红细胞膜脂质过氧化损伤及其作用机制

1、红细胞膜脂质过氧化损伤及其作用机制【关键词】红细胞 自市基在正常组织细胞的生存和代谢中不断地 产生，正常情况下，其产生和清除可维持低水平的、有利无害的平 衡。在某些情况下，这一平衡被打破，自由基浓度超过生理限度， 过量的口由基就介导脂质过氧化作用造成机体各种损伤1。自由 基介导的红细胞脂质过氧化损伤及引起的多种疾病是近年来医学研 究的热点。由于红细胞本身及其在血液循环中的特点，其抗氧化能 力强弱及被氧化程度与整个机体的抗氧化能力及机体多种疾病的发 生密切相关。1红细胞膜的结构和功能 根据1972年singer和 nicolson提出的细胞膜结构的液态镶嵌模型，正常红细胞膜是由 膜脂质双分子和膜

2、骨架蛋白（emsp）分子按三维结构排列成的流 态。其中，约占膜总质量40%的膜脂质主要包括分布在红细胞膜内 层的胆固醇和外层的磷脂及糖脂，膜脂质分布的不对称性及脂质中 脂肪酸的有序性和饱和度具有调节膜流动性的作用；emsp主要指 膜收缩蛋白、锚蛋白、带4.1蛋白、带4.2蛋白、带3蛋白以及肌动 蛋口等，它们互相连接构成网络状红细胞骨架，使红细胞呈特征性 圆盘状结构，赋予红细胞以双重特性，即膜的可变性和膜的稳定 性。此外，膜骨架还与传递信息、保持脂质的不对称分布等主要生 理功能有关2。2自由基及其介导的脂质过氧化作用 自由基是具有不配对电子的原子或原子团，分子或离子，具有较高的反应 活性。它是机

3、体止常代谢的产物。活性氧自由基是较常见的对机体 危害较大的一类自由基，它是由氧直接或间接转变而来的氧自由基 及其衍生物，包括氧的单电子反应产物0-2、ho2、・oh 及其衍生物及脂类过氧化中间产物r、roo、rooh等比氧活泼 的物质，其中oh是体内最活泼的活性氧，氧化能力最强。生理过 程中，体内产生的这些自由基可参与生理活性物质的合成及体内病 原微生物和免疫复合物的清除，还可通过天然抗氧化剂或内源性酶 解作用清除而达平衡。但在某些情况下，若体内自由基产生过多或 机体抗氧化防御作用减弱，体内自由基则不能被完全清除而积累， 性质活泼的自由基与体内其他物质发生反应（且往往呈连

4、锁性）而 形成新的自由基或活性氧类氧化物3。自由基的强氧化作用使其 所参与的反应直接或间接地对机体造成损伤。自由基对组织的损伤 90%是由脂质过氧化作用引起的。脂质过氧化作用是指自由基与细 胞膜上的多不饱和脂肪酸（pufa）发生氧化反应，生成对细胞具有 毒性作用的过氧化物，致使蛋白质氧化、dna突变甚至断裂、脂质 氧化、细胞膜起泡等。3红细胞膜脂质过氧化的机制 机体通过 酶系统和非酶系统反应产生的自市基，攻击生物膜磷脂中的 pufa,产生自由基链式反应，形成新的氧自由基，把活性氧转化成 活性化学剂及非自由基性脂类分解产物，而但通过链式利链式支链 反应放大了活性氧的作用。红细胞脂质过氧化作用经历

5、3个过程， 即活性氧的启动作用、链式和链式支链反应的传播扩增作用及自由 基相互反应的终止作用4 o 3. 1脂质过氧化的启动 所谓脂 质过氧化的启动是指完全没有过氧化的不饱和脂肪酸最初过氧化的 发生，也就是不饱和脂肪酸被一个反应性足够强的物质进攻，从其 亚甲基上抽取1个氢原子的反应。脂肪酸中双键的存在，减弱了邻 近碳原子之间的ch键的结合，使氢容易失去。从ch2抽取一个氢 原子后，就在碳原子上留下一个未成对电子，形成脂自由基。碳中 心的脂自由基经分子重排，形成较稳定的共辘二烯。在有氧的条件 下，由于氧的疏水性，在细胞膜的疏水深层氧浓度很高，共辘二烯 可以和氧分子结合生成脂过氧自由基。即过氧化反

6、应的中间产物又 是口由基，且是寿命较长的脂类自由基，它比活性氧自由基更易通 过疏水环境而到达并攻击生物大分子的活性部位。研究表明，在无 脂质过氧化物存在的条件下，脂质过氧化的引发作用主要是通过 ・oh和高铁酰离子，而它们都与铁的作用有关。在许多生 物膜脂质过氧化损伤的研究模型中，加入铁或铁的络合物，能使脂 质过氧化物含量明显增加，这是由于铁对已存在的脂质化合物催化 分解，生成脂质过氧化引发剂，加速了脂质过氧化的速率。红细胞 内除了铁离子，其他化合物也可产生自由基启动脂质过氧化过程。 例如，吓咻环能在紫外线照射下发生分解作用产生自由基，这可能 是吓卩林病病人光敏感性皮炎的原

7、因。3. 2脂质过氧化的传播扩增 作用一旦一个自由基生成，在合适的条件下它能启动一系列的反 应，产生一系列的自由基，脂类自由基能够从邻近一个脂分子抽氢 形成新的脂类自由基。这样就形成循环，这就是脂质过氧化链式反 应的扩展阶段。形成的脂类自市基再同氧反应生成另一个脂类自市 基，最后断裂生成各种醛类和短1期李静，刘班，刘成玉红细胞膜 脂质过氧化损伤及其作用机制91链轻类。组织中氧的浓度，特别是 氧化的血液，被认为已完全超出支持氧口由基链式扩增的需要5。3. 3脂质过氧化的链式终止反应 脂类自由基与脂过氧自由基相互作用生成非自由基产物或成对的自由基，称为链终止反 应。由于红细胞的高压氧环境，红细胞脂

8、质过氧化最有意义的终止 反应是两个自由基相互碰撞生成氧气，这种可能性要比单个自由基 碰撞到另一个分子上产生新的自由基的可能性小得多，因此，直至 产生足够量的自由基，脂质过氧化反应才能得以终止。换句话说， 一旦脂质过氧化反应被启动，大范围脂质分了被损伤后，脂质过氧 化反应才可能被终止。另一种终止自由基反应的方法是应用自由基 清除剂。自由基清除剂与自由基反应时，它把1个氢原子加到自由 基上，自己变成自由基，但是清除剂产生的自由基比较稳定，不会 启动链式和链式支链反应，从而可以终止自由基反应。4红细胞 的抗氧化体系红细胞本身有一整套抗氧化损伤的物质，使正常红 细胞对氧化损伤有很强的抵抗力。红细胞具有

9、完整的膜结构，内源 性膜缺陷的异常红细胞对脂质过氧化的敏感性比正常红细胞要高很 多；红细胞内丰富的超氧化物歧化酶（sod）能清除超氧阴离子自 市基，保护细胞免受损伤，对机体的氧化与抗氧化平衡起着至关重 要的作用。自从1969年美国学者mccord和fridovich发现 sod以来，引起了各国科学工作者的极大重视6。早期研究结 果认为，红细胞内的过氧化氢酶（cat）是细胞内h2o2的主要清 除剂；乂有证据表明，生理情况下，红细胞内足够浓度的还原性谷 胱甘肽（gsh）酶系比cat在红细胞内作用更大79；红细胞 膜中还含有丰富的维生素e和胆固醇，都能帮助其减少过氧化损伤10 o这些酶共同作用，构成

10、抗氧化酶系统，协同防止活性氧的 损伤效应，使人免受自由基的损害。5脂质过氧化作用对红细胞 的损害5. 1脂质过氧化作用对红细胞的影响5. 1. 1脂质过氧 化作用与红细胞na+, k+atp酶红细胞含有多种活性酶，主要有na+, k+atp酶和ca2+, mg2+atp酶，二者均是蛋口复合体，富 含赖氨酸、脯氨酸、半胱氨酸、酪氨酸、色氨酸等，属磷脂依赖性 酶，脂质含量为30%,主要为磷脂和胆固醇。以二聚体（°2卩2）形 式存在的na+, k+atp酶分子中有16个与自由基结合的硫基，易 被氧化成二硫键。因其结构特点，自由基对na+, k+atp酶结构的 直接破坏及膜磷脂降解或不饱和脂

11、肪酸过氧化引起的界而脂或膜流 动性的改变，都会影响到酶活性，使其活性下降，并与血浆脂质量 密切相关11 o 5. 1. 2脂质过氧化作用对红细胞形态结构的 影响 实验证明，红细胞的异形率与血浆中的脂质过氧化物丙二醛 （mda）的水平呈正相关。机制可能为：mda的醛基可与磷脂 酰胆碱和磷脂酰丝氨酸形成新的荧光化合物，影响脂质成分和蛋白 之间的相互作用，产生膜结构重排，质膜与骨架蛋白脱离，产生的 囊泡从红细胞上脱落。从而使红细胞的s/v下降，形态上出现棘 形、球形等变化；na+, k+atp酶受自由基攻击解耦联，膜上的 na+, k+atp酶活性降低，导致红细胞内na+含量增加，水分被动 进入细胞

12、内，从而使红细胞体积增加，出现口形、类球形等异形改 变12 o 5. 2脂质过氧化作用对红细胞膜结构的影响 5. 2. 1脂质过氧化对红细胞血红蛋白（hb）的影响 与膜密切相 关的hb在膜氧化损伤中发挥重要作用。氧化作用可使hb变性产生 heinz小体和氯高铁血红蛋白（hemin）。heinz小体能附着在红细 胞膜上，使红细胞变形性下降，并改变膜的通透性。hemin在体外 可促使小鼠及人的红细胞发生溶血。其机制可能是血红素分子中被 氧化的组分与膜骨架蛋白结合，血红素启动氧化反应，损害红细胞 膜内脂质及蛋白质等所致。除了可直接影响红细胞膜外，hemin还 可影响红细胞内的酶，包括6磷酸葡萄糖脱氢

13、酶、醛缩酶、丙酮酸 激酶，hemin可能通过抑制这些关键酶的活性而引起红细胞溶血。 因此，hb氧化变性在红细胞破坏过程中起重要作用，含有不稳定 hb或不均衡珠蛋白链的红细胞对氧化作用更加敏感，其在体内寿命 也更短。5. 2. 2脂质过氧化作用对红细胞膜emsp的影响 emsp的氧化损伤主要表现在收缩蛋白、带2.1蛋白及带3蛋白的氧 化聚合，形成高聚物。其聚合原因可能为：膜磷脂中多不饱和脂 肪酸的氧化，特别是磷脂酰乙醇胺及磷脂酰丝氨酸（ps）氧化后可 产生mda, mda与蛋白中氨基交联而导致膜蛋白聚集；锚蛋白 的口身氧化：锚蛋白结构中含有大量的毓基，对氧化最敏感，易形 成二硫键；带3蛋白为多次

14、穿膜蛋白，具有阴离子转运功能，其 分子中含有较多的半胱氨酸，其自身分子中及分子间半胱氨酸的交 联，可形成二硫键13；hb催化蛋白聚集：一方面，hb除自 身氧化产生自由基外还可催化自由基的产生，加强氧化反应；另一 方面，hb自身对氧化敏感，形成聚合体而沉积在膜上，而正常情况 下，hb与膜带结合，因此其氧化损伤直接影响带3蛋白的结构，使 带3蛋白聚集；带3、带4.2和带5蛋白氧化交联形成高聚物，使骨 架蛋白网状结构稳定性及伸展性降低，与膜脂双层联结松弛，导致 红细胞畸形，变形性降低，脆性增加。5. 2. 3脂质过氧化作用 对红细胞膜抗原性的影响研究表明，长期的氧化损伤可使红细胞表 面产生新的抗原，

15、从而促进自身抗体的结合，使红细胞在循环中被 清除。许多证据表明，衰老或受损红细胞能被存在于血清中的自身 抗体所识别，从而促使这些细胞被机体的免疫系统清除。kay研究 发现，vit e缺乏的红细胞膜带降解产物及结合的igg均比正常细胞 多。beppum 10研究发现，受氧化损伤的红细胞自然产生抗膜 带3蛋白抗体，其量比未氧化红细胞多4倍。总之，氧化损伤使膜 带3蛋白抗原性的改变，可使抗体结合增加，导致红细胞被单核细 胞吞噬。另有研究显示，除细胞表面抗原可增进单核细胞对红细胞 的吞噬外，ps异常地暴露于红细胞表面也能促进补体激活，产生攻 膜复合体，导致红细胞破溶。hebbel等发现，mda能明显促

16、进 正常红细胞的吞噬作用，推测mda具有一定的生物活性，并通过 依赖igg或不依赖igg通路促进红细胞的吞噬作用。5. 3脂质过 氧化作用对红细胞膜功能的影响5. 3. 1脂质过氧化对红细胞膜 流动性和变形性的影响过量的自由基攻击红细胞膜、氧化不饱和脂 肪酸以及其中间产物自由基及最终产物mda等，使红细胞膜变形 性下降，其机制可能为：mda可使膜蛋口分子交联并裂解为碎 片，使膜骨架的网状结构稳定性及伸展性降低，与膜脂双层结合松 弛，使红细胞膜骨架蛋白中的肌凝蛋白聚集增加，导致红细胞畸 形，变形性降低，脆性增加；脂质过氧化时不饱和脂肪酸减少， 使膜的熔点增高（膜中不饱和脂肪酸分子的熔点最低），使

17、膜更易 处于凝胶相，导致膜流动性降低，变形性下降14；脂质过氧 化反应可使血红蛋白氧化变性，形成高铁血红蛋白沉积于红细胞 内，使红细胞内黏度增加，变形性下降；自由基积累及脂质过氧 化增强，对膜内號基进行攻击，破坏了膜的完整性，脂质膜受损， 形成膜孔，内液外漏，细胞破坏，变形性下降；自市基对红细胞 膜活性蛋白即离子泵的作用，也是造成细胞损伤环节之一。如 na+, k+atp酶，ca2+, mg2+atp酶的活性铳基被氧化，atp酶 活性下降，膜通透性增加，细胞肿胀，变形性下降15。5. 3. 2脂质过氧化对红细胞免疫功能的影响红细胞除具有传统的 呼吸及维持酸碱平衡的功能外，还具有免疫功能，对抗原

18、物质具有 天然免疫黏附功能，且参与机体细胞和体液免疫的调节。自1981年 siegel等提出红细胞免疫的概念以来，红细胞的免疫功能逐渐受 到人们的重视，其中红细胞的免疫黏附功能最重要。红细胞的免疫 黏附功能是由其膜表面的c3b受体（cri ）完成的。crt是红细 胞清除免疫复合物的膜蛋白，是膜蛋白主要组分之一，它是体内清 除免疫复合物的主要系统。cr i能与免疫复合物或微生物发生免疫 黏附，发挥清除异物及循环免疫复合物（ic）的作用。另外，cri 可以从低cri数目的红细胞转到高cri数目的红细胞上，这样， 红细胞cr i转运ic的功能被看成一种动力学的缓冲作用，这种保 护性免疫缓冲作用，不仅加速了 ic在血循环中的清除，而且减轻了 ic沉积于组织