氧化应激

•发生于糖尿病患者，不能用高血压性心脏病，冠状动脉粥样化心脏病，心脏瓣膜及其它心脏病变来解释的心肌疾病糖尿病心肌病（DdiabeticCardiomyopathy，DCM）•金属硫组氨酸三甲基内盐，是一类在生物界内广泛存在的的小分子蛋白质金属硫蛋白（Metallothionein，MT）•指体内氧化与抗氧化作用失衡，倾向于氧化，导致中性粒细胞炎性浸润，蛋白酶分泌增加，产生大量氧化中间产物。氧化应激（OxidativeStress，OS）作用方法分类诱导激素糖皮质激素、胰高血糖素、肾上腺素等药物四氯化碳、阿片类、阿霉素等金属Cu、Ag、Au、Zn、Hg、Cd、Co、Ni、Al等应激高温、寒冷等基因工程检测免疫化学方法酶联免疫吸附法（ELISA）、放射免疫分析法（RIA）、荧光免疫测定法（FIA）、免疫印迹法（WesternBlot）MT-mRNA实时荧光定量DNA聚合酶链式反应（qRT-PCR）、半定量DNA聚合酶链式反应（sqRT-PCR）金属饱和度测定法Cd、Hg、Ag等电化学方法伏安法、计时电位法、极谱法质谱偶联法电喷雾质谱（ESI-MS）、基质辅助激光解离质谱（MACDI-MS）、电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）分离纯化巯基显色法电泳法凝胶电泳、毛细管电泳色谱分析法高效液相色谱法（HPLC）、高效液相原子吸收法（HPLC-AAS）层析法离子交换层析法等DEAE-SepharoseFastFlow金属硫蛋白特性富含半胱氨酸高金属含量抗酸抗碱低分子量高诱导性分布广泛光学特性半保守性•能够高效清除氧自由基（·OH）、过氧阴离子（O2—）等氧化因子且清除能力比GSH的能力高340-800倍，且远高于SOD、VC、VE等其他抗氧化剂自由基清除能力•抗氧化能力与其与金属离子结合产生的动力不稳定性有关，因而MT与亲电物质的结合不具有特异性，几乎能清除所有氧化产物非特异性•通过氧化还原循环消耗自由基，维持体内氧化还原平衡不产生新氧化物质•在心脏、肝脏、脾脏、胃肠道、肾脏等器官中都存在，然而在氧化应激发生时会特异性过表达，在发生氧化应激的部位富集，从而达到靶向分布的效果靶向分布•MT抗氧化过程中不影响心肌细胞正常功能表达安全性减轻氧化硝基化损伤维持金属离子稳态降低心脏自噬作用氧化还原循环：•低氧化水平时，当环境氧化程度因为某些因素例如谷光甘肽（GSH）/氧化型谷胱甘肽（GSSG）比例增加而减弱，Zn结合MT-硫醇生成MT；•高氧化水平时，随着在ROS或GSSG存在下环境氧化程度增加，MT在Se催化作用下转为MT-硫醇结合自由基，Zn被释放出来作用于蛋白质、脂质等生物大分子。诱导抗氧化有关的酶类产生：•超氧化物歧化酶（SOD）、•过氧化氢酶（CAT）、•谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）等。减轻氧化硝基化损伤维持金属离子稳态降低心脏自噬作用重金属清道夫转运代谢金属离子稳态•缓解金属离子浓度过高造成的结构损伤•解除金属诱导的细胞毒性•保护心肌细胞减轻氧化硝基化损伤维持金属离子稳态降低心脏自噬作用PI3K（I）-Akt信号通路代谢失调自噬信号级联减少心脏畸形定量评价方法：测定由活性氧修饰的化合物•8-羟化脱氧鸟苷（8-OHdG)：由氧化应激所产生的羟自由基诱导产生，高效液相色谱分离后，电化学方法检测测定活性氧消除系统酶和抗氧化物质的量•硫氧还原蛋白（TRX）：TRX单独存在也可表现出对单态氧和羟自由基的消除作用，试剂盒检测测定含有转录因子的氧化应激指示物•指机体在内外环境有害刺激的条件下，体内产生活性氧自由基（ROS）和活性氮自由基（RNS）所引起的细胞和组织的生理和病理反应。•可以直接或间接氧化或损伤DNA、蛋白质和脂质，可诱发基因突变、蛋白质变性和脂质过氧化，被认为是人体衰老和各种重要疾病的主要危险因子。氧化应激益处坏处DNA损伤肿瘤形成衰老细胞死亡调节细胞增殖与分化调节细胞功能激活氧化-还原敏感性转录因子激活氧化-还原敏感性第二信使系统ROS功能ROS来源与功能：•线粒体：氧化磷酸化的副产物；•吞噬细胞中的NADPH氧化酶：杀灭微生物；•非吞噬细胞中的NADPH氧化酶：细胞增殖、细胞信号转导。机体抗氧化系统：•酶机体抗氧化系统、•非酶机体抗氧化系统。过度热量摄入/运动减少细胞内葡萄糖和游离脂肪酸增高葡萄糖的自氧化糖基化及晚期糖基化终产物激活多元醇途径ROS增多→引发氧化应激β细胞氧化应激功能降低糖尿病肌肉、脂肪组织氧化应激胰岛素抵抗内皮细胞氧化应激内皮功能失调/动脉粥样硬化心血管疾病三者之间相互作用加重损害血管内皮细胞受损、血管平滑肌受损ACE增加与NFκB激活炎性过程相关基因转录影响骨骼肌葡萄糖转运作用•ThrainsdottirIS,AspelundT,ThorgeirssonG,etal.Theassociationbetweenglucoseabnormalitiesandheartfailureinthepopulation-basedReykjavikstudy.DiabetesCare,2005,28(3):612-616.•RublerS,DlugashJ,YuceogluYZ,etal.Newtypeofcardiomyopathyassociatedwithdiabeticglomerulosclerosis.AmJCardiol,1972,30(6):595-602.•TarquiniR,LazzeriC,PalaL,etal.Thediabeticcardiomyopathy.ActaDiabetol,2011,48(3):173-181.•HegerZ,RodrigoMA,KrizkovaS,etal.MetallothioneinasaScavengerofFreeRadicals-NewCardioprotectiveTherapeuticAgentorInitiatorofTumorChemoresistance?.CurrentDrugTargets,2015.•VašákM.Metallothioneins:chemicalandbiologicalchallenges.JBiolInorgChem,2011,16(7):975-976.•AdamsSV,BarrickB,FreneyEP.Geneticvariationinmetallothioneinandmetal-regulatorytranscriptionfactor1inrelationtourinarycadmium,copper,andzinc.ToxicolApplPharmacol.2015,10(15)30127-7.•BoudinaS,AbelED.Diabeticcardiomyopathy,causesandeffects.RevEndocrMetabDisord,2010,11(1):31-39.•VelicANA,LaturnusD,ChhounJ,etal.DiabeticBasementMembraneThickeningDoesNotOccurinMyocardialCapillariesofTransgenicMiceWhenMetallothioneinisOverexpressedinCardiacMyocytes.AnatRec(Hoboken),2013,296(3):480-487.•HuN,HanX,LaneEK,etal.Cardiac-SpecificOverexpressionofMetallothioneinRescuesagainstCigaretteSmokingExposure-InducedMyocardialContractileandMitochondrialDamage.PloSOne,2013,8(2):e57151.•LiB,TanY,SunW,etal.Theroleofzincinthepreventionofdiabeticcardiomyopathyandnephropathy.Toxicologymechanismsandmethods,2013,23(1):27-33.•AnsleyDM,WangB.Oxidativestressandmyocardialinjuryinthediabeticheart.ToxicolMechMethods,2013,229(2):232-241.•ZhouX,LuX.Theroleofoxidativestressinhighglucose-inducedapoptosisinneonatalratcardiomyocytes.ExpBiolMed(Maywood),2013,238(8):898-902.•CongW,MaW,ZhaoT,etal.Metallothioneinpreventsdiabetes-inducedcardiacpathologicalchanges,likelyviatheinhibitionofsuccinyl-CoA:3-ketoacidcoenzymeAtransferase-1nitrationatTrp374.AmJPhysiolEndocrinolMetab,2013,304(8):E826-E835.•SunW,WangY,MiaoX,etal.RenalimprovementbyzincindiabeticmiceisassociatedwithglucosemetabolismsignalingmediatedbymetallothioneinandAkt,butnotAkt2.FreeRadicalBiology&Medicine,2014,68(6):22–34.•XueW,LiuY,ZhaoJ,etal.ActivationofHIF-1bymetallothioneincontributestocardiacprotectioninthediabeticheart.AmJPhysiolHeartCircPhysiol,2012,302(12):H2528-H2535.•ParkL,MinD,KimH,etal.Thecombinationofmetallothioneinandsuperoxidedismutaseprotectspancreaticβcellsfromoxidativedamage.DiabetesMetabResRev,2011,27(8):802-808.•QuW,PiJ,WaalkesMP.MetallothioneinblocksoxidativeDNAdamageinvitro.ArchToxicol,2013,87,311-321.•Ruttkay-NedeckyB,NejdlL,GumulecJ,etal.Theroleofmetallothioneininoxidativestress.IntJMolSci,2013,14(3):6044-6066.•VašákM,MeloniG.Chemistryandbiologyofmammalianmetallothioneins.JBiolInorgChem,2011,16(7):1067-1078.•ZhangYL,WeiJR.3-Nitrotyrosine,abiomarkerforcardiomyocyteapoptosisinducedbydiabeticcardiomyopathyinaratmodel.MolMedRep,2013,8(4):989-994.•MiaoX,SuG,WangY,etal.Metallothioneinpreventionofarsenictrioxide-inducedcardiaccelldeathisassociatedwithitsinhibitionofmitogen-activatedproteinkinasesactivationinvitroandinvivo.ToxicolLett,2013,220(3):277-8