zhì)約占30%～40%按照蛋白質(zhì)在膜內(nèi)的部位 內(nèi)在蛋白(整合蛋白integral protein) 外在蛋白(peripheral protein)。按膜蛋白的化學組成

3、 糖蛋白 非糖結合蛋白,,,一、生物膜的組成,6,一、生物膜的組成,脂質(zhì)約占40%～50%：磷脂Phospholipid) 糖脂(glycolipid) 類固醇(steroid) 糖占1%～5%：糖蛋白 糖脂不同的細胞其組分差異很大。,,,7,二、生物膜的結構,①磷脂雙分子層和蛋白質(zhì)或其復合體排成相互交替的鑲嵌面；

4、②膜內(nèi)在蛋白質(zhì)與磷脂以疏水鏈結合在形成穩(wěn)定的膜結構中起主要作用；③分布于膜兩側的蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和糖類等組分和性質(zhì)是不同的，脂質(zhì)雙分子層可以彼此單獨運動；④膜結構具有相對流動性。隨著環(huán)境條件變化，脂質(zhì)分子的晶態(tài)和液晶態(tài)是互變的；⑤膜中各種組分在細胞中經(jīng)常處于不斷更新的狀態(tài)；⑥膜中各種組分的排列是不對稱的。,8,膜的骨架蛋白,細胞膜上有蛋白質(zhì)組成的骨架網(wǎng)。 紅細胞骨架蛋白包括血影收縮蛋白、肌動蛋白、內(nèi)收蛋白、原肌球蛋白、4.1

5、蛋白、錨蛋白。 由收縮蛋白和肌動蛋白的協(xié)調(diào)作用，維持正常紅細胞的圓盤形。 由血影收縮蛋白與肌動蛋白、錨蛋白間的相互作用，4.1蛋白與肌動蛋白間的相互作用可使紅細胞具有高度的變形性。,9,三、生物膜的功能,1. 細胞膜能分割和維持細胞的形態(tài)；2. 物質(zhì)轉運：物質(zhì)的跨膜轉運方式可分為：被動轉運（簡單擴散、易化擴散）、主動轉運（鈉鉀泵、鈣泵、協(xié)同轉運）；3. 能量轉換：物質(zhì)代謝氧化過程在線粒體內(nèi)膜完成。呼吸鏈的組分分布在線粒

6、體內(nèi)膜上，包括NADH脫氫酶和鐵硫蛋白、輔酶Q以及細胞色素體系；4. 識別和信息傳遞：細胞對異物的識別及細胞與細胞之間的識別，起主要作用的是質(zhì)膜上的糖蛋白及糖脂。神經(jīng)遞質(zhì)、激素、各種體液因素、藥物等與細胞膜的受體、酶相互作用，通過細胞信號傳遞系統(tǒng)才能產(chǎn)生代謝變化和功能效應；5. 與細胞運動、分化等有關。,10,第2節(jié) 生物膜與疾病的關系,許多疾病可出現(xiàn)膜的異常變化，以膜脂或膜蛋白的改變?yōu)橹?，包括結構和功能的異常。這些變化可

7、能是某些疾病的發(fā)病環(huán)節(jié)或后果，因此，有人提出“膜病”的概念。其中研究最多的是紅細胞膜病。,11,一、紅細胞膜異常為主的疾病,（一）原發(fā)性紅細胞膜異常的疾病,1．遺傳性球形紅細胞癥：,12,一、紅細胞膜異常為主的疾病,1．遺傳性球形紅細胞癥： 是紅細胞膜骨架蛋白異常引起的遺傳性溶血病。特點：外周血中有較多的球形紅細胞和紅細胞滲透性增加，表現(xiàn)為貧血、黃疸和脾腫大。 紅細胞膜的穩(wěn)定性主要取決于膜骨架蛋白的結構和功能； 發(fā)病機制

8、： 由于紅細胞膜蛋白基因異常引起的分子病變，主要涉及收縮蛋白、錨蛋白、4·2蛋白和帶3蛋白； ?、佟∧さ鞍桩惓е履す羌艿鞍缀湍ぶ|(zhì)雙層的垂直連接障礙，雙層脂質(zhì)不穩(wěn)定，使未被膜骨架蛋白支持的脂質(zhì)以出芽形式形成囊泡而丟失。膜脂質(zhì)的丟失使紅細胞表面積減少，表面積和體積降低，細胞變成球形，使變形性減退。,（一）原發(fā)性紅細胞膜異常的疾病,13,1．遺傳性球形紅細胞癥：發(fā)病機制： ②膜收縮蛋白由α鏈和β鏈組成，該病在膜收

9、縮蛋白β鏈的N末端有缺陷，使膜骨架蛋白各組分之間或骨架之間的結合障礙，膜的穩(wěn)定性降低、易碎裂； ③收縮蛋白α-亞單位量的減少和疾病的嚴重程度呈正相關； ④紅細胞膜骨架蛋白異常，通透性增加，使被動性鈉鹽內(nèi)流增加；Na+-K+-ATP酶活性降低，使Na+、K+轉運功能異常，使細胞內(nèi)Na+濃度增加； ⑤球形細胞內(nèi)ATP相對缺乏，膜上Ca2+-Mg2+-ATP酶受到抑制，鈣沉積在膜上，使膜的柔韌性降低。,（一）原發(fā)性紅細胞膜異

10、常的疾病,14,（一）原發(fā)性紅細胞膜異常的疾病,2．遺傳性橢圓形紅細胞癥：原發(fā)病變是膜骨架的異常,15,2．遺傳性橢圓形紅細胞癥：原發(fā)病變是膜骨架的異常特點：外周血中有大量的橢圓形成熟紅細胞。多數(shù)病人紅細胞膜穩(wěn)定性及可變形性減低、機械脆性增加，易于破裂；該病膜骨架蛋白各組分含量無異常，但紅細胞膜中的收縮蛋白結構異常，主要涉及膜骨架水平方向連接的蛋白，即膜收縮蛋白、肌動蛋白、4.1蛋白-膜收縮蛋白。這些蛋白不能相互連接形成四聚體

11、，使膜骨架的穩(wěn)定性降低；當細胞經(jīng)過微循環(huán)時，隨著血液的流動，膜骨架蛋白發(fā)生重新連接而變成橢圓形。當外力去除后卻不能恢復正常，成為永久性的橢圓形細胞。另外，有些病人可能是由于膜骨架蛋白不同組分如區(qū)帶2.1蛋白和區(qū)帶3蛋白之間的聯(lián)接有缺陷。,（一）原發(fā)性紅細胞膜異常的疾病,16,（二）繼發(fā)性紅細胞膜異常所致溶血,1．紅細胞膜的氧化損傷 ①自由基等對紅細胞膜的氧化作用使膜脂質(zhì)和膜蛋白組分改變，一些膜酶活性下降，變形性減低，脆性增加，

12、易于破裂；②血紅素的氧化產(chǎn)物——高鐵原卟啉有破壞紅細胞膜造成溶血的作用；③凡能加速血紅蛋白氧化的化學物質(zhì)或藥物都可促使更多的超氧化物形成；④紅細胞有對抗氧自由基以防止被氧化的酶系統(tǒng)和物質(zhì)，如超氧化物歧化酶、過氧化氫酶、谷胱甘肽過氧化物酶、谷胱甘肽、維生素E等。若這些自然保護機制有缺陷或活性氧的衍生物過多，對血紅蛋白和紅細胞都可造成不可逆性損傷。,17,1．紅細胞膜的氧化損傷,⑤其他：血紅蛋白異常、酶缺陷等，使紅細胞膜易遭受氧

13、化也可使紅細胞破裂、造成溶血； A.珠蛋白生成障礙性貧血病人的紅細胞膜內(nèi)不飽和脂肪酸減少、磷脂酰乙醇胺（PE）減少，膜脂質(zhì)過氧化作用增強、丙二醛生成增加； B.葡萄糖-6-磷酸脫氫酶缺乏病人的紅細胞膜脂質(zhì)中PE減少，膜蛋白分子間形成聚合體，使紅細胞可變形性減低、壽命縮短； C.某些肝豆狀核變性患者突然由肝臟釋放大量銅，血銅急劇增高，銅可催化超氧及過氧化物的形成，也可發(fā)生嚴重的血管內(nèi)溶血。,18,（二）繼發(fā)性紅細胞膜異常

14、所致溶血 2．嚴重肝病患者有紅細胞膜病變,肝病患者的紅細胞膜的膽固醇/磷脂酰膽堿（PC）的比值增加，因此膜流動性降低、細胞變形性減低。A.酒精中毒性肝硬化：紅細胞呈刺狀、壽命縮短，主要是膜膽固醇增加。由于肝產(chǎn)生了不正常的低密度脂蛋白可將較多的膽固醇運載給紅細胞，使膜膽固醇增高，膜脂質(zhì)流動性減低，同時影響膜脂質(zhì)和膜蛋白的關系、膜蛋白的排列組合和膜收縮蛋白的磷酸化。這種紅細胞變形性減低，易在脾內(nèi)破壞；B.家族性肝內(nèi)膽汁瘀積

15、癥：患者有刺狀紅細胞所致溶血，紅細胞膜膽固醇含量增高。有些膽道閉塞癥病人，血清中膽固醇酯減少，游離膽固醇及膽堿卵磷脂均增加。過多的脂質(zhì)可載入紅細胞膜。膽道阻塞解除后，此脂質(zhì)變化消失而恢復正常。,19,（二）繼發(fā)性紅細胞膜異常所致溶血,3．有些藥物、毒素(如含磷脂酶A2的蛇毒和蜂毒)、抗原抗體反應均可引起膜損傷，甚至造成嚴重溶血。,20,二、補體與細胞膜損傷,補體攻膜復合體補體分子活化組裝成導致細胞溶破C5b～C9被稱為攻膜復合體(m

16、embrane attack complex，MAC)，引起細胞膜的不可逆損傷。組成MAC的蛋白質(zhì)有五個：C5b、C6、C7、C8及C9，它們單獨均不能與磷脂結合，沒有溶血活性，組裝后獲得了嗜脂性，插入膜內(nèi)形成孔道，也可將膜拆散；MAC的大小及組成并不均一，若C9數(shù)目少，不出現(xiàn)膜性損傷，若C9數(shù)目多，膜損傷即可出現(xiàn)；MAC對膜磷脂的強烈疏水作用可以擾亂有序的脂質(zhì)分子間的協(xié)同作用，導致雙層脂重新取向，并采取相應的構型。這樣在各脂相

17、交界處出現(xiàn)結構缺陷，允許離子跨膜穿行，失去通透屏障作用。,21,三、陣發(fā)性睡眠性血紅蛋白尿癥(PNH),PNH是一種獲得性慢性溶血性貧血。臨床表現(xiàn)以與睡眠有關的、間歇發(fā)作的血紅蛋白尿為特征，伴有全血細胞減少或反復血栓形成；是由于骨髓損傷，使造血干細胞基因突變，在紅細胞膜上缺乏抑制補體激活及膜反應性溶解的蛋白質(zhì)。引起的紅細胞、粒細胞、血小板以及紅系和粒系的前體細胞都對補體敏感。特別是紅細胞對補體異常敏感；PNH細胞膜上有多種蛋白質(zhì)

18、的缺陷，其中有許多是補體調(diào)節(jié)蛋白；,22,三、陣發(fā)性睡眠性血紅蛋白尿癥(PNH),1．衰變加速因子(DAF)：是存在于血細胞(紅細胞、白細胞、血小板)膜上的一種糖蛋白，可同C2競爭與C4b的結合，抑制C3轉化酶形成，并促進其分解，從而抑制MAC的形成，使細胞免受補體的損傷。 PNH除紅細胞外，粒細胞、血小板，甚至淋巴細胞上也有DAF的缺陷；致細胞對補體異常敏感；2．C8結合蛋白：存在于正常紅細胞、血小板膜上。其主要作用是與自身

19、或同種異型的C8分子結合，封閉C5b-8的C8結合位點，從而抑制MAC的形成。 PNH-Ⅲ型紅細胞膜上缺乏C8結合蛋白。,補 體 調(diào) 節(jié) 蛋 白 缺 陷,23,三、陣發(fā)性睡眠性血紅蛋白尿癥(PNH),3．膜反應性溶解抑制因子(MIRL)：存在于正常紅細胞膜上，能抑制結合在細胞膜上的C5b-7再與C7結合，從而抑制MAC的形成。 PNH-Ⅲ型和Ⅱ型紅細胞膜皆存在MIRL的缺陷，導致紅細胞對補體介導的溶解敏感。 PNH異常

20、血小板缺乏MIRL，因此，有更多的含C9聚合物的復合體附著在膜上，引起血小板囊泡化，這種囊泡不能使酸性磷脂維持在內(nèi)層而暴露在外表面，增加了因子Ⅴa、Ⅹa的作用面，有較多的凝血酶原變?yōu)槟?，易發(fā)生血栓；4．血小板激活：在體內(nèi)自發(fā)激活的補體不足以引起PNH血小板的溶破，但能刺激PNH血小板釋放大量生物活性物質(zhì)如TXA2和5H-T，這是PNH常伴發(fā)血栓形成的原因之一；另外，補體激活的血小板表面形成C5b-9可進一步激活血小板，導致PNH

21、形成血栓的正反饋； 5．紅細胞膜上其他蛋白的異常 如PNH紅細胞膜上乙酰膽堿酯酶活性降低；PNH紅細胞和血小板均有C3b／C4b受體(CR1)的缺陷，但與細胞補體敏感性無關。,補 體 調(diào) 節(jié) 蛋 白 缺 陷,24,四、高血壓病,高血壓病與細胞膜多種功能障礙有關：血管平滑肌鈉、鈣、磷脂酰肌醇代謝和pH值的變化，提高阻力血管反應性或支配阻力血管的交感神經(jīng)興奮性升高而形成高血壓。①膜的缺陷：通過跨膜“滲漏”導致細胞內(nèi)高鈣、高鈉、低鉀

22、。②機械性損傷：高血壓本身機械性地損傷心肌膜、血小板和紅細胞膜，使細胞內(nèi)Ca2+升高。已證明血管平滑肌、心肌、脂肪細胞、紅細胞、白細胞和血小板出現(xiàn)異常的Ca2+變化。原發(fā)性高血壓病人血小板[Ca2+]i 升高，而且與收縮壓和舒張壓直接相關；③膜去極化，引起膜電位依賴性鈣通道開放，Ca2+內(nèi)流增加，細胞興奮性增強；④Na+- Ca2+交換減慢，細胞內(nèi)Ca2+增加，影響血管平滑肌的興奮-收 縮耦聯(lián)，使血管緊張性增高，外周

23、阻力增大，血壓增高。,1．胞漿游離鈣升高,25,四、高血壓病,原發(fā)性高血壓細胞膜Na+-K+-ATP酶活性降低，細胞內(nèi)Na+濃度增高，引起高血壓：①細胞內(nèi)鈉增加，細胞水腫，動脈壁鈉水潴留，導致動脈管腔狹窄，阻力增加；②Na+／H+交換活性增高，細胞內(nèi)pH升高、導致細胞堿化和血管平滑肌過度生長。,2．細胞內(nèi)鈉離子升高,26,四、高血壓病,3．膜脂質(zhì)的變化 原發(fā)性高血壓病人紅細胞和血小板膜非飽和脂肪酸成分減少，伴有紅細胞膜流動性

24、下降。,27,五、動脈粥樣硬化,動脈粥樣斑塊中有泡沫細胞(foamcell)：是吞噬了大量膽固醇的巨噬細胞。血漿中70%的膽固醇由低密度脂蛋白(LDL)攜帶，脂蛋白apoB—100為LDL的結構成分，是許多細胞表面受體的配體。LDL經(jīng)修飾后，使apoB—100構象及電荷性改變，被巨噬細胞表面的清道夫受體識別結合，得以無限制地進入并蓄積于巨噬細胞中成為泡沫細胞； 在內(nèi)皮受損處聚積而被活化的血小板增加巨噬細胞對膽固醇吞噬，加速泡沫細

25、胞的形成； 高脂血癥患者血小板活性增高：其原因是血小板膜由血漿獲得了較多的膽固醇，改變了膜的生物物理性質(zhì)。使血小板膽固醇與磷脂含量的比值升高，膜流動性降低，使血小板對凝血酶的親和力增加和凝血酶的受體數(shù)目增加。,28,六、惡性腫瘤,細胞癌變最顯著的特征是細胞表面結構、理化性質(zhì)和功能發(fā)生改變，使膜流動性異常、細胞連接和通信中斷、細胞識別和粘著能力降低，導致細胞增殖失控并發(fā)生浸潤轉移。1．喪失接觸抑制：培養(yǎng)的癌細胞失去了正常細胞的

26、接觸抑制特性。細胞表面的粘著性降低、易于移動，并出現(xiàn)癌細胞特異性抗原。膜的變化是因為有特殊的蛋白質(zhì)或糖蛋白或糖脂的糖鏈缺陷，即短縮； 腫瘤細胞表面糖脂改變：糖鏈短缺不全，出現(xiàn)一些簡單的前體糖鞘脂，而高級的神經(jīng)節(jié)苷脂缺失；細胞表面的糖基轉移酶活性降低或糖基水解酶活性升高，使細胞表面的糖鏈不能延伸接觸，粘著力下降，失去接觸抑制，導致癌細胞浸潤轉移。,29,六、惡性腫瘤,2．膜脂質(zhì)過氧化：脂質(zhì)過氧化物可與蛋白交叉連接，并可影響細胞膜和

27、有絲分裂； 活性氧主要影響促癌階段； 過量的活性氧引起脂質(zhì)過氧化，DNA氧化損傷，最終影響癌基因表達； 許多促癌物可引起脂質(zhì)過氧化，氧自由基損傷引起腫瘤細胞膜的結構和功能改變； 過量的氧自由基在促發(fā)和維持腫瘤的生長中可能起作用。而抑制脂質(zhì)過氧化的抗氧化劑又表現(xiàn)出抗促癌活性。,30,六、惡性腫瘤,3．膜流動性的改變：腫瘤細胞膜流動性有如下規(guī)律： 實體瘤細胞膜流動性較正常細胞的流動性低； 腹水瘤、白血病

28、等細胞膜的流動性較正常細胞的流動性高？有人認為腫瘤細胞膜保持了較多的不飽和脂肪酸水平，因此膜流動性加強。也可能與瘤細胞膜成分的改變、特別是膽固醇的含量和比值有關； 某些藥物如維甲酸等可使細胞膜流動性改變，影響細胞膜上蛋白的位置，導致細胞膜上抗原決定簇的暴露或掩蓋，從而引起細胞免疫原性的改變。腫瘤細胞免疫原性的增強可誘發(fā)機體的抗腫瘤免疫反應，使腫瘤轉移能力降低。,31,六、惡性腫瘤,4．細胞外骨架的異常：與腫瘤細胞浸潤和轉移有關

29、 腫瘤細胞表面纖維連接蛋白(Fn)減少或分布改變。 浸潤性癌細胞表面、瘤塊周圍及基膜中均缺乏Fn。 這是由于合成減少、降解加速，導致與細胞結合發(fā)生缺陷。因此，細胞表面Fn或其受體的缺乏可能與腫瘤細胞間粘附能力降低而易脫落有關。,32,六、惡性腫瘤,5．內(nèi)源凝集素 腫瘤細胞表面有與半乳糖特異結合的凝集素，與細胞惡化、腫瘤轉移有密切關系； 細胞表面凝集素介導細胞間的粘附，使腫瘤細胞結合于鄰近細胞膜的含糖成分；

30、 自纖維肉瘤提取的兩種內(nèi)源凝集素L-14.5和L-34的總量隨著惡性程度增加而逐漸增高，說明細胞表面凝集素在惡性表型表達中起作用 ； 凝集素單抗mAb5D7能抑制癌細胞表面凝集素活性，影響體外培養(yǎng)瘤細胞的集落形成，使機體肺部腫瘤細胞集落形成減少。,33,六、惡性腫瘤,6．癌瘤細胞表面糖蛋白的改變 無論體內(nèi)自發(fā)癌變或體外誘導轉化的惡性細胞，其表面糖鏈結構均有顯著改變； 某些糖鏈唾液酸化程度較高，其生物學效應： (

31、1)減低腫瘤特異的免疫原性，因此，能降低機體的抗腫瘤免疫反應，使腫 瘤轉移能力增加； (2)遮蓋凝集素配體的識別位點，逃避宿主的天然免疫機制； (3)唾液酸基團在生理pH下解離成負離子，腫瘤細胞間同種電荷的排 斥力使其易從腫瘤塊上脫落； (4)某些腫瘤細胞的侵襲、轉移潛能與糖鏈的唾液酸化程度相符合。,34,六、惡性腫瘤,7．腫瘤耐藥性與泵糖蛋白 化療失敗的重要原因之一是腫瘤產(chǎn)生耐藥性，常常是同一

32、腫瘤對若干在分子結構及作用機制上不同的化療藥物同時產(chǎn)生抵抗，即多藥耐受性(MDR)。 泵糖蛋白(pumpglycoprotein，P-GP) ：P-GP是將藥物從細胞內(nèi)泵出的膜蛋白，由1280個氨基酸殘基組成的肽鏈。肽鏈的兩端游離于胞質(zhì)中，各有一個ATP結合部位及藥物結合部位，借以將藥物泵出胞外并消耗ATP。且本身具有ATP酶活性，它能利用ATP水解釋放的能量，將大量結構不相關的藥物跨膜移到胞外，使胞內(nèi)藥物濃度減少； 另

33、外，泵糖蛋白還能特異地抑制半胱氨酸、天冬氨酸酶依賴的腫瘤細胞的凋亡。 已發(fā)現(xiàn)一些化合物可抑制P-GP的功能使產(chǎn)生MDR的腫瘤細胞重新對化療藥物敏感，即化學致敏劑(che—mosensitizer) 。,35,七、肌肉疾病,1．線粒體肌病： 是肌肉的特異病變，特點是張力低下、體力活動失去耐力和肌無力；是直接原發(fā)于DNA缺陷或經(jīng)其它因素介導的生化缺陷，包括呼吸鏈缺陷、底物的轉運、利用缺陷和能量貯存系統(tǒng)缺陷；已證明肌纖維膜

34、上細胞色素氧化酶是存在的，但處于無活性狀態(tài)。,36,七、肌肉疾病,2．肌營養(yǎng)不良癥 細胞膜部分缺損，伴有該處向內(nèi)凹陷的圓形或三角形壞死病灶。細胞膜結構異?？赡苁荂a2+在細胞內(nèi)蓄積：患者肌漿網(wǎng)膜對Ca2+的攝取能力下降、速度減慢。而Ca2+在肌纖維內(nèi)的沉積顯著和K+外流增強，皆說明細胞膜通透性的異常；電鏡觀察到膜蛋白顆粒顯著減少；肌漿網(wǎng)膜的Mg2+-ATP酶活性下降，但NADH(NADPH)-細胞色素C還原酶活性增高；

35、腺苷環(huán)化酶對腎上腺素或氟化鈉(NaF)的敏感性喪失，此酶的變化可見于病人的肌纖維膜，肝細胞膜和紅細胞膜。病人骨骼肌中磷脂含量下降和膽固醇含量增加，質(zhì)膜流動性比正常低。,37,七、肌肉疾病,3．肌強直綜合征 病因是肌細胞膜的異常。肌細胞膜對K+通透性高、對Cl-通透性低。病人紅細胞膜Na+-K+交換反應異常、膜蛋白激酶活性降低，膜流動性增大；周期性四肢麻痹伴有低鉀血癥可能也是膜系統(tǒng)的異常。,38,八、特殊生物膜的障礙,1．腎炎時

36、基底膜的變化： 腎炎時：基底膜膠原蛋白的不溶部分發(fā)生改變，氨基葡萄糖及膽固醇含量增加，半乳糖及氨基半乳糖減少； 糖尿病性腎?。夯啄さ牧u脯氨酸增加、羥賴氨酸及二糖增加，伴有胱氨酸及唾液酸的減少； 人類膜性增殖性腎炎：基底膜的脯氨酸、羥脯氨酸及甘氨酸增加； 當基底膜有病變，篩選效應失常，首先漏出的是白蛋白，病變發(fā)展則大分子也可漏出； 2．刷狀緣膜異常： 刷狀緣由一種特殊的柱狀上皮細胞構成，它存在于小腸及腎

37、近曲小管，主要功能是吸收，當其結構及功能紊亂會造成吸收障礙；使二糖的消化吸收及單糖的轉運障礙； 如蔗糖酶-異麥芽糖酶缺陷癥病人刷狀緣膜這兩種酶活性都低。,39,八、特殊生物膜的障礙,3．肺表面活性物質(zhì)（PS)異常：PS是Ⅱ型肺泡上皮細胞合成和分泌的脂蛋白。其中90%是脂質(zhì)，主要是磷脂；PS分布于肺的終末氣道表面，具有降低肺泡表面張力，防止呼氣末肺萎陷，維持小氣道通暢、降低氣道阻力作用； 急性呼吸窘迫綜合征(ARDS)早期

38、致病因素直接或間接損傷Ⅱ型肺泡上皮細胞，干擾PS合成和代謝，導致PS缺乏和滅活，PS總量減少； ARDS時肺泡-毛細血管膜通透性增加，許多可溶性血漿蛋白進入肺泡腔與PS競爭肺泡表面、阻礙磷脂膜的形成。ARDS時PS缺乏或嬰兒因肺發(fā)育不成熟所致的原發(fā)性PS缺乏皆可促進肺損傷的發(fā)生發(fā)展，而肺損傷又進一步導致PS功能障礙，形成惡性循環(huán)； 正在研究應用外源性PS治療ARDS，效果不一致。,40,第二部分 細胞損傷與保護

39、,細胞的狀態(tài) 正?；顒?適應（adaptation） 損傷（injury） 死亡（death） 在復雜多變的環(huán)境中，體內(nèi)外有多種因素可以影響細胞的正常活動； 細胞與環(huán)境之間不斷地交換信息，隨時對環(huán)境的變化做出調(diào)整，以維持正常功能的穩(wěn)定，這一過程稱為適

40、應； 損傷意味著受到剌激的細胞在應激環(huán)境中已不再能維持其正常的功能活動，細胞本身由一個適應性細胞轉變?yōu)橐粋€損傷性細胞。,,41,細胞死亡,細胞死亡，是指細胞生命的結束，是細胞功能被破壞的不可逆狀態(tài)，細胞死亡有兩種不同的形式：細胞壞死和細胞凋亡；細胞在應激環(huán)境中，是產(chǎn)生適應性反應，還是出現(xiàn)可逆性或不可逆性損傷，取決于應激原的性質(zhì)和作用強度以及細胞的種類；凡是能引起應激反應的各種因素都可成為應激原（stressor）（如環(huán)境

41、因素、機體的內(nèi)在因素等）；例如，神經(jīng)細胞由于需氧量大而儲氧量小，對缺氧最為敏感。當缺氧嚴重到一定的程度，會引起各種細胞相繼損傷和死亡；細胞具有自我修復和再生的能力，可以防止損傷進一步加重和細胞死亡。,42,第一節(jié) 細胞損傷第二節(jié) 細胞保護,43,細胞損傷(休克時細胞的損傷),44,第一節(jié) 細胞損傷,（一）缺氧 缺氧導致細胞代謝紊亂和功能異常，使細胞腫脹、破裂，甚至細胞死亡。由于膜通透性的改變，胞質(zhì)中的許多酶可彌散到

42、血液中，如心肌梗死時，血清磷酸肌酸激酶增加。缺氧對細胞的損傷取決于缺氧的時間和程度以及細胞對缺氧的耐受性。（二）物理性因素 如機械力、溫度、電離輻射等均可引起細胞損傷。電離幅射可使膜形成脂質(zhì)過氧化物而改變膜的脂類成分，還能增加膜的通透性。溫度變化影響膜的結構和功能。當溫度超過49℃時，紅細胞膜蛋白質(zhì)變性，使膜彈性及變形降低，紅細胞易被破壞。,一、細胞損傷的原因,45,（三）化學性因素 包括化學物質(zhì)和化學藥物，

43、它們既可以直接損傷細胞膜，也可以被攝入細胞，干擾細胞的代謝過程； 如四氯化碳（CCl4）中毒是膜損傷的典型實例。CCl4進入體內(nèi)后經(jīng)肝臟細胞色素P450代謝為三氯甲基自由基，造成膜廣泛過氧化，導致細胞功能異常?？梢怨舾闻K大分子，主要引起中央靜脈周圍肝細胞壞死，長期反復給予后，可導致肝臟內(nèi)纖維組織增生，最后產(chǎn)生小結節(jié)性肝硬化，少數(shù)也可出現(xiàn)大結節(jié)性肝硬化。用CCl4造成大鼠慢性肝損傷的病理過程與人類慢性肝炎向肝纖維化、肝硬化

44、發(fā)展的病理過程相類似。,一、細胞損傷的原因,46,（四）生物性因素 如細菌、病毒、霉菌、寄生蟲等以多種方式損傷細胞，這取決于病原體的種類和人體的防御功能； 如感染乙肝病毒后，可造成肝細胞膜的嚴重受損，使膜的穩(wěn)定性遭到破壞，并引起細胞內(nèi)某些酶的釋放，損傷細胞。 又如艾滋病病毒（HIV）包膜的糖蛋白插入細胞膜，可增加細胞膜的通透性，造成正常離子屏障的損傷； （五）遺傳性因素 如肌營養(yǎng)不良、家族

45、性高膽固醇血癥、氨基酸尿癥等，這些遺傳病可引起細胞損傷，使膜的結構和形狀及其受體等發(fā)生改變； （六）免疫性因素 免疫反應異常，如對外源性抗原的超敏反應、自身免疫反應和免疫缺陷等都是導致細胞損傷的常見原因。,一、細胞損傷的原因,47,二、細胞損傷的機制,一般來說，應激原的剌激決定細胞產(chǎn)生適應性反應還是損傷性變化；損傷較輕時，細胞具有足夠的儲備能力完成其正?；顒佣槐憩F(xiàn)出功能異常；損傷較重時，細胞可減弱或喪失其功能，甚至出

46、現(xiàn)水腫、脂肪變性等形態(tài)結構的改變；應激原的性質(zhì)和細胞種類的不同，損傷引起的改變各異，但共同的改變是細胞能量代謝和細胞膜功能障礙。,48,（一）缺血/缺氧介導的細胞損傷,缺血、缺氧引起細胞能量代謝障礙的中心環(huán)節(jié)是干擾氧化磷酸化，減少ATP合成；缺氧有氧氧化受阻，ATP減少而ADP增加，導致磷酸果糖激酶激活，增加了糖酵解速率，但無氧酵解產(chǎn)生的ATP難以滿足細胞的需要，繼而對細胞產(chǎn)生廣泛的影響；嚴重缺氧，線粒體調(diào)節(jié)能量代謝的主要位

47、點，如ATP合酶、無機磷（Pi）載體等功能異常，導致線粒體腫脹和溶解。ATP生成減少和不斷消耗，使AMP和Pi含量增加；糖酵解增加引起乳酸堆積；能量不足使離子轉運失常；細胞內(nèi)溶質(zhì)積聚，膜兩側滲透壓失衡和細胞自溶是生物能量代謝障礙最普遍的嚴重后果。,1、能量生成障礙,49,（一）缺血/缺氧介導的細胞損傷,細胞膜功能障礙包括膜磷脂和膜蛋白的改變；① 缺血、缺氧，能量不足使細胞膜上的Na+-K+-ATP酶功能抑制，Na+主動轉運出細胞

48、減少，胞漿Na+濃度增加，細胞外水內(nèi)流，細胞腫脹。細胞器對水的吸收增加可引起線粒體腫脹、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)擴張等變化，進一步影響其功能；② 細胞水腫是對能量代謝異常的最初反應，是一種可逆性損傷。如果供氧和ATP合成恢復，細胞可恢復正常。如果損傷性剌激持續(xù)存在，細胞膜損傷加重，膜完整性喪失、物質(zhì)轉運障礙、跨膜信號轉導異常，進而導致鈣超載、線粒體損傷和溶酶體破裂等，甚至細胞死亡。,2、細胞膜功能障礙,50,（一）缺血/缺氧介導的細胞損傷,③細胞內(nèi)鈣

49、聚積可激活磷脂酶催化膜磷脂降解。鈣可激活蛋白酶，破壞細胞骨架蛋白，而骨架蛋白異常又可加重膜損傷；ATP不足抑制細胞合成新的磷脂蛋白；④細胞內(nèi)堆積的代謝產(chǎn)物也可破壞已損傷的膜結構。細胞內(nèi)pH降低和水腫導致溶酶體破裂，水解酶釋放入胞漿，細胞溶解； 因此，有學者提出細胞膜的嚴重損傷是不可逆細胞損傷的關鍵。,2、細胞膜功能障礙,51,（一）缺血/缺氧介導的細胞損傷,可逆性細胞損傷通常累及細胞膜和細胞漿，細胞核在形態(tài)上能維持完整性，

50、但對基因表達的調(diào)控已出現(xiàn)變化；缺氧可誘導調(diào)節(jié)糖酵解的酶，如磷酸丙糖脫氫酶表達增加；誘導熱休克蛋白的表達；促進細胞因子、生長因子和炎性蛋白等的表達。缺氧還可激活某些對氧化反應敏感的轉錄因子，如NF-κB等。,3、基因表達的改變,52,（二）自由基介導的細胞損傷,1、概念與類型 自由基（free radical）：是在外層電子軌道上含有單個不配對電子的原子、原子團和分子的總稱。,53,,1O2和H2O2,脂質(zhì)氧自由基：LO

51、3;、LOO·,NO,非脂質(zhì)氧自由基,,,氧自由基,非自由基物質(zhì),,,,活性氧,,,,,活性氧：是指一類由氧形成的、化學性質(zhì)較 基態(tài)氧活潑的含氧代謝物質(zhì)。,54,2、自由基的代謝,,,,55,3、氧自由基生成增多的機制,,黃嘌呤氧化酶形成增多中性粒細胞:呼吸爆發(fā)線粒體功能受損,,56,XO形成增多,,,缺血期,再灌注期,57,中性粒細胞: 呼吸爆發(fā)（氧爆發(fā)）：再灌注期組織重新獲得O2供應，激活的中性粒細胞耗氧量顯著

52、增加，產(chǎn)生大量氧自由基，稱呼吸爆發(fā)。,3、氧自由基生成增多的機制,58,3、氧自由基生成增多的機制,線粒體功能受損: 缺血缺氧使ATP減少，Ca2+經(jīng)鈣泵攝入肌漿網(wǎng)減少，進入線粒體增多，使線粒體功能受損，細胞色素氧化酶系統(tǒng)功能失調(diào)，以致進入細胞內(nèi)的氧，經(jīng)4價還原形成水減少，經(jīng)單電子還原形成的氧自由基增多。,59,1. 生物膜脂質(zhì)過氧化增強（破壞細胞膜性結構） ① 破壞膜的正常結構：膜的液態(tài)性、流動性降低，通透性增加，細胞

53、 外Ca2+內(nèi)流增加； ② 間接抑制膜蛋白功能：使膜脂質(zhì)之間形成交聯(lián)和聚合，使離子泵失靈 和細胞信號轉導功能障礙； ③ 促進自由基和其他生物活性物質(zhì)生成：激活磷脂酶C、磷脂酶D，分解膜磷脂，催化花生四烯酸代謝反應，在增加自由基生成和脂質(zhì)過氧化的同時，形成多種生物活性物質(zhì)，如前列腺素、血栓素、白三烯等，促進損傷； ④ 線粒體功能受損——ATP生成減少。,自由基的損傷作用,60,自由基的損傷作用

54、,2. 抑制蛋白質(zhì)的功能：自由基可引起蛋白質(zhì)分子肽鏈斷裂，使氨基酸殘基氧化。脂質(zhì)過氧化物可造成蛋白質(zhì)（包括酶）的變性和功能喪失。 例如，NO是一種氣體自由基，大量的NO和氧競爭與線粒體內(nèi)膜的細胞色素氧化酶系統(tǒng)中的血紅素結合位點相結合，從而抑制酶活性，阻斷電子傳遞和氧化磷酸化。此時，線粒體損傷是可逆的。隨著損傷的加重，NO與因電子傳遞受阻產(chǎn)生的超氧陰離子形成更強的超氧亞硝酸鹽陰離子（ONOO-），

55、后者抑制NADH脫氫酶和細胞色素還原酶系統(tǒng)的功能，并造成線粒體膜脂質(zhì)過氧化，引起線粒體不可逆性損傷。3. 破壞核酸及染色體：自由基可以引起DNA氧化，造成堿基片段缺失、基因突變等。損傷的DNA不能修復或錯誤修復是導致腫瘤發(fā)生的重要原因。自由基還可以通過激活轉錄因子NF-κB等，促進細胞因子的表達，進而加速細胞損傷，甚至引起細胞凋亡或死亡。,61,（三）鈣介導的細胞損傷,正常情況下，細胞外液游離鈣約1~2mmol/L；而胞漿游離鈣

56、約0.1~0.2μmol/L，兩者相差5千~1萬倍；鈣超載（calcium overload）：各種原因引起的細胞內(nèi)鈣含量異常增多并導致細胞結構和功能代謝障礙的現(xiàn)象稱為鈣超載。,62,1、細胞內(nèi)鈣超載的機制,（1） Na+/Ca2+交換異常： 生理條件下，Na+/Ca2+交換蛋白以正向轉運的方式使細胞外Na+進入細胞，胞漿Ca2+運出細胞，（交換比例為3 個Na+交換1個Ca2+）。 缺血-再灌注損傷時，Na+/

57、Ca2+交換蛋白激活后反向轉運增強，加速Na+向細胞外轉運，大量Ca2+進入細胞。 Na+/Ca2+交換蛋白何時由正向轉運轉為反向轉運？ 由于Na+/Ca2+交換蛋白的激活。,63,（1） Na+/Ca2+交換異常：,①　細胞內(nèi)高Na+對Na+/Ca2+交換蛋白的直接激活： 缺血，ATP含量減少和細胞內(nèi)酸中毒，可導致鈉泵活性降低，細胞內(nèi)Na+含量明顯增加； 再灌注時缺血細胞重新獲得氧及營養(yǎng)物質(zhì)供應，細

58、胞內(nèi)高Na+除激活鈉泵外，還迅速激活Na+/Ca2+交換蛋白，以反向轉運的方式加速Na+向細胞外轉運，同時將大量Ca2+運入胞漿，病理性細胞內(nèi)Ca2+增加引起細胞損傷。,64,（1）Na+/Ca2+交換異常：,②細胞內(nèi)高H+對Na+/Ca2+交換蛋白的間接激活：缺血期，由于無氧代謝使H+生成增多，組織間液和細胞內(nèi)H+明顯增多。再灌注，使組織間液H+濃度明顯下降，而細胞內(nèi)H+仍然很高，形成跨膜H+濃度梯度。細胞膜兩側H+濃度差可激

59、活Na+/H+交換蛋白，促進細胞內(nèi)H+排出，而使細胞外Na+內(nèi)流。細胞內(nèi)高Na+可繼發(fā)性激活Na+/Ca2+交換蛋白，促進Ca2+內(nèi)流，加重細胞鈣超載。,65,（1）Na+/Ca2+交換異常：,③ 蛋白激酶C（PKC）活化對Na+/Ca2+交換蛋白的間接激活：,66,1、細胞內(nèi)鈣超載機制,（2）生物膜損傷：① 細胞膜損傷：缺血時，細胞膜損傷，Ca2+的通透性增加；Ca2+增加可激活磷脂酶，促進膜磷脂降解，增加膜通透性。缺血再灌注

60、時生成大量的自由基，使細胞膜脂質(zhì)過氧化，加重膜結構的破壞；②線粒體及肌漿網(wǎng)膜損傷： 缺血再灌注時，產(chǎn)生的自由基使線粒體腫脹，氧化磷酸化功能受損，ATP減少，鈣泵功能障礙，使細胞漿中游離鈣增加，促進鈣超載。,67,2、鈣超載損傷細胞的機制,（1）激活磷脂酶：磷脂酶（phospholipase,PL）有多種亞型，如PLA、PLC和PLD等，廣泛分布于細胞膜上，其中PLA2是鈣依賴性的。Ca2+升高激活PLA2，后者大量分解膜磷脂，破壞

61、膜完整性；而產(chǎn)生的花生四烯酸等代謝產(chǎn)物又可進一步損傷細胞；（2）激活蛋白酶：Ca2+升高可激活鈣依賴性蛋白酶，產(chǎn)生多種損傷作用。例如，促進黃嘌呤脫氫酶轉化為黃嘌呤氧化酶，加速自由基生成；激活蛋白水解酶，促進蛋白質(zhì)分解；（3）破壞細胞骨架：鈣在維持細胞骨架的完整性中起重要作用。胞漿鈣濃度升高可使肌動蛋白絲與α-肌動蛋白（α-actinin）分離，誘導細胞骨架改變，從而損傷細胞的形態(tài)與功能。,68,2、鈣超載損傷細胞的機制,（4）抑

62、制心肌收縮功能：胞漿鈣濃度升高可阻礙Ca2+與肌鈣蛋白解離，延緩心肌舒張，進而抑制心肌收縮力。細胞內(nèi)外鈣分布異常還與其他電解質(zhì)紊亂一起干擾心肌膜電位，導致心律失常；（5）抑制線粒體功能：線粒體內(nèi)鈣升高，鈣離子可與磷酸根結合成不溶性磷酸鹽沉積于線粒體內(nèi)膜，干擾氧化磷酸化，進一步減少ATP生成；（6）激活核酸內(nèi)切酶：鈣離子升高可以激活核酸內(nèi)切酶，水解DNA，誘導細胞凋亡。,69,第二節(jié) 細胞保護,20世紀70年代末發(fā)現(xiàn)，預先應用前列

63、腺素可以明顯減輕或防止多種剌激造成的急性胃粘膜壞死，而且前列腺素的抗損傷作用不是通過抑制胃酸分泌，從而提出前列腺素具有細胞保護作用； 目前，細胞保護的概念主要用于描述一類通過內(nèi)源性或外源性機制增加細胞抗損傷的能力，而不是通過改變有害刺激強度來減弱或消除細胞損傷的現(xiàn)象。,70,一、細胞保護的分類,（一）適應性細胞保護（adaptive cytoprotection）（二）直接細胞保護（direct cytoprotection）

64、實驗發(fā)現(xiàn)，采用弱刺激作用于細胞，減輕或消除隨后而來的強的有害刺激引起的細胞損傷的現(xiàn)象被稱為適應性細胞保護；適應性細胞保護的機制：是采用弱刺激激活了細胞內(nèi)部的自我保護機制，產(chǎn)生內(nèi)源性細胞保護因子或調(diào)節(jié)物質(zhì)，從而使細胞對隨后而來的有害刺激具有更強的抵抗能力。受到一種弱刺激的細胞不但可以增強對同一因素的強刺激的抵抗力，產(chǎn)生同源細胞保護，而且對其他有害刺激的抵抗力也有不同程度的增強，產(chǎn)生交叉細胞保護；例如，20%乙醇不但可增強胃粘膜

65、細胞對無水乙醇的抵抗力，而且可以增強其對高濃度鹽酸的抵抗力。,71,（二）直接細胞保護,主要指應用外源性細胞保護劑直接增強細胞的抗損傷能力。例如，預先口服或注射前列腺素防止多種有害刺激對胃粘膜的損傷。,72,二、細胞保護的機制,細胞保護實質(zhì)上是通過動員各種機制加強細胞的自我保護能力。 （一）心肌保護（cardioprotection）心肌缺血是造成心肌細胞代謝和功能紊亂甚至細胞壞死的最常見原因；1986年Murry等發(fā)現(xiàn)5分鐘

66、缺血/5分鐘再灌注，重復4次，能使持續(xù)缺血40分鐘引起的狗心肌梗死面積明顯減少，將這種短暫缺血使心肌對隨后較長時間缺血的耐受力明顯增強的現(xiàn)象稱為缺血預處理；研究表明，除短暫缺血外，短暫缺氧預處理、小劑量藥物（去甲腎上腺素等）或毒物（內(nèi)毒素等）預處理均能增強心肌抗損傷的能力。預處理的心肌保護作用，主要表現(xiàn)在縮小心肌梗死范圍、減輕心律失常和改善收縮功能。,73,心肌保護作用的兩個時相：,1、早期保護時相（early phase of p

67、rotection）又稱經(jīng)典預處理，指細胞在預處理后其抗損傷的能力立即明顯增強，約可持續(xù)1~3小時。（1）早期保護作用的啟動劑：多種神經(jīng)內(nèi)分泌、旁分泌和自分泌因子被認為是預處理早期保護作用的啟動劑。例如，腺苷、去甲腎上腺素、緩激肽、血管緊張素Ⅱ、內(nèi)皮素等。代謝性因素和自由基也可能參加細胞保護的調(diào)節(jié)；① 腺苷：腺苷是ATP分解的代謝產(chǎn)物，心肌缺血時腺苷生成增多并釋放入組織間隙。 實驗表明：應用外源性腺苷或腺苷受體激動劑能

68、模擬或增強預處理的保護作用；預先應用腺苷受體阻斷劑則能消除預處理對心肌的保護； 結果提示：預處理時腺苷含量升高是啟動預處理保護機制的基本因素； 腺苷受體至少有4種亞型，參與預處理保護作用的是A1和A3受體亞型，它們均與Gi蛋白偶聯(lián)，進一步激活細胞內(nèi)信號轉導系統(tǒng)。應用Gi抑制劑百日咳毒素可以消除預處理對家兔心肌的保護作用。,74,1、早期保護時相,② 自由基：大量自由基生成是造成缺血-再灌注損傷的重要介質(zhì)，但在短暫