心脑血管的化学终版本课件

心、脑血管生物化学

心血管疾病是全世界致病、致死的首要原因，每年在世界范围内造成超过1,700

万人死亡。在美国，每天会有接近2,500人死于心血管疾病，平均每35s就死亡1人。心血管疾病比癌症、哮喘以及白血病的总发病率还要高。人类已开始在基因水平上探索心、脑血管疾病病因、发病机制以及进行相应的诊断和治疗。

心血管系统心脏动脉毛细血管静脉第一节

心肌能量代谢与心肌缺血

EnergyMetabolismandIschemiaofMyocardium

一、心肌能量代谢特点：心肌能量主要来源于细胞内有氧氧化生成ATP；心肌细胞代谢率高，耗氧量大。心肌主要利用葡萄糖、脂酸作为供能物质，也可利用乳酸、丙酮酸、酮体、氨基酸等作为供能物质。安静空腹时：脂酸利用率占总耗氧量60%餐后：几乎完全利用葡萄糖运动时：主要利用乳酸心肌对供能物质的利用受许多因素影响：二、心肌缺血心肌缺血时，葡萄糖无氧分解是提供ATP的主要途径。糖无氧分解作用增强6-磷酸果糖激酶ATP生成不足细胞内ADP和AMP含量增加变构激活糖无氧分解作用增强（一）心肌顿抑心肌顿抑（myocardialstunning）是指短暂心肌缺血再灌注后，心脏须经一段时间才能完全恢复收缩功能。目前认为，心肌顿抑的最初阶段主要由于活性氧类损伤所致。近年来发现，心肌缺血时，细胞内[Ca2+]增高是造成心肌顿抑的主要原因之一。（二）心肌冬眠心肌冬眠（myocardialhibernation）是指长期亚急性或慢性心肌缺血状态下，心肌收缩功能和代谢均降低。心肌冬眠是心肌在缺血状态下的一种自我保护机制。心肌缺血预适应机理内源性腺苷在预适应时释放增多质膜上ATP敏感的钾通道开放内源性缓激肽、肾上腺素、降钙素基因相关肽等释放增多。“腺苷学说”

激活细胞膜上的腺苷受体第二节心肌收缩与心肌肥厚

MyocardiumContractionandHypertrophy一、心肌收缩的基础心肌肌节的结构心肌肌节粗丝

细丝肌球蛋白（myosin）肌联蛋白（connectin/titin）

肌动蛋白（actin）原肌球蛋白（tropomyosin）肌钙蛋白（troponin）C：与Ca2+结合I：抑制肌球蛋白ATP酶活性T：与原肌球蛋白结合肌节中的肌球蛋白-肌动蛋白组成的主动收缩系统

二、肌联蛋白心肌收缩的主动和被动性张力肌节中的肌球蛋白-肌动蛋白组成的主动收缩系统细胞骨架蛋白组成的弹性系统心肌被动性张力对心脏泵血也十分重要。肌联蛋白是构成肌节被动性张力的重要分子。

肌联蛋白在肌节中的位置类似纤连蛋白型同源序列+类似免疫球蛋白序列PEVK重复序列+*类似免疫球蛋白序列PEVK：脯氨酸、谷氨酸、缬氨酸、赖氨酸（一）引起心肌肥厚的相关因子主要

由心肌细胞局部释放引起心肌肥厚的重要因子：作用于G蛋白偶联受体的因子：内皮素-1（endothelin-1,ET-1）

α1-肾上腺素受体激动剂血管紧张素II（angiotensinII,ANGII）机械牵张可引起内皮素-1（ET-1）和血管紧张素II（ANGII）释放作用于受体酪氨酸蛋白激酶的因子：纤维母细胞生长因子（fibroblastgrowthfactor,FGF）胰岛素样生长因子（insulin-likegrowthfactor,IGF）肝素结合性表皮生长因子样生长因子（heparin-bindingepidermalgrowthfactor,HB-EGF）。

作用于gp130受体的因子：心营养素-1（cardiotrophin-1,CT-1）白细胞介素6（interleukin6,IL6）

（二）引起心肌肥厚的因子主要通过细胞内3条信号转导途径起作用心肌肥厚的信号转导途径：（三）引起心肌肥厚的基因表达增加（二）血管内皮功能紊乱促进血管收缩、脂蛋白通透和白细胞粘附血管内皮功能紊乱促进血管收缩血管舒张需内皮细胞保持完整性；内皮细胞舒血管因子（endothelium-derivedrelaxingfactor,EDRF）参与血管舒张的过程，EDRF的化学本质是NO。Hormoneandothers+receptorCa2+/CaMNADPHBH4FMN,FADArginhibitor(NMA,NMA)EDRF/NOsynase(TypesⅠ-Ⅲ）guanylatecyclaseinactiveEDRF(activatorofguanylatecyclase)NOguanylatecyclaseactiveGTPCyclicGMPRouteofNOsynthesisOHH2NNH2H2NNH2NO+HNH2OOH2OOH3NCOO-H3NNOHNHNL-Citrulline（瓜氨酸）N-OH-L-ArgL-Arg+Ca/CaMBH4NADPHCa/CaMBH41/2NADPH+H3N+COO-COO-+NOsynthase--NOSNOS-1(155kD)神经的,脑部的,类型Ι-NOS;中枢和外周神经元,非胆碱非肾上腺素能神经元,孤岛,子宫内膜,骨胳肌肉等等.NOS-2(125kD)可诱导的,类型II-NOS;巨噬细胞,肝,平滑肌,内皮组织,心脏等;糖皮质激素NOS-3(135kD)内皮的,类型III-NOS;内皮组织,大脑,心脏等;乙酰化,磷酸化

NOandsignaltransduction

细胞内Ca2+释放，细胞内Ca2+内流Ca2+减少NO的生物学效应：抑制血小板粘附和聚集；抑制血小板释放生长因子；抑制单核白细胞趋化性、抑制白细胞粘附分子的表达；抑制血管平滑肌细胞迁移和增殖；NO与超氧阴离子反应生成的亚硝酸过氧化物及其降解产物可使蛋白质中酪氨酸残基亚硝基化，影响酪氨酸磷酸化的细胞内信号转导途径。血管内皮功能紊乱促进脂蛋白通透血管内皮对血浆脂蛋白的通透性增加可引起低密度脂蛋白（LDL）在血管局部积聚形成脂肪条纹。LDL与内皮下细胞基质的组分结合单核白细胞迁移至内皮下LDL被单核白细胞释放的氧化物质氧化巨噬细胞吞噬氧化的LDL形成泡沫细胞，形成脂质条纹平滑肌细胞由中层向内膜移行、增殖，动脉粥样斑块形成血管内皮功能紊乱促进白细胞粘附单核白细胞可粘附在与泡沫细胞相邻近的内皮细胞表面。参与单核白细胞粘附的因子：动脉粥样硬化相关的内皮–白细胞粘附分子(atherosclerosis-associatedendothelial-leukocyteadhesionmolecule,Athero-ELAM)，P选择素，选择素，急性内皮-白细胞粘附分子，L-选择素，细胞间粘附分子-1(intercellularadhesionmolecule-1,ICAM-1)，位于内皮细胞之间连接部位的粘附分子等。（三）内皮细胞活化一些病理因素可使血管内皮细胞结构和功能发生变化，这些变化与内皮细胞在组织损伤时的变化相一致，因此称之为内皮细胞活化或内皮细胞功能紊乱。引起内皮细胞活化的病理因素有：细胞因子、细菌产物（内毒素）、病毒感染、AGEs、氧化的脂蛋白、同型半胱氨酸、血流动力学改变等。细胞因子以及细菌产物，与内皮细胞质膜上不同的受体结合通过各种信号转导，最后进入共同的途径使内皮细胞活化。血流动力学改变与内皮功能活化生物机械刺激如流体静压、周期性张力、血管壁剪切应力对维持血管的正常功能相当重要；血流动力学的改变会导致内皮细胞基因表达的变化；血流动力学（剪切和伸展）的改变影响离子通道的功能、Ca2+转移、IP3的生成以及丝裂原激活的蛋白激酶（mitogen-activatedproteinkinase,MAPK）等的活性。同型半胱氨酸与内皮功能紊乱同型半胱氨酸可诱导内皮细胞凝血因子V和组织因子的表达，减少凝血调节蛋白（thrombomodulin）和肝素样糖胺聚糖表达，促进止血和血栓形成。NO和同型半胱氨酸的反应产物可介导凝血酶原的活性，S-亚硝基硫化合物促进内皮细胞活化。食物中缺乏叶酸、维生素B6、维生素B12等影响甲硫氨酸合成酶的功能，使同型半胱氨酸不能转变成甲硫氨酸，血中同型半胱氨酸增多，导致动脉粥样硬化。AGEs与内皮功能紊乱葡萄糖和其他还原糖在非酶催化下，与生物大分子中的氨基反应生成一种不可逆的化学交联成分，称为高级糖基化终产物（AGEs，advancedglycosylationendproducts)。AGEs使脂蛋白积聚、脂质氧化、NO的化学猝灭，内皮细胞通透性、组织因子等表达增加。血管内皮细胞质膜上存在AGEs受体。细胞因子、氧化脂蛋白、病毒感染等均能影响AGEs受体的表达。病毒感染与内皮功能紊乱单纯疱疹病毒(herpessimplexvirus,HSV)和巨细胞病毒(cytomegalovirus,CMV)可诱导内皮细胞中组织因子表达，减少前列环素的生成，抑制组织纤溶酶原激活物和硫酸乙酰肝素蛋白多糖的合成，增强血小板、多形核白细胞和单核白细胞的粘附。可能机制：病毒表达的糖蛋白与抗体(Fc)和补体(C3b)的受体相似，促进炎症发生；病毒感染本身刺激单核细胞、巨噬细胞和淋巴细胞表达细胞因子，使内皮细胞活化。BiomarkerofCardiovasculardisease第四节心脏疾病的生物化学标志物

心肌组织损伤的标志物心脏功能的标志物心血管炎症疾病的标志物其他心脏标志物心肌标志物发展史酶学标志物（50-80年代）早期标志物：

CK（肌酸激酶）

CK-MB（isoenzyme,isozyme）：同工酶

CK-MB亚型（isoform,isotype）：MB1，MB2晚期标志物乳酸脱氢酶（LD），LD1，HBDH（实际为LD1）天冬氨酸氨基转移酶（AST）测定无何实际临床价值蛋白标志物（90年代---）90年代心脏结构蛋白(肌钙蛋白,肌红蛋白等)取代酶成为灵敏度，特异性更高的心脏标志物。早期标志物肌红蛋白，CK-MB亚型确认标志物心脏特异肌钙蛋白（cTn）

CK-MB（mass）心肌细胞中的蛋白质胞浆游离蛋白：肌红蛋白

CKLDH6%TNT2%TNI1%肌球蛋白细胞结合蛋白：

TNTTNITNC

肌球蛋白Panteghini,M.Chest2002;122:1428-1435TimecourseofreleaseofcardiacproteinsinbloodafterAMI心肌损伤部分早期标志物

标志物名称 MW半衰期(h) 临界值(L)增高(h)高峰(h)回(d)C反应蛋白（CRP）120000 19 ＜3mg

612～242～3淀粉样蛋白A

12000 ＜3mg

612～242～3血栓前体蛋白(TpP)300000 ＜4mg

＜612～24 3P-选择素(p-selectin)

140000 1 ＜200mg＜1 5

1可溶性纤维蛋白 糖原磷酸化酶BB1880004～6 ＜7mg 2～412～241～2脂肪酸结合蛋白

150001～4 ＜19mg2～66～12

1肌球蛋白轻链(MLC)270001.25 ＜1mg 3～6 96 10a-肌动蛋白(a-actin)43000 1 7肌红蛋白（Myo）

1750000.25 ＜80mg2～66～121碳酸酐酶III(CAIII)280000 ＜24mg2 CK-MB 8600012～16 ＜5mg 6～1012～242～3心肌梗死诊断的实验室指标的特性实验室分子量生理半衰期升高时间峰值时间恢复正常时间指标(KD)(h)(h)(h)(d)AST93206~1218~363~4LDH-11351106~1248~1447~14CK86173~1212~243~4CK-MB活性86133~1212~242~3CK-MB质量86132~612~243Myoglobin17.80.250.5~26~121cTnI22.52~43~812~247~10cTnT372~43~812~967~14GP-BB1884~61~410~201~2H-FABP150.32~56~121

肌钙蛋白（troponin）1965年Ebashi

和Kodama首先发现，随后被命名；1968年Hartshorne和Mueller认为是一复合物，并研究了功能；1971年Ebashi

等纯化后用SDS电泳分析，得到三个片段；1973年Greaser和Gergely

根据其功能，将三个亚基命名为TnC，TnI，TnT心肌细丝结构蛋白肌动蛋白（actin）

MW42000，聚合成长链（F-acting）

两条盘绕，双股螺旋结构原肌球蛋白（tropomyosin）

MW70000，调节蛋白位于F-actin

双股螺旋沟中肌钙蛋白（troponin）肌肉细丝中的肌钙蛋白位置肌钙蛋白（troponin）钙结合亚基(TnC)结合亚基(TnT)抑制亚基(TnI)亚型:骨骼肌型和心肌型相同快、慢骨骼肌型和心肌型表达分别受不同基因调控快、慢骨骼肌型和心肌型表达分别受不同基因调控cTnI或cTnT的部分特性cTn亚基主要作用分子量(kDa)等电点TnCCa2+结合亚基184.1cTnI抑制亚基239.87cTnT结合亚基345.1cTnI或cTnT的部分特性cTnIcTnT组织含量4～6mg/g湿重组织10.8mg/g湿重组织胞浆(游离)2.8%～4.1%6%～8%结构两个半胱氨酸间形成二硫键--氧化型cTnI大量磷酸化丝氨酸基团血中形式cTnI-C；少量cTnT-C-IcTnT-C-I；游离cTnT；有免疫原性的cTnT片段AMI后单相峰双相峰持续时间7～10天10～14天心肌组织损伤的标志物心脏功能的标志物心血管炎症疾病的标志物其他心脏标志物利钠肽（natriureticpeptide）1956年，Kisch

和Henry分别证实心脏具有内分泌功能；1981年，deBold发现atrial

natriureticpeptide（A-typenatriureticpeptide，ANP）；1988年，Sudoh

报道了brainnatriureticpeptide（B-typenatriureticpeptide，BNP）；1990年，Sudoh

又发现了C-typenatriureticpeptide（CNP）心脏利钠肽的释放刺激ANP和BNP释放的主要因素是心肌张力的增加ANP的分泌释放调节主要在心房储存水平，新合成的较少BNP的合成、分泌释放调节主要在基因表达水平GlyArgMetAspArgIle15GlyAlaGlnGlyPheCys7Cys23GlyLeuGlySerSerLeuArgArg5SerSerTyrArgPheSerAsn2520281H2NHOOCArgLysMetAspArgIleSerSerSerGlyPheCys10Cys26GlyLeuGlySerMetValGlnGlySerGlyArgArgLeuValLys25321HOOCLeuLysLeuAspArgIleGly15SerMetGlyPheCysCysGlyLeuGlySerGlyLeuSerLysGly20SerProLysH2NHis1520510HOOCH2NBNPCNPANPNP-BNP-CNP-A利钠肽心脏利钠肽受体NPR-ANPR-BNPR-C主要分布内皮细胞大血管脑血管平滑肌血管内皮/平滑肌心肌；肾上腺；肾脏结合力ANP>>BNP>>CNPCNP>>ANP>BNPANP>CNP>BNP主要效应介导舒张血管利钠减少醛固酮合成介导舒张血管利钠减少醛固酮合成清除受体心脏利钠肽体内清除细胞吞饮和溶酶体降解中性内肽酶裂解环状结构心脏利钠肽的主要生理作用肾脏增加肾小球滤过，抑制钠重吸收－→排钠利尿血管血管平滑肌松弛，舒血管作用－→降低血压，减轻心脏前负荷抗血管组织增生和纤维化心脏利钠肽的主要生理作用内分泌系统抑制肾素-血管紧张素-醛固酮系统活性抑制某些其他激素（内皮素；血管加压素；等）活性神经系统抑制中枢和外周交感神经系统活性心脏利钠肽的主要生理作用对心脏的直接作用抗心肌细胞脂肪分解作用抑制心肌细胞成纤维细胞DNA合成和细胞增殖抑制心肌细胞肥大其他可能作用参与凝血系统和纤溶系统调节减少内皮功能损伤心脏利钠肽的主要临床用途临床心衰的诊断评价心脏功能心衰诊断和判定心衰程度的生化标志物快速、方便、客观心脏利钠肽的主要临床用途心血管疾病预后估计和危险性分类心衰的预后评价预测再次患病率和死亡率急性心肌损伤后的预后评价预测再次患病率和死亡率估计心肌缺血损伤范围ACS危险性分级心脏利钠肽的主要临床用途治疗效果的监测浓度变化与疗效相关根据变化调整药物剂量；估计疗效其他：心脏移植术高危人群筛查心脏手术预后心肌组织损伤的标志物心脏功能的标志物心血管炎症疾病的标志物其他心脏标志物心血管炎症疾病的标志物C反应蛋白（CRP）急性冠状动脉炎症（ACS）、损伤的早期标志物。在心肌损伤发病后几小时即出现异常增高且“窗口期”较短，在心绞痛等心肌损伤的早期诊断和预后估计中有较好的临床价值高敏C反应蛋白（hs-CRP）hs-CRP的临床应用大量研究资料表明，动脉粥样化的血栓形成除了是脂肪堆积过程外，也是一个慢性炎症过程，而CRP是动脉粥样化血栓形成疾病的介导和标志物CRP对心绞痛、急性冠脉综合征和行经皮血管成形术患者，具有预测心肌缺血复发危险和死亡危险的作用hs-CRP的临床应用CRP在动脉粥样硬化中的可能作用激活补体系统增加分子间黏附作用增强吞噬细胞对LDL的吞噬作用刺激NO的生成增强纤溶酶原激活抑制物的表达和活性等hs-CRP的临床应用根据欧美的许多研究，个体的CRP基础水平和未来心血管病的关系密切CRP水平与用于心血管疾病危险性评估的一些传统指标（如年龄、吸烟、血胆固醇水平、血压、糖尿病等）没有直接关系hs-CRP的临床应用前瞻性研究资料显示，CRP是比LDL-ch更有效的心血管疾病预测指标CRP在代谢综合征的几乎所有过程中都起着重要的作用，这是CRP与LDL-ch明显不同的另一个显著特点血脂评价加CRP评价可增加预测价值心肌组织损伤的标志物心脏功能的标志物心血管炎症疾病的标志物其他心脏标志物其他心脏标志物缺血修饰白蛋白（IMA）是评价心肌缺血的较好的生物标志物，检测出ACS（特别是早期心肌缺血）的灵敏度较高，但其临床特异性还需更多的临床研究证实。髓过氧化物酶（myeloperoxidase）、CD40配体、妊娠相关血浆蛋白A等在评价心肌缺血和ACS危险性分类方面也显示较好的价值，但其临床特异性还需更多的临床研究证实。其他心脏标志物ACS或HF临床诊断治疗以及危险性分类时，常用的心脏标志物还有：钾；钠；总胆红素；血红蛋白；尿酸；神经激素；儿茶酚胺（肾上腺素、去甲肾上腺素）；肾素-血管紧张素-醛固酮；神经肽（ANP；NT-proANP；CNP；等）。其他一些心脏标志物、代谢标志物或炎症标志物还有：肾上腺髓质素（adrenomedullin）；apelin；嗜心素I（cardiotropinI）；高敏嗜心素（hs-cardiotropin）；内皮素-1（endothelin-1）；胰岛素样生长因子1（insulinlikegrowthfactor1）；瘦素（leptin）；嗜肌素（myotropin）；尿紧张素II（urotensinII）等。这些心